中國(guó)移動(dòng)設(shè)計(jì)院|杜錚 王亞龍 楊天普

中國(guó)移動(dòng)省際骨干傳送網(wǎng)（以下簡(jiǎn)稱省際骨干網(wǎng)）是中國(guó)移動(dòng)的國(guó)家級(jí)干線，承載著中國(guó)移動(dòng)和鐵通公司的所有省際業(yè)務(wù)需求。省際骨干網(wǎng)在2012年首次引入了電交叉的OTN設(shè)備，并在2013年全網(wǎng)部署；在2013年首次引入了100G OTN設(shè)備平臺(tái)，并在2014年全網(wǎng)部署。

光交叉越來(lái)越受關(guān)注

業(yè)務(wù)量的迅猛增長(zhǎng)導(dǎo)致業(yè)務(wù)局站的電路數(shù)量激增，對(duì)電交叉OTN設(shè)備的交叉能力提出了更高的要求，OTN設(shè)備的電交叉能力也從2012年的2.56T增長(zhǎng)到最高的25.6T。在設(shè)備電交叉能力快速增長(zhǎng)的同時(shí)，設(shè)備的單機(jī)架功耗也隨之迅猛增長(zhǎng)，單機(jī)架（600×6000）滿配功耗最高已經(jīng)突破了20000W大關(guān)，帶來(lái)了極其嚴(yán)重的散熱問(wèn)題。電交叉OTN設(shè)備的實(shí)際部署能力遇到了一定的發(fā)展瓶頸，這迫使業(yè)界不得不重新將目光轉(zhuǎn)移到OTN設(shè)備另外一種低功耗的交叉方式：光交叉。光／電交叉的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 光/電交叉技術(shù)對(duì)比表

從對(duì)比可以看出，雖然光交叉技術(shù)有著低設(shè)備功耗、交叉容量大等優(yōu)點(diǎn)，但也同時(shí)存在業(yè)務(wù)傳輸距離受限、無(wú)法解決波長(zhǎng)沖突問(wèn)題的局限，在省際骨干網(wǎng)層面是無(wú)法單獨(dú)組網(wǎng)的。因此，在省際骨干網(wǎng)層面，光交叉技術(shù)必須與電交叉混合組網(wǎng)，才能滿足全部的業(yè)務(wù)傳輸和調(diào)度的需求。

新型設(shè)備解決ROADM局限性

可重構(gòu)光分插入復(fù)用器（ROADM）設(shè)備是基于光交叉的且有規(guī)模部署的設(shè)備形態(tài)。根據(jù)ROADM的組成結(jié)構(gòu)，ROADM可分為波長(zhǎng)阻斷（WB）、平面波導(dǎo)（PLC）和波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)（WSS）3種，其中WSS憑借其光學(xué)性能和可擴(kuò)展性，近年來(lái)已經(jīng)成為主流的設(shè)備形態(tài)。

ROADM設(shè)備支持波長(zhǎng)通道上下路狀態(tài)的靈活配置，多維ROADM設(shè)備還支持波長(zhǎng)通道在各個(gè)維度（方向）之間靈活調(diào)度。但ROADM設(shè)備在實(shí)現(xiàn)光交叉的同時(shí)，其局限性也很明顯，主要有波長(zhǎng)連續(xù)性及惟一性限制、傳輸距離和物理?yè)p耗限制、上下路端口靈活性受限、調(diào)度顆粒的惟一性和粗放性等方面的限制。

針對(duì)ROADM以上的局限性，近年來(lái)，業(yè)界已經(jīng)出現(xiàn)不同程度解決上述限制的新型ROADM設(shè)備，即CDC-F（Colorless-波長(zhǎng)無(wú)關(guān)、Directionless-方向無(wú)關(guān)、Contentionless-競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān)、Flex Grid-靈活柵格）ROADM。雖然目前WSS即可滿足組網(wǎng)需求，但CDC-F仍然是未來(lái)的發(fā)展方向。

CDC-F ROADM與ROADM設(shè)備性能對(duì)比如表2所示。

從上面的對(duì)比不難看出，雖然CDC-F ROADM在不同程度上解決了傳統(tǒng)ROADM的弊端，但從根本上說(shuō)，它還是ROADM設(shè)備，有著目前ROADM設(shè)備固有的特性：不經(jīng)過(guò)電層，無(wú)法進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換；傳輸距離和物理?yè)p耗限制，尤其是CDC-F ROADM的傳輸代價(jià)更大，使得它在省際骨干網(wǎng)面臨的傳輸距離問(wèn)題相對(duì)更嚴(yán)重。

省際骨干網(wǎng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)波道分析對(duì)于采用光交叉+電交叉OTN設(shè)備混合組網(wǎng)后，能夠減少多少對(duì)配套設(shè)施的需求，需要針對(duì)省際骨干網(wǎng)的OTM節(jié)點(diǎn)（包含業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)和再生站）的波道終端及轉(zhuǎn)接情況進(jìn)行分析。由于在省際骨干網(wǎng)中再生站的設(shè)置，絕大部分是由于光通道OSNR低于設(shè)備門(mén)限，不得不進(jìn)行電再生。因此，傳輸節(jié)點(diǎn)的波道分析將不包含再生站，僅針對(duì)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。

表2 CDC-F ROADM與ROADM優(yōu)缺點(diǎn)

筆者在所有省際骨干網(wǎng)中選取了比較有代表意義的廣州、北京、上海、烏魯木齊、成都、長(zhǎng)春和石家莊共7個(gè)城市中的1個(gè)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)作為分析取樣。將所有業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的最近三期工程（即全網(wǎng)部署OTN以來(lái)的工程）的所有波道情況進(jìn)行分析計(jì)算，可得出各期工程各站可使用光交叉波道的比例，詳見(jiàn)表3?？墒褂霉饨徊娴牟ǖ辣壤秊椴豢紤]光通道OSNR的情況下，波長(zhǎng)相同的轉(zhuǎn)接波道、可調(diào)整為相同波長(zhǎng)的轉(zhuǎn)接波道之和占全部業(yè)務(wù)波道（去除含子波道的）的比例。需要注意的是，這里的統(tǒng)計(jì)僅針對(duì)單站，不涉及光路OSNR計(jì)算問(wèn)題，是一種理想狀態(tài)。

從表3波道比例可以看出，即便不考慮單通道OSNR門(mén)限的問(wèn)題，各復(fù)用段使用的波道不均衡導(dǎo)致波長(zhǎng)沖突、業(yè)務(wù)終端和跨廠家及平臺(tái)轉(zhuǎn)接波道，最終可使用光交叉的波道占全部業(yè)務(wù)波道的23.3%，不足25%。雖然總體可供光交叉技術(shù)使用的波道比例并不能說(shuō)高（且還是在不考慮光通道OSNR問(wèn)題的基礎(chǔ)上），但對(duì)單建設(shè)期的單節(jié)點(diǎn)而言，還是有部分節(jié)點(diǎn)在某一建設(shè)期內(nèi)，使用光交叉技術(shù)可以節(jié)約較多的電交叉能力，減少功耗壓力和節(jié)約裝機(jī)面積。

單建設(shè)期內(nèi)可使用光交叉的波道比例高于25%的節(jié)點(diǎn)共有6個(gè)，分別是3期的北京、1期的烏魯木齊站、3期的烏魯木齊站、2期的長(zhǎng)春站、2期的石家莊站和3期的石家莊站。結(jié)合工程中具體波道使用情況分析發(fā)現(xiàn)，可使用光交叉的波道比例較高的局站呈現(xiàn)出幾個(gè)共同特點(diǎn)：

● 自身終端業(yè)務(wù)波道比例少；

● 與光方向多少相關(guān)性不大，主要波道轉(zhuǎn)接關(guān)系集中在較少光方向之間完成；

● 與局站相關(guān)的復(fù)用段中必有2個(gè)或以上的復(fù)用段使用較多的業(yè)務(wù)波道；

● 新建平臺(tái)時(shí)可使用的光交叉的波道比例均較高，但隨著后期擴(kuò)容，光方向較多的局站、擴(kuò)容數(shù)量較少的復(fù)用段中可使用光交叉的波道比例在降低。

表3 波道分析表

引入光電交叉技術(shù)需綜合考量

省際骨干網(wǎng)在2 0 1 3年開(kāi)始部署100G線路速率的OTN平臺(tái)，目前新建系統(tǒng)已全部是100G OTN平臺(tái)。根據(jù)廠家設(shè)備能力及實(shí)際運(yùn)行情況看，100G OTN平臺(tái)的長(zhǎng)距能力較10G平臺(tái)還是有所下降的。本文前表所示的無(wú)電中繼最大傳輸距離1050km也是在10G平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的。結(jié)合最近一期的省際骨干網(wǎng)投標(biāo)情況，目前一干整體復(fù)用段長(zhǎng)度在400～700km水平。

從以上數(shù)據(jù)基本可以確認(rèn)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)間，除石家莊、天津、蘇州等少數(shù)城市業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)將非終端波道光波直通，可滿足系統(tǒng)OSNR門(mén)限外，其余出省的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)則必須將全部/部分非終端波道進(jìn)行電中繼（單系統(tǒng)單節(jié)點(diǎn)的必須全部進(jìn)行電中繼，同一城市有兩個(gè)出省業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的，則同一波必須至少在某一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電中繼）。如此一來(lái)，則光交叉技術(shù)的應(yīng)用范圍和效能將進(jìn)一步被壓縮。

此外，由于商務(wù)報(bào)價(jià)的原因，100G OTN平臺(tái)的線路側(cè)OTU軟/硬判價(jià)格差異較大，因此，單純?yōu)樘岣卟ǖ拦饨徊媸褂寐识鼡QOTU類(lèi)型，提高線路OSNR容忍度會(huì)導(dǎo)致大幅度增加建設(shè)成本，這與現(xiàn)有的工程建設(shè)原則是相違背的。

綜上所述，由于中國(guó)的地理及政區(qū)影響，在省際骨干網(wǎng)中，長(zhǎng)距傳輸對(duì)光交叉的影響是比較大的，使得在業(yè)務(wù)局站內(nèi)可使用光交叉的波道比例進(jìn)一步下降，在部分局站甚至到達(dá)0。再考慮到絕大部分的再生站都必須對(duì)波道進(jìn)行電中繼。因此，結(jié)合對(duì)節(jié)點(diǎn)波道的分析，預(yù)計(jì)省際骨干網(wǎng)整體的可以使用光交叉技術(shù)進(jìn)行交叉的波道比例不會(huì)超過(guò)10%。

光交叉技術(shù)將影響工程建設(shè)和后續(xù)維護(hù)

由于光交叉技術(shù)是有別于電交叉技術(shù)的一種全新的設(shè)備形態(tài)，與早期WDM系統(tǒng)中簡(jiǎn)單的OM/OD光纖直連或者OADM設(shè)備完全不同，涉及多方向的波長(zhǎng)相互間交叉，因此在工程建設(shè)前期對(duì)業(yè)務(wù)與波道進(jìn)行匹配和排布的時(shí)間會(huì)大大增加（保證在轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)波長(zhǎng)一致），合同編制復(fù)雜度也將大大增加，原先只需要對(duì)復(fù)用段的OSNR進(jìn)行計(jì)算，變成了針對(duì)單波道進(jìn)行OSNR計(jì)算。預(yù)計(jì)兩者的編制時(shí)間至少會(huì)增加100%以上，保守估計(jì)1～2個(gè)月時(shí)間。

在整個(gè)建設(shè)流程上，由于各設(shè)備廠家的長(zhǎng)距傳輸能力不同，單節(jié)點(diǎn)可使用光交叉的波道數(shù)量無(wú)法在合同編制前確定，因此向采購(gòu)部門(mén)提出的設(shè)備采購(gòu)數(shù)量無(wú)法準(zhǔn)確，在流程上會(huì)造成拖延，延長(zhǎng)工程建設(shè)周期。

另外，由于目前傳輸設(shè)備在光層上的信號(hào)監(jiān)控與電層相比還是差一些，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)時(shí)，對(duì)故障的精確定位和全網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)割接窗口期是否會(huì)造成不良影響還有待實(shí)際運(yùn)行后才能得知。

光交叉技術(shù)總結(jié)及部署

通過(guò)以上的技術(shù)分析，筆者得出如下結(jié)論。

1.就光交叉技術(shù)成熟度而言，WSS技術(shù)已經(jīng)很成熟，正在向CDC-F ROADM技術(shù)演進(jìn)。目前，CDC-F ROADM技術(shù)還未完全發(fā)展成熟，但針對(duì)省際骨干網(wǎng)目前的建設(shè)原則而言，光交叉技術(shù)目前的設(shè)備形態(tài)已經(jīng)可以滿足。

2.綜合OSNR的影響，預(yù)計(jì)省際骨干網(wǎng)整體可以使用光交叉技術(shù)進(jìn)行交叉的波道比例不會(huì)超過(guò)10%。但在個(gè)別站點(diǎn)的轉(zhuǎn)接波道也有較大的比例，可帶來(lái)較為顯著的效益。

3.引入光交叉技術(shù)后，工程建設(shè)周期會(huì)較現(xiàn)有的建設(shè)周期變長(zhǎng)，保守估計(jì)約為1～2個(gè)月時(shí)間。

4.未來(lái)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)時(shí)，對(duì)故障的精確定位和全網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)割接窗口期是否會(huì)造成不良影響還有待實(shí)際運(yùn)行后才能得知。

對(duì)光交叉技術(shù)的引用研究起因是基于電交叉技術(shù)的OTN設(shè)備單機(jī)散熱問(wèn)題過(guò)于突出，導(dǎo)致機(jī)房配套設(shè)施無(wú)法匹配造成的。但針對(duì)此問(wèn)題，設(shè)備廠家也在積極努力進(jìn)行改進(jìn)，除了減低設(shè)備單板的功耗外，作為最終解決方案的集群式電交叉OTN設(shè)備，各廠家預(yù)計(jì)最遲2018年提供商用產(chǎn)品，屆時(shí)單機(jī)散熱問(wèn)題將徹底得到解決。因此，如果僅為解決單機(jī)功耗過(guò)高導(dǎo)致的散熱問(wèn)題而引入光交叉技術(shù)是沒(méi)有必要的。

全網(wǎng)引入光交叉前需做好三階段準(zhǔn)備

引入光交叉技術(shù)降低省際骨干網(wǎng)中的某些局站的功耗水平和設(shè)備裝機(jī)數(shù)量是可以考慮的。作為一種全新的設(shè)備形態(tài)，在省際骨干網(wǎng)大規(guī)模部署前，建議還需完成以下幾個(gè)階段的研究及準(zhǔn)備工作。

第一階段：加強(qiáng)對(duì)光交叉技術(shù)的工程運(yùn)用研究，完成設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。

第二階段：在省二干網(wǎng)絡(luò)中完成實(shí)際部署，應(yīng)在廣東、江蘇等業(yè)務(wù)量較大或新疆、內(nèi)蒙、甘肅等業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)間距離較長(zhǎng)的省份分別部署，以實(shí)際驗(yàn)證光交叉設(shè)備的組網(wǎng)能力，并評(píng)估對(duì)工程建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)造成的實(shí)際影響。

第三階段：在省際骨干網(wǎng)中的個(gè)別站點(diǎn)引入光交叉設(shè)備，做一干現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)。

以上3個(gè)階段全面完成后，則可徹底評(píng)估省際骨干網(wǎng)引入光交叉技術(shù)的可行性。

光電混合交叉組網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景描述

通過(guò)以上分析，我們可以得出適合光電混合交叉組網(wǎng)設(shè)備的局站有以下3種類(lèi)型。

1.承擔(dān)干線波道分流轉(zhuǎn)接的局間中繼局站。此類(lèi)站點(diǎn)基本都是只有2個(gè)光方向，除自身業(yè)務(wù)終端的波道外，其余干線分流的轉(zhuǎn)接電路波長(zhǎng)較易調(diào)整一致，且傳輸距離近，不受OSNR影響，光交叉設(shè)備能帶來(lái)較大效益的局站，如生產(chǎn)中心、花溪站等。

2.相鄰業(yè)務(wù)站點(diǎn)傳輸距離較近，且本身終端業(yè)務(wù)比例較少的業(yè)務(wù)局站。此類(lèi)站點(diǎn)本身大部分波道為轉(zhuǎn)接波道，雖然轉(zhuǎn)接方向較第一類(lèi)局站多，波長(zhǎng)調(diào)整有一定困難，但受OSNR影響小，也比較適合使用光交叉設(shè)備。此類(lèi)局站主要集中在京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角地區(qū)，其他地區(qū)如采用單系統(tǒng)雙節(jié)點(diǎn)的方式建設(shè)，其中一個(gè)局站也是屬于此類(lèi)局站，如天津、石家莊、無(wú)錫、蘇州、滄州、深圳等地的局站。

3.局房條件受限，無(wú)法滿足裝機(jī)需求，且配套設(shè)施無(wú)法建設(shè)的局站。此類(lèi)站點(diǎn)本身可能受OSNR的影響或者復(fù)用段波長(zhǎng)匹配的問(wèn)題，本身并不能大量通過(guò)光交叉轉(zhuǎn)接波道，但機(jī)房已經(jīng)徹底無(wú)法滿足工程建設(shè)需求，配套設(shè)施根本無(wú)法建設(shè)，又無(wú)法搬遷。針對(duì)這種特殊情況，可部署光交叉設(shè)備，以滿足工程建設(shè)需求，但這種部署情況代價(jià)較大，對(duì)于OSNR的影響可能需要更改OTU類(lèi)型。針對(duì)波長(zhǎng)沖突則要使用采用跳波的方式。這些都是與平常省際骨干網(wǎng)的建設(shè)原則不一致之處。此類(lèi)局站為特殊情況，不能普遍采用。

以上3種類(lèi)型的局站，除第三種外，其余兩種類(lèi)型的局站可使用光交叉的波道比例建議在25%以上才部署光交叉設(shè)備。其余所有的再生站和實(shí)際波道可使用光交叉比例低于25%的業(yè)務(wù)局站，建議仍舊使用純電交叉設(shè)備，以減少光交叉設(shè)備引入后所帶來(lái)的設(shè)備技術(shù)復(fù)雜度提高，工程建設(shè)周期延長(zhǎng)和維護(hù)方面可能帶來(lái)的不良影響。