顧榮生，尹祖新，王麗瓊（.中訊郵電咨詢設計院有限公司，北京 00048；.中國聯(lián)通研究院，北京 00048）

0 引言

國內(nèi)運營商的傳輸網(wǎng)絡普遍采用省際干線、省內(nèi)干線、本地傳輸網(wǎng)三級架構，每一級的光層采用WDM建設，電層采用OTN 建設。隨著5G、邊緣計算、政企專線等業(yè)務的崛起，傳統(tǒng)的架構和建設模式遇到了挑戰(zhàn)。三級架構會帶來路由繞轉，增加業(yè)務傳輸時延，層級間的協(xié)調(diào)影響業(yè)務快速開通；點對點WDM 建設模式不能滿足業(yè)務靈活調(diào)度需求，業(yè)務在不同廠商設備之間穿通時需要額外的背靠背轉接，增加了傳輸成本；OTN 的最小容器為ODU0，承載GE 以下速率業(yè)務時存在帶寬浪費。

要解決以上問題，一方面要改變傳輸網(wǎng)絡的架構，另一方面要引入ROADM、PeOTN、OSU 等新技術，增加傳輸網(wǎng)絡承載和調(diào)度業(yè)務的靈活性。

本文分析了業(yè)務網(wǎng)的發(fā)展趨勢和對傳輸網(wǎng)絡的訴求，從業(yè)務調(diào)度靈活、傳輸時延短、開通速度快的角度審視維持多年的傳輸網(wǎng)絡架構、建設模式、業(yè)務承載方式，梳理出傳輸網(wǎng)在滿足業(yè)務需求上的問題，通過模擬、論證，提出傳輸網(wǎng)絡演進的思路——優(yōu)化結構、改變建設模式、引入新技術、優(yōu)化業(yè)務承載策略。第一，將傳輸網(wǎng)的三級架構扁平化為兩級架構；第二，在骨干層面全面引入ROADM 技術組建骨干ROADM和區(qū)域ROADM；第三，通過NNI 接口互通快速實現(xiàn)省本一體化；第四，在本地范圍內(nèi)引入PeOTN、OSU，匹配小帶寬高品質(zhì)專線業(yè)務。

1 傳輸網(wǎng)現(xiàn)狀

經(jīng)過多年的發(fā)展，傳輸網(wǎng)絡已經(jīng)形成了穩(wěn)定的省際干線、省內(nèi)干線、本地傳輸網(wǎng)三級架構，本地網(wǎng)又分為核心層、匯聚層、綜合業(yè)務接入層，層級間通過1～2個節(jié)點銜接，如圖1所示。

圖1 傳輸網(wǎng)絡三級架構

從承載邏輯上，每一層級網(wǎng)絡又可以分為光纜層、傳輸系統(tǒng)層，傳輸系統(tǒng)層又分為光層和電層，下層與上層屬于服務與被服務的關系，光纜為光層提供纖芯，光層為電層提供波道，如圖2 所示，本文討論范圍為傳輸系統(tǒng)層。

圖2 傳輸網(wǎng)絡邏輯分層

光層組網(wǎng)技術有WDM 和ROADM 2 種，WDM 要求所有波長在OTM 站必須先下路再上路，是2017 年以前主要采用的技術，ROADM 可以只下路需要落地的業(yè)務，過路業(yè)務直接在光層穿通，是光層組網(wǎng)技術的演進方向［1］。近年來，各運營商已開始較大規(guī)模使用ROADM 技術組網(wǎng)。OTN 是當前電層的主要技術，其最小顆粒是ODU0，主要的演進方向是更小速率業(yè)務的承載能力、更高效的業(yè)務承載效率，比如已經(jīng)成熟的PeOTN技術［2］、正在研究中的OSU技術等［3］。

電層和光層的銜接模式有集成式和分離式2 種。集成式即電層和光層采用同廠商設備，電層設備將業(yè)務整合成波長級后，通過線路側板卡直接進入光層的合分波模塊。分離式即電層和光層采用異廠商設備，受制于光網(wǎng)絡封閉的特性和現(xiàn)狀，異廠商電層和光層設備互通困難，分離式需要電層設備將小顆粒業(yè)務交叉整合后，通過線路側灰光板與光層設備對接，光層設備將其調(diào)制成彩光后再進入合分波模塊，如圖3 所示。

圖3 集成式和分離式銜接的區(qū)別

國內(nèi)運營商省際干線傳輸網(wǎng)電層和光層多采用分離方式建設，電層采用單個廠商的設備組成一張邏輯上的端到端網(wǎng)絡，光層采用點對點WDM 方式分段招標、建設。省內(nèi)干線、本地傳輸網(wǎng)多采用光電集成方式建設，省內(nèi)干線普遍采用1～2個廠商的設備，本地網(wǎng)普遍采用單個廠商設備，針對多廠商設備的情況，采用分平面或者分區(qū)域的方式建設。

2 存在的問題

2.1 無法滿足政企專線業(yè)務發(fā)展需求

近年，政企專線業(yè)務發(fā)展迅猛，成為各運營商重點爭奪的對象，激烈的市場競爭對傳輸網(wǎng)絡提出了超低傳輸時延、超短開通時間、超高安全保障等升級要求［4］。

對政企專線業(yè)務局向分布的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，約80%的業(yè)務在地（市）內(nèi)終結，約15%的業(yè)務分布在省內(nèi)不同地（市）之間，剩余5%的業(yè)務需要出省。5%的出省業(yè)務局向主要分布在省會城市之間，行業(yè)集中在黨政軍、金融等高價值行業(yè)，對業(yè)務開通時間、傳輸時延要求極高。但在目前架構下，出省業(yè)務開通需要協(xié)調(diào)省際、省內(nèi)、本地三級網(wǎng)絡，很難快速開通，而且落地再轉接的層間銜接方式也增加了業(yè)務的傳輸時延，因此亟需從架構上進行變革。

對政企專線業(yè)務速率分布的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，近年新增業(yè)務速率主要集中在10～100 Mbit/s。SDH網(wǎng)絡已停止擴容多年，資源飽和且面臨退網(wǎng)，而OTN 網(wǎng)絡最小時隙為ODU0，在承載GE 以下速率業(yè)務時存在較大的帶寬浪費，因此從政企專線業(yè)務承載角度出發(fā)，需要升級OTN網(wǎng)絡來適配小帶寬、高品質(zhì)專線業(yè)務［5］。

2.2 無法滿足業(yè)務靈活調(diào)度的需求

省際干線傳輸網(wǎng)因為覆蓋范圍廣、線路距離長，光層采用點對點WDM 方式分段建設，通常在網(wǎng)絡建設時將波道資源規(guī)劃預留好，如須變更，就需人工現(xiàn)場跳纖，業(yè)務調(diào)度極不靈活。而且受制于傳輸網(wǎng)絡的封閉現(xiàn)狀，不同廠商的設備不能自由互通，如果業(yè)務途經(jīng)的系統(tǒng)屬于不同廠商，業(yè)務就需要落地轉接，既浪費投資，又增加傳輸時延。圖4 所示為一條北京1節(jié)點到濟南節(jié)點的業(yè)務，因為途經(jīng)的3 個系統(tǒng)屬于不同廠商，需要占用6 塊支線路合一板卡，而實際北京1節(jié)點到濟南節(jié)點的距離僅576 km，以目前的技術，業(yè)務完全可以在光層直接穿通，僅占用2 塊支線路合一板卡。

圖4 業(yè)務轉接案例

省內(nèi)干線和本地傳輸網(wǎng)采用WDM 建設，普遍采用單廠商設備建設，少量引入多個廠商設備的，將不同廠商分平面或者分區(qū)域，業(yè)務可以在光層直接穿通，跨廠商落地轉接的情況較少，但業(yè)務調(diào)度不靈活，需要人工現(xiàn)場跳纖的問題依舊存在。

2.3 與業(yè)務網(wǎng)絡架構不匹配

傳輸網(wǎng)絡承載的業(yè)務主要有骨干互聯(lián)網(wǎng)、城域網(wǎng)、寬帶接入網(wǎng)、IDC、DC、核心網(wǎng)、IP承載網(wǎng)、IPRAN 組網(wǎng)、政企專線業(yè)務等。主流業(yè)務網(wǎng)絡均采用雙節(jié)點雙平面結構，傳輸網(wǎng)絡則采用雙節(jié)點單平面結構。

如圖5 所示，骨干互聯(lián)網(wǎng)河南2 個節(jié)點分別為鄭州、洛陽，山西2 個節(jié)點分別為太原1 和太原2，兩省之間的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務分擔到2條鏈路鄭州-太原1、洛陽-太原2承載，傳輸網(wǎng)絡采用單平面覆蓋以上4個節(jié)點。傳輸網(wǎng)單平面結構與業(yè)務網(wǎng)雙平面結構不匹配，隨著業(yè)務量的逐漸增大，單節(jié)點失效帶來的損失也越來越大，比如，太原2 或洛陽傳輸節(jié)點故障時，會導致鄭州-太原1、洛陽-太原2兩條互聯(lián)網(wǎng)鏈路同時失效。

圖5 傳輸網(wǎng)與骨干互聯(lián)網(wǎng)結構不匹配

綜上，傳輸網(wǎng)的主要問題在于，省際、省內(nèi)、本地傳輸網(wǎng)的分層結構造成政企專線業(yè)務開通時間長、傳輸時延大；采用的傳統(tǒng)WDM 技術無法滿足業(yè)務靈活調(diào)度的需求，且易造成投資浪費；采用的傳統(tǒng)OTN 技術與政企專線業(yè)務的主流速率不匹配。

針對傳輸網(wǎng)現(xiàn)有架構和技術存在的問題，本文旨在從架構演進和新技術引入上提出建議和解決辦法，以更好地支撐各類業(yè)務的發(fā)展。

3 傳輸網(wǎng)絡架構演進思路

3.1 減少層級，扁平化組網(wǎng)

傳輸網(wǎng)絡作為一張綜合承載網(wǎng)絡，在服務好內(nèi)網(wǎng)業(yè)務的同時，也要直接面向用戶，服務好政企專線業(yè)務。2.1節(jié)中提到，分層級的架構導致政企專線業(yè)務開通時間長，傳輸時延大，而政企專線業(yè)務主要分布在省內(nèi)，因此綜合考慮網(wǎng)絡能力和投資能力，本文提出將省內(nèi)干線傳輸網(wǎng)與本地傳輸網(wǎng)融合為一層。由此，傳輸網(wǎng)的三級結構演化為二級——骨干傳輸網(wǎng)和省內(nèi)傳輸網(wǎng)，如圖6所示。

圖6 傳輸網(wǎng)兩級架構

二級架構下，本地網(wǎng)內(nèi)業(yè)務、省內(nèi)跨地（市）業(yè)務通過省內(nèi)傳輸網(wǎng)承載，出省業(yè)務通過省內(nèi)傳輸網(wǎng)、骨干傳輸網(wǎng)共同承載。骨干傳輸網(wǎng)和省內(nèi)傳輸網(wǎng)在省會以及其他重要的業(yè)務網(wǎng)節(jié)點處銜接。

骨干傳輸網(wǎng)和省內(nèi)傳輸網(wǎng)從承載邏輯上，又分別可以分為光層和電層，下文就2個層級網(wǎng)絡演進思路，分別從光層和電層進行描述。

3.2 骨干傳輸網(wǎng)演進思路

3.2.1 骨干傳輸網(wǎng)光層演進思路

ROADM 是光層一個重要的演進方向，它可以遠程控制光信號分插復用狀態(tài)，實現(xiàn)對波長的重構。ROADM的核心器件是波長選擇開關（WSS），它能獨立將任意波長分配到任意路徑，實現(xiàn)波長級調(diào)度。目前可以成熟商用的WSS最高是20維，可以滿足絕大多數(shù)骨干和省內(nèi)應用場景，32 維度的WSS 研發(fā)已經(jīng)完成，同時全光交叉的OXC 也已有成熟產(chǎn)品，可以作為更高維度ROADM替代方案［6］。

在高維度ROADM 技術成熟、具備規(guī)模商用的條件下，針對骨干傳輸網(wǎng)點對點WDM 建設方式存在的問題，本文提出了一種新的架構——骨干ROADM 打底，區(qū)域ROADM和直達WDM吸熱，如圖7所示［7］。

圖7 骨干傳輸網(wǎng)目標架構

首先，在全國范圍內(nèi)，構建覆蓋所有骨干互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點城市、DC、IDC 及其他重要業(yè)務節(jié)點的骨干ROADM 平面。骨干ROADM 平面作為打底網(wǎng)絡，負責疏通全國范圍內(nèi)的跨省業(yè)務；其次，在經(jīng)濟發(fā)達、業(yè)務繁榮且集中的京津冀、長三角、珠港澳大灣區(qū)等區(qū)域分別建設區(qū)域ROADM 吸收區(qū)域內(nèi)的跨省業(yè)務，緩解骨干ROADM 的壓力。不同于骨干ROADM，區(qū)域ROADM 覆蓋節(jié)點可以更密集，根據(jù)區(qū)域內(nèi)地（市）出省業(yè)務量來確定需要覆蓋的節(jié)點；最后，在京滬、京穗、滬穗等業(yè)務量超大城市之間分別建設點對點直達WDM 疏通熱點局向的業(yè)務，進一步緩解骨干ROADM的壓力［8］。

試劑盒采用雙抗體一步夾心法酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）。往預先包被人可溶性腫瘤壞死因子樣凋亡微弱誘導劑（sTWEAK）捕獲抗體的包被微孔中，依次加入標本、標準品、HRP標記的檢測抗體，經(jīng)過溫育并徹底洗滌。用底物TMB顯色，TMB在過氧化物酶的催化下轉化成藍色，并在酸的作用下轉化成最終的黃色。顏色的深淺和樣品中的人可溶性腫瘤壞死因子樣凋亡微弱誘導劑（sTWEAK）呈正相關。全血標本于室溫放置2小時或4℃過夜后于1 000 g離心20分鐘，取上清即可檢測。

適配業(yè)務網(wǎng)結構，骨干網(wǎng)光層（包含骨干ROADM、區(qū)域ROADM、直達WDM）的目標架構按照雙平面設計，各平面上傳輸網(wǎng)節(jié)點與業(yè)務網(wǎng)節(jié)點嚴格匹配。

目標架構下，骨干傳輸網(wǎng)仍舊定位于承載跨省業(yè)務。其中，點對點直達WDM 承載2點之間固定局向的業(yè)務，區(qū)域ROADM 承載區(qū)域內(nèi)節(jié)點之間的跨省業(yè)務，骨干ROADM 承載其他跨省業(yè)務，業(yè)務在骨干層面不跨網(wǎng)。

目標架構引入?yún)^(qū)域ROADM 和直達WDM 分擔骨干ROADM 的壓力。我國東西部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展懸殊，造成業(yè)務差異也較大，如果用覆蓋全國的骨干ROADM 承載所有跨省業(yè)務，東部區(qū)域資源會很快耗盡，出現(xiàn)瓶頸，建設區(qū)域ROADM 和直達WDM 可以起到吸熱的作用，保證骨干ROADM 資源的均衡使用。通過對某運營商近年跨省業(yè)務流量流向的分析發(fā)現(xiàn)，京滬、滬穗、京穗之間的業(yè)務量占總業(yè)務量的7%，京津冀、長三角、珠港澳大灣區(qū)內(nèi)的跨省業(yè)務量占總業(yè)務量的34%，建設區(qū)域ROADM、直達WDM 可以分流41%的跨省業(yè)務。未來隨著成渝、沈長哈等城市群、區(qū)域一體化的發(fā)展，業(yè)務流向可能會隨著變化，屆時可在新的城市群內(nèi)建設區(qū)域ROADM 吸收區(qū)域內(nèi)跨省業(yè)務，進一步緩解骨干ROADM的壓力。

目標架構在省際干線中全面引入ROADM，充分利用光層性能實現(xiàn)千公里一跳直達，解決了短距離業(yè)務多次轉接的問題。通過對某運營商近年跨省業(yè)務的模擬發(fā)現(xiàn)，相比現(xiàn)有模式，目標架構采用ROADM 可節(jié)約20%的建設成本。光層直達隨之帶來時延的降低，OXC 和高維度ROADM 保證了光方向的靈活擴容和業(yè)務的快速開通，通過加載SDN 管控系統(tǒng)還可實現(xiàn)光傳輸網(wǎng)絡的靈活、智能調(diào)度。

3.2.2 骨干傳輸網(wǎng)電層演進思路

3.3 省內(nèi)傳輸網(wǎng)演進思路

3.1節(jié)提到的二級目標架構，將省內(nèi)干線傳輸網(wǎng)與本地傳輸網(wǎng)融合為一級。

對省內(nèi)業(yè)務流向的分析發(fā)現(xiàn)，本地網(wǎng)內(nèi)業(yè)務仍以向上匯聚為主，因此目標架構維持本地傳輸網(wǎng)核心層、匯聚層、綜合業(yè)務接入層三級架構不動，將原來本地網(wǎng)的核心層與省內(nèi)干線納入一層組網(wǎng)。

3.3.1 省內(nèi)傳輸網(wǎng)光層演進思路

光層覆蓋所有核心層節(jié)點（包括核心節(jié)點、DC、IDC 節(jié)點、省干節(jié)點等）、匯聚節(jié)點、綜合業(yè)務接入點，在核心層節(jié)點和匯聚節(jié)點引入ROADM。與骨干傳輸網(wǎng)相同，省內(nèi)傳輸網(wǎng)光層的目標架構也設計為雙節(jié)點雙平面立體結構，初期考慮業(yè)務量大小和投資能力，光層可以將所有節(jié)點納入一個平面建設，未來抽取和業(yè)務網(wǎng)匹配的節(jié)點構建光層第2平面［9］。

目前省內(nèi)干線和本地傳輸網(wǎng)均已部署了完善的100G WDM/OTN 系統(tǒng)，受制于傳輸設備的封閉現(xiàn)狀，不同廠商設備硬件互通有限且跨域跨廠家協(xié)同復雜，因此，現(xiàn)網(wǎng)向目標架構的演進近期可考慮單廠商組網(wǎng)為主，有2 種方式，一種是自上而下，將省內(nèi)干線延伸至本地范圍內(nèi)，一種是自下而上，將本地傳輸網(wǎng)延伸至地（市）核心節(jié)點之間。

上述2 種方式投資都比較大，一種比較快速的方式是，將現(xiàn)有省干傳輸系統(tǒng)光層延伸到各本地網(wǎng)所有核心節(jié)點、DC 節(jié)點、IDC 節(jié)點，并對這些節(jié)點進行ROADM 改造，形成局間中繼系統(tǒng)，保證波長級業(yè)務在核心層一跳直達，如圖8所示。此方案用最少的投資、最快的速度解決2個最棘手的問題——業(yè)務開通的多級協(xié)調(diào)問題和業(yè)務經(jīng)局間中繼轉接的問題，可作為省內(nèi)傳輸網(wǎng)的近期發(fā)展方向。

圖8 省內(nèi)傳輸網(wǎng)近期架構

3.3.2 省內(nèi)傳輸網(wǎng)電層演進思路

考慮到業(yè)務量等因素，在省內(nèi)傳輸網(wǎng)目標架構中，電層采用單平面，與光層的一個平面集成式建設，未來隨著光電解耦逐步實現(xiàn)異廠商光層和電層混合組網(wǎng)。在近期架構中，現(xiàn)有省干傳輸系統(tǒng)的電層隨著光層一起延伸到各本地網(wǎng)的核心節(jié)點、DC 節(jié)點和IDC節(jié)點，形成局間中繼系統(tǒng)，在核心節(jié)點處，通過NNI 端口實現(xiàn)局間中繼系統(tǒng)與本地網(wǎng)系統(tǒng)的電層互通。

另外，針對OTN 承載小顆粒業(yè)務浪費帶寬的問題，建議在本地范圍內(nèi)部署已經(jīng)成熟應用的PeOTN，對GE 以下速率的業(yè)務進行整合，提升帶寬利用效率。架構更簡潔、封裝效率更高的OSU 技術目前尚在標準制定階段，須緊密關注其發(fā)展態(tài)勢，待產(chǎn)品成熟時適時部署，替代PeOTN。

3.4 SDN管控系統(tǒng)目標架構

傳輸網(wǎng)絡管控系統(tǒng)向SDN 化、云化方向演進已是業(yè)內(nèi)共識［10］。

目前，各運營商均按集團、省分二級架構維護網(wǎng)絡，因此，SDN 管控系統(tǒng)目標也采用集團、省分二級架構，各省部署SDN 控制器和二級協(xié)同器，管理省內(nèi)傳輸網(wǎng)，負責省內(nèi)業(yè)務配置；骨干傳輸網(wǎng)作為一個單獨的域，設置控制器和二級協(xié)同器；集團部署一級協(xié)同器，負責跨省業(yè)務配置。控制器由各設備廠商提供，協(xié)同器由各運營商自行開發(fā)。未來，光傳輸網(wǎng)SDN 和IP 網(wǎng)SDN 協(xié)同，可以實現(xiàn)跨層級的路由資源優(yōu)化和自動配置，進一步提升承載和業(yè)務開通效率。SDN 管控系統(tǒng)規(guī)劃部署在云上，向集約化的方向發(fā)展。

目前，主流設備廠商單域控制器已基本成熟并在現(xiàn)網(wǎng)部署，各運營商需加緊開發(fā)、部署跨域跨廠商協(xié)同器，實現(xiàn)對網(wǎng)絡的自主控制，也為將來傳輸網(wǎng)解耦做好準備。

4 結束語

隨著業(yè)務需求的升級，傳輸網(wǎng)絡下一步如何發(fā)展是每個運營商都面臨的問題。本文提出將傳輸網(wǎng)絡扁平化，全面引入ROADM 來減少業(yè)務傳輸時延，縮短業(yè)務開通時間，同時，結合傳輸網(wǎng)絡封閉的現(xiàn)狀，提出骨干ROADM、區(qū)域ROADM、直達WDM 協(xié)同承載的骨干傳輸網(wǎng)架構和省本一體化的省內(nèi)傳輸網(wǎng)架構，以此作為近中期解決方案，支撐業(yè)務更好發(fā)展。但長遠來看，推動光網(wǎng)絡開放，構建解耦光網(wǎng)絡，才更有意義。