【网安学术】基于ROADM技术的本地OTN网络部署策略研究

通信技术编辑部2022-04-14 12:38:00




摘要:在对目前本地OTN网络技术瓶颈分析的基础上,分析了ROADM技术优势和目前的运用情况,并对比分析了该技术的5种配置方式。结合对本地传送网主要特点的识别,着重从ROADM技术选择、ROADM结构选择、WSS维度选择、光缆路由选择及网络拓扑结构等方面,对ROADM技术在本地传送网的部署策略进行探索和研究,以期为构建高速、灵活、智能且面向未来的本地传送网络的理论创新与实践工作提供借鉴意义。



正文内容:

0 引言

近年来,以语音业务为代表的传统电信业务增速呈现明显下降趋势,而一些高速大颗粒的新型电信业务正逐渐兴起,如4K高清视频、4G/4G+、云计算、物联网和政企专线等业务。业务流量的爆发式增长和下一代网络技术的发展,需要光网络提供更高的灵活性和智能化功能。ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer,可重构光分插复用器)是一种使用在OTN系统中的器件或设备,其作用是通过远程的重新配置,可以动态上路或下路业务波长,无需手工跳纤就可以做到对OTN系统的波长重构[1]。因此,ROADM已成为下一代全光网络中最核心的产品之一。


1 目前本地OTN网络的瓶颈

随着OTN技术的成熟和单波速率的持续提高,本地传送网络带宽单纯从技术上已经没有了“瓶颈”。但是,如何对带宽进行管理成为了新的“瓶颈”。一方面,随着电信业务的IP化发展,带来了大颗粒业务的增长,波长颗粒出租电路已然成为一种新兴模式,而传统的OTN网络开通业务需要人工进行现场跳纤操作,难以满足业务快速开通和调度的要求。另一方面,波长通道数量的急剧增长,使得维护部门提出了在波长维护管理和调度智能化方面的需求。此外,由于目前OTN网络不同方向的波长是固定的,一旦规划好将难以改变,使得其难以应对突发和难以预测的业务[2]。


2 ROADM技术优势及运用情况

到目前为止,ROADM技术共发展了4代[3]。与当前OTN技术相比,ROADM具有如下优势:(1)更高的带宽:80×100G组网,支持向200G/400G的平滑演进;(2)更低的时延:ROADM全光网,核心层Mesh化,任意两点间光层直达,中间转接基本无时延;(3)更快的业务响应:通过ROADM实现光层转接,网管远程操作,无需现场人工跳纤;(4)更好地适应IDC/ICT发展:提升IDC汇聚节点至网络核心层,对IDC接入层和LSN进行同址覆盖,更适应业务流向,有利于业务发展。

可以看到,ROADM节点相对于当前的OTN设备,在网络化、宽带化和智能化方面有了很大提升[4],ROADM技术目前已在区域省际骨干网和二干网络上得以初步应用。例如,某运营商近期在长江中下游区域实施的ROADM组网项目,项目涉及6个省12个城市20个业务节点。原网络通过引入ROADM技术,最大限度地实现了光层穿通能力,减少了电层中继的数量。利用ROADM技术在光层的波长调度能力,实现了区域网内所有业务的自动调度能力,并提高了整体网络的可靠性。

因此,通过ROADM节点构建本地OTN网络,能极大地改变当前传送网络的面貌,从而为构建高速、灵活、智能且面向未来的本地传送网络奠定基础。


3 ROADM设备配置对比分析

ROADM设备主要由WSS器件组成。根据采用WSS的数量和配置方式,ROADM可分为以下五种[5]。

3.1 方向相关,波长相关(传统ROADM)

该方式每个端口只能上下固定波长,本地业务只能通过本板的OUT口传送到唯一方向。若需要本地业务传送到另一个方向,则需要增加一组合分波器。

(1)优势:应用成熟、成本低廉、波长与物理端口一一对应、对各方向上下话按照极限容量一次性配齐;

(2)劣势:方向相关、波长相关、站点开通初期大量端口空闲。

3.2 方向无关,波长相关(Directionless-ROADM)

该方式每个端口只能上下固定波长,本地新增一维WSS单板,即可实现方向无关场景。当传输路由出现故障时,无需调整网元硬件配置,可通过人工配置交叉或ASON重路由,快速调整路由的传输路径。

(1)优势:方向无关,初期可配置一组WSS一次性覆盖多个方向;后期扩容可逐步增加;

(2)劣势:波长与端口相关,扩容业务量较大时,光层调度WSS须具备冗余端口。

3.3 方向相关,波长无关(Colorless-ROADM)

该方式在每个线路侧方向配置多维WSS,在业务侧方向配置两级WSS,第一级WSS与固定的方向相连,第二级实现具体波道上下,通过增加第二级WSS的数量,最多每个方向实现上下80个波道。

(1)优势:波长与物理端口无关,可根据业务需求平滑扩容WSS1×20;

(2)劣势:方向相关、需要采用WSS级联或  NxM WSS。

3.4 方向无关,波长无关(Colorless & Directionless-ROADM)

该方式每个端口可以上下任意波长,本地业务通过人工配置或ASON自动重路由,可以传送到任意一个方向。当出现波长冲突时,可以灵活转换业务波长,避免同路由的波长阻塞。

(1)优势:方向无关,波长无关;初期可配置一组80波一次性覆盖多个方向,后期扩容可逐步增加;

(2)劣势:扩容业务量较大时,光层调度WSS须具备冗余端口;需要采用多级WSS级联或NxM   WSS,成本较高。

3.5 方向无关,波长无关,冲突无关(Colorless & Directionless & Contentionless-ROADM)

该方式本地纬度上波colorless的光,通过  MxN模块发送到不同方向,实现directionless。任何波长的光可以来自任何方向,没有任何波长阻塞,实现contentionless。

(1)优势:方向无关,波长无关,不同端口可上下来自不同方向的相同波长,网络灵活性高;

(2)劣势:需要采用NxM  的模块,规模配置成本较高,当前尚不具备规模商用条件。


4 本地传送网的主要特点

本地传送网和骨干网相比较,在传输距离、业务模式及组网环境等方面存在较大差异,主要体现在如下方面。

网络层次:结构化清晰,大型网络分成核心、汇聚和接入3层,中小型网络2层。

网络结构:以环网为主,逐渐向网格网(Mesh)演进。

业务模式:以汇聚型业务为主(即从接入/汇聚节点向核心节点集中);少量非核心节点之间的直达业务(政企客户出租电路)。

传输距离:节点间物理距离相对较短,一般节点间距离在5~20 km,市-县节点距离一般在60 km以内。

组网环境:目前同一平面的传输设备组网一般为同一厂商,不需要考虑不同厂商之间的互联互通。

综上,本地传送网的特点体现了其业务类型的多样化,需要更智能的颗粒调度来满足其需求。


5 ROADM技术在本地传送网的部署研究

基于以上分析,本文将重点探讨ROADM技术在业务量大、调度需求多的本地网核心汇聚层的应用策略。

图1为本地OTN网络组网图,分别有核心层、汇聚层和接入层。核心层和汇聚层采用Mesh网的组网方式,大量的接入层节点业务通过汇聚节点向核心节点汇聚,这对核心节点产生了巨大压力,需要在核心层-汇聚层引入ROADM技术,提升网络的整体性能。

5.1 技术选择

本地网业务类型多样化,网络需要支持多种颗粒业务的接入能力,建议引入OTN电层交叉技术。本地网节点间距较短,任意节点间具备光层直达能力,建议引入ROADM光交叉技术,可以实现自动配线架功能,以简化直通连纤、提高系统可靠性。综合上述分析,本地网总体上建议采用集成OTN电层交叉和ROADM光层交叉能力的光电混合设备。任意客户侧业务可交叉调度到任意方向,提高带宽利用率。

5.2 ROADM结构

ROADM设备存在多种不同结构,应结合本地网的实际需求选择相适应的结构。

(1)对于无保护要求的本地网,建议采用“方向相关,波长相关”结构,以简化直通连纤、提高业务开通效率、提升系统可靠性。该结构可以提供部分波长无关的接入能力,以满足一定的调度需求,如图2所示。

(2)对于有保护需求的本地网,可以考虑采用“方向无关,波长相关”结构,利用方向无关特性进行恢复(恢复时间秒级)。该结构后期可通过扩容本地落地维度和上下话WSS板卡实现波长无关,以满足一定的调度需求,如图3所示。

5.3 WSS维度选择

WSS器件成本与维度数量密切相关,建议根据节点的连通度和业务规模差异选择相适应的WSS。具体策略如下。

5.3.1 本地WSS维度

(1)一般/汇聚节点:支持50%业务上下,预留本地维度数为1/2线路维度;

(2)核心节点:支持100%业务上下,预留本地维度数为线路维度;

(3)为确保单点失效不阻塞本地业务,本地维度数为4。

5.3.2 线路侧WSS维度

(1)方向数≤2的一般节点,建议采用2维或4维WSS;

(2)方向数≤6的汇聚节点,建议采用9维WSS;

(3)方向数>6的核心节点,建议采用20维WSS,保证系统有良好的扩展性。

5.4 光缆路由选择

ROADM网络的一大优势在于其采用了Rush结构,可以提供丰富的系统路由,为业务的灵活调度和保护恢复提供保障。因此,丰富的光缆路由资源是建设ROADM网络并充分发挥其优势的基础。对于本地网光缆的选择,需要从光缆质量、光缆安全性和系统建设需求等方面综合考虑,策略如下:

(1)基于光缆网结构,充分利用本地网的光缆资源,尽可能丰富系统路由,以充分发挥ROADM网络的灵活性;

(2)以复用段为单位进行光缆路由选择,选取纤芯质量符合系统开通要求的光缆;

(3)同段落不同系统路由采用不同物理路由光缆,以尽可能提升业务承载安全性。

5.5 网络拓扑结构

网络拓扑结构需要根据本地网业务节点的分布和光缆物理路由进行综合分析而确定,策略如下:

(1)根据本地网业务节点分布和光缆网结构,实现各节点间光层连接。各节点需要至少有2个及以上的物理路由与其他节点互连;

(2)通过增加线路维度,缓解可能的波长冲突;业务量较大的段落,可采用2条或多条同路由波分链路。


6 结 语

随着业务的快速增长和高速传送网技术的快速发展,传统的本地OTN网络已经难以满足网络发展的要求。可重构光分插复用器ROADM具有便于网络规划重构、易于维护等优势,可有效降低建设成本,实现业务的灵活调度。本文在识别目前本地OTN网络瓶颈的基础上,运用ROADM技术优势分析和设备配置对比分析,结合本地传送网主要特点,对ROADM技术在本地传送网的部署策略方面提出了建设性建议。相信ROADM技术未来将会进一步引入本地传送网络,最终推动整个传送网络向全光网络方向发展。


参考文献:

[1] ,王可为,陈秀锦.基于ROADM技术的省干传送网组网策略研究[J].电信技术,2017(07):27-29.

[2] 李俊杰.ROADM技术的应用[J].中兴通信技术,2013(06):26-30.

[3] 周斌,张阳安,黄永清等.基于波长选择开关的ROADM实现研究[J].光通信研究,2008(01):11-13.

[4] 曹仰忠.ROADM技术在本地传送网中应用探讨[J].信息通信,2016(06):231-232.

[5] 赵春华.ROADM在光层组网中的配置及应用[J].电信科学,2014(06):148-151.


作者:范璐璐,于 嘉

单位云南邮电规划设计院有限公司,云南 昆明 650051

作者简介:范璐璐,女,硕士,工程师,主要研究方向为传送网工程咨询、工程设计;

于 嘉,女,学士,高级工程师,主要研究方向为传送网工程咨询、工程设计。

本文刊登在《通信技术》2018年第5期(转载请注明出处,否则禁止转载)














































































































































































































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