适应全业务发展的OTN光交叉组网分析_图文

1、 OTN光交叉组网分析倪玮应赟袁野华信邮电咨询设计研究院有限公司杭州310014前言全业务运营带来的直接冲击,在运营商干线传输网和城域核心传输网层面的表现就是业务带宽的迅速增加,一些大容量接口例如大量的10G/10GE接口凸现,未来更有40 Gbit/s甚至100 Gbit/s的接口需求。随着全业务时期以分组业务为主的宽带业务的增加,波长和子波长级业务灵活调度的需求显现出来,同时出现大量高可靠性要求的分组业务,促使干线和城域核心传输网对电层和光层保护提出了更高要求。光传送网(Optical Transport Network,OTN吸收了SDH和WDM的优点,支持大颗粒业务的高效复用和多种业务

2、的透明传输;利用丰富的类SDH开销提供完善的保护和管理能力;更配置电交叉和光交叉融合架构,最大集成光电优势,构建端到端的无阻塞光网络:光交叉实现波长级别的自动ODF,提升大颗粒业务连接效率;电交叉实现子波长调度或者波长中继,优化整网TCO,实现端到端快速连接。因此, OTN是现阶段组建干线和城域核心较为理想的技术选择,可应对全业务承载网络的分组化、业务化、带宽大颗粒化、动态化的组网需求。国内电交叉OTN设备的应用现状目前在国内大规模商用的O T N设备仅支持电交叉技术(OTH和G.709接口协议,采用叠加于原WDM系统进行设备组网,主要为GE至10GE颗粒的各类业务提供灵活迅速的接入和保护。全

3、业务运营带来数据业务的迅猛增长使得目前基于OTH技术的OTN设备面临越来越多的应用瓶颈。首先,由于OTH是一种集中式交叉技术,只能在设备的同一个子架内进行电交叉,交叉能力有限(目前只达2.56 T B,而对于一个80×10 Gbit/s的系统而言,若采用电交叉实现1+1子波道保护,则一个具有2个OTM方向的站点上下80波所需的交叉容量就达2.4 TB(2个线路侧加1个落地侧,显然若要满足大型网络中核心站点的业务发展需求,OTH交叉容量需要向更高级别演进(至少5.12 TB。设备的接入容量也同样受限,目前主流OTN设备除部分10 Gbit/s接口板卡可以有效使用槽位的背板容量外,其他如

4、GE等小颗粒接口板卡单槽位的接入容量基本不足背板容量的一半,使得设备的实际接入容量严重受限,已出现不能满足城域核心业务接入和调度需求的情况。其次,虽然OTH技术能为子波长级业务提供灵活的架内交叉并复用波道以提高利用率,但面对10G/10GE颗粒业务的突发需求时,只能通过配置遍历式波道的方式加以解决,经济性反而不如WDM。另外,集中式的ODUk电交叉模块是OTN 87协办宇特·光联世界调度和保护能力的重要基础,一般采取支路板和线路板分离完成业务的双发选收,以实现波长/子波长的1+1电层保护,但此时支路板将成为一个重要的故障点;另外只能基于单子架实现的集中式OTH技术,要求包括支路板、线

5、路板、主控板和交叉板在内的所有板卡必须在同一个子架内,一旦因电源或OTN设备本身原因导致的单子架失效,将导致该设备上的所有业务中断。单纯依靠现有电交叉OTN设备,已经无法满足全业务运营的网络发展需求。尤其是当10G/10GE颗粒业务显著增加时,一方面需要设备商积极推进电交叉OTN设备的升级,这可能涉及设备的替换;另一方面可考虑在现网中引入光交叉OXC以支持动态的业务波长分配和快速提供波长级端到端业务,方便全业务网络的业务开展和降低运营成本。OTN的光交叉OXC ROADMOTN光交叉方面主要是采用可重构光分插复用器(Reconfigurable Optical Add/Drop Multipl

6、exer,ROADM组件业务设备业务设备业务设备WSS6WSS5WSS4内部连纤WSS3WSS2WSS1WSS7业务设备业务设备业务设备光方向53光方向113光方向7232113业务设备w s sw s sw s s落地侧1wss (a全光交叉组网示意(b 站点6的线路侧示意图1 基于WSS ROADM组建全光交叉网络实现不同线路中的各个波长的调度和交叉,目前国内和国际主流的光传输设备商均相继推出了支持ROADM的设备,最大的交叉能力在320个波长以上。在北美,ROADM已开始应用于国家干线中,但目前在国内尚未开始大规模工程应用。实际R O A D M组件主要有以下三类:波长阻断器(Wave

7、Blocker,WB型、平面光波导(Planar Light C i r c u i t,P L C型和波长选择开关(Wavelength Selectable Switch,WSS型ROADM。WB主要功能是阻断直通通路中的下路波长,P L C则是利用集成的光开关实现波长直通或阻断并加入(Block-and-Add,但两者都只能支持两个方向,且它们上下路的通道是彩色光。这意味着只有预定义的彩色波长才可以在某个端口上下,在很大程度上限制了两者的应用。作为4维以上R O A D M的首选技术,WSS ROADM基于MEMS光学平台,具有频带宽、色散低的特性,并且同时支持10 Gbit/s、40

8、Gbit/s光信号和100/50 GHz的通道间隔,更具有端口与波长的无关性,支持任意波长到任意端口的指配。WSS为1×N 的光开关,可以把输入端的任意一个或多个波长通道送到WSS N 个输出端口中的任意一个端口,对于小型的WSS,N 为15;对于大型W S S,N 可以达16端口,在未来可能更高。目前主流OTN设备的WSS模块维数已能多达9维,适合应用于干线的环相交节点和大型城域网的核心节点。基于WSS ROADM组建 的全光交叉网络全网使用WSS ROADM设备,可组建全光交叉Mesh网络。以图1(a为例,该网络中共有7个站点,各站点采用配置有WSS模块的OTN设备组建,并根据网

9、络结构和落地需求各自配置相应的线路侧和落地侧。以站点6为例,其线路侧一方面是指通过外部光纤与站点1、5和7之间建立起连接,另一方面是指通过内部连纤连接至本站点的其他光方向,如图1(b所示将从站点1接收到的光信号通过该方向的WSS交叉调度进入面向站点5和7方向的WSS ROADM。对于落地侧,如从站点1到站点6的第1波在站点6落地,需要考虑WSS ROADM针对落地业务的具体配置,以实现与业务设备间的通信。综合考虑网络灵活性和投入成本,可选择如下3种WSS ROADM落地配置方案,如图2所示。第一类落地配置方案如图2(a所示:在WSS ROADM落地侧端口直接接OTU,图中红色虚线圈示,简单且低

10、成本,但只能在该端口实现单波长的上下;改进方案是在落地侧WSS ROADM各端口直接连接合分波设备进行业务的落地,若配置固定O T U 上下业务,则只能实现特定波长的落地,且在落地时,需手工布放落地OTU的线路侧光口与WSS ROADM落地口之间的跳纤,调度灵活性降低;若配置可调式OTU,则OTU可重复利TELECO MM U NICAT IONS T ECHNOLOGY /2010·1188 89www.ttm WSSOAWSS O T UOMU/ODUO T UO T UO T UO T UO T U落地模块一至线路侧维度至线路侧维度180180线路侧维度T UO T UO O

11、T U O T U O T UT UO WSSWSSWSSOAOMU/ODUO T UO T U O T U1802 3 4 5 6 7 82 3 4 5 6 7 8直接接固定OTU,在该端口只能实现某波长的上下配置合分波器再接OTU ,WSS的各端口实现多个波长的上下配合波长可调OTU,WSS 各端口实现任意波长的上下配置固定OTU,合分波器各端口实现固定波长的上下落地模块三至线路侧维度WSSWSS一级WSS二级WSS三级WSSWSSWSSWSS WSS OA2 3 4 5 6 7 8配合波长可调OTU,WSS各端口实现任意波长的上下配合波长可调OTU,WSS各端口实现任意波长的上下(a第一

12、类配置方案(c 第三类配置方案(b 第二类配置方案图2 WSS ROADM落地配置方案示意落地模块二O T U O T U O T U O T U O T UO T UO T UO T U.宇特·光联世界用,但波长信道改变时OTU和合分波间仍需手工跳纤,灵活度依然不够,所以此类方案只适用于10 Gbit/s及以上波长级业务光交叉需求少且交叉方向明确的情况。当突发性波长级业务增加时,可选择第二类落地配置方案:如图2(b的第1个端口通过下级W S S落地,基于W S S的波长与端口无关,配合波长可调O T U,实现任意波长在任意端口的落地。这是考虑通过在端口再接W S S的落地配置用于资

13、源的预电交叉电交叉设备电交叉设备电交叉波道WSS设备WSS设备WSS波道电交叉电交叉电交叉电交叉客户侧信号OTN客户端OTN线路侧电交叉矩阵电交叉留,以应对突发需求,增强了落地侧的灵活性。同时考虑部分业务需求方向比较明确的,仍采用合分波器+固定波长OTU落地,如图2(b中第9个端口,以节约成本。考虑到全业务后期,在干线和城域核心传输网层面, 10 Gbit/s及以上波长级业务占据主导且突发性普遍,则宜采用第三类落地配置方案:即在WSS ROADM的落地侧端口全部采用级联W S S,如图2(c所示,将一级W S S落地侧各端口的光信号输入至落地侧第2级WSS,再经第3级WSS调度至9个波长可调O

14、 U T。该方案优点在于:多级级联可实现任何一个维度的任何一波到任何一个OTU落地,灵活度最佳,且后期落地业务增加时只需增补WSS ROADM模块,调整、扩容便利。在大幅度提高网络灵活性的同时,WSS ROADM的优势还在于:主要采用光器件实现波长的调度,对电器件的依赖性较小,只是在业务配置时需要借助电器件实现波长的变换,提高了设备的安全性;而且各维度可单独配置独立的W S S,其间只要通过内部连纤实现互联,因此可将各维度的W S S R O A D M设备配置在不同光方向的机架中,防止出现一个光方向掉电所有业务中断的情况。在由W S S ROAD M组建的光交叉网络中,若再引入GMPLS控制

15、平面,借助其波长自动重路由等功能以实现业务的光层智能化保护,有利于进一步增强网络的安全性。WSS ROADM的局限性 及解决方案5.1 WSS ROADM的局限性分析由于WSS ROADM光交叉设备现阶段仍比较昂贵,导致一次性投入成本较高,因此国内尚未大规模应用。除了设备高成本的影响,现有W S S ROAD M存在的问题与局限也限制了其应用。W S S 存在不可避免的波长冲突。W S S 并不具备波长转换功能,而任何一个端口虽然可以输入或输出任意多个波长,但不能同时输入或输出同一个波长,因此在多维系统中,当多个维度将相同的一个波道调度至同一个目的维度时,就会产生波道冲突,这在一定程度上限制了

16、光交叉的灵活性。另外,W S S 的交叉过程全部在图3光交叉与电交叉联合组网结构示意TELECO MM U NICAT IONS T ECHNOLOGY /2010·1190(a分平面解决模式(b WSS扩展电交叉模式 www.ttm 光层上进行,没有O/E/O转换,而W S S内部需对光信号进行分光,由于各光器件存在一定的插损,导致W S S ROAD M整体具有较大的插损,尤其在多级级联时插损更大,从而造成光功率的降低,因此使用WSS ROADM 时需配置光放板,但增加光放又会降低光信噪比(Optical Signal-To-Noise Ratio,OSNR,存在光功率和OSNR

17、的相互限制。同样限制WSS应用的还有其全程无电中继的特性。因为任何一个波长都有可能被调度至任何OTN段落,或者经过OTN中的任何一个段落后到达目的站点,所以任何一个波道所经过的路径在网络建设时无法确定,因此也就无法确定哪些波道需要电中继,或电中继站点该如何设置。这样基于WSS ROADM的光交叉网络必须全程无电中继,这又会影响传送光功率和OSNR。5.2 引入WSS的解决方案当WSS技术解决了无电中继距离和OSNR要求较高的问题,且10 Gbit/s颗粒业务的需求和突发性进一步增强,同时40 Gbit/s颗粒业务初步涌现时,建议采取WSS+OTH联合组网的方式,进行网络建设:分平面解决模式和W

18、SS扩展电交叉模式。其中分平面解决模式如图3(a所示,在各个网络节点均建设不同层面的网络,可选择采用一个波带上划分部分波道给电交叉,解决2.5 Gbit/s 及以下业务,而其他波带划分给W S S ROADM,解决10 Gbit/s以上大颗粒业务需求。采用该方案波道资源占用率较高,且单站点各自需要两套独立的O T N设备,建设成本较高。若采用W S S和电交叉各自配置独立的全波带,还会增加波分系统的设备投入,成本更高。图3(b给出的WSS扩展电交叉模式是在全网采用WSS ROADM组网的情况下,对波道进行统一调度,并将部分OTU 配置在电交叉设备上,对2.5 Gbit/s及以下业务进行电交叉调

19、度,相当于拿OTH作交叉机(如图3(b圆圈所示。此种模式比起分平面解决方案,一方面方便波道规划,实现全网波长的全光调度,与速率不相关,能适合未来40 Gbit/s及更大颗粒业务的灵活调度;另一方面,即使对于10 Gbit/s颗粒业务,也仅需要配置业务起点和终点的可调OTU即可,无需分别配置线路和支路侧OTU,也无需配置转接OTU;而对于10 Gbit/s以下小颗粒业务接入,在充分利用电交叉灵活低阶交叉功能的同时可与大颗粒业务共享波道,从而既节省波道资源又满足灵活调度的需求。结束语业务的融合期待着光层作为基础承载层的融合,使其成为更加适于承载IP/MPLS以及电信级以太网业务的分组光传送网。全业务时代新型的电信业务与传统电信业务相比,具有更高的动态特性和不可预测性,因此需要传输承载网提供更高的灵活性。光交叉技术作为一种提升光网络整体灵活性的最佳技术,其实现机制在理论和实际操作上都已成熟,设备集成方面的进展也有目共睹,但光交叉技术的组网研究依然欠缺,特别是针对现网实际业务需求与发展趋势的组网模式研究更是空白,希望本文有关光交叉技术的应用分析和组网建议,对未来干线或城域核心网建设光交叉系统具 有一定的指导和借鉴意义。如对本文内容有任何观点或评论,请发E-m a i l至editor。中国质量认证中心授权国家无线电