光網絡技術發展與干線工程應用
構建光網絡的必要性
目前傳送承載技術廣泛采用IPoverWDM的方式。在省去SDH層后，大部分SDH的保護和OAM功能必須由WDM平臺實現。但是傳統WDM系統基本上以提供點到點帶寬為主，組網能力較弱，而且對WDM系統的管理仍主要基于網元級，網絡的配置和調度基本上以手工為主。
目前有些干線光網絡中，運營商不采用傳送層保護，將保護任務交給業務網絡來進行，但是業務網絡無法感知光纜的物理拓撲，難以識別多個物理通道的相關性，很容易引起震蕩和阻塞，因此只能采用網絡輕載的策略，投資較大，而且業務層進行倒換效率也比較低，因此，目前在傳送層進行保護是大多數運營商的共識。
目前現網上采用的保護方式主要為1+1光通道保護，但也是一種過渡方式。面對量大、突發的業務特征，現有實現方式困難重重。運營商迫切需求建設安全、靈活、高效的光網絡。
光網絡的核心是節點技術和傳送技術，另外還包括控制平面及組網技術、網管與維護技術等。目前，40Gbit/s和超長距WDM系統的成功商用使得傳送能力得到了大規模的提高，光網絡技術的發展和應用集中在節點技術上，本文重點考察節點技術，探討基于光交叉的ROADM和基于電交叉的OTN在干線中的應用。
ROADM技術狀況與設備發展
ROADM是為滿足下一代網絡對WDM系統的要求而發展起來的一種技術。ROADM在2004年興起在日本，目前已經在北美、歐洲和日本等地廣泛應用。ROADM的應用從最初的城域網，開始向本地網和骨干網發展。多數運營商需要多維ROADM，目的是優化網絡結構(由環向多環互聯和MESH方向演進)，提高自動化程度，降低OPEX;同時通過光層直通減少背靠背的連接，降低組網成本。
針對ROADM的標準化工作主要在ITU-T開展，ITU-T定義了G.680建議《光網元的物理傳遞功能》。我國的行業標準《可重構的光分插復用(ROADM)設備技術要求》已經報批，主要規范內容包括：設備技術要求(功能、保護、上下波等)、設備接口要求、設備傳遞參數、OTU參數要求、管理要求等。
ROADM設備的核心是光交換，主要有三種結構類型，早期采用波長阻斷器(WB)、平面波導(PLC)，現在多采用波長選擇交換(WSS)型。基于WSS方案的ROADM支持任意波長從任意端口上下，配合當前比較成熟的可調諧OTU，支持端口無關的波長上下功能;支持群路上下，一個光口同時上下多個波長，并用MUX/DEMUX、OADM對這些端口上下的波長復用/解復用;在下路解復用及穿通控制部分使用耦合器替代WSS，可支持廣播、組播功能;支持多向ROADM，基本能夠滿足組網的需求。
ROADM設備的主要優勢：支持兩個以上方向的波長重構;實現全光組網以及業務(波長)靈活調度;可以快速提供業務(光通道)，多數支持本地任意方向的任意波長從任意端口上下;省去OEO轉換，降低傳輸成本，并實現業務的完全透明傳送與交換;適合大顆粒業務的傳送(10Gbit/s、40Gbit/s等);可以在本地或遠端進行波長上下路和直通的動態控制;光層全自動，簡單、快速地開展業務;靈活的網絡配置，及時適應需求的變化;避免帶寬匱乏和波長閑置同時存在的情況，提高帶寬利用率;可以通過配合邊緣的OTN接口及電交叉，整合SDH和WDM層，簡化網絡等等。
ROADM設備存在的主要問題：組網半徑受到物理傳輸參數的限制(殘余色散、非線性效應、OSNR等)，導致傳輸距離受限，這在40Gbit/s應用時尤為嚴重，大大限制了其在長途傳輸中的應用;不支持多廠家環境、無法實現不同廠家互聯互通;不支持多規格網絡(如100GHz、50GHz規格不能混合組網)。ROADM為光層處理，無法簡單實現業務的匯聚，也無法根據不同業務提供不同帶寬，同時存在波長阻塞的可能，資源使用率不高。如果管理或者設定出現問題，容易出現自環現象，造成網絡故障。ROADM的初期投資成本較高，這在傳統WDM價格持續下降的今天尤為明顯。
圖1 某省內干線網絡拓撲結構圖
ROADM的應用主要在北美市場，Verizon已經采用了泰樂公司的7100光傳送系統構建城域骨干網絡。日本市場由于富士通在ROADM領域的領先地位早期發展較好。歐洲正在謹慎地開展ROADM的應用，芬蘭Corenet首次涉及多維ROADM的運營，Corenet使用的是ECI的XDM系列產品。
目前國內對ROADM關注較多：2007年中國移動、中國電信和原中國網通陸續進行了相關測試。但僅有幾個公司開始對ROADM進行公開商用，主要包括中國移動陜西公司、上海廣電等。國內推廣并支持ROADM的廠家包括華為(OSN6800和8800設備)、阿朗(1850系列)、中興(M900/M800)和烽火(Fonst3000產品)、愛立信(MHL3000WSS)和諾基亞西門子通信(SURPASShiT7300)等。
OTN的技術狀況與設備發展
ITU-T從1998年左右啟動了OTN系列標準的制定，目前已經基本完善，形成了一系列標準：體系結構(G.871,G.872)、結構和映射(G.709,G.7041,G.7042)、功能特性方面(G.798)、物理接口方面(G.959.1,G.693)、網絡性能方面(G.8251，G.optperf，M.2401)、網絡保護方面(G.808.1，G.873.1,G.873.2)、網絡安全方面(G.664)等。國內對OTN技術的發展也頗為關注，目前已完成了2個OTN行標(等同G.709和G.959.1)和1個國標(等同G.798)，正在進行OTN網絡總體要求等行標的編寫。
OTN的主要優勢包括：多種客戶信號封裝和透明傳輸，支持SDH、ATM、以太網，其它業務也正在制訂中;大顆粒的帶寬復用、交叉和配置，可以基于電層ODU1(2.5Gbit/s)、ODU2(10Gbit/s)和ODU3(40Gbit/s)，遠大于SDH的VC12和VC4;強大的開銷和維護管理能力;增強了組網和保護能力。OTN的主要問題：OTN對GE、10GE、40GE和100GE的映射和交叉連接的標準還不完善;基于電交叉的OTH設備交叉容量仍有待進一步提高，支持的交叉顆粒仍只有ODU1和ODU2，不同廠家的互聯互通仍存在問題;控制平面、管理和維護需要更多的現網積累。
從2007年開始，中國電信、原中國網通和中國移動等已經開展OTN技術的應用研究與測試驗證，而且部分省內或城域網絡也局部部署了基于OTN技術的網絡，組網節點有基于電層交叉的OTN設備，也有基于ROADM的OTN設備。
目前在國內得到應用的支持OTN電交叉的設備主要包括Infinera公司的DTN設備，華為的OSN6800、OSN8800設備，中興的ZXMPM800和烽火FONST3000等，部分設備的電交叉能力已經達到了Tbit/s量級，已經可以提供類似SDH的交叉。
節點技術在我國干線工程的應用
基于光交叉的ROADM和基于點交叉的OTN目前設備均相對成熟，但是兩者的工程使用卻有較大的差別。圖1是某省內干線WDM系統配置現狀，如果用ROADM重新設計，則需要增加電再生站，原站點需要調整，通過分析和比較，ROADM整體上能夠大大節省業務節點再生OTU的數量，OTU的總數量大約能減少一半。如果采用基于電交叉的OTN設備，局站幾乎不需要進行調整，且由于OTN采用線路支路分離的方式，和原系統相比OTU的支路部分減少至少三分之二以上。而且由于OTN采用類似“帶寬池”的概念，其管理和維護更加方便。
通過對ROADM技術和OTN技術的比較和工程應用分析筆者發現，由于OTN在局站設置、工程設計與傳統WDM系統接近，管理維護與運營又比較接近傳統的SDH，而且采用線路和業務支路分離的OTU模式，形成“帶寬池”，更加方便傳統WDM的平滑演進，因此具備更多的優勢。特別是隨著設備的發展，電交叉能力已經達到了Tbit/s量級。從上述分析也可看出，無論是ROADM還是OTN，提供高集成的、簡單、低成本的純電再生站點(無需交叉、無需上ODF)是降低成本的一個主要渠道。
干線容量較大，節點方向較多，目前運營商絕大多數采用傳統WDM，局站設置和管理維護等不宜做較大調整，目前使用ROADM存在規劃困難、設計復雜的問題，而且當前容量也不能滿足需求，建議在小范圍或者規模較小的省內干線使用。以電交叉為基礎的OTN有較大優勢，運營商在新建WDM時可以采用完全兼容傳統WDM的OTN設備，逐步取消調度ODF的使用，通過標準OTN接口解決不同廠家之間和與現有WDM系統的互聯互通問題，逐步實現光通道的端到端管理和維護，提高管理、維護和運營能力，逐步構建一個安全、高效、靈活的光網絡基礎傳送平臺是完全可行的。
總之，從現在來看，未來的干線傳送網絡將是一個以電交叉OTN為核心的、配合以局部光交叉ROADM的高可靠的、高效靈活的光網絡。
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