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0 前言
業(yè)務(wù)需求及技術(shù)發(fā)展的雙重驅(qū)動(dòng)促使傳輸網(wǎng)從40G網(wǎng)絡(luò)向100G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，中國(guó)電信也提出了建設(shè)新一代100G大容量骨干光傳輸網(wǎng)絡(luò)的計(jì)劃。新網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)為重新設(shè)計(jì)新的網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)，進(jìn)一步提高傳輸網(wǎng)的靈活調(diào)度能力、業(yè)務(wù)適應(yīng)能力和安全可靠性，進(jìn)而提升全網(wǎng)的集約化運(yùn)營(yíng)能力提供了契機(jī)，本文將從當(dāng)前光傳輸網(wǎng)絡(luò)面臨的問題、未來業(yè)務(wù)的需求、集約化運(yùn)營(yíng)要求、相關(guān)的技術(shù)發(fā)展等幾個(gè)方面著手，研究提出中國(guó)電信新一代100G大容量骨干光傳輸網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)。
1 DWDM光傳輸網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及存在的問題
自20世紀(jì)末DWDM技術(shù)引入以來，在不到15年的時(shí)間里，波分技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。波長(zhǎng)復(fù)用能力從4波、8波和16波很快演進(jìn)到40波和80波，單波長(zhǎng)的速率也從早期的2.5 Gbit/s逐步發(fā)展到現(xiàn)在的100 Gbit/s，波分系統(tǒng)傳輸容量從幾十Gbit/s提高到8 Tbit/s，10年增長(zhǎng)了上百倍。以波分復(fù)用技術(shù)和EDFA光放大器技術(shù)為基礎(chǔ)的波分傳輸系統(tǒng)設(shè)備的發(fā)展和規(guī)模部署，極大地提升了傳輸網(wǎng)容量，也極大地降低了帶寬成本，鑄就了光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史上繼SDH之后又一個(gè)更為輝煌的10年，其提供的成本日益低廉的帶寬，應(yīng)是近年來互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的一個(gè)最為重要的原始驅(qū)動(dòng)力。
雖然波分系統(tǒng)在網(wǎng)上應(yīng)用已有10多年時(shí)間，但中國(guó)電信省際干線波分網(wǎng)絡(luò)一直延續(xù)著點(diǎn)到點(diǎn)鏈形系統(tǒng)的建設(shè)模式，波分網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上并未成網(wǎng)，波長(zhǎng)的調(diào)度都需要通過人工在ODF上調(diào)纖來實(shí)現(xiàn)，造成此現(xiàn)象的原因主要有2個(gè)：一是從需求角度講，目前波分網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)絕大多數(shù)（90%以上）為CHINANET路由器間的鏈路，而CHINANET網(wǎng)絡(luò)建設(shè)采用的是以年度為周期預(yù)先規(guī)劃的模式，波長(zhǎng)日常動(dòng)態(tài)調(diào)度的需求很少；二是從技術(shù)角度講，當(dāng)前波長(zhǎng)的自動(dòng)調(diào)度可以在光層通過可重構(gòu)光分插復(fù)用設(shè)備（ROADM）或在電層通過OTN交叉來實(shí)現(xiàn)，在光層面由于省際電路長(zhǎng)度較長(zhǎng)（大多在1 500 km以上），受限于當(dāng)前光層面的技術(shù)能力，光路的損傷難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、長(zhǎng)距離、動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償，ROADM在省際層面很難得到普遍應(yīng)用，在電層面由于目前OTN交叉能力（3 Tbit/s左右）與波分系統(tǒng)容量（一個(gè)方向8 Tbit/s）差距較大，通過OTN交叉僅能實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)級(jí)有限的調(diào)度，而且光電轉(zhuǎn)換的成本也較高。
2 未來業(yè)務(wù)需求及運(yùn)營(yíng)要求
在業(yè)務(wù)發(fā)展及技術(shù)變革的雙重驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)過10多年的歷程，傳輸網(wǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從SDH網(wǎng)向WDM網(wǎng)的演進(jìn)，從未來業(yè)務(wù)需求看，波長(zhǎng)級(jí)的業(yè)務(wù)快速靈活調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)保護(hù)需求日益迫切，主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。
一是GE以上大帶寬專線業(yè)務(wù)已經(jīng)出現(xiàn)快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭，10、40甚至100 Gbit/s的專線業(yè)務(wù)需求也已經(jīng)出現(xiàn)。隨著信息化技術(shù)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的進(jìn)一步深入，世界正迎來“大數(shù)據(jù)”時(shí)代，原有的以2和155 Mbit/s為主的專線業(yè)務(wù)已不能滿足各行業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨�，很多公司和政府機(jī)關(guān)已經(jīng)或者正在考慮將其租用的專線升速，GE以上大帶寬專線業(yè)務(wù)已經(jīng)出現(xiàn)快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。另外，互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及寡頭格局的形成，誕生了諸如谷歌、百度、騰訊和阿里等一些超大型互聯(lián)網(wǎng)公司，其基于自身戰(zhàn)略及業(yè)務(wù)發(fā)展需要已經(jīng)開始租用大量帶寬構(gòu)建自己的高速網(wǎng)絡(luò)，谷歌甚至建設(shè)了自己的全球光網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)一些金融、保險(xiǎn)等需要處理大量電子數(shù)據(jù)的公司，基于提升效率、降低運(yùn)營(yíng)成本、提高安全性出發(fā)也已開始建設(shè)大型IDC及內(nèi)部高速網(wǎng)絡(luò)，這兩類公司已經(jīng)提出了10 Gbit/s以上甚至幾百Gbit/s的電路租用需求。大帶寬專線業(yè)務(wù)不僅僅是帶寬的提升，同時(shí)在業(yè)務(wù)的性能（開通時(shí)限、可靠性、時(shí)延）方面對(duì)運(yùn)營(yíng)商提出了更高的要求，需要波分網(wǎng)絡(luò)具備快速靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度能力、網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)保護(hù)能力以及端到端的運(yùn)營(yíng)管理能力。
二是業(yè)務(wù)的IP化、互聯(lián)網(wǎng)流量的不確定性以及云計(jì)算技術(shù)的引入等因素使得互聯(lián)網(wǎng)對(duì)底層波分網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。隨著固網(wǎng)和移動(dòng)軟交換、IMS網(wǎng)絡(luò)范圍的拓展以及未來VOLTE（Voice over LTE）的引入，語音業(yè)務(wù)的承載將逐漸會(huì)完成由電路交換機(jī)向IP網(wǎng)的遷移，很多傳統(tǒng)的中低帶寬專線業(yè)務(wù)也在逐步向MPLS VPN業(yè)務(wù)遷移，這些高質(zhì)量業(yè)務(wù)需要互聯(lián)網(wǎng)具備更高的性能和網(wǎng)絡(luò)安全性。互聯(lián)網(wǎng)視頻業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，不僅僅帶來互聯(lián)網(wǎng)流量的快速增長(zhǎng)，同時(shí)視頻業(yè)務(wù)長(zhǎng)時(shí)間連接以及對(duì)丟包、抖動(dòng)更為敏感的特點(diǎn)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的性能會(huì)提出更高的要求。隨著云計(jì)算的普及，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和數(shù)量將會(huì)大幅度增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心之間大量的信息同步、容災(zāi)備份和統(tǒng)一計(jì)算要求網(wǎng)絡(luò)具備高的安全性和低時(shí)延。上述3個(gè)方面的需求均對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的性能提出了更高的要求，但由于IP網(wǎng)本身“盡力轉(zhuǎn)發(fā)”的內(nèi)在機(jī)制所限決定了互聯(lián)網(wǎng)僅靠自身提升性能有限，需要底層傳輸網(wǎng)提供有效的支撐，甚至需要構(gòu)建統(tǒng)一的架構(gòu)和策略實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)和傳輸網(wǎng)資源的統(tǒng)一和動(dòng)態(tài)的調(diào)度，這些都需要波分網(wǎng)具備快速靈活的調(diào)度能力和恢復(fù)保護(hù)功能。
三是集約化運(yùn)營(yíng)的要求。目前中國(guó)電信傳輸網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)仍主要是集團(tuán)、省和地（市）三級(jí)體系，長(zhǎng)途波分的維護(hù)仍主要通過人工在ODF上調(diào)纖來進(jìn)行波道調(diào)度，一方面業(yè)務(wù)的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)難以滿足客戶快速開通業(yè)務(wù)及CHIANNET、CN2網(wǎng)故障或擁塞時(shí)業(yè)務(wù)快速恢復(fù)的需要，另一方面由于維護(hù)人員的操作水平參差不齊，大量臨時(shí)緊急的ODF調(diào)纖經(jīng)常在纖芯的清潔、尾纖長(zhǎng)度、標(biāo)簽方面出現(xiàn)不規(guī)范的操作，甚至出現(xiàn)誤碰和連接質(zhì)量劣化等事故，對(duì)后期維護(hù)帶來較大的影響。因此提高波分網(wǎng)絡(luò)的集中自動(dòng)調(diào)度能力和端到端運(yùn)營(yíng)能力對(duì)提升中國(guó)電信傳輸網(wǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)能力意義重大。
3 技術(shù)發(fā)展
在波分網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)級(jí)的調(diào)度和保護(hù)功能在技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面有2個(gè)途徑，一是在光層面通過ROADM實(shí)現(xiàn)，二是在電層面通過OTN交叉實(shí)現(xiàn)。
ROADM在光層面實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的調(diào)度，因不需要光電轉(zhuǎn)換，具有成本低、對(duì)客戶信號(hào)透明的優(yōu)點(diǎn)。ROADM技術(shù)經(jīng)歷了波長(zhǎng)阻斷器（WB）、平面光波導(dǎo)技術(shù)（PLC）和波長(zhǎng)選擇開關(guān)（WSS）三代發(fā)展，當(dāng)前第三代WSS技術(shù)的實(shí)現(xiàn)有液晶和MEMS兩種方案，具有插入損耗小、體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)的可重構(gòu)，有較高的組網(wǎng)靈活性和經(jīng)濟(jì)性，其應(yīng)用日益廣泛。但由于技術(shù)所限，ROADM應(yīng)用目前主要存在4個(gè)方面問題，一是受限于當(dāng)前光層面的技術(shù)能力，光路的損傷難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、長(zhǎng)距離、動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償，ROADM組網(wǎng)半徑受限于物理傳輸參數(shù)， 尤其在高速波分系統(tǒng)中更為明顯。依據(jù)行標(biāo)征求意見稿，100 Gbit/s波分系統(tǒng)的傳輸能力對(duì)于G.652（無DCM）場(chǎng)景，硬判為14×22 dB（約1 100 km），軟判為18×22 dB（約1 400 km），在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，由于光纜老化及長(zhǎng)跨段的影響，傳輸距離會(huì)更短，有可能大多在1 000 km以內(nèi)，如有長(zhǎng)跨距，可能僅800 km，甚至500~600 km，省際傳輸網(wǎng)由于電路長(zhǎng)度大多在1 500 km以上（約70%以上），ROADM應(yīng)用范圍有限。二是由于當(dāng)前技術(shù)水平不能實(shí)現(xiàn)光信號(hào)在光域的波長(zhǎng)變換，ROADM實(shí)現(xiàn)的波長(zhǎng)調(diào)度只能是不同方向同波長(zhǎng)之間的調(diào)度，組網(wǎng)應(yīng)用時(shí)存在波長(zhǎng)重構(gòu)問題，波道組織復(fù)雜且利用率低。三是目前的WSS為1×N的形態(tài)，只能將1個(gè)輸入端口的某個(gè)波長(zhǎng)交換到其余多個(gè)輸出端口，比較適合以業(yè)務(wù)上下為主的ADM場(chǎng)景應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)以業(yè)務(wù)調(diào)度為主的多維ROADM或OXC需要組合多個(gè)WSS，技術(shù)復(fù)雜且成本高。四是WSS倒換的時(shí)間較長(zhǎng)，大都在秒級(jí)，難以滿足傳統(tǒng)50 ms的保護(hù)需要。
OTN是21世紀(jì)初傳輸網(wǎng)為順應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高帶寬傳輸發(fā)展趨勢(shì)而重新定義的新一代光傳送網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，從網(wǎng)絡(luò)層面定義了光信號(hào)的各項(xiàng)功能，包括傳輸、復(fù)用、路由、監(jiān)測(cè)、性能管理和網(wǎng)絡(luò)生存性，實(shí)現(xiàn)了波分網(wǎng)從點(diǎn)到點(diǎn)鏈路模式向網(wǎng)狀網(wǎng)的演進(jìn)。OTN架構(gòu)定義了光通道層（OCh）、光復(fù)用層（OMS）和光傳輸層（OTS）3個(gè)層面，由于當(dāng)前的技術(shù)水平尚無法實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的性能監(jiān)測(cè)以及低速信號(hào)向高速信號(hào)的復(fù)用，ITU-T在G.709建議中選擇了在電域?qū)崿F(xiàn)OCh所需的性能監(jiān)測(cè)和信號(hào)復(fù)用功能，并定義了光數(shù)據(jù)單元（ODU）和光傳輸單元（OTU）2個(gè)層級(jí)，通常所說的OTN交叉連接實(shí)際上是ODU層面的交叉連接。引入OTN技術(shù)主要有三大優(yōu)勢(shì)：一是可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)端到端的性能監(jiān)測(cè)和管理；二是透明傳輸，適應(yīng)高帶寬業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)復(fù)用效率高，可以實(shí)現(xiàn)低速光信號(hào)向高速光信號(hào)靈活高效低成本的復(fù)用；三是利用ODU層的交叉連接可以實(shí)現(xiàn)高帶寬業(yè)務(wù)的調(diào)度，由于交叉速率等級(jí)高，相比SDH效率更高、成本更低，技術(shù)上更易研發(fā)大容量調(diào)度的設(shè)備，適合高帶寬業(yè)務(wù)的承載和調(diào)度。但受限于高速電信號(hào)處理的技術(shù)實(shí)現(xiàn)較為困難，目前OTN應(yīng)用中存在的最大問題是節(jié)點(diǎn)的交叉能力有限，當(dāng)前主流廠家的OTN設(shè)備最大交叉能力大多在3～6 Tbit/s，部分廠家目前正在推出10 Tbit/s以上的設(shè)備。
4 新一代光傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究
如上所述，光傳輸網(wǎng)由SDH向OTN演進(jìn)已成為業(yè)界的共識(shí)，并已成為近幾年各運(yùn)營(yíng)商傳輸網(wǎng)發(fā)展建設(shè)的重點(diǎn)，ITU-T在G.872建議中提出了引入OTN技術(shù)的3個(gè)途徑：一是以重疊網(wǎng)模式同時(shí)部署OTN線路系統(tǒng)及ODU/OCH交叉功能，二是僅部署OTN 交叉/復(fù)用（XC/ADM）設(shè)備，三是僅部署OTN線路系統(tǒng)。ITU-T同時(shí)指出運(yùn)營(yíng)商可根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇一種或多種途徑。從技術(shù)角度講，各廠家的WDM設(shè)備在光層的復(fù)用和傳輸方面已完全遵循了OTN架構(gòu)，在電層客戶信號(hào)的映射和復(fù)用也已遵循了OTN架構(gòu)中的G.709標(biāo)準(zhǔn)，并逐步推出了具備ODU交叉功能的OTN設(shè)備。
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的首要任務(wù)，也同時(shí)奠定了將來網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)維護(hù)的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)基于業(yè)務(wù)需求，既要從未來及當(dāng)前業(yè)務(wù)需求出發(fā)作為架構(gòu)設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)，又要將滿足業(yè)務(wù)需求作為架構(gòu)設(shè)計(jì)的落腳點(diǎn)，要避免走入“為組網(wǎng)而組網(wǎng)、為引入新技術(shù)而引入新技術(shù)”的誤區(qū)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括技術(shù)架構(gòu)和組網(wǎng)架構(gòu)，二者之間是相輔相成的關(guān)系。
4.1 技術(shù)架構(gòu)
中國(guó)電信WDM網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)滿足的未來業(yè)務(wù)需求主要有如下3點(diǎn)。
a） 從滿足大帶寬專線業(yè)務(wù)及集約化運(yùn)營(yíng)需求考慮，波分網(wǎng)應(yīng)具備波長(zhǎng)級(jí)電路的快速靈活調(diào)度、端到端的管理及多級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)恢復(fù)功能。
b） 隨著100 Gbit/s波分系統(tǒng)的技術(shù)成熟及價(jià)格不斷下降，新建省際WDM系統(tǒng)的容量將以100 Gbit/s波分系統(tǒng)為主，但未來很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍將有大量的10 Gbit/s業(yè)務(wù)顆粒，波分網(wǎng)應(yīng)支持低速光信號(hào)向高速光信號(hào)靈活經(jīng)濟(jì)的復(fù)用。
c） 充分發(fā)揮光層的技術(shù)性能，盡量減少電層處理，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。
為滿足上述業(yè)務(wù)需求，技術(shù)上當(dāng)前應(yīng)主要研究OTN及ROADM 2種技術(shù)的引入及應(yīng)用。依據(jù)前面對(duì)技術(shù)發(fā)展部分的分析，由于省際電路的長(zhǎng)度大多在1 500 km以上，受限于當(dāng)前光層面的技術(shù)能力，光路的損傷難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、長(zhǎng)距離、動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償，全網(wǎng)波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)的調(diào)度倒換很難利用ROADM在光層面來實(shí)現(xiàn)，還應(yīng)主要在電層面利用OTN技術(shù)的ODU交叉功能來實(shí)現(xiàn)，ROADM可應(yīng)用在滿足光層傳輸性能的場(chǎng)景中來完成光信號(hào)的上下路需求。因此當(dāng)前中國(guó)電信WDM網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)應(yīng)為：線路以100 Gbit/s波分系統(tǒng)為主，全網(wǎng)波道的調(diào)度及保護(hù)、業(yè)務(wù)的匯聚以O(shè)TN技術(shù)為主，同時(shí)在滿足光層傳輸性能的地方采用ROADM實(shí)現(xiàn)光路的轉(zhuǎn)接及業(yè)務(wù)的上下路。以下將結(jié)合中國(guó)電信省際網(wǎng)的實(shí)際需求進(jìn)一步分析OTN及ROADM的組網(wǎng)架構(gòu)。
4.2 組網(wǎng)架構(gòu)
4.2.1 OTN組網(wǎng)架構(gòu)
OTN設(shè)備通過ODU交叉功能主要實(shí)現(xiàn)波道的調(diào)度及業(yè)務(wù)匯聚，其設(shè)備形態(tài)主要有2種，一是與波分系統(tǒng)集成在一起，同時(shí)具備傳輸及ODU交叉功能（簡(jiǎn)稱集成型OTN設(shè)備），另一種不與WDM系統(tǒng)集成，僅具備ODU交叉功能（簡(jiǎn)稱獨(dú)立型OTN）。
采用集成型OTN設(shè)備組網(wǎng)，主要面臨兩大問題：一是如實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)級(jí)的調(diào)度及端到端管理功能，需要全網(wǎng)的波分系統(tǒng)采用同一廠家的設(shè)備，與目前的采購模式差異很大，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看可能不利于建設(shè)成本的降低；二是由于目前各廠家OTN設(shè)備的交叉能力與傳輸系統(tǒng)容量差異很大，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)波道的完全靈活調(diào)度非常困難，甚至不可行，這是當(dāng)前采用集成型OTN設(shè)備組網(wǎng)面臨的最大問題。
目前只有專線類的業(yè)務(wù)需要進(jìn)行全網(wǎng)級(jí)波道的自動(dòng)調(diào)度，CHINANET及CN2網(wǎng)路由器鏈路間電路由于采用以年度為單位預(yù)先規(guī)劃的建設(shè)模式，日常動(dòng)態(tài)調(diào)度的需求不大，傳輸故障或IP網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)波分網(wǎng)如能提供部分IP電路的快速調(diào)度則基本可以滿足當(dāng)前IP網(wǎng)集約化運(yùn)營(yíng)的要求，基于此提出中國(guó)電信當(dāng)前OTN組網(wǎng)架構(gòu)。
采用獨(dú)立型OTN設(shè)備組網(wǎng)構(gòu)建全國(guó)OTN網(wǎng)絡(luò)，主要承載專線類業(yè)務(wù)；波分系統(tǒng)建設(shè)采用集成型OTN設(shè)備，預(yù)規(guī)劃的CHINANET及CN2網(wǎng)路由器間電路采用支線路合一板卡，在ODF上實(shí)現(xiàn)電路的轉(zhuǎn)接；各波分系統(tǒng)留出部分容量采用支線路分離方式（如按慣例配置的維護(hù)波道）接入電交叉子架，跨系統(tǒng)之間接入獨(dú)立型OTN設(shè)備，通過OTN的ODU交叉連接功能實(shí)現(xiàn)波道的自動(dòng)調(diào)度，以滿足傳輸故障或IP網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)波分網(wǎng)需提供部分IP電路快速調(diào)度的需求。
采用上述架構(gòu)有效實(shí)現(xiàn)了設(shè)備技術(shù)能力與實(shí)際業(yè)務(wù)需求的平衡，主要有以下優(yōu)點(diǎn)。
a） 全面引入OTN交叉功能，可實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)部分波道的網(wǎng)管集中配置，提高運(yùn)維水平，滿足集約化運(yùn)營(yíng)需求。
b） 采用獨(dú)立性O(shè)TN設(shè)備構(gòu)建專線業(yè)務(wù)專網(wǎng)，可以采用一個(gè)廠家設(shè)備，較易實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)專線業(yè)務(wù)的端到端管理。
上述方案存在的不足是：由于維護(hù)波道（接入電交叉矩陣）與實(shí)際開放的IP電路（未接入電交叉矩陣）采用不同的承載方式，傳輸網(wǎng)故障導(dǎo)致IP電路中斷時(shí)，通過網(wǎng)管緊急調(diào)度的維護(hù)波道與中斷的IP電路落地端口不同，還需人工介入調(diào)整波分設(shè)備與路由器設(shè)備之間的光跳線。部分可克服此不足的唯一可能途徑是統(tǒng)籌規(guī)劃傳輸網(wǎng)和IP網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及組網(wǎng)。
4.2.2 ROADM組網(wǎng)架構(gòu)
如前所述，ROADM主要用于在滿足光層傳輸性能的場(chǎng)景中完成光信號(hào)的轉(zhuǎn)接及業(yè)務(wù)上下路，由于不需要光電轉(zhuǎn)換，可節(jié)省大量投資。ROADM設(shè)備的維數(shù)主要取決于其具體應(yīng)用場(chǎng)景的波分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，中國(guó)電信省際波分網(wǎng)能夠應(yīng)用ROADM的地方主要有鏈形系統(tǒng)中間節(jié)點(diǎn)上下業(yè)務(wù)（二維）、T形結(jié)構(gòu)連接一個(gè)城市2個(gè)樞紐樓（三維）以及多套波分系統(tǒng)之間光路的轉(zhuǎn)接（三維或多維）3種場(chǎng)景。
ROADM組網(wǎng)架構(gòu)需研究的主要內(nèi)容是其上下光路的靈活性，為克服波長(zhǎng)一致性限制（即相同波長(zhǎng)不能同時(shí)進(jìn)入相同方向，整個(gè)路徑上波長(zhǎng)必須一致），通過采用CDC ROADM技術(shù)實(shí)現(xiàn)上下端口的波長(zhǎng)無關(guān)性（各上下路端口靈活配置成任意波長(zhǎng)）、方向無關(guān)性（各上下路端口靈活配置到任意方向）和競(jìng)爭(zhēng)無關(guān)性（不同方向相同波長(zhǎng)可同時(shí)上下路）。技術(shù)上CDC主要采用可調(diào)諧OTU、WSS級(jí)聯(lián)和多端口光開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于100G系統(tǒng)，由于采用外調(diào)制的方式可調(diào)諧OTU已經(jīng)成為基本配置，CDC實(shí)現(xiàn)的困難主要在于WSS級(jí)聯(lián)所帶來的成本增加，尤其是實(shí)現(xiàn)完全的CDC功能（上下路波長(zhǎng)與端口完全無關(guān)）需要多端口光開關(guān)（如實(shí)現(xiàn)4個(gè)方向、每個(gè)方向20個(gè)上下路波長(zhǎng)，需要80×80光開關(guān)），成本非常高。因此，還應(yīng)回到業(yè)務(wù)需求，從中國(guó)電信實(shí)際需求出發(fā)，研究ROADM組網(wǎng)架構(gòu)。
ROADM組網(wǎng)架構(gòu)的關(guān)鍵問題是不同場(chǎng)景下的ROADM設(shè)備配置模型，以下分別研究鏈形系統(tǒng)中間節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)上下（二維）及同城兩樞紐樓間互通2種場(chǎng)景下的設(shè)備配置模型。第三種場(chǎng)景，即多套波分系統(tǒng)之間光路的轉(zhuǎn)接（三維或多維），由于不涉及業(yè)務(wù)的落地，設(shè)備配置較為簡(jiǎn)單，在此不再詳述。
4.2.2.1 二維場(chǎng)景下的ROADM設(shè)備配置
在二維場(chǎng)景應(yīng)用中，東向的某個(gè)波長(zhǎng)落地后，西向的同一波長(zhǎng)如不落地會(huì)造成波長(zhǎng)的浪費(fèi)，因此2個(gè)方向的波長(zhǎng)均需落地，則必有2個(gè)落地端口，不存在波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)問題，僅需研究是否必須為波長(zhǎng)無關(guān)性和方向無關(guān)性。
目前普遍應(yīng)用的WSS器件為1∶8端口，二維場(chǎng)景下能夠上下業(yè)務(wù)的波長(zhǎng)數(shù)量最多僅有7波，而通常80波的WDM系統(tǒng)其ROADM站點(diǎn)上下波的數(shù)量一般至少在20波以上，擴(kuò)展上下波數(shù)量的方式有2種：一種是采用ITL+AWG方式，成本低，但上下路端口及方向均受限，另一種是采用WSS級(jí)聯(lián)的方式，可以做到波長(zhǎng)及方向無關(guān)，但成本高。
那么如何規(guī)劃ROADM設(shè)備上下路的數(shù)量及功能，還是要回到業(yè)務(wù)需求上。前面已提到過，中國(guó)電信WDM網(wǎng)承載的主要業(yè)務(wù)是CHINANET網(wǎng)路由器間的鏈路，由于CHINANET網(wǎng)的建設(shè)是以年度為單位預(yù)規(guī)劃的，波道安排可以事先規(guī)劃好，其使用的WDM系統(tǒng)上下路端口不需全部做到波長(zhǎng)無關(guān)和方向無關(guān)。雖然IP鏈路日常動(dòng)態(tài)調(diào)度的需求不大，但在傳輸網(wǎng)故障情況下（通常是一個(gè)方向的光纜或系統(tǒng)故障），為及時(shí)疏通IP網(wǎng)流量，需要在很短的時(shí)間內(nèi)將受影響IP鏈路的路由調(diào)整到其他方向，由于CHINANET網(wǎng)容量巨大，鏈路數(shù)非常多，傳輸網(wǎng)對(duì)其所有鏈路提供恢復(fù)或保護(hù)的功能代價(jià)昂貴，經(jīng)濟(jì)上不可行，折中的辦法是傳輸網(wǎng)對(duì)部分IP鏈路提供故障情況下重路由的能力，這對(duì)避免IP網(wǎng)節(jié)點(diǎn)全阻或擁塞還是很有必要的，對(duì)應(yīng)到ROADM設(shè)備配置上即需要部分上下路端口具備波長(zhǎng)無關(guān)性和方向無關(guān)性。
圖1示出的是ROADM配置模型可以較為經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)部分上下路端口的波長(zhǎng)無關(guān)性（但方向仍受限），其利用WSS的空余端口可以提供東、西方向各6個(gè)與波長(zhǎng)無關(guān)的波長(zhǎng)上下。
圖2示出的是ROADM配置模型可以實(shí)現(xiàn)上下路端口的波長(zhǎng)及方向無關(guān)性，其主要通過WSS級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)，可以提供8個(gè)與波長(zhǎng)和方向都無關(guān)的上下路波長(zhǎng)，如需進(jìn)一步擴(kuò)展該類上下路波長(zhǎng)數(shù)量，可通過再加一級(jí)WSS級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。此配置模型的局限在于受限于波長(zhǎng)一致性該類上下路波長(zhǎng)數(shù)量最多為80波（線路容量的50%），且多級(jí)WSS會(huì)帶來額外的插入損耗。
2種配置的差異主要在于上下端口是否與方向有關(guān)，從應(yīng)用角度看，其最大的差異在于故障時(shí)進(jìn)行業(yè)務(wù)電路重路由時(shí)是否需人工介入。如上下路端口與方向有關(guān)，業(yè)務(wù)電路重路由時(shí)上下路端口也需要調(diào)整，需要人工重新調(diào)整波分設(shè)備與路由器之間的端口連線；如上下路端口與方向無關(guān)，業(yè)務(wù)電路重路由時(shí)上下路端口可以不改變，直接在網(wǎng)管上操作即可，不需人工介入。參照前面的業(yè)務(wù)需求分析，為滿足集約化運(yùn)營(yíng)的要求，二維場(chǎng)景下ROADM設(shè)備配置建議采用模型2。
具體設(shè)計(jì)多大比例的上下端口具備波長(zhǎng)無關(guān)性和方向無關(guān)性，最終取決于IP網(wǎng)需求，統(tǒng)籌規(guī)劃IP網(wǎng)和傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)組織在此非常有必要。根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)電信省際WDM網(wǎng)應(yīng)用于此場(chǎng)景的節(jié)點(diǎn)其上下路比例一般在10%（20波）以下，筆者認(rèn)為在合理設(shè)計(jì)CHINANET網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的前提下，模型2提供8路與波長(zhǎng)和方向無關(guān)的上下路端口基本可以滿足故障情況下IP業(yè)務(wù)的緊急疏通需求。
4.2.2.2 兩樞紐樓間互通場(chǎng)景下的ROADM設(shè)備配置
同城市內(nèi)兩樞紐樓之間距離一般在10 km左右，超過了40和100 Gbit/s信號(hào)裸纖傳輸?shù)木嚯x，其間電路的溝通如采用建設(shè)長(zhǎng)中繼波分的方式成本將很高，引入ROADM技術(shù)是一種較好的解決方案。同城兩樞紐樓間互通有2種情況：一是只有一個(gè)樞紐樓建有省際波分系統(tǒng)，另一樞紐樓僅有延伸落地的需求，相當(dāng)于T形結(jié)構(gòu)；二是兩樞紐樓均建有省際波分系統(tǒng)，兩樓之間有溝通電路的需求，相當(dāng)于H形結(jié)構(gòu)。
對(duì)于T形結(jié)構(gòu)，為保證網(wǎng)絡(luò)安全性，兩樞紐樓間通常會(huì)考慮2個(gè)物理光纜路由，建有省際波分系統(tǒng)的樞紐樓ROADM節(jié)點(diǎn)需采用四維結(jié)構(gòu)，其設(shè)備配置模型見圖3，延伸另一樞紐樓落地的波長(zhǎng)可以做到波長(zhǎng)無關(guān)和方向無關(guān)；延伸樞紐樓也可采用WSS實(shí)現(xiàn)落地端口的波長(zhǎng)和方向無關(guān)，具體設(shè)備配置模型不再詳述。
上述模型僅可實(shí)現(xiàn)到第二個(gè)樞紐樓的轉(zhuǎn)接延伸電路，如果兩樞紐樓之間需要提供兩端落地的電路，需要在南向的WSS模塊下掛AWG完成南向電路的落地。
對(duì)于H形結(jié)構(gòu)，由于兩樞紐樓均已具備2個(gè)出口方向，兩樓之間也可只考慮1個(gè)物理路由，兩樓的ROADM均為三維結(jié)構(gòu)，兩樓之間相互轉(zhuǎn)接的電路應(yīng)具備波長(zhǎng)和方向無關(guān)能力，其設(shè)備配置模型見圖4 。同上類似，該模型不能提供轉(zhuǎn)接電路在樞紐樓的落地，如需落地，需在南向的WSS模塊下掛AWG完成電路的落地。
需要說明的是，上述2種場(chǎng)景3種模型用ROADM實(shí)現(xiàn)光路轉(zhuǎn)接的前提是光信號(hào)的傳輸性能滿足要求，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中如部分光路在部分節(jié)點(diǎn)需要電再生，可輔以電交叉矩陣實(shí)現(xiàn)電路的調(diào)度，如果受限于光傳輸性能所有光路在所有節(jié)點(diǎn)都需要電再生，則沒有必要采用ROADM技術(shù)。
5 待進(jìn)一步研究的問題及未來發(fā)展展望
5.1 IP網(wǎng)及傳輸網(wǎng)的統(tǒng)籌規(guī)劃
目前由于IP網(wǎng)和傳輸網(wǎng)分別獨(dú)立進(jìn)行結(jié)構(gòu)及組網(wǎng)的設(shè)計(jì)，相互協(xié)同僅是傳輸網(wǎng)保證IP網(wǎng)電路物理路由獨(dú)立這一比較低級(jí)的層次，實(shí)際中主要存在三大問題。
a） 由于IP網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)僅考慮邏輯結(jié)構(gòu)，未考慮實(shí)際的傳輸路由，且中國(guó)電信IP網(wǎng)路由控制簡(jiǎn)單地采用層次化的cost值，IP包的轉(zhuǎn)發(fā)從IP網(wǎng)角度看是合理的，但映射到光纜路由上實(shí)際上可能是繞轉(zhuǎn)的，整網(wǎng)的傳送效率會(huì)降低。
b） IP網(wǎng)結(jié)構(gòu)，特別是直達(dá)鏈路的設(shè)計(jì)，僅從IP網(wǎng)角度考慮，由此帶來IP網(wǎng)存在大量多種傳輸速率需求（現(xiàn)網(wǎng)方案同時(shí)存在10、40、100 Gbit/s），會(huì)帶來傳輸網(wǎng)組網(wǎng)復(fù)雜，增加復(fù)用成本。
c） 由于當(dāng)前IP網(wǎng)技術(shù)本身存在的缺陷，IP網(wǎng)電路升級(jí)到高速鏈路時(shí)，原有的低速鏈路很難繼續(xù)長(zhǎng)久使用，會(huì)帶來傳輸投資的浪費(fèi)。
統(tǒng)籌規(guī)劃兩網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)組織，可以從一定程度上解決上述問題，節(jié)省建設(shè)投資。
另外，傳輸網(wǎng)故障導(dǎo)致IP電路中斷時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)完全由網(wǎng)管操作進(jìn)行IP電路恢復(fù)，還需人工部分介入，可以從IP網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著手，結(jié)合傳輸網(wǎng)現(xiàn)有技術(shù)的能力，選擇對(duì)IP網(wǎng)結(jié)構(gòu)至關(guān)重要的部分節(jié)點(diǎn)組建單獨(dú)的平面，波分網(wǎng)將該平面的IP電路接入電交叉矩陣，并配置部分冗余容量，該平面IP電路故障時(shí)，由于有電交叉矩陣落地端口無需調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)管操作全程調(diào)通電路，不需人工接入，一定程度上可進(jìn)一步提高IP網(wǎng)的安全性。
5.2 傳輸設(shè)備與路由器協(xié)同發(fā)展
當(dāng)前IP網(wǎng)面臨的一個(gè)重大問題是，由于IP協(xié)議簡(jiǎn)單的包轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制需要每個(gè)路由器都對(duì)所轉(zhuǎn)發(fā)的包進(jìn)行處理，但流量增長(zhǎng)的速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于受限于摩爾定理約束的路由器容量增長(zhǎng)速度，IP網(wǎng)只能靠增加路由器數(shù)量來應(yīng)對(duì)流量的增長(zhǎng)，但設(shè)備數(shù)量的增加又會(huì)帶來組網(wǎng)的復(fù)雜和路由數(shù)量的快速增加，最終導(dǎo)致路由收斂的難度加大，進(jìn)而網(wǎng)絡(luò)性能下降，同時(shí)由于路由器需對(duì)每個(gè)包進(jìn)行處理，帶來了能耗的巨大消耗，互聯(lián)網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展也面臨挑戰(zhàn)。
近年來國(guó)際上已經(jīng)開始“后IP”的技術(shù)研究，主要思路是徹底摒棄原有TCP/IP的束縛，采取推倒重來的方法重新設(shè)計(jì)未來互聯(lián)網(wǎng)，通過對(duì)體系架構(gòu)及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理機(jī)制的重新設(shè)計(jì)，創(chuàng)造出一種完全不同于IP體系的“革命性”新技術(shù)架構(gòu)，徹底解決IP網(wǎng)可擴(kuò)展性、安全性等問題，構(gòu)建全新的互聯(lián)網(wǎng)下一代體系，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的健康可持續(xù)發(fā)展。
重新構(gòu)建全新的下一代互聯(lián)網(wǎng)體系并不是一朝一夕可完成的事情，且由于現(xiàn)有的IP網(wǎng)已經(jīng)規(guī)模巨大并已深入到社會(huì)生活的各個(gè)方面，重新構(gòu)建新的體系是否可行仍存在一定爭(zhēng)議。解決上述問題的比較現(xiàn)實(shí)的途徑是加強(qiáng)傳輸設(shè)備與路由器之間的協(xié)同工作，將包的轉(zhuǎn)發(fā)盡量在光層面完成，減少電層面的處理，減輕路由器的壓力。具體實(shí)現(xiàn)路徑有以下幾種。
a） 增開路由器間直達(dá)鏈路，減少IP包在路由器中的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)。
b） 引入傳輸網(wǎng)及IP網(wǎng)統(tǒng)一的控制平面，通過協(xié)議實(shí)現(xiàn)兩網(wǎng)統(tǒng)一的自動(dòng)路由控制，根據(jù)IP網(wǎng)流量的變化實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。
c） 在大的核心節(jié)點(diǎn)引入光分組交換或光突發(fā)交換設(shè)備，實(shí)現(xiàn)IP包在光層的轉(zhuǎn)發(fā)。
目前的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中已經(jīng)在采用第一種路徑，后2種路徑尚有很多技術(shù)問題需要解決，尤其第三種路徑中的光分組交換或光突發(fā)交換設(shè)備，由于一些光信號(hào)處理器件的研發(fā)還有待突破，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)還需比較長(zhǎng)的時(shí)間。
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