呂生亮

（聯通（遼寧）產業(yè)互聯網公司，遼寧 沈陽 110042）

0 引 言

隨著5G、物聯網和云時代的來臨，家寬帶提速，以及政企專線的發(fā)展，通信運營商光網絡不但需要具備更大的容量，還需要實現更低的時延、更靈活敏捷的開通調度。以DC（數據中心）為中心的Mesh 化組網，要求光傳送網具備多方向、多維度的業(yè)務調度和控制功能，引入ROADM（可重構的光分插復用器）、OXC（光交叉連接）等光交換技術，已成為未來光網絡發(fā)展的必然趨勢。但在光傳送網絡發(fā)展和演進過程中，任何新技術的引入都必須滿足當前和未來的業(yè)務需求，同時具備良好的性價比，滿足網絡平滑升級演進的需求。

1 光交叉技術的發(fā)展

1.1 ROADM 技術的發(fā)展

ROADM：Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重構光分插復用器，一種具備在波長層面遠程控制光信號分插復用狀態(tài)能力的技術，支持波長通道上下路狀態(tài)的靈活配置；多維ROADM 支持波長通道在各個維度（方向）之間的靈活調度，可通過軟件遠程控制實現上下路波長的配置和調整，實現全光組網及超容量業(yè)務靈活調度和完全透明傳送，適合應用于10G、40G、100G、400G 等高速率波長級業(yè)務。

ROADM 設備的核心器件從WB（波長阻斷器，Wavelength Blocker）、PLC（平面光波導回路，Planar Lightwave Circuit）發(fā)展到目前主流的WSS（波長選擇光開關，Wavelength Selective Switch）；WSS 可以將波長信號分插到任意通道進行傳輸，讓光路中每個波長的信號都可以被獨立交換，多端口的WSS 模塊能獨立的將任意波長分配到任意路徑，實現光層波長級調度。利用ROADM 技術在光層的波長調度能力，實現了區(qū)域網內所有業(yè)務的自動調度能力，并提高了整體網絡的可靠性。波長選擇光開關WSS 再通過與放大器、分光器、耦合器等光器件不同的組合，實現Colorless 波長無關、Directionless 方向無關、Directionless 競爭無關、Gridless 靈活柵格（也稱顆粒無關）等功能；組成D-ROADM（方向無關、波長相關）、CD-ROADM（方向無關、波長無關）、CDC-ROADM（方向無關，波長無關，競爭無關）、CDC-G ROADM（方向無關，波長無關，競爭無關，靈活柵格）等不同的形態(tài)，滿足不同的業(yè)務，以適應不同的應用場景。

目前主流廠家常見ROADM 設備多為4 維、9 維、20維的設備，目前也有32 維ROADM 設備的相關產品。但ROADM 設備需要使用大量的WSS 器件，需要大量的機柜，占用機房電源端子機房空間，同時各WSS 器件需使用光纖相互連接，隨著維度的增加，各器件間的連纖數量呈指數級的增加，大量復雜的連纖，增加了工程建設和后期維護的難度。

1.2 OXC 技術的發(fā)展

OXC：optical cross-connect，光交叉連接。和ROADM一樣，OXC 也是一種能在光層實現信號交換的一種技術。他相較于ROADM 設備通過大量光纖連接各光元器件，OXC 通過光纖編制技術將光纖印刷到一塊板卡中，形成全光背板，省卻紛繁復雜的連纖工作。實現了內部“0”連纖，減少了工程建設和后期維護的難度。

通過進一步對光元器件的整合，將波長選擇開關（WSS）、光纖線路接口板（FIU）、光放（OA）、光功率檢測板（OPM）、光纖自動切換保護系統(tǒng)（OLP）等集中在一塊光線路板中；再將二級波長選擇開關WSS 與所需的光放大器集中在光支路板中，實現了一塊板卡對應一個維度的高度集中化。OXC光線路和OXC 支路板通過MPO(多端口連接器)與光背板進行互連，使用了高速光連接器和自動插拔技術，可實現插板即連纖，極大地提升了易用性。

目前商用的OXC 設備為32 維，通過不同的光線路板與光支路板組合，可實現32×32 維CD（方向無關、波長無關）交叉，或者8×48 維CDC（方向無關，波長無關，競爭無關）交叉。隨著網絡結構的改變，東西向流量與業(yè)務需求的增多，相信未來OXC 會向著更高維度、更大容量、更智能的方向演進。

2 ROADM 與OXC 方案的對比

雖然OXC 設備解決了ROADM 連纖復雜、子架多的問題，但目前OXC 設備存在采購成本高、前期配置資源浪費、運營回收期長等問題。在實際應用中，OXC 設備不一定是光交換設備的最優(yōu)解決方案，這也是OXC 為什么目前沒有大規(guī)模部署的原因之一。下面以國內某主流廠商OXC 設備（CD）與CD-ROADM 數據為例，從運維效率、運營成本、技術擴展三個方面對比分析不同需求下ROADM 設備與OXC 設備如何選擇。

2.1 運維效率對比

從表1中可以看出，隨著維度的不斷增加，ROADM 的機柜數量不斷的堆疊增加，而OXC 僅需要1 個機柜就可以解決；由于ROADM 機柜的增加導致功耗不斷增加、OXC的功耗不發(fā)生增加改變，連纖數量的增加更是越來越明顯，和OXC 的差距越來越大。

表1 ROADM 與OXC 方案運維效率對比表

2.2 運營成本對比

結合該廠家與某運營商數據，假定他們在設備折舊年限、電費、還有空間占用成本一致。以某運營商北方省會城市核心機房為例，設備采購單價數據為該廠家與該運營商的簽訂的集采單價，主設備折舊年限按照10年計算，每年均攤（不考慮利息）；電費按照商業(yè)用電每千瓦時一元估算、不考慮損耗及相關電池配套用電；人工維護、維修成本、管理成本、空調暖通、房屋土地折舊等成本，按照每機位5000 元一年估算；

從表2中可以看出，在低維度的場景下OXC 設備的運營成本相較于ROADM 設備的成本要高出很多，主要是由于兩種主設備采購單價的差距造成的。但是隨著維度的增加，到達9 維時，兩種設備的運營成本基本持平；在16 維的時候 ROADM 每年的運營成本達到了45.1 萬，而OXC 只有39 萬，OXC 存在的采購單價高的問題已被其他成本拉低。

表2 ROADM 與OXC 方案運營成本對比表

2.3 技術擴展性對比

最后看技術擴展性，從表3中可以看出，ROADM 和OXC 目前主要相差在交換維度上，ROADM 最多支持20 維，而OXC 支持32 維，從未來網絡節(jié)點MESH 組網的演進方面，OXC 具備一定優(yōu)勢，但是大部分節(jié)點20 維仍然可以滿足一段時間的業(yè)務需求。

表3 ROADM 與OXC 方案技術擴展性對比表

綜上所述，當節(jié)點維度數>9 時，建議直接部署OXC技術設備，節(jié)省功耗、減少機房面積需求；節(jié)點維度數≤9的節(jié)點，建議部署ROADM 技術設備保證后續(xù)擴展性，如果機房空間及電源條件緊張，可以考慮直接部署OXC 技術設備，減少對機房配套的壓力。

3 光交叉設備的選擇

3.1 光交換設備形態(tài)選擇

當前基于WSS 的ROADM 最典型應用形態(tài)為CDROADM（方向無關、波長無關）和CDC-ROADM（方向無關、波長無關、競爭無關），OXC 設備可以根據單板配置實現CD 或CDC 的功能。根據業(yè)務需要，網絡結構判斷是否需要競爭無關，選擇CD（方向無關、波長無關）還是CDC（方向無關、波長無關、競爭無關）這兩種形態(tài)；例如MESH 組網中，每兩個點之間都有相連的鏈路，競爭無關就不是很重要。光交叉技術形態(tài)特性如圖1所示。

圖1 光交叉技術形態(tài)特性

3.2 光交叉設備維度數計算

在光交叉設備中，維度指的是傳輸方向，維度包含方向維度和本地維度兩個部分；方向維度對應線路方向，本地維度用于上下業(yè)務。以圖2中的拓撲圖為例，A 站點有4 個方向，所以A 站點就有4個方向維度，B站點有2個方向，B站點為2個方向維度。

圖2 光交叉設備拓撲圖

本地維度用于節(jié)點的上下業(yè)務，可以根據節(jié)點所在網絡層級來的判斷，核心節(jié)點業(yè)務多，為了支持業(yè)務的全上全下，一般要求預留本地維度數和方向維度數一致，保證業(yè)務的全進全出。對于匯聚節(jié)點，我們不要求業(yè)務的全進全出，一般按照二分之一方向維度數去預留本地維度。

3.3 光交換設備維度數選擇

通過前面維度數的計算，結合目前主流光交叉設備的維度數量，結合不同場景可以作出如下的設備選擇：

（1）方向數＞4 的核心節(jié)點，建議采用32 維OXC設備保證系統(tǒng)有良好的擴展性，如投資有限可選擇20 維ROADM 設備；（2）方向數≤4 的骨干匯聚節(jié)點，建議采用9 維ROADM 設備；（3）方向數≤2 的普通匯聚節(jié)點，建議采用4 維ROADM 設備。

4 結 論

光交叉技術設備的出現增強了OTN 網絡光層的靈活性，能夠在不發(fā)生任何的波長轉換的情況下改變傳輸方向，并且可以通過軟件遠程動態(tài)控制波長信號的傳輸路徑，滿足數據業(yè)務和政企業(yè)務的靈活調整的需求，大大地提高了維護工作效率和新開通業(yè)務時的反響應速度，同時有效降低了運營和維護成本，符合運營商降本增效的目標，引入ROADM 和OXC 兩種光交換技術是未來網絡發(fā)展的必然趨勢。雖然OXC系統(tǒng)相較于ROADM 系統(tǒng)更為先進，解決了ROADM 系統(tǒng)存在的連纖復雜、電源及機房空間占用多的問題，但是目前設備單價成本高，實際應用中低維度場景下優(yōu)勢不明顯，這也是OXC 沒有大規(guī)模部署的原因之一。本文通過結合實際建設運營中的數據以及某主流廠家的相關設備參數，對兩種光交叉設備從三個方面進行對比分析，提出了不同場景下ROADM 和OXC 兩種設備使用選型的相關建議。相信隨著ROADM 和OXC 兩種技術的引入，將加速傳送網朝著全光網的方向發(fā)展的步伐。