基于OXC技術(shù)的傳送網(wǎng)研究與應用

  0  引言

  隨著(zhù)5G、數據中心等新基建的推進(jìn)和產(chǎn)業(yè)數字化的加速，光纖通信作為信息通信網(wǎng)絡(luò )的基礎承載，其優(yōu)勢備受關(guān)注。目前，由于光層處理能力受到限制，在光分組交換、光突發(fā)交換等方面沒(méi)有特別實(shí)質(zhì)性突破，全光網(wǎng)的組網(wǎng)，整體上也是處于發(fā)展的初級階段[1]。國內云運營(yíng)商繼續加速布局，作為基礎傳送網(wǎng)，面臨設備容量不足、網(wǎng)絡(luò )結構待優(yōu)化、調度靈活性不足和機房空間、動(dòng)力資源出現瓶頸等問(wèn)題?？芍貥嫻夥植鍙陀茫≧econfigurable Optical Add/Drop Multiplexer，ROADM）技術(shù)雖然解決了OTN系統電交叉能力不足的部分問(wèn)題，但板卡間復雜的手工連纖和調度不靈活問(wèn)題仍較為突出[2-3]。光交叉（Optical Cross Connect，OXC）作為近年出現的新一代技術(shù)，基于硅基液晶的第三代WSS模塊，可采用光背板連接方式實(shí)現設備光交叉連接能力的大幅提升。本文對ROADM技術(shù)與OXC技術(shù)進(jìn)行了比較，對傳統OTN傳送網(wǎng)進(jìn)行了綜合分析，創(chuàng )新了基于OXC技術(shù)的粵港澳大灣區全光交叉網(wǎng)絡(luò )應用。

  1  全光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)研究

  全光交叉節點(diǎn)作為全光網(wǎng)絡(luò )的基礎網(wǎng)元，其具體結構如圖1所示。其中基于波長(cháng)通路的光交叉連接目前主要采用 WSS 器件組合實(shí)現，基于端口的光交叉連接基于光開(kāi)關(guān)矩陣實(shí)現，前者是目前全光網(wǎng)絡(luò )應用的主要類(lèi)型。ROADM由于其架構設計的特點(diǎn)，通過(guò)單板的堆疊來(lái)進(jìn)行系統的搭建，導致機房空間占用大。結合線(xiàn)路、上下路等不同功能需求，ROADM可構成多種不同功能的全光網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，如CD（波長(cháng)無(wú)關(guān)、方向無(wú)關(guān)）、CDC（波長(cháng)無(wú)關(guān)、方向無(wú)關(guān)、競爭無(wú)關(guān)）、CDCF（波長(cháng)無(wú)關(guān)、方向無(wú)關(guān)、競爭無(wú)關(guān)、靈活柵格）等不同架構。ROADM的上下節點(diǎn)和再生中繼節點(diǎn)均要進(jìn)行復雜的大量的手工連纖，系統連纖的復雜度及工作量隨著(zhù)調度維度的增高而增加，連纖錯誤風(fēng)險高，且連纖耗費時(shí)間長(cháng)，對后續的運維提出很大挑戰。OXC技術(shù)與ROADM技術(shù)、OTM技術(shù)的對比如圖2所示。

圖1  全光交叉節點(diǎn)基本結構

圖2  OXC技術(shù)與現有技術(shù)

  全光交叉OXC技術(shù)能實(shí)現單板的高度集成及即插即用，可使大顆粒業(yè)務(wù)的交換效率得到高效提升，具有超低時(shí)延、超大容量的特點(diǎn)，并采用國際領(lǐng)先的全光背板技術(shù)實(shí)現多維度或多級導向的高可靠?jì)炔靠煽剡B接。相比傳統ROADM技術(shù)，OXC技術(shù)具備兩方面優(yōu)點(diǎn)。一方面，OXC參考電層線(xiàn)路與支路分離的模式，對本地光層線(xiàn)路側模塊與業(yè)務(wù)接入側模塊進(jìn)行分離，從單模塊交叉能力演進(jìn)到整體架構的交叉能力，大幅簡(jiǎn)化了擴維的難度，支撐光交叉能力向更高的維度進(jìn)行演進(jìn)；另一方面，OXC采用了極簡(jiǎn)的架構設計，運用集成式的光背板來(lái)構建全光交叉的資源池，免除了單板間復雜的連纖，使得單板可以即插即用，大幅降低了運維的難度[4-5]。光交叉連接如圖3所示。利用OXC技術(shù)，在波長(cháng)粒度的交叉調度應用之外，可通過(guò)光開(kāi)關(guān)矩陣實(shí)現高維度端口的交叉調度應用，比如320×320 端口調度等，大幅提升光交叉連接智能調度能力。同時(shí)，相比傳統 ROADM，OXC技術(shù)可對光功率、光波長(cháng)、OSNR、光路徑等信息進(jìn)行在線(xiàn)檢測，實(shí)現波長(cháng)級的業(yè)務(wù)路徑可視、快速識別波長(cháng)信息資源、排查錯誤的波長(cháng)路由、全面梳理及規劃波長(cháng)等應用場(chǎng)景[6-7]。

圖3  光交叉連接圖

  2  全光傳送網(wǎng)驅動(dòng)和分析

  2.1  構建全光網(wǎng)絡(luò )的驅動(dòng)力2.1.1  現有網(wǎng)絡(luò )存在的問(wèn)題設備容量不足：隨著(zhù)業(yè)務(wù)流量的急劇增長(cháng)，網(wǎng)絡(luò )中最大節點(diǎn)交叉需求已達200 T，而電交叉技術(shù)節點(diǎn)容量為12.8 T，采用集群技術(shù)后也只能達到102.4 T，難以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。組網(wǎng)架構問(wèn)題：業(yè)務(wù)需求雖然是網(wǎng)狀連接，但受限于設備交叉能力，前期OTN網(wǎng)絡(luò )架構以環(huán)網(wǎng)為主，環(huán)接環(huán)，環(huán)套環(huán)，造成繞行路徑長(cháng)、反復背對背連接，造價(jià)高、時(shí)延長(cháng)等問(wèn)題。調度靈活性問(wèn)題：前期采用FOADM技術(shù)（固定光分插復用），電路連接靠ODF（光纖配線(xiàn)架）人工跳纖實(shí)現，調度不靈活，電路需人工進(jìn)站連好，才能在網(wǎng)管上開(kāi)通?？臻g及電源占用大：由于設備容量限制，為完成大業(yè)務(wù)量的疏導，只能采取多套設備疊加的方式組網(wǎng)，機房空間和電力資源占用大，建設遇到瓶頸。

  2.1.2  業(yè)務(wù)需求驅動(dòng)流量增長(cháng)需求：目前在局部省份的傳送流量平均年增幅高達49%，業(yè)務(wù)帶寬大幅提升，原有基于電的多機箱組合的組網(wǎng)方式難以為繼，網(wǎng)絡(luò )投入大。業(yè)務(wù)連接復雜，電路需靈活調度：目前CMNET、IDC、核心網(wǎng)等面臨業(yè)務(wù)點(diǎn)多、面廣。在實(shí)際中，存在超2 000 個(gè)連接局向的地區，其連接局向近700 個(gè)，連接局向多，連接關(guān)系復雜。云化趨勢驅動(dòng)網(wǎng)絡(luò )重構：國內政策和通信運營(yíng)商5G應用和云戰略布局提速，邊緣云、云網(wǎng)接入、云互聯(lián)和云調度等需傳送網(wǎng)具備更加安全、更低時(shí)延和更大帶寬的網(wǎng)絡(luò )保障，驅動(dòng)傳送網(wǎng)以中大型數據中心和邊緣云計算為中心進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )重構。

  2.2  全光網(wǎng)絡(luò )創(chuàng )新規劃現網(wǎng)存在的主要問(wèn)題以及業(yè)務(wù)需求，驅動(dòng)全光網(wǎng)絡(luò )的規劃創(chuàng )新。目前可以從現網(wǎng)的架構、云戰略、邊緣計算的下沉以及智能化的演進(jìn)等方面出發(fā)，嘗試構建全新的全光網(wǎng)絡(luò )。

  2.2.1  粵港澳大灣區全光網(wǎng)絡(luò )規劃建設總體思路（1）對于前述的設備容量不足及流量增長(cháng)需求，大灣區全光網(wǎng)絡(luò )通過(guò)采用大帶寬技術(shù)，單波道帶寬由100G提升至200G，采用C波段擴展，系統波道數由80 波提升至96 波，來(lái)提升單纖承載容量。

  （2）對于現網(wǎng)環(huán)形組網(wǎng)架構存在的問(wèn)題，引入OXC技術(shù)提升單節點(diǎn)交叉調度推動(dòng)網(wǎng)絡(luò )架構由二維的環(huán)形向多維的MESH演進(jìn)。

  （3）云戰略和邊緣算力持續下沉部署，粵港澳大灣區采用全光網(wǎng)扁平化、MESH化組網(wǎng)架構，并根據業(yè)務(wù)需要建設低時(shí)延直達路由。

  （4）開(kāi)展傳送網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )云化和智能化演進(jìn)，完善和推動(dòng)傳送網(wǎng)的管理、調度、開(kāi)通和智能運維分析。按上述規劃主思路，粵港澳大灣區全光網(wǎng)實(shí)現省內干線(xiàn)OXC核心調度系統與灣區城市的全面部署，形成MESH化的全光傳送網(wǎng)絡(luò )拓撲?；浉郯拇鬄硡^全光網(wǎng)總體拓撲如圖4所示。

圖4  粵港澳大灣區全光網(wǎng)總體拓撲

  2.2.2  創(chuàng )新傳送云，構建光層及電層資源池廣東移動(dòng)大灣區全光網(wǎng)創(chuàng )新傳送云的應用，采用OXC設備構建光層資源池，采用OTN集群技術(shù)構建電層資源池。

  （1）光層資源池采用OXC技術(shù)，將單節點(diǎn)多個(gè)光方向維度的光層設備，集成到一套OXC設備，任意波長(cháng)可以調度至任意方向，構建了多維度的光層波長(cháng)級資源池，滿(mǎn)足大帶寬、流量增長(cháng)以及波長(cháng)級業(yè)務(wù)靈活調度需求（見(jiàn)圖5）。

圖5  光層資源池

  （2）電層資源池傳統的OTN電交叉，多個(gè)OTN電層子架間交叉隔離、相互獨立，槽位及單板資源不能共享，通過(guò)支、線(xiàn)路業(yè)務(wù)單板及ODF架來(lái)實(shí)現跨子架業(yè)務(wù)的互聯(lián)，當節點(diǎn)業(yè)務(wù)應用場(chǎng)景發(fā)生變化，就需要調整硬件及連纖，并需人工上站進(jìn)行操作。

  結合OTN電交叉集群，新增中央集中交換框，各OTN電層子架交叉板采用高速光模塊與中央交換框連接，采用集中交叉實(shí)現多臺OTN電層架間任意互聯(lián)，子架間槽位、單板資源完全共享，多個(gè)電層子架形成一套邏輯上一體的交叉系統，構建電層資源池，站點(diǎn)的波長(cháng)及ODUk（光通道數據單元）實(shí)現了資源池化，電子架實(shí)現了可平滑擴展，端口利用率、通道利用率實(shí)現了最大化，提高了計劃外電路滿(mǎn)足率，通過(guò)遠程操作發(fā)放業(yè)務(wù)，實(shí)現規劃簡(jiǎn)單化，運營(yíng)智能化,大幅提升了效率。電層資源池如圖6所示。

圖6  電層資源池

  （3）傳送云通過(guò)每個(gè)節點(diǎn)的OTN集群構建的電層資源池，實(shí)現業(yè)務(wù)接入電層云插座，滿(mǎn)足各類(lèi)大小顆粒業(yè)務(wù)的靈活接入；通過(guò)各節點(diǎn)OXC光層資源池以及節點(diǎn)間MESH組網(wǎng)，負責節點(diǎn)任意方向、任意波長(cháng)的靈活調度，實(shí)現傳送光層云網(wǎng)?；浉郯拇鬄硡^傳送云架構如圖7所示。傳送云的規劃建設方式，通過(guò)光層云網(wǎng)+電層云插座搭配使用，改變了廣東移動(dòng)業(yè)務(wù)的規劃建設方式，更加適應靈活快速的業(yè)務(wù)需求。

圖7  粵港澳大灣區傳送云架構

  2.3  全光網(wǎng)絡(luò )的部署與現網(wǎng)應用2018年至今，廣東移動(dòng)采用OXC技術(shù)，建成了覆蓋大灣區省干以及廣州、深圳、東莞、佛山等地市城域核心的網(wǎng)狀網(wǎng)，全網(wǎng)共部署110 個(gè)OXC全光調度樞紐，是目前全球商用規模最大、技術(shù)最領(lǐng)先的全光交叉網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現了大灣區業(yè)務(wù)全光一跳直達，設備功耗與機房占用顯著(zhù)降低，業(yè)務(wù)調度靈活性明顯提高。2019年3月建成以來(lái)，已承載業(yè)務(wù)118 T，系統運行穩定。

  3  結束語(yǔ)

  業(yè)務(wù)需求和技術(shù)變革推動(dòng)全光網(wǎng)絡(luò )的持續發(fā)展和應用部署。本文主要介紹了全光交叉技術(shù)、可重構光分插復用ROADM技術(shù)，并具體介紹全光網(wǎng)規劃創(chuàng )新的具體實(shí)際案例?；?A href="http://joq5k4q.cn/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=OXC&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">OXC技術(shù)的粵港澳大灣區全光網(wǎng)絡(luò )創(chuàng )新思路與搭建案例，通過(guò)全光連接、多維調度、傳送云等創(chuàng )新網(wǎng)絡(luò )理念，詮釋了全光城市網(wǎng)絡(luò )發(fā)展方向，實(shí)現了新技術(shù)與實(shí)際需求的切合，為傳送網(wǎng)演進(jìn)和產(chǎn)業(yè)持續發(fā)展明確了方向。

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  文章作者

  潘毅，中國移動(dòng)通信集團廣東有限公司高級工程師，主要從事傳送網(wǎng)、核心網(wǎng)、業(yè)務(wù)支撐網(wǎng)規劃、項目管理、新技術(shù)研究等方面的工作。

  王應波，中國移動(dòng)通信集團廣東有限公司高級工程師，主要從事傳送網(wǎng)、業(yè)務(wù)支撐網(wǎng)規劃、項目管理、新技術(shù)研究等方面的工作。

  王會(huì )義，中國移動(dòng)通信集團廣東有限公司高級工程師，主要從事傳送網(wǎng)規劃和新技術(shù)研究等方面的工作。

  梁永紅，廣東省電信規劃設計院有限公司工程師，主要從事傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )規劃、可研、設計與新技術(shù)研究等方面的工作。