光电混合：高速光传送网组网策略的革命

若华

近年来光传送网在云计算、视频业务和移动互联驱动下快速增长，有报告称2014年80%的软件服务以云服务的方式提供，2015年互联网中的60%的业务将是视频业务，而到了2020年接入互联的智能终端数将最终达到200亿部。

    在过去20年中,业务变化不断地驱动光传送网组网形式发生变革，从单纯为提高网络容量的WDM组网，演进到了为提高网络调度灵活性的OTN组网。今天,为了适应云时代更大带宽、更高灵活性和更强智能的需求，基于光电混合组网和智能控制平面统一调度方式新型光传送网组网策略正在逐渐兴起。

    云时代呼唤新型组网方式

    云计算作为一种潮流正在席卷全球，给包括电信运营商在内的产业界各方带来新的市场机遇。面对云计算业务发展的需要，光传送网的组网方式正在发生变革。阿尔卡特朗讯认为，光电混合组网和智能控制平面统一调度的方式能够满足云时代的需求。阿尔特卡朗讯基于此推出了AON解决方案，该方案包含可管理的敏捷光层组网、多层业务交换（L0/1/2）和智能控制平面等三大方面，充分满足了更大带宽、更高灵活性和更强智能的需求。

    这种新型的组网策略在目前网络拓扑和业务类型复杂、业务增长率最快的城域网内最能体现出它的价值。目前城域内通常都有以下几个特点：一、拥有较为完善的光缆网络，但是局部资源纤芯资源紧张；二、机房剩余可装面积以及电源往往存在瓶颈；三、网络拓扑和业务流向较为复杂，突发业务需求较多；四，业务颗粒逐渐增大

    网络的变化以及业务的扩展，使得多年前出现的OTN电交叉方式正显得越来越力不从心。运营商的核心城域网的拓扑往往呈现复杂的网格型网络，每个节点的维度如果算上所带汇聚环可能达到8维，甚至更多。在这种情况下，如果以纯电交叉100GOTN方式组网，意味着每个节点的容量将达到8x8T=64T。如果考虑以面向未来的400GOTN方式组网，那么这个容量将接近200T。这意味着，即使能开发出这样的交叉连接芯片，设备的背板也将成为下一个瓶颈，因为以当前的技术水平，单槽位的背板带宽通常只能做到400G，这样一个64槽位的设备最多也只能接出25T的容量。

    值得一提的是，即便通过集群技术克服交叉容量和背板带宽的问题，功耗和占地仍将是长期困扰运营商的一大难题：功耗的降低主要得益于摩尔定律，但目前摩尔定律正面临越来越严重的挑战，9nm以下的芯片制作存在巨大困难。中国移动最新发布的能耗分级标准中针对2014年-2015年的A级最低功耗是2.43W/Gbit/s，以此计算，一个20T的系统的功耗是4.8万瓦，超过绝大多数机房的供电条件。在这种情况下，目前很多城域网中用户事实上对于一些转接的大颗粒业务直接采用FOADM直穿的方式进行处理，但是这意味着额外的插损和复杂的网络运维。
基于ROADM的光电混合组网

    阿尔卡特朗讯认为，基于新一代ROADM技术的可管理的光电混合组网可以解决这个难题。通过模型分析，可以轻松验证这一观点（见图1）。

    从图1中可以看到全电交叉、光电混合和全光交叉三种模型，在典型的城域网拓扑和业务矩阵下，假设业务增长率是40%，应用3种不同的组网方式分别对这个城域网进行CAPEX和OPEX（主要对应能耗）两方面的分析，最终的结论是：光电混合交叉从投资上比纯ODU交叉降低47%左右，功耗节约将近31%事实上，ROADM组网并不是什么新鲜事物，运营商通常都清楚ROADM组网的优势，但往往还是存在不少疑虑，如：业务多次转接后传送距离是否能够满足？如何解决光层的OAM？如何解决波长冲突问题？如何进行网络设计和维护？是否能够实现光层的控制面？

    令人欣慰的是，近年来上述问题基本都已经得到了解决或者缓解。首先，新一代相干检测和软判决技术的出现使得100G信道的无电传送距离可以达到3000公里以上，这种传送距离对于城域应用来说意味着经过ROADM的转接次数可以达到20次以上（以单跨传送80公里计算），完全可以满足城域甚至省内项目的调度需求。

    其次，ROADM确实不像电交叉可以在电层轻易地检测各种性能参数，但目前各厂家都开发出了包括OSNR在线监测在内的完善的光层检测机制。阿尔卡特朗讯的波长追踪技术（WavelengthTracker）不仅可以在线检测OSNR，而且可以方便地进行故障定位、光纤错连检测等，可以说已经达到了类似SDH网络的运维监测能力。

    对于波长冲突，可以考虑将其细分为线路侧和上下端口侧两类。线路侧的波长冲突通常是由于网络中启用了恢复机制，迂回路由与原业务在某个光复用段上可能发生频率冲突，必须进行颜色变换来解决。由于目前尚不存在简单的纯光层的颜色变换器件，可以在网络的中间节点适当安排一些波道事先以背对背的波长适配器连接，构建成一个OEO中继池，当有需要换色或者再生的需求时，可以通过WSS器件连接到这个池中的一个波道上，这样操作员在网管中心即可完成所有操作而无需到现场插拔光纤。上下端口侧的波长冲突是由于ROADM节点中上下业务的BLOCK通常是由1：N的WSS器件+Split搭建的，虽然WSS的N个端口是可以自由调谐选择频点的，但如果有在同一个WSS的N个端口上开多个同色波长的需求，由于1：N器件连接Split的端口只有1个，这个地方就会成为波长冲突的一个瓶颈。解决这个问题的方法就是开发一种MxN的交换器件（见图2）。目前，阿尔卡特朗讯已经完成了这种器件的开发与小型化工作，可以很好地解决上下端口侧的波长冲突问题。

    在网络设计方面，光电混合的设计方式确实比纯电交叉要复杂，必须考虑光层的可达性以及光电配合的问题。所幸的是，目前各厂家均提供网络设计工具帮助网络设计者进行这种复杂网络的规划。阿尔卡特朗讯的设计工具被称为NPT，它不仅可以在开通前进行任何光电混合网络的设计、故障模拟和迂回带宽计算，同时可以在开通后定时收集网络实际参数，从而进一步优化网络。

    最后，在控制面方面，目前各厂家也已经可以提供完善的包括业务自动发现和路由恢复在内的光层控制面技术。阿尔卡特朗讯的控制面技术不仅可以针对光层的波长和电层的ODUk颗粒提供保护、基于源的恢复（SBR）、预计算的恢复（GR）和保护恢复结合（PRC）等技术，也已经能够支持光电结合的MRN。

    总结

    随着业务的不断增长和高速传送技术的发展，传统的WDM和OTN组网技术已经越来越力不从心，这个问题在拓扑和业务复杂的城域网中更是突出。运营商需要在网络的组网方式上有所革新。基于ROADM的光电混合是一个理想的满足高速传送的组网方式，而近年来技术的进步已经或者大大缓解了ROADM应用中原有的各种顾虑，可以说目前已经到了大规模更新我们的光网络组网技术的时候了，城域网可以是一个开始。
   原文来自倪斌 作者倪斌

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seder

光通信是趋势啊。

若华

seder 发表于 2014-9-1 11:35
光通信是趋势啊。