全光交叉multi-haul DWDM系統(tǒng)給歐洲骨干光網(wǎng)絡所帶來的好處

　　摘要：一個透明的multi-haul OXC網(wǎng)絡架構相比一個OADM架構而言，將為一條歐洲的骨干網(wǎng)絡節(jié)省17%的資本支出(CAPEX)。由于歐洲骨干網(wǎng)絡的連接長度一般比美國網(wǎng)絡短許多，因此，這些資本的節(jié)省就顯得更有意義。

　　1、 引言

　　近來，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了利用一個全光交叉連接器（OXC）來完成在一條現(xiàn)有網(wǎng)狀網(wǎng)絡架構超長途傳輸演示的報道[1]。OXC所具備的超長途傳輸性能可確保設計出透明的網(wǎng)狀網(wǎng)（mesh network），而后者被認為是最具效率和成本效益的下一代光網(wǎng)絡。先前曾有人研究全光交叉連接給美國骨干網(wǎng)絡能帶來那些好處[2]，研究指出，采用全光交叉連接器的網(wǎng)絡僅比那些采用超長途系統(tǒng)（具有ROADM功能）的網(wǎng)絡節(jié)省5%的成本。而歐洲骨干網(wǎng)絡的連接長度一般比美國短，因此所需的中繼器數(shù)量更少，這就使端對端透明傳輸成為可能�；�于這樣的考慮，我們認為在歐洲骨干網(wǎng)絡采用全光OXC將顯得更具經(jīng)濟效益。我們認識到，通過使用一個multi-haul DWDM系統(tǒng)可進一步地優(yōu)化網(wǎng)絡的成本結構，而這里所說的multi-haul DWDM系統(tǒng)指的是在同一平臺上集成了長途（LH）和超長途（ULH）DWDM系統(tǒng)[3]。運營商在鋪設multi-haul DWDM系統(tǒng)時可彈性地選擇LH和/或ULH放大器，NRZ和/或RZ轉發(fā)器來適應網(wǎng)絡的物理層需求。本文分析比較了一個由全光OXC和一個multi-haul DWDM平臺所組成的網(wǎng)絡與一個由非透明長途系統(tǒng)和配有ROADM功能的multi-haul DWDM平臺所組成的傳統(tǒng)網(wǎng)絡之間的經(jīng)濟效益差別。

　　2、網(wǎng)絡拓撲和流量假定

　　圖1（a）顯示了此次研究的網(wǎng)絡拓撲結構，這是一條覆蓋德國全鏡的假設網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡由13個節(jié)點組成，平均結點度(node degree)為2.9，19個鏈路的平均鏈路距離為201公里。156個可能的需求對（demand pair），連接長度從39公里到1873公里不等（見圖1.b），平均連接長度為581公里。而美國網(wǎng)絡典型的平均連接長度一般都大于1000公里[2]。



圖1（a）網(wǎng)絡拓撲 （b）連接長度分布圖

　　在第一階段所需要的總網(wǎng)絡帶寬為47×10Gb/s，流量是這樣劃分的：40%在鄰近節(jié)點間，30%集中在法蘭克福（Frankfurt）和漢諾威（Hannover）這兩個網(wǎng)絡中心，其余30%平均分布在其他節(jié)點上。在第二階段，總的網(wǎng)絡帶寬增加到76×10Gb/s，25%的流量在鄰近節(jié)點間，35%集中在法蘭克福和漢諾威，其余40%平均分布在其他節(jié)點上。在最后的第三階段，總的網(wǎng)絡帶寬增加到151×10Gb/s，20%的流量在鄰近節(jié)點間，32%集中在法蘭克福和漢諾威，其余48%平均分布在其他節(jié)點上。鄰近節(jié)點、網(wǎng)絡中心以及其他分布節(jié)點流量比例的變化反映出網(wǎng)絡流量從最初的語音為主轉向最后的較長距離數(shù)據(jù)流量為主的傳輸。

　　3、網(wǎng)絡設計

　　網(wǎng)絡規(guī)劃工具是被用來路由發(fā)送流量需求的，對工作流量采用最短的路徑路由，對1+1保護流量采用最短的鏈路分離路由。基于這些路由，DWDM系統(tǒng)按照工程規(guī)則被分配到鏈路中，來決定是否要采用非歸零碼（NRZ）轉發(fā)器和標準LH放大器來組織連接，或者采用NRZ ULH放大器和甚長距離歸零（RZ）轉發(fā)器來組織連接。在156個可能的連接中，49可能使用LH放大器和NRZ轉發(fā)器來完成，145個可能通過ULH放大器和NRZ轉發(fā)器來完成，所有的156個連接都可以通過ULH放大器和NRZ轉發(fā)器來完成。由于物理層的影響，往往在每一個OADM或OXC節(jié)點的一個跨度上都存在一個距離懲罰（reach penalty）。

　　下面介紹一下分別由三種不同透明度的DWDM系統(tǒng)組成的三種網(wǎng)絡解決方案。

　　1、使用點對點LH DWDM系統(tǒng)的非透明網(wǎng)絡

　　LH放大器和NRZ轉發(fā)器被鋪設在整個網(wǎng)絡中，非相鄰節(jié)點鏈路需要中繼再生，不過每一個節(jié)點都出現(xiàn)了“通過pass-through”流量的再生，這就需要一對轉發(fā)器。兩個光線路終端（OLT）以背靠背模式安置在degree 2節(jié)點上，第3，4和5 OLT被分別安置在3，4 和5節(jié)點上，通過一個光配線面板（patch panel）來靜態(tài)地配置穿過節(jié)點的通道。

　　2、使用multi-haul DWDM系統(tǒng)（帶有ROADM功能）的非透明網(wǎng)絡

　　R-OADM被放置在degree 2節(jié)點上，允許上下信道和使所需通道穿過。在degree 3，4 以及5節(jié)點上，OADM被放置在最大流量的兩個支路上，以避免許多不必要再生的發(fā)生。OLT被放置在剩下的支路上，在那里通過一個光配線面板來靜態(tài)地配置OADM和OLT之間的通道。由于OLT的引入就必須使用NRZ轉發(fā)器來完成通道的再生。更深一步的成本優(yōu)化可以通過使用multi-haul功能和在鄰近節(jié)點的任意點對點鏈路上鋪設LH放大器的方式來完成。

　　3、由multi-haul DWDM系統(tǒng)（帶有ROADM功能）和OXC組成的透明網(wǎng)絡

　　一個全光OXC就是一個增強的ROADM交換系統(tǒng)，例如在degree 3 或4節(jié)點上的流量交換和上下話路。在degree 5節(jié)點處，一個OLT被放置在流量最小的支路上，以避免可能出現(xiàn)的大量不必要再生的發(fā)生，OLT同時通過光配線面板來實現(xiàn)與OXC的互連。透明網(wǎng)絡顯然不能引入LH放大器，因為長途流量的中繼再生不僅會增加網(wǎng)絡的資本支出(CAPEX)，還會增加網(wǎng)絡運營和升級的成本，因此這種方案顯然不能通過。而波長方案則通過升級路由線路數(shù)量（由40升級到80個通道）來消除出現(xiàn)的流量需求調(diào)整，通道數(shù)量的升級是通過對第二集團的40通道增加復用和交換架構來完成的。另一種方案則是在OXC為每一個需要波長轉換的地方配置兩個背對背轉發(fā)器（transponders）。無論如何，對現(xiàn)有流量水平而言，將必要的路由線路升級到80個通道要比波長轉換方案速度快，成本低。

　　4、結果

　　網(wǎng)絡成本的研究結果顯示在圖2，3以及表1中。即使是在最早期的計劃階段，OXC也是最便宜的解決方案，相比長途方案節(jié)省8%的成本，相比multi-haul R-OADM方案節(jié)省1%的成本。過了第一階段后，流量開始增長，也就是第二、第三階段，這些階段OXC與其他兩種方案之間的成本差距逐漸拉大，到了第三階段，OXC方案分別比LH方案和ROADM節(jié)省39%和17%的成本。

　　圖3顯示了在網(wǎng)絡中使用轉發(fā)器和核心設備之間的成本差別。這里的核心設備包括放大器，色散補償模塊，機架以及交換和復用設備。LH方案在所有解決方案中其核心設備成本是最低的，不過卻需要更多的轉發(fā)器。在引入超長途放大器后，R-OADM和OXC都增加了核心成本，不過由于網(wǎng)絡透明的關系節(jié)省了一定數(shù)量的轉發(fā)器，這對核心成本的增加也形成一定的彌補；第二第三階段顯示出當流量不斷增加時，OXC的成本節(jié)省優(yōu)勢日益明顯。


圖2：每一種解決方案和計劃階段的總體網(wǎng)絡成本




圖3：轉發(fā)器成本和核心網(wǎng)絡設備成本比較 a)長途方案 b) multi-haul R-OADM方案 c) multi-haul OXC方案


表1：關于長途方案和multi-haul R-OADM方案總體網(wǎng)絡成本節(jié)省比較

　　5. 總結

　　總之，我們已經(jīng)研究了在歐洲骨干網(wǎng)絡配置一條全光交叉連接架構所帶來的種種益處，研究表明，相比傳統(tǒng)解決方案，這種OXC方案能節(jié)省大量潛在的capex，比如能比第一代長途系統(tǒng)節(jié)省39%的capex，相比multi-haul DWDM 平臺（帶有R-OADM功能）節(jié)省17%的capex。這些在歐洲網(wǎng)絡研究的結果表明這些資本的節(jié)約比美國同類網(wǎng)絡要明顯重大的多，原因是歐洲城市間的連接長度更短，允許使用OXC來實現(xiàn)真正的端對端（end-toend）透明傳輸。

　　來自業(yè)內(nèi)其他專家的研究也表明[2][4]，全光OXC可以在運營和整個使用周期內(nèi)通過借助各種成本節(jié)省的有利條件來給予運營商以更多增值。這些有利條件包括在DWDM層使用共享網(wǎng)狀保護功能而節(jié)省轉發(fā)器開支；通過使用遠程動態(tài)重構單元來提供更快的帶寬分配速度，從而減少資本回收時間；由于是透明的，因此在網(wǎng)絡擴容和升級的時候大大減少opex和capex。

　　6.參考文獻

[1] A. R. Pratt, B. Charbonnier, P. Harper, D. Nesset, B. K. Nayar and N. J. Doran “40 x 10.7 Gbit/s DWDM transmission over a meshed ULH network with dynamically re-configurable optical cross connects” in Proc. OFC'03, paper PD9, Atlanta 2003.
[2] A. Chiu and C. Yu “Economic benefits of transparent OXC networks as compared to long systems with OADMs” in Proc. OFC’03, paper WQ2, Atlanta 2003.
[3] G. L. Jones, J. H. B. Nijhof and W. Forysiak “Cost and flexibility advantage of a multi-haul DWDM platform” to appear in Proc. London Communications Symposium 2003. http://www.ee.ucl.ac.uk/lcs
[4] N. Geary, A. Antonopoulos, J. O’Reilly “Analysis of the potential benefits of OXC-based intelligent optical networks” Optical Networks Magazine, Vol.4, No.2, March/April 2003.

作者：
G. L. 瓊斯1,2, W. 弗斯克 1, J. H. B. 尼介赫夫1
1 英國馬可尼公司
2 倫敦大學通訊工程中心
   來源：光纖新聞網(wǎng)