光网络技术的发展与干线工程应用

作者：中国移动通信集团设计院有限公司 刘建平 李勇  
    5/21/2009,从我国干线网络的建设现状来看，WDM系统基本以点对点架构为主，还不能称为网络。随着IP业务的迅猛发展，运营商对WDM从单纯地追求点到点的高传输带宽转向了能够实现多颗粒级别的灵活汇聚、调度和管理。建设一个安全、高效、灵活的大容量光网络成为必然，而选择何种技术成为当前网络建设面临的突出问题。

构建光网络的必要性
    目前传送承载技术广泛采用IPoverWDM的方式。在省去SDH层后，大部分SDH的保护和OAM功能必须由WDM平台实现。但是传统WDM系统基本上以提供点到点带宽为主，组网能力较弱，而且对WDM系统的管理仍主要基于网元级，网络的配置和调度基本上以手工为主。
    目前有些干线光网络中，运营商不采用传送层保护，将保护任务交给业务网络来进行，但是业务网络无法感知光缆的物理拓扑，难以识别多个物理通道的相关性，很容易引起震荡和阻塞，因此只能采用网络轻载的策略，投资较大，而且业务层进行倒换效率也比较低，因此，目前在传送层进行保护是大多数运营商的共识。
    目前现网上采用的保护方式主要为1+1光通道保护，但也是一种过渡方式。面对量大、突发的业务特征，现有实现方式困难重重。运营商迫切需求建设安全、灵活、高效的光网络。
    光网络的核心是节点技术和传送技术，另外还包括控制平面及组网技术、网管与维护技术等。目前，40Gbit/s和超长距WDM系统的成功商用使得传送能力得到了大规模的提高，光网络技术的发展和应用集中在节点技术上，本文重点考察节点技术，探讨基于光交叉的ROADM和基于电交叉的OTN在干线中的应用。

ROADM技术状况与设备发展
    ROADM是为满足下一代网络对WDM系统的要求而发展起来的一种技术。ROADM在2004年兴起在日本，目前已经在北美、欧洲和日本等地广泛应用。ROADM的应用从最初的城域网，开始向本地网和骨干网发展。多数运营商需要多维ROADM，目的是优化网络结构（由环向多环互联和MESH方向演进），提高自动化程度，降低OPEX；同时通过光层直通减少背靠背的连接，降低组网成本。
    针对ROADM的标准化工作主要在ITU-T开展，ITU-T定义了G.680建议《光网元的物理传递功能》。我国的行业标准《可重构的光分插复用（ROADM）设备技术要求》已经报批，主要规范内容包括：设备技术要求（功能、保护、上下波等）、设备接口要求、设备传递参数、OTU参数要求、管理要求等。
    ROADM设备的核心是光交换，主要有三种结构类型，早期采用波长阻断器（WB）、平面波导（PLC），现在多采用波长选择交换（WSS）型。基于WSS方案的ROADM支持任意波长从任意端口上下，配合当前比较成熟的可调谐OTU，支持端口无关的波长上下功能；支持群路上下，一个光口同时上下多个波长，并用MUX/DEMUX、OADM对这些端口上下的波长复用/解复用；在下路解复用及穿通控制部分使用耦合器替代WSS，可支持广播、组播功能；支持多向ROADM，基本能够满足组网的需求。
    ROADM设备的主要优势：支持两个以上方向的波长重构；实现全光组网以及业务（波长）灵活调度；可以快速提供业务（光通道），多数支持本地任意方向的任意波长从任意端口上下；省去OEO转换，降低传输成本，并实现业务的完全透明传送与交换；适合大颗粒业务的传送（10Gbit/s、40Gbit/s等）；可以在本地或远端进行波长上下路和直通的动态控制；光层全自动，简单、快速地开展业务；灵活的网络配置，及时适应需求的变化；避免带宽匮乏和波长闲置同时存在的情况，提高带宽利用率；可以通过配合边缘的OTN接口及电交叉，整合SDH和WDM层，简化网络等等。
    ROADM设备存在的主要问题：组网半径受到物理传输参数的限制（残余色散、非线性效应、OSNR等），导致传输距离受限，这在40Gbit/s应用时尤为严重，大大限制了其在长途传输中的应用；不支持多厂家环境、无法实现不同厂家互联互通；不支持多规格网络（如100GHz、50GHz规格不能混合组网）。ROADM为光层处理，无法简单实现业务的汇聚，也无法根据不同业务提供不同带宽，同时存在波长阻塞的可能，资源使用率不高。如果管理或者设定出现问题，容易出现自环现象，造成网络故障。ROADM的初期投资成本较高，这在传统WDM价格持续下降的今天尤为明显。
   
        图1 某省内干线网络拓扑结构图
    ROADM的应用主要在北美市场，Verizon已经采用了泰乐公司的7100光传送系统构建城域骨干网络。日本市场由于富士通在ROADM领域的领先地位早期发展较好。欧洲正在谨慎地开展ROADM的应用，芬兰Corenet首次涉及多维ROADM的运营，Corenet使用的是ECI的XDM系列产品。
    目前国内对ROADM关注较多：2007年中国移动、中国电信和原中国网通陆续进行了相关测试。但仅有几个公司开始对ROADM进行公开商用，主要包括中国移动陕西公司、上海广电等。国内推广并支持ROADM的厂家包括华为（OSN6800和8800设备）、阿朗（1850系列）、中兴（M900/M800）和烽火（Fonst3000产品）、爱立信（MHL3000WSS）和诺基亚西门子通信（SURPASShiT7300）等。

OTN的技术状况与设备发展
    ITU-T从1998年左右启动了OTN系列标准的制定，目前已经基本完善，形成了一系列标准：体系结构（G.871,G.872）、结构和映射（G.709,G.7041,G.7042）、功能特性方面（G.798）、物理接口方面（G.959.1,G.693）、网络性能方面（G.8251，G.optperf，M.2401）、网络保护方面（G.808.1，G.873.1,G.873.2）、网络安全方面（G.664）等。国内对OTN技术的发展也颇为关注，目前已完成了2个OTN行标（等同G.709和G.959.1）和1个国标（等同G.798），正在进行OTN网络总体要求等行标的编写。
    OTN的主要优势包括：多种客户信号封装和透明传输，支持SDH、ATM、以太网，其它业务也正在制订中；大颗粒的带宽复用、交叉和配置，可以基于电层ODU1(2.5Gbit/s)、ODU2(10Gbit/s)和ODU3(40Gbit/s)，远大于SDH的VC12和VC4；强大的开销和维护管理能力；增强了组网和保护能力。OTN的主要问题：OTN对GE、10GE、40GE和100GE的映射和交叉连接的标准还不完善；基于电交叉的OTH设备交叉容量仍有待进一步提高，支持的交叉颗粒仍只有ODU1和ODU2，不同厂家的互联互通仍存在问题；控制平面、管理和维护需要更多的现网积累。
    从2007年开始，中国电信、原中国网通和中国移动等已经开展OTN技术的应用研究与测试验证，而且部分省内或城域网络也局部部署了基于OTN技术的网络，组网节点有基于电层交叉的OTN设备，也有基于ROADM的OTN设备。
    目前在国内得到应用的支持OTN电交叉的设备主要包括Infinera公司的DTN设备，华为的OSN6800、OSN8800设备，中兴的ZXMPM800和烽火FONST3000等，部分设备的电交叉能力已经达到了Tbit/s量级，已经可以提供类似SDH的交叉。

节点技术在我国干线工程的应用
    基于光交叉的ROADM和基于点交叉的OTN目前设备均相对成熟，但是两者的工程使用却有较大的差别。图1是某省内干线WDM系统配置现状，如果用ROADM重新设计，则需要增加电再生站，原站点需要调整，通过分析和比较，ROADM整体上能够大大节省业务节点再生OTU的数量，OTU的总数量大约能减少一半。如果采用基于电交叉的OTN设备，局站几乎不需要进行调整，且由于OTN采用线路支路分离的方式，和原系统相比OTU的支路部分减少至少三分之二以上。而且由于OTN采用类似“带宽池”的概念，其管理和维护更加方便。
    通过对ROADM技术和OTN技术的比较和工程应用分析笔者发现，由于OTN在局站设置、工程设计与传统WDM系统接近，管理维护与运营又比较接近传统的SDH，而且采用线路和业务支路分离的OTU模式，形成“带宽池”，更加方便传统WDM的平滑演进，因此具备更多的优势。特别是随着设备的发展，电交叉能力已经达到了Tbit/s量级。从上述分析也可看出，无论是ROADM还是OTN，提供高集成的、简单、低成本的纯电再生站点（无需交叉、无需上ODF）是降低成本的一个主要渠道。
    干线容量较大，节点方向较多，目前运营商绝大多数采用传统WDM，局站设置和管理维护等不宜做较大调整，目前使用ROADM存在规划困难、设计复杂的问题，而且当前容量也不能满足需求，建议在小范围或者规模较小的省内干线使用。以电交叉为基础的OTN有较大优势，运营商在新建WDM时可以采用完全兼容传统WDM的OTN设备，逐步取消调度ODF的使用，通过标准OTN接口解决不同厂家之间和与现有WDM系统的互联互通问题，逐步实现光通道的端到端管理和维护，提高管理、维护和运营能力，逐步构建一个安全、高效、灵活的光网络基础传送平台是完全可行的。
    总之，从现在来看，未来的干线传送网络将是一个以电交叉OTN为核心的、配合以局部光交叉ROADM的高可靠的、高效灵活的光网络。(来源：通信世界周刊)