基于OXC技術的傳送網研究與應用

  0  引言

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

  1  全光網絡技術研究

  全光交叉節(jié)點作為全光網絡的基礎網元，其具體結構如圖1所示。其中基于波長通路的光交叉連接目前主要采用 WSS 器件組合實現，基于端口的光交叉連接基于光開關矩陣實現，前者是目前全光網絡應用的主要類型。ROADM由于其架構設計的特點，通過單板的堆疊來進行系統的搭建，導致機房空間占用大。結合線路、上下路等不同功能需求，ROADM可構成多種不同功能的全光網絡節(jié)點，如CD（波長無關、方向無關）、CDC（波長無關、方向無關、競爭無關）、CDCF（波長無關、方向無關、競爭無關、靈活柵格）等不同架構。ROADM的上下節(jié)點和再生中繼節(jié)點均要進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調度維度的增高而增加，連纖錯誤風險高，且連纖耗費時間長，對后續(xù)的運維提出很大挑戰(zhàn)。OXC技術與ROADM技術、OTM技術的對比如圖2所示。

圖1  全光交叉節(jié)點基本結構

圖2  OXC技術與現有技術

  全光交叉OXC技術能實現單板的高度集成及即插即用，可使大顆粒業(yè)務的交換效率得到高效提升，具有超低時延、超大容量的特點，并采用國際領先的全光背板技術實現多維度或多級導向的高可靠內部可控連接。相比傳統ROADM技術，OXC技術具備兩方面優(yōu)點。一方面，OXC參考電層線路與支路分離的模式，對本地光層線路側模塊與業(yè)務接入側模塊進行分離，從單模塊交叉能力演進到整體架構的交叉能力，大幅簡化了擴維的難度，支撐光交叉能力向更高的維度進行演進；另一方面，OXC采用了極簡的架構設計，運用集成式的光背板來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，在波長粒度的交叉調度應用之外，可通過光開關矩陣實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，相比傳統 ROADM，OXC技術可對光功率、光波長、OSNR、光路徑等信息進行在線檢測，實現波長級的業(yè)務路徑可視、快速識別波長信息資源、排查錯誤的波長路由、全面梳理及規(guī)劃波長等應用場景[6-7]。

圖3  光交叉連接圖

  2  全光傳送網驅動和分析

  2.1  構建全光網絡的驅動力2.1.1  現有網絡存在的問題設備容量不足：隨著業(yè)務流量的急劇增長，網絡中最大節(jié)點交叉需求已達200 T，而電交叉技術節(jié)點容量為12.8 T，采用集群技術后也只能達到102.4 T，難以滿足業(yè)務發(fā)展的需求。組網架構問題：業(yè)務需求雖然是網狀連接，但受限于設備交叉能力，前期OTN網絡架構以環(huán)網為主，環(huán)接環(huán)，環(huán)套環(huán)，造成繞行路徑長、反復背對背連接，造價高、時延長等問題。調度靈活性問題：前期采用FOADM技術（固定光分插復用），電路連接靠ODF（光纖配線架）人工跳纖實現，調度不靈活，電路需人工進站連好，才能在網管上開通。空間及電源占用大：由于設備容量限制，為完成大業(yè)務量的疏導，只能采取多套設備疊加的方式組網，機房空間和電力資源占用大，建設遇到瓶頸。

  2.1.2  業(yè)務需求驅動流量增長需求：目前在局部省份的傳送流量平均年增幅高達49%，業(yè)務帶寬大幅提升，原有基于電的多機箱組合的組網方式難以為繼，網絡投入大。業(yè)務連接復雜，電路需靈活調度：目前CMNET、IDC、核心網等面臨業(yè)務點多、面廣。在實際中，存在超2 000 個連接局向的地區(qū)，其連接局向近700 個，連接局向多，連接關系復雜。云化趨勢驅動網絡重構：國內政策和通信運營商5G應用和云戰(zhàn)略布局提速，邊緣云、云網接入、云互聯和云調度等需傳送網具備更加安全、更低時延和更大帶寬的網絡保障，驅動傳送網以中大型數據中心和邊緣云計算為中心進行網絡重構。

  2.2  全光網絡創(chuàng)新規(guī)劃現網存在的主要問題以及業(yè)務需求，驅動全光網絡的規(guī)劃創(chuàng)新。目前可以從現網的架構、云戰(zhàn)略、邊緣計算的下沉以及智能化的演進等方面出發(fā)，嘗試構建全新的全光網絡。

  2.2.1  粵港澳大灣區(qū)全光網絡規(guī)劃建設總體思路（1）對于前述的設備容量不足及流量增長需求，大灣區(qū)全光網絡通過采用大帶寬技術，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，來提升單纖承載容量。

  （2）對于現網環(huán)形組網架構存在的問題，引入OXC技術提升單節(jié)點交叉調度推動網絡架構由二維的環(huán)形向多維的MESH演進。

  （3）云戰(zhàn)略和邊緣算力持續(xù)下沉部署，粵港澳大灣區(qū)采用全光網扁平化、MESH化組網架構，并根據業(yè)務需要建設低時延直達路由。

  （4）開展傳送網的網絡云化和智能化演進，完善和推動傳送網的管理、調度、開通和智能運維分析。按上述規(guī)劃主思路，粵港澳大灣區(qū)全光網實現省內干線OXC核心調度系統與灣區(qū)城市的全面部署，形成MESH化的全光傳送網絡拓撲?；浉郯拇鬄硡^(qū)全光網總體拓撲如圖4所示。

圖4  粵港澳大灣區(qū)全光網總體拓撲

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

  （1）光層資源池采用OXC技術，將單節(jié)點多個光方向維度的光層設備，集成到一套OXC設備，任意波長可以調度至任意方向，構建了多維度的光層波長級資源池，滿足大帶寬、流量增長以及波長級業(yè)務靈活調度需求（見圖5）。

圖5  光層資源池

  （2）電層資源池傳統的OTN電交叉，多個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，通過支、線路業(yè)務單板及ODF架來實現跨子架業(yè)務的互聯，當節(jié)點業(yè)務應用場景發(fā)生變化，就需要調整硬件及連纖，并需人工上站進行操作。

  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，采用集中交叉實現多臺OTN電層架間任意互聯，子架間槽位、單板資源完全共享，多個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，站點的波長及ODUk（光通道數據單元）實現了資源池化，電子架實現了可平滑擴展，端口利用率、通道利用率實現了最大化，提高了計劃外電路滿足率，通過遠程操作發(fā)放業(yè)務，實現規(guī)劃簡單化，運營智能化,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）傳送云通過每個節(jié)點的OTN集群構建的電層資源池，實現業(yè)務接入電層云插座，滿足各類大小顆粒業(yè)務的靈活接入；通過各節(jié)點OXC光層資源池以及節(jié)點間MESH組網，負責節(jié)點任意方向、任意波長的靈活調度，實現傳送光層云網?；浉郯拇鬄硡^(qū)傳送云架構如圖7所示。傳送云的規(guī)劃建設方式，通過光層云網+電層云插座搭配使用，改變了廣東移動業(yè)務的規(guī)劃建設方式，更加適應靈活快速的業(yè)務需求。

圖7  粵港澳大灣區(qū)傳送云架構

  2.3  全光網絡的部署與現網應用2018年至今，廣東移動采用OXC技術，建成了覆蓋大灣區(qū)省干以及廣州、深圳、東莞、佛山等地市城域核心的網狀網，全網共部署110 個OXC全光調度樞紐，是目前全球商用規(guī)模最大、技術最領先的全光交叉網絡，實現了大灣區(qū)業(yè)務全光一跳直達，設備功耗與機房占用顯著降低，業(yè)務調度靈活性明顯提高。2019年3月建成以來，已承載業(yè)務118 T，系統運行穩(wěn)定。

  3  結束語

  業(yè)務需求和技術變革推動全光網絡的持續(xù)發(fā)展和應用部署。本文主要介紹了全光交叉技術、可重構光分插復用ROADM技術，并具體介紹全光網規(guī)劃創(chuàng)新的具體實際案例?；贠XC技術的粵港澳大灣區(qū)全光網絡創(chuàng)新思路與搭建案例，通過全光連接、多維調度、傳送云等創(chuàng)新網絡理念，詮釋了全光城市網絡發(fā)展方向，實現了新技術與實際需求的切合，為傳送網演進和產業(yè)持續(xù)發(fā)展明確了方向。

  參考文獻

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  文章作者

  潘毅，中國移動通信集團廣東有限公司高級工程師，主要從事傳送網、核心網、業(yè)務支撐網規(guī)劃、項目管理、新技術研究等方面的工作。

  王應波，中國移動通信集團廣東有限公司高級工程師，主要從事傳送網、業(yè)務支撐網規(guī)劃、項目管理、新技術研究等方面的工作。

  王會義，中國移動通信集團廣東有限公司高級工程師，主要從事傳送網規(guī)劃和新技術研究等方面的工作。

  梁永紅，廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司工程師，主要從事傳送網網絡規(guī)劃、可研、設計與新技術研究等方面的工作。