構建新一代100G WDM光傳輸網(wǎng)絡架構 提升傳輸網(wǎng)集約化運營能力

0  前言

業(yè)務需求及技術發(fā)展的雙重驅(qū)動促使傳輸網(wǎng)從40G網(wǎng)絡向100G網(wǎng)絡演進,中國電信也提出了建設新一代100G大容量骨干光傳輸網(wǎng)絡的計劃。新網(wǎng)絡的建設為重新設計新的網(wǎng)絡組織架構和技術架構,進一步提高傳輸網(wǎng)的靈活調(diào)度能力、業(yè)務適應能力和安全可靠性,進而提升全網(wǎng)的集約化運營能力提供了契機,本文將從當前光傳輸網(wǎng)絡面臨的問題、未來業(yè)務的需求、集約化運營要求、相關的技術發(fā)展等幾個方面著手,研究提出中國電信新一代100G大容量骨干光傳輸網(wǎng)絡的組網(wǎng)架構和技術架構。

1  DWDM光傳輸網(wǎng)絡的發(fā)展及存在的問題

自20世紀末DWDM技術引入以來,在不到15年的時間里,波分技術得到了迅猛發(fā)展。波長復用能力從4波、8波和16波很快演進到40波和80波,單波長的速率也從早期的2.5 Gbit/s逐步發(fā)展到現(xiàn)在的100 Gbit/s,波分系統(tǒng)傳輸容量從幾十Gbit/s提高到8 Tbit/s,10年增長了上百倍。以波分復用技術和EDFA光放大器技術為基礎的波分傳輸系統(tǒng)設備的發(fā)展和規(guī)模部署,極大地提升了傳輸網(wǎng)容量,也極大地降低了帶寬成本,鑄就了光網(wǎng)絡發(fā)展史上繼SDH之后又一個更為輝煌的10年,其提供的成本日益低廉的帶寬,應是近年來互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的一個最為重要的原始驅(qū)動力。

雖然波分系統(tǒng)在網(wǎng)上應用已有10多年時間,但中國電信省際干線波分網(wǎng)絡一直延續(xù)著點到點鏈形系統(tǒng)的建設模式,波分網(wǎng)絡實際上并未成網(wǎng),波長的調(diào)度都需要通過人工在ODF上調(diào)纖來實現(xiàn),造成此現(xiàn)象的原因主要有2個:一是從需求角度講,目前波分網(wǎng)承載的業(yè)務絕大多數(shù)(90%以上)為CHINANET路由器間的鏈路,而CHINANET網(wǎng)絡建設采用的是以年度為周期預先規(guī)劃的模式,波長日常動態(tài)調(diào)度的需求很少;二是從技術角度講,當前波長的自動調(diào)度可以在光層通過可重構光分插復用設備(ROADM)或在電層通過OTN交叉來實現(xiàn),在光層面由于省際電路長度較長(大多在1 500 km以上),受限于當前光層面的技術能力,光路的損傷難以實現(xiàn)實時、長距離、動態(tài)的補償,ROADM在省際層面很難得到普遍應用,在電層面由于目前OTN交叉能力(3 Tbit/s左右)與波分系統(tǒng)容量(一個方向8 Tbit/s)差距較大,通過OTN交叉僅能實現(xiàn)波長級有限的調(diào)度,而且光電轉(zhuǎn)換的成本也較高。

2  未來業(yè)務需求及運營要求

在業(yè)務發(fā)展及技術變革的雙重驅(qū)動下,經(jīng)過10多年的歷程,傳輸網(wǎng)已經(jīng)實現(xiàn)了從SDH網(wǎng)向WDM網(wǎng)的演進,從未來業(yè)務需求看,波長級的業(yè)務快速靈活調(diào)度和網(wǎng)絡恢復保護需求日益迫切,主要體現(xiàn)在3個方面。

一是GE以上大帶寬專線業(yè)務已經(jīng)出現(xiàn)快速增長的勢頭,10、40甚至100 Gbit/s的專線業(yè)務需求也已經(jīng)出現(xiàn)。隨著信息化技術在社會各個領域應用的進一步深入,世界正迎來“大數(shù)據(jù)”時代,原有的以2和155 Mbit/s為主的專線業(yè)務已不能滿足各行業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨,很多公司和政府機關已經(jīng)或者正在考慮將其租用的專線升速,GE以上大帶寬專線業(yè)務已經(jīng)出現(xiàn)快速增長的勢頭。另外,互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的快速發(fā)展以及寡頭格局的形成,誕生了諸如谷歌、百度、騰訊和阿里等一些超大型互聯(lián)網(wǎng)公司,其基于自身戰(zhàn)略及業(yè)務發(fā)展需要已經(jīng)開始租用大量帶寬構建自己的高速網(wǎng)絡,谷歌甚至建設了自己的全球光網(wǎng)絡,同時一些金融、保險等需要處理大量電子數(shù)據(jù)的公司,基于提升效率、降低運營成本、提高安全性出發(fā)也已開始建設大型IDC及內(nèi)部高速網(wǎng)絡,這兩類公司已經(jīng)提出了10 Gbit/s以上甚至幾百Gbit/s的電路租用需求。大帶寬專線業(yè)務不僅僅是帶寬的提升,同時在業(yè)務的性能(開通時限、可靠性、時延)方面對運營商提出了更高的要求,需要波分網(wǎng)絡具備快速靈活的業(yè)務調(diào)度能力、網(wǎng)絡恢復保護能力以及端到端的運營管理能力。

二是業(yè)務的IP化、互聯(lián)網(wǎng)流量的不確定性以及云計算技術的引入等因素使得互聯(lián)網(wǎng)對底層波分網(wǎng)絡提出了更高的要求。隨著固網(wǎng)和移動軟交換、IMS網(wǎng)絡范圍的拓展以及未來VOLTE(Voice over LTE)的引入,語音業(yè)務的承載將逐漸會完成由電路交換機向IP網(wǎng)的遷移,很多傳統(tǒng)的中低帶寬專線業(yè)務也在逐步向MPLS VPN業(yè)務遷移,這些高質(zhì)量業(yè)務需要互聯(lián)網(wǎng)具備更高的性能和網(wǎng)絡安全性;ヂ(lián)網(wǎng)視頻業(yè)務的快速發(fā)展,不僅僅帶來互聯(lián)網(wǎng)流量的快速增長,同時視頻業(yè)務長時間連接以及對丟包、抖動更為敏感的特點對互聯(lián)網(wǎng)的性能會提出更高的要求。隨著云計算的普及,數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和數(shù)量將會大幅度增長,數(shù)據(jù)中心之間大量的信息同步、容災備份和統(tǒng)一計算要求網(wǎng)絡具備高的安全性和低時延。上述3個方面的需求均對互聯(lián)網(wǎng)的性能提出了更高的要求,但由于IP網(wǎng)本身“盡力轉(zhuǎn)發(fā)”的內(nèi)在機制所限決定了互聯(lián)網(wǎng)僅靠自身提升性能有限,需要底層傳輸網(wǎng)提供有效的支撐,甚至需要構建統(tǒng)一的架構和策略實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)和傳輸網(wǎng)資源的統(tǒng)一和動態(tài)的調(diào)度,這些都需要波分網(wǎng)具備快速靈活的調(diào)度能力和恢復保護功能。

三是集約化運營的要求。目前中國電信傳輸網(wǎng)的運營仍主要是集團、省和地(市)三級體系,長途波分的維護仍主要通過人工在ODF上調(diào)纖來進行波道調(diào)度,一方面業(yè)務的響應時間較長難以滿足客戶快速開通業(yè)務及CHIANNET、CN2網(wǎng)故障或擁塞時業(yè)務快速恢復的需要,另一方面由于維護人員的操作水平參差不齊,大量臨時緊急的ODF調(diào)纖經(jīng)常在纖芯的清潔、尾纖長度、標簽方面出現(xiàn)不規(guī)范的操作,甚至出現(xiàn)誤碰和連接質(zhì)量劣化等事故,對后期維護帶來較大的影響。因此提高波分網(wǎng)絡的集中自動調(diào)度能力和端到端運營能力對提升中國電信傳輸網(wǎng)核心競爭能力意義重大。

3  技術發(fā)展

在波分網(wǎng)上實現(xiàn)波長級的調(diào)度和保護功能在技術實現(xiàn)方面有2個途徑,一是在光層面通過ROADM實現(xiàn),二是在電層面通過OTN交叉實現(xiàn)。

ROADM在光層面實現(xiàn)波長的調(diào)度,因不需要光電轉(zhuǎn)換,具有成本低、對客戶信號透明的優(yōu)點。ROADM技術經(jīng)歷了波長阻斷器(WB)、平面光波導技術(PLC)和波長選擇開關(WSS)三代發(fā)展,當前第三代WSS技術的實現(xiàn)有液晶和MEMS兩種方案,具有插入損耗小、體積小、成本低的優(yōu)點,真正實現(xiàn)了波長的可重構,有較高的組網(wǎng)靈活性和經(jīng)濟性,其應用日益廣泛。但由于技術所限,ROADM應用目前主要存在4個方面問題,一是受限于當前光層面的技術能力,光路的損傷難以實現(xiàn)實時、長距離、動態(tài)的補償,ROADM組網(wǎng)半徑受限于物理傳輸參數(shù), 尤其在高速波分系統(tǒng)中更為明顯。依據(jù)行標征求意見稿,100 Gbit/s波分系統(tǒng)的傳輸能力對于G.652(無DCM)場景,硬判為14×22 dB(約1 100 km),軟判為18×22 dB(約1 400 km),在實際網(wǎng)絡應用中,由于光纜老化及長跨段的影響,傳輸距離會更短,有可能大多在1 000 km以內(nèi),如有長跨距,可能僅800 km,甚至500~600 km,省際傳輸網(wǎng)由于電路長度大多在1 500 km以上(約70%以上),ROADM應用范圍有限。二是由于當前技術水平不能實現(xiàn)光信號在光域的波長變換,ROADM實現(xiàn)的波長調(diào)度只能是不同方向同波長之間的調(diào)度,組網(wǎng)應用時存在波長重構問題,波道組織復雜且利用率低。三是目前的WSS為1×N的形態(tài),只能將1個輸入端口的某個波長交換到其余多個輸出端口,比較適合以業(yè)務上下為主的ADM場景應用,實現(xiàn)以業(yè)務調(diào)度為主的多維ROADM或OXC需要組合多個WSS,技術復雜且成本高。四是WSS倒換的時間較長,大都在秒級,難以滿足傳統(tǒng)50 ms的保護需要。

OTN是21世紀初傳輸網(wǎng)為順應數(shù)據(jù)業(yè)務高帶寬傳輸發(fā)展趨勢而重新定義的新一代光傳送網(wǎng)絡體系架構,從網(wǎng)絡層面定義了光信號的各項功能,包括傳輸、復用、路由、監(jiān)測、性能管理和網(wǎng)絡生存性,實現(xiàn)了波分網(wǎng)從點到點鏈路模式向網(wǎng)狀網(wǎng)的演進。OTN架構定義了光通道層(OCh)、光復用層(OMS)和光傳輸層(OTS)3個層面,由于當前的技術水平尚無法實現(xiàn)光信號的性能監(jiān)測以及低速信號向高速信號的復用,ITU-T在G.709建議中選擇了在電域?qū)崿F(xiàn)OCh所需的性能監(jiān)測和信號復用功能,并定義了光數(shù)據(jù)單元(ODU)和光傳輸單元(OTU)2個層級,通常所說的OTN交叉連接實際上是ODU層面的交叉連接。引入OTN技術主要有三大優(yōu)勢:一是可以實現(xiàn)光信號端到端的性能監(jiān)測和管理;二是透明傳輸,適應高帶寬業(yè)務發(fā)展趨勢復用效率高,可以實現(xiàn)低速光信號向高速光信號靈活高效低成本的復用;三是利用ODU層的交叉連接可以實現(xiàn)高帶寬業(yè)務的調(diào)度,由于交叉速率等級高,相比SDH效率更高、成本更低,技術上更易研發(fā)大容量調(diào)度的設備,適合高帶寬業(yè)務的承載和調(diào)度。但受限于高速電信號處理的技術實現(xiàn)較為困難,目前OTN應用中存在的最大問題是節(jié)點的交叉能力有限,當前主流廠家的OTN設備最大交叉能力大多在3~6 Tbit/s,部分廠家目前正在推出10 Tbit/s以上的設備。

4  新一代光傳輸網(wǎng)絡架構的研究

如上所述,光傳輸網(wǎng)由SDH向OTN演進已成為業(yè)界的共識,并已成為近幾年各運營商傳輸網(wǎng)發(fā)展建設的重點,ITU-T在G.872建議中提出了引入OTN技術的3個途徑:一是以重疊網(wǎng)模式同時部署OTN線路系統(tǒng)及ODU/OCH交叉功能,二是僅部署OTN 交叉/復用(XC/ADM)設備,三是僅部署OTN線路系統(tǒng)。ITU-T同時指出運營商可根據(jù)自己的實際情況選擇一種或多種途徑。從技術角度講,各廠家的WDM設備在光層的復用和傳輸方面已完全遵循了OTN架構,在電層客戶信號的映射和復用也已遵循了OTN架構中的G.709標準,并逐步推出了具備ODU交叉功能的OTN設備。

網(wǎng)絡架構的設計是網(wǎng)絡建設的首要任務,也同時奠定了將來網(wǎng)絡運營維護的基礎。網(wǎng)絡架構的設計應基于業(yè)務需求,既要從未來及當前業(yè)務需求出發(fā)作為架構設計的切入點,又要將滿足業(yè)務需求作為架構設計的落腳點,要避免走入“為組網(wǎng)而組網(wǎng)、為引入新技術而引入新技術”的誤區(qū)。網(wǎng)絡架構包括技術架構和組網(wǎng)架構,二者之間是相輔相成的關系。

4.1  技術架構

中國電信WDM網(wǎng)建設中應滿足的未來業(yè)務需求主要有如下3點。

a) 從滿足大帶寬專線業(yè)務及集約化運營需求考慮,波分網(wǎng)應具備波長級電路的快速靈活調(diào)度、端到端的管理及多級別的網(wǎng)絡保護恢復功能。

b) 隨著100 Gbit/s波分系統(tǒng)的技術成熟及價格不斷下降,新建省際WDM系統(tǒng)的容量將以100 Gbit/s波分系統(tǒng)為主,但未來很長時間內(nèi)仍將有大量的10 Gbit/s業(yè)務顆粒,波分網(wǎng)應支持低速光信號向高速光信號靈活經(jīng)濟的復用。

c) 充分發(fā)揮光層的技術性能,盡量減少電層處理,降低網(wǎng)絡建設成本。

為滿足上述業(yè)務需求,技術上當前應主要研究OTN及ROADM 2種技術的引入及應用。依據(jù)前面對技術發(fā)展部分的分析,由于省際電路的長度大多在1 500 km以上,受限于當前光層面的技術能力,光路的損傷難以實現(xiàn)實時、長距離、動態(tài)的補償,全網(wǎng)波長級業(yè)務的調(diào)度倒換很難利用ROADM在光層面來實現(xiàn),還應主要在電層面利用OTN技術的ODU交叉功能來實現(xiàn),ROADM可應用在滿足光層傳輸性能的場景中來完成光信號的上下路需求。因此當前中國電信WDM網(wǎng)的技術架構應為:線路以100 Gbit/s波分系統(tǒng)為主,全網(wǎng)波道的調(diào)度及保護、業(yè)務的匯聚以OTN技術為主,同時在滿足光層傳輸性能的地方采用ROADM實現(xiàn)光路的轉(zhuǎn)接及業(yè)務的上下路。以下將結合中國電信省際網(wǎng)的實際需求進一步分析OTN及ROADM的組網(wǎng)架構。

4.2  組網(wǎng)架構

4.2.1  OTN組網(wǎng)架構

OTN設備通過ODU交叉功能主要實現(xiàn)波道的調(diào)度及業(yè)務匯聚,其設備形態(tài)主要有2種,一是與波分系統(tǒng)集成在一起,同時具備傳輸及ODU交叉功能(簡稱集成型OTN設備),另一種不與WDM系統(tǒng)集成,僅具備ODU交叉功能(簡稱獨立型OTN)。

采用集成型OTN設備組網(wǎng),主要面臨兩大問題:一是如實現(xiàn)全網(wǎng)級的調(diào)度及端到端管理功能,需要全網(wǎng)的波分系統(tǒng)采用同一廠家的設備,與目前的采購模式差異很大,從長遠看可能不利于建設成本的降低;二是由于目前各廠家OTN設備的交叉能力與傳輸系統(tǒng)容量差異很大,實現(xiàn)全網(wǎng)波道的完全靈活調(diào)度非常困難,甚至不可行,這是當前采用集成型OTN設備組網(wǎng)面臨的最大問題。

目前只有專線類的業(yè)務需要進行全網(wǎng)級波道的自動調(diào)度,CHINANET及CN2網(wǎng)路由器鏈路間電路由于采用以年度為單位預先規(guī)劃的建設模式,日常動態(tài)調(diào)度的需求不大,傳輸故障或IP網(wǎng)絡擁塞時波分網(wǎng)如能提供部分IP電路的快速調(diào)度則基本可以滿足當前IP網(wǎng)集約化運營的要求,基于此提出中國電信當前OTN組網(wǎng)架構。

采用獨立型OTN設備組網(wǎng)構建全國OTN網(wǎng)絡,主要承載專線類業(yè)務;波分系統(tǒng)建設采用集成型OTN設備,預規(guī)劃的CHINANET及CN2網(wǎng)路由器間電路采用支線路合一板卡,在ODF上實現(xiàn)電路的轉(zhuǎn)接;各波分系統(tǒng)留出部分容量采用支線路分離方式(如按慣例配置的維護波道)接入電交叉子架,跨系統(tǒng)之間接入獨立型OTN設備,通過OTN的ODU交叉連接功能實現(xiàn)波道的自動調(diào)度,以滿足傳輸故障或IP網(wǎng)絡擁塞時波分網(wǎng)需提供部分IP電路快速調(diào)度的需求。

采用上述架構有效實現(xiàn)了設備技術能力與實際業(yè)務需求的平衡,主要有以下優(yōu)點。

a) 全面引入OTN交叉功能,可實現(xiàn)全網(wǎng)部分波道的網(wǎng)管集中配置,提高運維水平,滿足集約化運營需求。

b) 采用獨立性OTN設備構建專線業(yè)務專網(wǎng),可以采用一個廠家設備,較易實現(xiàn)全網(wǎng)專線業(yè)務的端到端管理。

上述方案存在的不足是:由于維護波道(接入電交叉矩陣)與實際開放的IP電路(未接入電交叉矩陣)采用不同的承載方式,傳輸網(wǎng)故障導致IP電路中斷時,通過網(wǎng)管緊急調(diào)度的維護波道與中斷的IP電路落地端口不同,還需人工介入調(diào)整波分設備與路由器設備之間的光跳線。部分可克服此不足的唯一可能途徑是統(tǒng)籌規(guī)劃傳輸網(wǎng)和IP網(wǎng)的結構及組網(wǎng)。

4.2.2  ROADM組網(wǎng)架構

如前所述,ROADM主要用于在滿足光層傳輸性能的場景中完成光信號的轉(zhuǎn)接及業(yè)務上下路,由于不需要光電轉(zhuǎn)換,可節(jié)省大量投資。ROADM設備的維數(shù)主要取決于其具體應用場景的波分網(wǎng)絡結構,中國電信省際波分網(wǎng)能夠應用ROADM的地方主要有鏈形系統(tǒng)中間節(jié)點上下業(yè)務(二維)、T形結構連接一個城市2個樞紐樓(三維)以及多套波分系統(tǒng)之間光路的轉(zhuǎn)接(三維或多維)3種場景。

ROADM組網(wǎng)架構需研究的主要內(nèi)容是其上下光路的靈活性,為克服波長一致性限制(即相同波長不能同時進入相同方向,整個路徑上波長必須一致),通過采用CDC ROADM技術實現(xiàn)上下端口的波長無關性(各上下路端口靈活配置成任意波長)、方向無關性(各上下路端口靈活配置到任意方向)和競爭無關性(不同方向相同波長可同時上下路)。技術上CDC主要采用可調(diào)諧OTU、WSS級聯(lián)和多端口光開關來實現(xiàn),對于100G系統(tǒng),由于采用外調(diào)制的方式可調(diào)諧OTU已經(jīng)成為基本配置,CDC實現(xiàn)的困難主要在于WSS級聯(lián)所帶來的成本增加,尤其是實現(xiàn)完全的CDC功能(上下路波長與端口完全無關)需要多端口光開關(如實現(xiàn)4個方向、每個方向20個上下路波長,需要80×80光開關),成本非常高。因此,還應回到業(yè)務需求,從中國電信實際需求出發(fā),研究ROADM組網(wǎng)架構。

ROADM組網(wǎng)架構的關鍵問題是不同場景下的ROADM設備配置模型,以下分別研究鏈形系統(tǒng)中間節(jié)點業(yè)務上下(二維)及同城兩樞紐樓間互通2種場景下的設備配置模型。第三種場景,即多套波分系統(tǒng)之間光路的轉(zhuǎn)接(三維或多維),由于不涉及業(yè)務的落地,設備配置較為簡單,在此不再詳述。

4.2.2.1  二維場景下的ROADM設備配置

在二維場景應用中,東向的某個波長落地后,西向的同一波長如不落地會造成波長的浪費,因此2個方向的波長均需落地,則必有2個落地端口,不存在波長競爭問題,僅需研究是否必須為波長無關性和方向無關性。

目前普遍應用的WSS器件為1∶8端口,二維場景下能夠上下業(yè)務的波長數(shù)量最多僅有7波,而通常80波的WDM系統(tǒng)其ROADM站點上下波的數(shù)量一般至少在20波以上,擴展上下波數(shù)量的方式有2種:一種是采用ITL+AWG方式,成本低,但上下路端口及方向均受限,另一種是采用WSS級聯(lián)的方式,可以做到波長及方向無關,但成本高。

那么如何規(guī)劃ROADM設備上下路的數(shù)量及功能,還是要回到業(yè)務需求上。前面已提到過,中國電信WDM網(wǎng)承載的主要業(yè)務是CHINANET網(wǎng)路由器間的鏈路,由于CHINANET網(wǎng)的建設是以年度為單位預規(guī)劃的,波道安排可以事先規(guī)劃好,其使用的WDM系統(tǒng)上下路端口不需全部做到波長無關和方向無關。雖然IP鏈路日常動態(tài)調(diào)度的需求不大,但在傳輸網(wǎng)故障情況下(通常是一個方向的光纜或系統(tǒng)故障),為及時疏通IP網(wǎng)流量,需要在很短的時間內(nèi)將受影響IP鏈路的路由調(diào)整到其他方向,由于CHINANET網(wǎng)容量巨大,鏈路數(shù)非常多,傳輸網(wǎng)對其所有鏈路提供恢復或保護的功能代價昂貴,經(jīng)濟上不可行,折中的辦法是傳輸網(wǎng)對部分IP鏈路提供故障情況下重路由的能力,這對避免IP網(wǎng)節(jié)點全阻或擁塞還是很有必要的,對應到ROADM設備配置上即需要部分上下路端口具備波長無關性和方向無關性。

圖1示出的是ROADM配置模型可以較為經(jīng)濟地實現(xiàn)部分上下路端口的波長無關性(但方向仍受限),其利用WSS的空余端口可以提供東、西方向各6個與波長無關的波長上下。

圖2示出的是ROADM配置模型可以實現(xiàn)上下路端口的波長及方向無關性,其主要通過WSS級聯(lián)來實現(xiàn),可以提供8個與波長和方向都無關的上下路波長,如需進一步擴展該類上下路波長數(shù)量,可通過再加一級WSS級聯(lián)來實現(xiàn)。此配置模型的局限在于受限于波長一致性該類上下路波長數(shù)量最多為80波(線路容量的50%),且多級WSS會帶來額外的插入損耗。

2種配置的差異主要在于上下端口是否與方向有關,從應用角度看,其最大的差異在于故障時進行業(yè)務電路重路由時是否需人工介入。如上下路端口與方向有關,業(yè)務電路重路由時上下路端口也需要調(diào)整,需要人工重新調(diào)整波分設備與路由器之間的端口連線;如上下路端口與方向無關,業(yè)務電路重路由時上下路端口可以不改變,直接在網(wǎng)管上操作即可,不需人工介入。參照前面的業(yè)務需求分析,為滿足集約化運營的要求,二維場景下ROADM設備配置建議采用模型2。

具體設計多大比例的上下端口具備波長無關性和方向無關性,最終取決于IP網(wǎng)需求,統(tǒng)籌規(guī)劃IP網(wǎng)和傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡結構和網(wǎng)絡組織在此非常有必要。根據(jù)歷史經(jīng)驗,中國電信省際WDM網(wǎng)應用于此場景的節(jié)點其上下路比例一般在10%(20波)以下,筆者認為在合理設計CHINANET網(wǎng)絡結構的前提下,模型2提供8路與波長和方向無關的上下路端口基本可以滿足故障情況下IP業(yè)務的緊急疏通需求。

4.2.2.2  兩樞紐樓間互通場景下的ROADM設備配置

同城市內(nèi)兩樞紐樓之間距離一般在10 km左右,超過了40和100 Gbit/s信號裸纖傳輸?shù)木嚯x,其間電路的溝通如采用建設長中繼波分的方式成本將很高,引入ROADM技術是一種較好的解決方案。同城兩樞紐樓間互通有2種情況:一是只有一個樞紐樓建有省際波分系統(tǒng),另一樞紐樓僅有延伸落地的需求,相當于T形結構;二是兩樞紐樓均建有省際波分系統(tǒng),兩樓之間有溝通電路的需求,相當于H形結構。

對于T形結構,為保證網(wǎng)絡安全性,兩樞紐樓間通常會考慮2個物理光纜路由,建有省際波分系統(tǒng)的樞紐樓ROADM節(jié)點需采用四維結構,其設備配置模型見圖3,延伸另一樞紐樓落地的波長可以做到波長無關和方向無關;延伸樞紐樓也可采用WSS實現(xiàn)落地端口的波長和方向無關,具體設備配置模型不再詳述。

上述模型僅可實現(xiàn)到第二個樞紐樓的轉(zhuǎn)接延伸電路,如果兩樞紐樓之間需要提供兩端落地的電路,需要在南向的WSS模塊下掛AWG完成南向電路的落地。

對于H形結構,由于兩樞紐樓均已具備2個出口方向,兩樓之間也可只考慮1個物理路由,兩樓的ROADM均為三維結構,兩樓之間相互轉(zhuǎn)接的電路應具備波長和方向無關能力,其設備配置模型見圖4 。同上類似,該模型不能提供轉(zhuǎn)接電路在樞紐樓的落地,如需落地,需在南向的WSS模塊下掛AWG完成電路的落地。

需要說明的是,上述2種場景3種模型用ROADM實現(xiàn)光路轉(zhuǎn)接的前提是光信號的傳輸性能滿足要求,在實際網(wǎng)絡設計中如部分光路在部分節(jié)點需要電再生,可輔以電交叉矩陣實現(xiàn)電路的調(diào)度,如果受限于光傳輸性能所有光路在所有節(jié)點都需要電再生,則沒有必要采用ROADM技術。

5  待進一步研究的問題及未來發(fā)展展望

5.1  IP網(wǎng)及傳輸網(wǎng)的統(tǒng)籌規(guī)劃

目前由于IP網(wǎng)和傳輸網(wǎng)分別獨立進行結構及組網(wǎng)的設計,相互協(xié)同僅是傳輸網(wǎng)保證IP網(wǎng)電路物理路由獨立這一比較低級的層次,實際中主要存在三大問題。

a) 由于IP網(wǎng)結構設計僅考慮邏輯結構,未考慮實際的傳輸路由,且中國電信IP網(wǎng)路由控制簡單地采用層次化的cost值,IP包的轉(zhuǎn)發(fā)從IP網(wǎng)角度看是合理的,但映射到光纜路由上實際上可能是繞轉(zhuǎn)的,整網(wǎng)的傳送效率會降低。

b) IP網(wǎng)結構,特別是直達鏈路的設計,僅從IP網(wǎng)角度考慮,由此帶來IP網(wǎng)存在大量多種傳輸速率需求(現(xiàn)網(wǎng)方案同時存在10、40、100 Gbit/s),會帶來傳輸網(wǎng)組網(wǎng)復雜,增加復用成本。

c) 由于當前IP網(wǎng)技術本身存在的缺陷,IP網(wǎng)電路升級到高速鏈路時,原有的低速鏈路很難繼續(xù)長久使用,會帶來傳輸投資的浪費。

統(tǒng)籌規(guī)劃兩網(wǎng)的結構和網(wǎng)絡組織,可以從一定程度上解決上述問題,節(jié)省建設投資。

另外,傳輸網(wǎng)故障導致IP電路中斷時,不能實現(xiàn)完全由網(wǎng)管操作進行IP電路恢復,還需人工部分介入,可以從IP網(wǎng)結構設計著手,結合傳輸網(wǎng)現(xiàn)有技術的能力,選擇對IP網(wǎng)結構至關重要的部分節(jié)點組建單獨的平面,波分網(wǎng)將該平面的IP電路接入電交叉矩陣,并配置部分冗余容量,該平面IP電路故障時,由于有電交叉矩陣落地端口無需調(diào)整,可以實現(xiàn)網(wǎng)管操作全程調(diào)通電路,不需人工接入,一定程度上可進一步提高IP網(wǎng)的安全性。

5.2  傳輸設備與路由器協(xié)同發(fā)展

當前IP網(wǎng)面臨的一個重大問題是,由于IP協(xié)議簡單的包轉(zhuǎn)發(fā)機制需要每個路由器都對所轉(zhuǎn)發(fā)的包進行處理,但流量增長的速度已經(jīng)遠遠大于受限于摩爾定理約束的路由器容量增長速度,IP網(wǎng)只能靠增加路由器數(shù)量來應對流量的增長,但設備數(shù)量的增加又會帶來組網(wǎng)的復雜和路由數(shù)量的快速增加,最終導致路由收斂的難度加大,進而網(wǎng)絡性能下降,同時由于路由器需對每個包進行處理,帶來了能耗的巨大消耗,互聯(lián)網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展也面臨挑戰(zhàn)。

近年來國際上已經(jīng)開始“后IP”的技術研究,主要思路是徹底摒棄原有TCP/IP的束縛,采取推倒重來的方法重新設計未來互聯(lián)網(wǎng),通過對體系架構及相關網(wǎng)絡運行、管理機制的重新設計,創(chuàng)造出一種完全不同于IP體系的“革命性”新技術架構,徹底解決IP網(wǎng)可擴展性、安全性等問題,構建全新的互聯(lián)網(wǎng)下一代體系,推動互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的健康可持續(xù)發(fā)展。

重新構建全新的下一代互聯(lián)網(wǎng)體系并不是一朝一夕可完成的事情,且由于現(xiàn)有的IP網(wǎng)已經(jīng)規(guī)模巨大并已深入到社會生活的各個方面,重新構建新的體系是否可行仍存在一定爭議。解決上述問題的比較現(xiàn)實的途徑是加強傳輸設備與路由器之間的協(xié)同工作,將包的轉(zhuǎn)發(fā)盡量在光層面完成,減少電層面的處理,減輕路由器的壓力。具體實現(xiàn)路徑有以下幾種。

a) 增開路由器間直達鏈路,減少IP包在路由器中的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)。

b) 引入傳輸網(wǎng)及IP網(wǎng)統(tǒng)一的控制平面,通過協(xié)議實現(xiàn)兩網(wǎng)統(tǒng)一的自動路由控制,根據(jù)IP網(wǎng)流量的變化實現(xiàn)網(wǎng)絡的動態(tài)調(diào)整。

c) 在大的核心節(jié)點引入光分組交換或光突發(fā)交換設備,實現(xiàn)IP包在光層的轉(zhuǎn)發(fā)。

目前的網(wǎng)絡規(guī)劃建設和運營中已經(jīng)在采用第一種路徑,后2種路徑尚有很多技術問題需要解決,尤其第三種路徑中的光分組交換或光突發(fā)交換設備,由于一些光信號處理器件的研發(fā)還有待突破,其技術實現(xiàn)還需比較長的時間。

參考文獻:

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[2]  ITU-T G.872 Architecture of optical transport networks[S/OL]. [2013-01-22]. http://www.docin.com/p-542803982.html.

[3]  N×100 Gbit/s光波分復用(WDM)系統(tǒng)技術要求(報批稿)[S/OL]. [2013-01-22]. http://wenku.baidu.com/view/41908c19b7360b4c2e3f 646e.html.

作者:袁海濤 喬月強   來源:郵電設計技術
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