［劉杰 葉胤］

1 引言

采用相干接收技術(shù)的100G/超100G 技術(shù)已經(jīng)在各大運營商得到大規(guī)模的商用，成熟的數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)在電域?qū)崿F(xiàn)了對色散的補償，使得色散不再是限制DWDM 系統(tǒng)長距離傳輸?shù)年P(guān)鍵因素。與此同時，WSS 技術(shù)在提高可靠性、提升密度、降低成本等方面不斷進步與成熟，促進了以DWDM 技術(shù)為基石、WSS 技術(shù)為核心的ROADM 網(wǎng)絡發(fā)展。

ROADM 網(wǎng)絡共有6 種基本設備結(jié)構(gòu)：ROADM（方向相關(guān)、波長相關(guān)、沒有競爭）、C-ROADM（方向相關(guān)、波長無關(guān)、沒有競爭）、D-ROADM（方向無關(guān)、波長相關(guān)、競爭相關(guān)）、CD-ROADM（方向無關(guān)、波長無關(guān)、競爭相關(guān)）、CDC-ROADM（方向無關(guān)、波長無關(guān)、競爭無關(guān)）、CDCF-ROADM（方向無關(guān)、波長無關(guān)、競爭無關(guān)、靈活柵格）。WSON 是IETF標準組織倡導的智能波分標準，其主要功能為波長資源的自動檢測與發(fā)現(xiàn)、波長通道的調(diào)度與配置、波長通道的保護與恢復等。

2 規(guī)劃策略與思路

2.1 路徑策略

路徑策略可分為尋路策略和規(guī)避策略，尋路策略主要有最短路徑、最少代價、最少跳數(shù)共3 種策略；規(guī)避策略主要有必經(jīng)路徑、必不經(jīng)路徑。

最短路徑策略實現(xiàn)業(yè)務全程端到端的距離最短，主要考慮到業(yè)務時延是與光網(wǎng)絡傳輸距離是強相關(guān)的，即主要時延開銷是在傳輸距離上，實現(xiàn)了傳輸距離的最短，基本上就實現(xiàn)了業(yè)務時延最優(yōu)，設備的時延開銷占比較少。最少代價策略實現(xiàn)業(yè)務全程端到端的電中繼最少或性能最優(yōu)，鑒于目前影響光網(wǎng)絡性能最大的因素是光纖衰耗，明顯指標是OSNR，因此最少代價策略基本上可以理解成業(yè)務全程端到端OSNR 余量最大。最少跳數(shù)策略實現(xiàn)業(yè)務全程端到端的光交換次數(shù)最小，反映在光網(wǎng)絡為業(yè)務途經(jīng)的ROADM 節(jié)點最少。

必經(jīng)路徑策略指的是業(yè)務必須要經(jīng)過某個段落或某個節(jié)點，同理，必不經(jīng)路徑策略指的是業(yè)務不允許經(jīng)過某個段落或某個節(jié)點。在實際網(wǎng)絡規(guī)劃時，必經(jīng)路徑策略主要是為了契合某些運維習慣而使業(yè)務遵循大路由方向，必不經(jīng)路徑策略主要是為了規(guī)避資源緊缺的瓶頸位置。

2.2 關(guān)聯(lián)業(yè)務

關(guān)聯(lián)業(yè)務的定義：指的是兩個波長通道之間的關(guān)系，互為關(guān)聯(lián)業(yè)務的兩個波長通道的工作路由不允許使用同一鏈路和同一共享風險鏈路組（SLRG）內(nèi)的鏈路；在資源允許的情況下，應當盡可能避免經(jīng)過相同的中間節(jié)點。

關(guān)聯(lián)業(yè)務主要是由數(shù)據(jù)網(wǎng)的需求而來，數(shù)據(jù)網(wǎng)的一個節(jié)點對A-B 通常會建設4 個路由器，分別為A1、A2、B1、B2，呈“口”字型組網(wǎng)。其中A1-B1、A2-B2 是節(jié)點間鏈路，顯然這兩條鏈路不能同時中斷，否則該節(jié)點對會全部失效。對于傳輸網(wǎng)來說，這兩條鏈路即為關(guān)聯(lián)業(yè)務，路由要求稱“雙路由”。在路由資源豐富的網(wǎng)絡，也可以具備“三路由”甚至“四路由”，但代價通常是犧牲低時延。

關(guān)聯(lián)業(yè)務組指是同一組內(nèi)的每條業(yè)務與其他組的業(yè)務均滿足關(guān)聯(lián)業(yè)務的要求，無論是從數(shù)據(jù)網(wǎng)還是傳輸網(wǎng)來看，均建議同一組內(nèi)的業(yè)務走同一個路由。

2.3 共享風險鏈路組

共享風險組（SRG）指的是：共享相同風險的一組資源，一個資源的故障同時也會引起組中所有資源的故障。共享風險鏈路組（SRLG）指的是：共享相同風險的一組鏈路，一條鏈路可以分別屬于多個不同的SRLG。在實際網(wǎng)絡中，通常將同溝、同管道光纜和同光纜開通的鏈路設置為共享風險鏈路組，顯然每個故障段落對應一個共享風險鏈路組。故障的原因通常來源于光纜，例如道路施工失誤挖斷光纜，橋梁坍塌導致光纜中斷，船舶的錨勾斷海底或河底光纜等等。

3 業(yè)務工作路由規(guī)劃

業(yè)務工作路由指的是網(wǎng)絡無故障情況下，業(yè)務長期穩(wěn)定運行的路由。

3.1 工作路由尋路

針對一個已知RAODM 網(wǎng)絡，基于上一章節(jié)闡述的路徑策略，無論使用那種算法，所計算出來的單條業(yè)務路由應該是一樣的。但路徑策略的使用不應該是單一、死板的套用，而是需要考慮其他因素來綜合分析和優(yōu)化。

首先需要考慮的是關(guān)聯(lián)業(yè)務組的約束，不能讓關(guān)聯(lián)業(yè)務的一組路由把另一組完全封閉起來導致無法尋路，或者導致另一組的路由需要繞遠。如圖1 所示，鏈路A1-B1把A2、B2 從中間隔斷，A2 至B2 已無路由可尋（中間節(jié)點不可重疊）。如圖2 所示，假設A1-C 段距離特別長、性能較差，首先規(guī)劃A2-B2 路由導致A1-B2 的路由必須繞完走A1-C 這個段落。較為合適的路由規(guī)劃應為如圖3所示。

圖1 路由規(guī)劃示例一

圖2 路由規(guī)劃示例二

圖3 路由規(guī)劃示例三

因此，路徑策略的考量指標應該是所有業(yè)務的綜合結(jié)果，而不是單條業(yè)務的。

其次是靈活使用多策略組合來優(yōu)化業(yè)務路由，即使用某種路徑策略完成一次尋路，再使用另一種策略進行二次優(yōu)化。根據(jù)3 種路徑策略排列組合，共有3 種組合方式，如表1 所示。

表1 路徑策略組合表

在實際網(wǎng)絡規(guī)劃中，需根據(jù)項目的要求、網(wǎng)絡的特點進行選擇。

3.2 電中繼站設定

光信號在ROADM 網(wǎng)絡長距離傳輸時，由于系統(tǒng)引入了噪聲而導致光信號逐步劣化，劣化到一定程度后光信號的數(shù)據(jù)將無法正確讀取，因此需要在信號劣化前進行“光-電-光”的轉(zhuǎn)換，以保證光信號的正確傳輸。此項轉(zhuǎn)換是對每個波長通道進行處理，其中配置了“光-電-光”轉(zhuǎn)換設備的局站稱“電中繼站”（REG），兩個相鄰電中繼站所組成的波長通道稱“電中繼段”，一個電中繼段包含一個或多個OMS，電中繼段內(nèi)不配置“光-電-光”轉(zhuǎn)換設備的ROADM 站只進行光交換。

在100 Gbit/s 后時代，系統(tǒng)的色散容限已經(jīng)很大，色散對傳輸距離已基本沒有影響，限制傳輸距離的主要因素是光纖的衰耗，反映在DWDM 系統(tǒng)的性能指標即為系統(tǒng)的OSNR。當系統(tǒng)的OSNR 下降到一定水平時（通過測試獲得標準值并由相關(guān)標準定義，又稱“OSNR 容限”），光信號就會出現(xiàn)誤碼，因此可以根據(jù)業(yè)務OSNR 的變化設定電中繼站。

基本步驟為：從業(yè)務起點出發(fā)，沿業(yè)務工作路由逐段OMS累計OSNR值和計算OSNR容限，如完成全程累計后，OSNR 值大于OSNR 容限，則該業(yè)務無需配置電中繼；當OSNR 值不滿足OSNR 容限時，則需要在起點與當前節(jié)點間的節(jié)點配置電中繼，最具經(jīng)濟性是在當前節(jié)點配置電中繼，如節(jié)點的機房配套不滿足也可以在前一節(jié)點配置電中繼，再以配置了電中繼的節(jié)點為起點，繼續(xù)沿業(yè)務工作路由逐段OMS 累計OSNR 值和計算OSNR 容限，直到完成工作路由全程遍歷。

電中繼配置優(yōu)化：完成業(yè)務的電中繼設定后，通常情況下會出現(xiàn)部分電中繼設置不合理的情況，主要表現(xiàn)在電中繼段的長度參差不齊。優(yōu)化的手段之一是計算平均電中繼段的長度，按此長度均勻的在相應節(jié)點配置電中繼。

4 業(yè)務恢復路由規(guī)劃

業(yè)務恢復路由指的是網(wǎng)絡在單點故障情況下，中斷業(yè)務通過路由繞行重新建立的端到端路由，每一個共享風險鏈路組對應一個業(yè)務恢復路由組。

4.1 恢復源宿節(jié)點規(guī)劃

業(yè)務恢復需要建立的是全程端到端的路由，但是故障只會發(fā)生在業(yè)務工作路由的某一個或兩個OMS，即中斷的基本是單個電中繼段，為了盡量不去動非中斷位置，應該基于業(yè)務工作路由的電中繼節(jié)點分布，來計算最佳的業(yè)務恢復源宿節(jié)點。

具體步驟為：遍歷業(yè)務工作路由的起點、終點、電中繼節(jié)點三類節(jié)點，其兩兩間的恢復路由，計算每兩個節(jié)點間恢復路由需要電中繼的次數(shù)，次數(shù)最少的兩個節(jié)點即為最優(yōu)恢復源宿節(jié)點；當中繼次數(shù)相等時，兩節(jié)點間的業(yè)務恢復路由長度最短即為最優(yōu)恢復源宿節(jié)點。當業(yè)務恢復路由需要電中繼的次數(shù)大于等于3 時，就應當檢查網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)設計，看網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)是否設計有誤。

如圖4 所示，OTU 為業(yè)務起點、終點，REG 為業(yè)務工作路由電中繼節(jié)點，中斷的是第二個電中繼段，那么需要遍歷的節(jié)點對數(shù)量為6，分別為圖4 中的1～6。當完成了上述最優(yōu)恢復源宿節(jié)點規(guī)劃后，已經(jīng)初步完成了業(yè)務的第一次恢復路由規(guī)劃。

圖4 最優(yōu)恢復源宿節(jié)點遍歷示意圖

基于投資最優(yōu)的角度來考慮，需要配置的電中繼越少，投資就越少，因此對于無電中繼即可完全恢復的業(yè)務，上述規(guī)劃結(jié)果較好，無需調(diào)整與優(yōu)化。例如大型城域ROADM 網(wǎng)、中小型省級ROADM 網(wǎng)絡，業(yè)務通?？蓪崿F(xiàn)無電中繼完全恢復。

對于大型省級RAODM 網(wǎng)絡、中型省際ROADM 網(wǎng)絡，業(yè)務最多一次電中繼即完全恢復，對于大型省際ROADM網(wǎng)絡，業(yè)務最多兩次電中繼即可完全恢復。需要一次和二次電中繼才能恢復的業(yè)務，上述規(guī)劃結(jié)果的電中繼數(shù)量還有進一步優(yōu)化的空間。

4.2 一次電中繼恢復路由優(yōu)化

設計一個三維恢復矩陣Array（i，j，k），其中i 為網(wǎng)絡故障點對應的業(yè)務中斷場景，j 為業(yè)務中斷場景中恢復電中繼次數(shù)為1 的業(yè)務，k 為網(wǎng)絡節(jié)點。遍歷計算出網(wǎng)絡其余節(jié)點（除業(yè)務工作路由經(jīng)過的節(jié)點）至業(yè)務最優(yōu)恢復源宿節(jié)點的路由及性能，如果該節(jié)點下得到的路由性能滿足要求，則設置相應矩陣值為1。

如圖5 所示，業(yè)務最優(yōu)恢復源宿節(jié)點為B、D，故障點位于第2 個電中繼段，如第1 個中斷場景、第1 條中繼次數(shù)為1 的業(yè)務、在節(jié)點F（節(jié)點序號為1）設置電中繼時業(yè)務恢復路由性能滿足要求，即F-B、F-D 的路由不需要電中繼，則Array（1,1,1）=1。

圖5 一次電中繼恢復示意圖

其余中斷場景、業(yè)務恢復、節(jié)點按上述思路遍歷，計算出三維矩陣Array（i,j,k）。由于采用的共享資源恢復方式，因此節(jié)點A 的恢復電中繼數(shù)A=max（A1,A2,……An），其他節(jié)點依次類推，最優(yōu)恢復三維矩陣如表2 所示。

表2 最優(yōu)恢復三維矩陣表

矩陣的最優(yōu)解是所節(jié)點的恢復電中繼數(shù)最少，即為最優(yōu)解=min（A,B,……,J）。計算出矩陣的最優(yōu)解，并按此給相應業(yè)務規(guī)劃恢復路由及電中繼，即可完成需一次中繼才能恢復的業(yè)務規(guī)劃。

4.3 兩次電中繼恢復路由優(yōu)化

對于大型省際ROADM 網(wǎng)絡來說，完成了無電中繼恢復和需一次電中繼恢復的業(yè)務后，會剩余少量需要兩次電中繼才能恢復的業(yè)務，與此同時，也在相應節(jié)點規(guī)劃了一定數(shù)量的電中繼。

需兩次電中繼才能恢復的業(yè)務，其電中繼優(yōu)化思路與一次電中繼相同，即計算出當前中繼場景下每個節(jié)點冗余的電中繼數(shù)量，取有冗余電中繼的節(jié)點兩兩組合，在最優(yōu)源宿節(jié)點間進行業(yè)務恢復，恢復路由的性能滿足要求即可。恢復示意圖如圖6 所示。

圖6 二次電中繼恢復示意圖

由于需要兩次電中繼才能恢復的業(yè)務較少，且使用三維恢復矩陣計算最優(yōu)解極為復雜，因此建議采用上述思路優(yōu)化即可。

5 波道規(guī)劃

波道規(guī)劃是在業(yè)務全程路由經(jīng)過的每個OMS 為其分配波道的操作，在業(yè)務的同一個電中繼段內(nèi)有波長一致性的要求。通常作法是以業(yè)務的電中繼段為單位，搜索電中繼段內(nèi)所有OMS 的空閑波道號，如果所有OMS 有同一個空閑的波長，剛該業(yè)務占用此波長，并作標識以防被其它業(yè)務占用；對業(yè)務的每個電中繼段執(zhí)行該步驟，直至所有電中繼段均完成波道規(guī)劃。

如果在電中繼段內(nèi)無法找到空閑波長，有兩種解決方法。

（1）變波長：由于電中繼段內(nèi)有波長一致性的要求，可以通過增加電中繼站的方式將一個電中繼段截成兩個電中繼段，為兩個電中繼段分配不同的波長，此為變波長。此種方法的好處是不需要新增OMS，壞處是增加了電中繼，從而增加投資和機房能耗。如圖7 所示，電中繼段A-E，全程找不到同一空閑波長，但A-D 第20 波空閑，D-E 第40 波空閑，可以在D 設置REG 從而實現(xiàn)變波長。

圖7 波道規(guī)劃示意圖

（2）光層疊加：將電中繼段內(nèi)所有OMS 按波道利用率由高到低排序，在利用率較高的OMS 進行光層疊加。此種方法的好處是系統(tǒng)容量變大，更有利于網(wǎng)絡規(guī)劃，壞處是消耗了光纖資源。在圖7 可以在D-E 間新建一個OMS，即可得到D-E 有1～80 波均可用。

6 結(jié)束語

ROADM 網(wǎng)絡技術(shù)是當前傳輸網(wǎng)發(fā)展的重要方向，隨著超100 Gbit/s 技術(shù)、高維度WSS 和OXC 的發(fā)展，ROADM 網(wǎng)絡技術(shù)仍有較大的提高。啟用了WSON 功能的ROADM 網(wǎng)絡為業(yè)務提供了分鐘級的恢復能力，使得網(wǎng)絡服務質(zhì)量、運維能力均上了一個臺階。目前業(yè)內(nèi)圍繞著如何更快速的恢復、更節(jié)省恢復資源等方面努力優(yōu)化，本文即是在如何節(jié)省恢復資源上給出了相應的思路與建議。