業(yè)務(wù)需求及技術(shù)發(fā)展的雙重驅(qū)動促使傳輸網(wǎng)從40G網(wǎng)絡(luò)向100G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，中國電信也提出了建設(shè)新一代100G大容量骨干光傳輸網(wǎng)絡(luò)的計劃。新網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)為重新設(shè)計新的網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)，進(jìn)一步提高傳輸網(wǎng)的靈活調(diào)度能力、業(yè)務(wù)適應(yīng)能力和安全可靠性，進(jìn)而提升全網(wǎng)的集約化運(yùn)營能力提供了契機(jī)，本文將從當(dāng)前光傳輸網(wǎng)絡(luò)面臨的問題、未來業(yè)務(wù)的需求、集約化運(yùn)營要求、相關(guān)的技術(shù)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(luò)的組網(wǎng)架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)。
1 DWDM光傳輸網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及存在的問題
自20世紀(jì)末DWDM技術(shù)引入以來，在不到15年的時間里，波分技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。波長復(fù)用能力從4波、8波和16波很快演進(jìn)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(fù)用技術(shù)和EDFA光放大器技術(shù)為基礎(chǔ)的波分傳輸系統(tǒng)設(shè)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(luò)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(yīng)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(yīng)用已有10多年時間，但中國電信省際干線波分網(wǎng)絡(luò)一直延續(xù)著點(diǎn)到點(diǎn)鏈形系統(tǒng)的建設(shè)模式，波分網(wǎng)絡(luò)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(wù)絕大多數(shù)(90%以上)為CHINANET路由器間的鏈路，而CHINANET網(wǎng)絡(luò)建設(shè)采用的是以年度為周期預(yù)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(shù)角度講，當(dāng)前波長的自動調(diào)度可以在光層通過可重構(gòu)光分插復(fù)用設(shè)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(dāng)前光層面的技術(shù)能力，光路的損傷難以實現(xiàn)實時、長距離、動態(tài)的補(bǔ)償，ROADM在省際層面很難得到普遍應(yīng)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(wù)需求及運(yùn)營要求
在業(yè)務(wù)發(fā)展及技術(shù)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(jìn)，從未來業(yè)務(wù)需求看，波長級的業(yè)務(wù)快速靈活調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)保護(hù)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(wù)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(wù)需求也已經(jīng)出現(xiàn)。隨著信息化技術(shù)在社會各個領(lǐng)域應(yīng)用的進(jìn)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(wù)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(jī)關(guān)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(wù)已經(jīng)出現(xiàn)快速增長的勢頭。另外，互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)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(wù)發(fā)展需要已經(jīng)開始租用大量帶寬構(gòu)建自己的高速網(wǎng)絡(luò)，谷歌甚至建設(shè)了自己的全球光網(wǎng)絡(luò)，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(yùn)營成本、提高安全性出發(fā)也已開始建設(shè)大型IDC及內(nèi)部高速網(wǎng)絡(luò)，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(wù)不僅僅是帶寬的提升，同時在業(yè)務(wù)的性能(開通時限、可靠性、時延)方面對運(yùn)營商提出了更高的要求，需要波分網(wǎng)絡(luò)具備快速靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度能力、網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)保護(hù)能力以及端到端的運(yùn)營管理能力。
二是業(yè)務(wù)的IP化、互聯(lián)網(wǎng)流量的不確定性以及云計算技術(shù)的引入等因素使得互聯(lián)網(wǎng)對底層波分網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。隨著固網(wǎng)和移動軟交換、IMS網(wǎng)絡(luò)范圍的拓展以及未來VOLTE(Voice over LTE)的引入，語音業(yè)務(wù)的承載將逐漸會完成由電路交換機(jī)向IP網(wǎng)的遷移，很多傳統(tǒng)的中低帶寬專線業(yè)務(wù)也在逐步向MPLS VPN業(yè)務(wù)遷移，這些高質(zhì)量業(yè)務(wù)需要互聯(lián)網(wǎng)具備更高的性能和網(wǎng)絡(luò)安全性?；ヂ?lián)網(wǎng)視頻業(yè)務(wù)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(wù)長時間連接以及對丟包、抖動更為敏感的特點(diǎn)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(zāi)備份和統(tǒng)一計算要求網(wǎng)絡(luò)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(jī)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(gòu)建統(tǒng)一的架構(gòu)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(fù)保護(hù)功能。
三是集約化運(yùn)營的要求。目前中國電信傳輸網(wǎng)的運(yùn)營仍主要是集團(tuán)、省和地(市)三級體系，長途波分的維護(hù)仍主要通過人工在ODF上調(diào)纖來進(jìn)行波道調(diào)度，一方面業(yè)務(wù)的響應(yīng)時間較長難以滿足客戶快速開通業(yè)務(wù)及CHIANNET、CN2網(wǎng)故障或擁塞時業(yè)務(wù)快速恢復(fù)的需要，另一方面由于維護(hù)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(biāo)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(hù)帶來較大的影響。因此提高波分網(wǎng)絡(luò)的集中自動調(diào)度能力和端到端運(yùn)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(shù)發(fā)展
在波分網(wǎng)上實現(xiàn)波長級的調(diào)度和保護(hù)功能在技術(shù)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(diǎn)。ROADM技術(shù)經(jīng)歷了波長阻斷器(WB)、平面光波導(dǎo)技術(shù)(PLC)和波長選擇開關(guān)(WSS)三代發(fā)展，當(dāng)前第三代WSS技術(shù)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(diǎn)，真正實現(xiàn)了波長的可重構(gòu)，有較高的組網(wǎng)靈活性和經(jīng)濟(jì)性，其應(yīng)用日益廣泛。但由于技術(shù)所限，ROADM應(yīng)用目前主要存在4個方面問題，一是受限于當(dāng)前光層面的技術(shù)能力，光路的損傷難以實現(xiàn)實時、長距離、動態(tài)的補(bǔ)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(biāo)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(luò)應(yīng)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(yīng)用范圍有限。二是由于當(dāng)前技術(shù)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(yīng)用時存在波長重構(gòu)問題，波道組織復(fù)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(wù)上下為主的ADM場景應(yīng)用，實現(xiàn)以業(yè)務(wù)調(diào)度為主的多維ROADM或OXC需要組合多個WSS，技術(shù)復(fù)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(hù)需要。
OTN是21世紀(jì)初傳輸網(wǎng)為順應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(luò)體系架構(gòu)，從網(wǎng)絡(luò)層面定義了光信號的各項功能，包括傳輸、復(fù)用、路由、監(jiān)測、性能管理和網(wǎng)絡(luò)生存性，實現(xiàn)了波分網(wǎng)從點(diǎn)到點(diǎn)鏈路模式向網(wǎng)狀網(wǎng)的演進(jìn)。OTN架構(gòu)定義了光通道層(OCh)、光復(fù)用層(OMS)和光傳輸層(OTS)3個層面，由于當(dāng)前的技術(shù)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(fù)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(fù)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(shù)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(yīng)高帶寬業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢復(fù)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(fù)用;三是利用ODU層的交叉連接可以實現(xiàn)高帶寬業(yè)務(wù)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(shù)上更易研發(fā)大容量調(diào)度的設(shè)備，適合高帶寬業(yè)務(wù)的承載和調(diào)度。但受限于高速電信號處理的技術(shù)實現(xiàn)較為困難，目前OTN應(yīng)用中存在的最大問題是節(jié)點(diǎn)的交叉能力有限，當(dāng)前主流廠家的OTN設(shè)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(shè)備。
