ROADM技術(shù)在本地傳送網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究

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1 引言

隨著各類互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、移動視頻、IDC、IPTV等業(yè)務(wù)的迅猛增長，對傳輸速率和通信容量需求不斷增加，傳統(tǒng)點(diǎn)對點(diǎn) OTN 鏈路的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)難以滿足未來和業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。如何以更低成本建設(shè)傳輸承載網(wǎng)絡(luò)來滿足帶寬需求，同時(shí)保障時(shí)延敏感業(yè)務(wù)的時(shí)延要求，成為所有運(yùn)營商共同面對的問題?？芍貥?gòu)光分叉復(fù)用器（ROADM）技術(shù)的發(fā)展成熟及應(yīng)用為上述問題提供了解決方案。本文介紹了ROADM技術(shù)的特點(diǎn)，以及與傳統(tǒng)OTN對比，提出了ROADM技術(shù)在本地傳送網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用策略，并給出了山東某市城域ROADM網(wǎng)絡(luò)部署案例。

2 ROADM主要技術(shù)及特點(diǎn)

ROADM (Reconfigurable optical add/drop multiplexer)全稱為可重構(gòu)的光分插復(fù)用器，是一種使用在密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)中的器件或設(shè)備，其作用是通過遠(yuǎn)程的重新配置，可以動態(tài)上路或下路業(yè)務(wù)波長，無需手工跳纖，就可以實(shí)現(xiàn)對WDM系統(tǒng)的波長重構(gòu)。多維ROADM 設(shè)備還支持波長通道在各個(gè)維度（方向）之間靈活調(diào)度。

目前，ROADM常見的有三種技術(shù)：波長阻斷器（Wavelength Blocker，WB）、平面光波電路（Planar Lightwave Circuit，PLC）和波長選擇開關(guān)（Wavelength Selective Switch，WSS）。波長阻斷器（WB）是一種可以調(diào)整特定波長衰耗的光器件，通過調(diào)大指定波長通道的衰耗，達(dá)到阻斷該波道的目的。平面波導(dǎo)電路（PLC）技術(shù)是一種基于硅工藝的光子集成技術(shù)，它可以將分波器（DMUX）、合波器（MUX）、光開關(guān)等器件集成在一起，從而提高了ROADM設(shè)備的集成度，通常基于PLC的ROADM設(shè)備只能支持兩方向。波長選擇開關(guān)（WSS）是隨著ROADM設(shè)備的應(yīng)用而發(fā)展起來一種新型技術(shù)，通常是一進(jìn)多出或多進(jìn)一出的形態(tài)，稱為1×N WSS和N×1 WSS，兩種WSS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全一致，區(qū)別僅在于光信號傳輸方向。它可以將輸入端口的N個(gè)波長任意分配到M個(gè)輸出端口。WSS方式的ROADM可以任意改變波長的上下和穿通狀態(tài)，并且處理過程中不會出現(xiàn)中斷。WSS允許任意一個(gè)波長從任意一個(gè)端口輸出，WSS的每個(gè)端口既可以作為本地波長上下使用，也可以作為多向復(fù)用段端口使用，用戶可以通過網(wǎng)管完成波長上下和穿通狀態(tài)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程動態(tài)波長狀態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速開通。此外，WSS與WB和PLC相比，最大的差異是可以支持多個(gè)方向的波長調(diào)度，支持多維ROADM結(jié)構(gòu)，具備良好的可擴(kuò)展性，因此基于WSS的方案成為主流商用方案。通過各類WSS、耦合器組件進(jìn)行搭建可實(shí)現(xiàn)波長無關(guān)（Colorless）、方向無關(guān)（Directionless）、競爭無關(guān)（Contentionless）等功能的各種組合。

3 ROADM技術(shù)與傳統(tǒng)OTN技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

與傳統(tǒng)OTN 網(wǎng)絡(luò)不同，ROADM 的網(wǎng)絡(luò)模式為區(qū)域化的網(wǎng)狀網(wǎng)，其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）ROADM 技術(shù)的應(yīng)用把OTN系統(tǒng)間的業(yè)務(wù)調(diào)度從人工方式變成自動方式，實(shí)現(xiàn)了光網(wǎng)絡(luò)在光層面的自動調(diào)度和恢復(fù)。

（2）利用多種保護(hù)方式如OMSP保護(hù)、OCH 保護(hù)、光電協(xié)調(diào)保護(hù)等建立基于傳送層的保護(hù)和基于控制層的重路由恢復(fù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級的保護(hù)恢復(fù)能力，提升網(wǎng)絡(luò)可靠性及業(yè)務(wù)生存性。

（3）可以根據(jù)業(yè)務(wù)流向優(yōu)化傳輸路由，減少低效轉(zhuǎn)接，降低時(shí)延，實(shí)現(xiàn)傳輸距離與物理距離的無限接近。

（4）通過網(wǎng)管系統(tǒng)自動遠(yuǎn)程進(jìn)行波道的調(diào)度，代替人工跳纖的方式，節(jié)省人工成本。

（5）實(shí)現(xiàn)了波長級業(yè)務(wù)的一跳直達(dá)與最低時(shí)延傳送，縮短了業(yè)務(wù)的開通周期，提升了傳輸網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)效率。

（6）業(yè)務(wù)適應(yīng)性強(qiáng)，可以低成本快速擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量。容量不受背板限制，減少了大量OTU設(shè)備，對機(jī)房空間占用少，功耗低，降低了對機(jī)房電源和空調(diào)系統(tǒng)的消耗。

同時(shí)受限于光傳送的特性和 ROADM技術(shù)的架構(gòu)，ROADM在應(yīng)用上目前還有一些待改進(jìn)的問題：

（1）只能對波長進(jìn)行調(diào)度，無法對每個(gè)波長內(nèi)的子時(shí)隙和業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)度，無法實(shí)現(xiàn)更小顆粒業(yè)務(wù)的匯聚和調(diào)度。

（2）目前再生技術(shù)在光層暫未實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，導(dǎo)致光信號在進(jìn)行長距離傳輸時(shí)，仍需要進(jìn)行電中繼。

（3）ROADM網(wǎng)絡(luò)，受到光信噪比、色散、PMD等物理傳輸性能限制對系統(tǒng)長距離傳輸能力、可管理性和可調(diào)度性影響較大，網(wǎng)絡(luò)傳輸距離受限。

（4）網(wǎng)絡(luò)調(diào)度和規(guī)劃、維護(hù)比較復(fù)雜，需要功能完善的軟件輔助應(yīng)用，否則其優(yōu)點(diǎn)難以體現(xiàn)。包括在線業(yè)務(wù)規(guī)劃和調(diào)度輔助工具、自動實(shí)現(xiàn)端到端WSS 交叉連接配置等。

4 ROADM技術(shù)在本地傳輸承載網(wǎng)的應(yīng)用策略

本地傳輸承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次清晰，自上而下分別為核心層、匯聚層、接入層。核心層位于本地傳送網(wǎng)的頂層，傳輸容量大，節(jié)點(diǎn)的重要性高，核心層一般采用網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

匯聚層位于核心層與接入層之間，對接入層上傳的業(yè)務(wù)進(jìn)行匯聚整合，并向核心層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)接傳送。匯聚層一般采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

接入層位于網(wǎng)絡(luò)末端，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)易變，根據(jù)光纜資源情況采用環(huán)形、鏈形、星形等組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

ROADM技術(shù)主要應(yīng)用在核心層和匯聚層，可應(yīng)用于鏈型、環(huán)形和網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)?？筛鶕?jù)具體情況選擇合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于光放站的成本非常低，因此在光纜資源具備條件的情況下，應(yīng)優(yōu)選網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)路由豐富度。ROADM 網(wǎng)狀網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，在網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，為保證所有節(jié)點(diǎn)間業(yè)務(wù)的性能，需要對可能出現(xiàn)的所有路由均進(jìn)行光層傳輸性能的仿真計(jì)算和優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化比較復(fù)雜。同時(shí)一條業(yè)務(wù)經(jīng)過的ROADM 節(jié)點(diǎn)數(shù)量不宜太多，以提高每個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備利用率，原則上建議每條業(yè)務(wù)經(jīng)過的ROADM 節(jié)點(diǎn)應(yīng)不超過3個(gè)（不包括業(yè)務(wù)上下節(jié)點(diǎn)）。

圖1 ROADM 網(wǎng)狀網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

在網(wǎng)狀網(wǎng)組網(wǎng)的結(jié)構(gòu)中，核心節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)上下比較多，波道利用率比較高，容易出現(xiàn)波長沖突的情況，可通過增加核心節(jié)點(diǎn)互聯(lián)方向數(shù)提高網(wǎng)絡(luò)的能力。如圖2 ROADM網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容示意圖所示，圖2中A、B 節(jié)點(diǎn)都是業(yè)務(wù)核心節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)都向這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)匯聚， 容易出現(xiàn)到A、B 節(jié)點(diǎn)的波道沖突或波道利用率比較高，可以如圖上綠色虛線所示，增加幾個(gè)路由方向，可提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的利用率。

圖2 ROADM 網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容示意圖

同時(shí)，隨著業(yè)務(wù)發(fā)展，網(wǎng)狀網(wǎng)中的核心節(jié)點(diǎn)還有可能出現(xiàn)初期配置的網(wǎng)絡(luò)方向數(shù)不足的問題。可通過在該站點(diǎn)增加一端ROADM 設(shè)備的方式，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容。如圖3所示（圖中A’和B’節(jié)點(diǎn)為新增節(jié)點(diǎn)）。一般來說核心層ROADM 節(jié)點(diǎn)需要提供較多的光交叉維度，匯聚節(jié)點(diǎn)ROADM 設(shè)備的維度和容量要求相對不高，一般只需要2-4 維。

圖3 ROADM 網(wǎng)狀網(wǎng)業(yè)務(wù)核心節(jié)點(diǎn)擴(kuò)容示意圖

5 ROADM技術(shù)在山東某市城域ROADM網(wǎng)絡(luò)部署案例

山東某市城域ROADM網(wǎng)絡(luò)主要定位于市區(qū)城域匯聚至核心節(jié)點(diǎn)以及城域匯聚節(jié)點(diǎn)之間的業(yè)務(wù)上下。主要滿足市區(qū)PTN上行業(yè)務(wù)承載、市區(qū)交換機(jī)到BRAS的業(yè)務(wù)承載以及市區(qū)集客大顆粒業(yè)務(wù)和IDC等業(yè)務(wù)的承載需求。本工程具體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，本工程充分利用某市城域光纜網(wǎng)豐富的光纜資源，建設(shè)城域ROADM網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)至少有2個(gè)及以上物理路由與其他節(jié)點(diǎn)匯聚光纜直達(dá)，且系統(tǒng)路由與光纜路由完全重合，避免使用中繼光纜跳接，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用WSON功能，ROADM設(shè)備采用方向無關(guān)、波長無關(guān)（CD-ROADM）結(jié)構(gòu)的設(shè)備型態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)速率配置為100Gb/s，全網(wǎng)共設(shè)置ROADM節(jié)點(diǎn)25個(gè)，其中核心節(jié)點(diǎn)（FS、DH、NJ、FZ、JS、SJZX）采用20維WSS，并支持flexgrid功能，其余匯聚節(jié)點(diǎn)采用9維WSS，共設(shè)置復(fù)用段33段。

6 結(jié)束語

隨著各類互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、移動視頻、IPTV等新興業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，對本地傳送承載網(wǎng)絡(luò)容量提出了更高要求，傳統(tǒng) OTN 網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)難以滿足本地承載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展要求，基于ROADM技術(shù)的移動承載網(wǎng)絡(luò)部署成為解決問題的重要手段。本文對ROADM技術(shù)的特點(diǎn)及其技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合本地承載網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特性，提出了ROADM技術(shù)在本地傳送網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用策略，可以預(yù)見，ROADM 技術(shù)將在本地傳輸承載網(wǎng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

圖4 某市城域ROADM 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖