光電混合：高速光傳送網(wǎng)組網(wǎng)策略的革命

近年來光傳送網(wǎng)在云計(jì)算、視頻業(yè)務(wù)和移動(dòng)互聯(lián)驅(qū)動(dòng)下快速增長，有報(bào)告稱2014年80%的軟件服務(wù)以云服務(wù)的方式提供，2015年互聯(lián)網(wǎng)中的60%的業(yè)務(wù)將是視頻業(yè)務(wù)，而到了2020年接入互聯(lián)的智能終端數(shù)將最終達(dá)到200億部。

在過去20年中,業(yè)務(wù)變化不斷地驅(qū)動(dòng)光傳送網(wǎng)組網(wǎng)形式發(fā)生變革，從單純?yōu)樘岣呔W(wǎng)絡(luò)容量的WDM組網(wǎng)，演進(jìn)到了為提高網(wǎng)絡(luò)調(diào)度靈活性的OTN組網(wǎng)。今天,為了適應(yīng)云時(shí)代更大帶寬、更高靈活性和更強(qiáng)智能的需求，基于光電混合組網(wǎng)和智能控制平面統(tǒng)一調(diào)度方式新型光傳送網(wǎng)組網(wǎng)策略正在逐漸興起。

云時(shí)代呼喚新型組網(wǎng)方式
　　
　　云計(jì)算作為一種潮流正在席卷全球，給包括電信運(yùn)營商在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)界各方帶來新的市場(chǎng)機(jī)遇。面對(duì)云計(jì)算業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，光傳送網(wǎng)的組網(wǎng)方式正在發(fā)生變革。阿爾卡特朗訊認(rèn)為，光電混合組網(wǎng)和智能控制平面統(tǒng)一調(diào)度的方式能夠滿足云時(shí)代的需求。阿爾特卡朗訊基于此推出了AON解決方案，該方案包含可管理的敏捷光層組網(wǎng)、多層業(yè)務(wù)交換（L0/1/2）和智能控制平面等三大方面，充分滿足了更大帶寬、更高靈活性和更強(qiáng)智能的需求。

這種新型的組網(wǎng)策略在目前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜆I(yè)務(wù)類型復(fù)雜、業(yè)務(wù)增長率最快的城域網(wǎng)內(nèi)最能體現(xiàn)出它的價(jià)值。目前城域內(nèi)通常都有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一、擁有較為完善的光纜網(wǎng)絡(luò)，但是局部資源纖芯資源緊張；二、機(jī)房剩余可裝面積以及電源往往存在瓶頸；三、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜆I(yè)務(wù)流向較為復(fù)雜，突發(fā)業(yè)務(wù)需求較多；四，業(yè)務(wù)顆粒逐漸增大

網(wǎng)絡(luò)的變化以及業(yè)務(wù)的擴(kuò)展，使得多年前出現(xiàn)的OTN電交叉方式正顯得越來越力不從心。運(yùn)營商的核心城域網(wǎng)的拓?fù)渫�往呈現(xiàn)復(fù)雜的網(wǎng)格型網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的維度如果算上所帶匯聚環(huán)可能達(dá)到8維，甚至更多。在這種情況下，如果以純電交叉100G OTN方式組網(wǎng)，意味著每個(gè)節(jié)點(diǎn)的容量將達(dá)到8x8T=64T。如果考慮以面向未來的400G OTN方式組網(wǎng)，那么這個(gè)容量將接近200T。這意味著，即使能開發(fā)出這樣的交叉連接芯片，設(shè)備的背板也將成為下一個(gè)瓶頸，因?yàn)橐援?dāng)前的技術(shù)水平，單槽位的背板帶寬通常只能做到400G，這樣一個(gè)64槽位的設(shè)備最多也只能接出25T的容量。

值得一提的是，即便通過集群技術(shù)克服交叉容量和背板帶寬的問題，功耗和占地仍將是長期困擾運(yùn)營商的一大難題：功耗的降低主要得益于摩爾定律，但目前摩爾定律正面臨越來越嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，9nm以下的芯片制作存在巨大困難。中國移動(dòng)最新發(fā)布的能耗分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)2014年-2015年的A級(jí)最低功耗是2.43W/Gbit/s， 以此計(jì)算，一個(gè)20T的系統(tǒng)的功耗是4.8萬瓦，超過絕大多數(shù)機(jī)房的供電條件。在這種情況下，目前很多城域網(wǎng)中用戶事實(shí)上對(duì)于一些轉(zhuǎn)接的大顆粒業(yè)務(wù)直接采用FOADM直穿的方式進(jìn)行處理，但是這意味著額外的插損和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維。

基于ROADM的光電混合組網(wǎng)
　　
　　阿爾卡特朗訊認(rèn)為，基于新一代ROADM技術(shù)的可管理的光電混合組網(wǎng)可以解決這個(gè)難題。通過模型分析，可以輕松驗(yàn)證這一觀點(diǎn)（見圖1）。

從圖1中可以看到全電交叉、光電混合和全光交叉三種模型，在典型的城域網(wǎng)拓?fù)浜蜆I(yè)務(wù)矩陣下，假設(shè)業(yè)務(wù)增長率是40%，應(yīng)用3種不同的組網(wǎng)方式分別對(duì)這個(gè)城域網(wǎng)進(jìn)行CAPEX和OPEX（主要對(duì)應(yīng)能耗）兩方面的分析，最終的結(jié)論是：光電混合交叉從投資上比純ODU交叉降低47%左右，功耗節(jié)約將近31%

事實(shí)上，ROADM組網(wǎng)并不是什么新鮮事物，運(yùn)營商通常都清楚ROADM組網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，但往往還是存在不少疑慮，如：業(yè)務(wù)多次轉(zhuǎn)接后傳送距離是否能夠滿足？如何解決光層的OAM？如何解決波長沖突問題？如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和維護(hù)？是否能夠?qū)崿F(xiàn)光層的控制面？

令人欣慰的是，近年來上述問題基本都已經(jīng)得到了解決或者緩解。首先，新一代相干檢測(cè)和軟判決技術(shù)的出現(xiàn)使得100G信道的無電傳送距離可以達(dá)到3000公里以上，這種傳送距離對(duì)于城域應(yīng)用來說意味著經(jīng)過ROADM的轉(zhuǎn)接次數(shù)可以達(dá)到20次以上（以單跨傳送80公里計(jì)算）， 完全可以滿足城域甚至省內(nèi)項(xiàng)目的調(diào)度需求。

其次，ROADM確實(shí)不像電交叉可以在電層輕易地檢測(cè)各種性能參數(shù)，但目前各廠家都開發(fā)出了包括OSNR在線監(jiān)測(cè)在內(nèi)的完善的光層檢測(cè)機(jī)制。阿爾卡特朗訊的波長追蹤技術(shù)（Wavelength Tracker）不僅可以在線檢測(cè)OSNR，而且可以方便地進(jìn)行故障定位、光纖錯(cuò)連檢測(cè)等，可以說已經(jīng)達(dá)到了類似SDH網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維監(jiān)測(cè)能力。

對(duì)于波長沖突，可以考慮將其細(xì)分為線路側(cè)和上下端口側(cè)兩類。線路側(cè)的波長沖突通常是由于網(wǎng)絡(luò)中啟用了恢復(fù)機(jī)制，迂回路由與原業(yè)務(wù)在某個(gè)光復(fù)用段上可能發(fā)生頻率沖突，必須進(jìn)行顏色變換來解決。由于目前尚不存在簡單的純光層的顏色變換器件，可以在網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點(diǎn)適當(dāng)安排一些波道事先以背對(duì)背的波長適配器連接，構(gòu)建成一個(gè)OEO中繼池，當(dāng)有需要換色或者再生的需求時(shí)，可以通過WSS器件連接到這個(gè)池中的一個(gè)波道上，這樣操作員在網(wǎng)管中心即可完成所有操作而無需到現(xiàn)場(chǎng)插拔光纖。上下端口側(cè)的波長沖突是由于ROADM節(jié)點(diǎn)中上下業(yè)務(wù)的BLOCK通常是由1：N的WSS器件+Split搭建的，雖然WSS的N個(gè)端口是可以自由調(diào)諧選擇頻點(diǎn)的，但如果有在同一個(gè)WSS的N個(gè)端口上開多個(gè)同色波長的需求，由于1：N器件連接Split的端口只有1個(gè)，這個(gè)地方就會(huì)成為波長沖突的一個(gè)瓶頸。解決這個(gè)問題的方法就是開發(fā)一種MxN的交換器件（見圖2）。目前，阿爾卡特朗訊已經(jīng)完成了這種器件的開發(fā)與小型化工作，可以很好地解決上下端口側(cè)的波長沖突問題。

圖2：上下端口側(cè)波長沖突的解決方案

在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方面，光電混合的設(shè)計(jì)方式確實(shí)比純電交叉要復(fù)雜，必須考慮光層的可達(dá)性以及光電配合的問題。所幸的是，目前各廠家均提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工具幫助網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者進(jìn)行這種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃。阿爾卡特朗訊的設(shè)計(jì)工具被稱為NPT，它不僅可以在開通前進(jìn)行任何光電混合網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、故障模擬和迂回帶寬計(jì)算，同時(shí)可以在開通后定時(shí)收集網(wǎng)絡(luò)實(shí)際參數(shù)，從而進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。

最后，在控制面方面，目前各廠家也已經(jīng)可以提供完善的包括業(yè)務(wù)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和路由恢復(fù)在內(nèi)的光層控制面技術(shù)。阿爾卡特朗訊的控制面技術(shù)不僅可以針對(duì)光層的波長和電層的ODUk顆粒提供保護(hù)、基于源的恢復(fù)（SBR）、預(yù)計(jì)算的恢復(fù)（GR）和保護(hù)恢復(fù)結(jié)合（PRC）等技術(shù)，也已經(jīng)能夠支持光電結(jié)合的MRN。

總結(jié)

隨著業(yè)務(wù)的不斷增長和高速傳送技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的WDM和OTN組網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)越來越力不從心，這個(gè)問題在拓?fù)浜蜆I(yè)務(wù)復(fù)雜的城域網(wǎng)中更是突出。運(yùn)營商需要在網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式上有所革新。基于ROADM的光電混合是一個(gè)理想的滿足高速傳送的組網(wǎng)方式，而近年來技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)或者大大緩解了ROADM應(yīng)用中原有的各種顧慮，可以說目前已經(jīng)到了大規(guī)模更新我們的光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)的時(shí)候了，城域網(wǎng)可以是一個(gè)開始。