ROADM技术在区域骨干网中的部署策略.pdf

Telecom Power Technology 153 Sep.25,2023,Vol.40 No.18 2023 年 9 月 25 日第 40 卷第 18 期通信网络技术DOI：10.19399/ki.tpt.2023.18.051ROADM 技术在区域骨干网中的部署策略祝遵坤，王睿，杨峰（中讯邮电咨询设计院有限公司，上海 200050）摘要：随着长三角、京津冀、粤港澳等区域一体化发展以及“东数西算”等国家层面的发展机遇与政策指引，可重构光分插复用器（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，ROADM）的应用驱动力已经非常明显。业务方面，业务颗粒已达 100GE，光层调度更为经济；组网方面，运营商网络正在从点到点演进为网状，ROADM 在灵活调度、业务管理、可用性、恢复效率以及低时延传输等方面有较大优势。运营商在传输层面引入 ROADM，从而实现传输、接入和交换的端到端光网络。文章重点研究区域骨干网的 ROADM 部署策略。关键词：可重构光分插复用器（ROADM）；区域一体化；全光传送网Deployment Strategy of ROADM Technology in Regional Backbone NetworkZHU Zunkun，WANG Rui，YANG Feng(China Information Technology Designing&Consulting Institute Co.,Ltd.,Shanghai 200050,China)Abstract:With the development of regional integration in the Yangtze River Delta,Beijing-Tianjin-Hebei region,Guangdong-Hong Kong-Macao and other national-level development opportunities and policy guidance such as“East Digital West Computing”,the application driving force of Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer(ROADM)is already very obvious.In terms of service,the service rate has reached 100GE,and the optical layer scheduling is more economical;In terms of networking,carrier networks are evolving from point-to-point to mesh，ROADM has advantages in flexible scheduling,service management,availability,recovery efficiency,and low-latency transmission.Operators introduce ROADM at the transmission level to realize an end-to-end optical network for transmission,access and switching.This paper focuses on the strategy of introducing ROADM technology into the all-optical transport network.Keywords:Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer(ROADM);regional integration;optical transport network0引言光 分 插 复 用 器（Optical Add-Drop Multiplexer，OADM）实现将两个或多个波长耦合到同一根光纤，完成波长的复用与解复用，用于增加网络容量，提升频谱效率。OADM 分为固定光分插复用器（Fixed Optical Add-Drop Multiplexer，FOADM）和可重构光分插复用器（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexe，ROADM）。随着网络规模的不断扩大，传统的FOADM 已经不能够满足传送网超大带宽、超低时延、高可靠以及灵活调度的组网需求，因此研究在区域一体化骨干网中的 ROADM 部署策略十分必要。1ROADM 技术简介1.1ROADM 技术特点随着技术发展及网络需求的迭代，ROADM 在技术实现、维度、功能、形态等方面不断演进发展。ROADM 技术实现层面，从波长阻断（Wavelength Blocker，WB）、平 面 光 波 导（Planar Lightwave Circuit，PLC）向波长选择开关（Wavelength Selective Switch，WSS）、交 叉 连 接 器（Percona XtraDB Cluster，PXC）演进；支持维度层面，由最早的 4 维、9 维向 32 维及更高维度发展；设备性能层面，从支持波长无关、方向无关功能向支持波长无关、方向无关、竞争无关、灵活栅格演进；设备形态层面，从传统ROADM 向高集成度背板光交叉连接（Optical Cross Connect，OXC）发展。根据需求及网络的发展，ROADM 设备已经具备多种功能：一是波长无关，即任何端口可以配置任何波长的光收发器，当需要改变波长时，仅需进行软件配置；二是方向无关，通过网管软件配置实现任意本地业务发送至任何方向或者任何方向的业务都可以配置到本地落地；三是竞争无关，可以使相同波长的业务在同一个本地节点上下，简化网络的设计，提高端口及波道利用率；四是灵活栅格，通过软件将通道中心波长和间隔以 12.5 GHz 的整数倍为步长进行任意配置，通过灵活通道间隔调整实现更优的频谱 效率1,2。收稿日期：2023-07-03基金项目：国家重点研发计划“国家级城市群一体化新一代信息基础设施建设与示范”（2020YFB2104203）。作者简介：祝遵坤（1990），男，河南信阳人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为有线通信；王睿（1982），男，内蒙古包头人，硕士研究生，高级工程师，主要研究方向为有线通信；杨峰（1986），男，上海人，本科，高级工程师，主要研究方向为有线通信。2023 年 9 月 25 日第 40 卷第 18 期Sep.25,2023,Vol.40 No.18Telecom Power Technology 154 以上 4 种功能组合可实现多种 ROADM 组网架构3。某厂家同时支持波长无关、方向无关、竞争无关、灵活栅格场景下的 ROADM 应用架构，如图 1 所示。1.2ROADM 组网优势及限制ROADM 能够真正实现灵活的光层组网，提升网络的调度能力、可靠性、可维护性、可扩展性、可管理性等，相应的也存在一些限制。一方面，ROADM组网能够实现波长在任意方向的灵活调度，无须人工联纤，大大节省了业务开通时间；波长级业务通过光层转发，无电层处理，时延极低；具备端到端波长级别光交换能力，交换能力强；业务通过光层交叉代替电层交叉，能够有效降低碳排放。另一方面，ROADM组网存在一些限制，业务调度灵活度只到光通道层面，无法实现更小颗粒业务的调度，而且当前无法实现光层的波长转换，网络规划需考虑线路上波长冲突问题。此外，光性能受限，波道规划时需考虑光损伤与性能感知，否则可能路由可达，但性能不可达。2ROADM 在区域骨干网中的应用2.1ROADM 部署需求分析随着新基建加速、企业数字化转型以及国家“东数西算”战略等驱动，巨大的市场和用户量催生了不同应用场景下的不同网络需求。一是大带宽需求，促使带宽持续提升，100GE业务占比增长迅速，数据中心之间互连流量增长迅猛，光层调度更为经济。二是低时延需求，互联网和金融行业用户对低时延有较强需求，以往多层次网络汇聚、转发的模式会造成时延的增加，不利于改善用户感知4。三是灵活调度需求，运营商网络已由环状网向网状网演进，业务流量方向多样，灵活调度需求迫切。2.2ROADM 站点设置策略区域骨干 ROADM 网在进行局站设置时，结合采用的 ROADM/OXC 设备的技术特点，可按照以下原则设置 ROADM 光终端站和光放站。一是 ROADM 站点设置要符合骨干网整体目标架构演进，同时满足业务需求。骨干网的网络架构应朝着骨干全域 ROADM+热点区域 ROADM 网目标发展，采用双节点双平面的架构，保障骨干传输安全。区域ROADM 的选点要保持和骨干数据网、数据中心网络结构匹配，尽可能避免交叉，提高承载效率，降低转接投资。二是完善网络结构。从完善网络结构的角度考虑，区域 ROADM 网络应在重要的光缆交叉节点设站。三是骨干网和省干网协同。近年来，大客户大带宽业务迅猛发展，而大客户数据中心大多部署在非省会城市。采用在省会骨干节点落地转接，再通过省干网络调度的电路组织方式，已经无法满足客户最优时延和快速开通需求。通过增加骨干区域 ROADM 网和省干网络互通节点以提升业务转接效率，可优先考虑在重要业务节点和省内边界节点进行省际骨干网与省内骨干网互通，降低传输成本及时延。四是节点延伸，对于地市级以上节点考虑单业务节点接入 ROADM 区域网，部分省会城市考虑第二业务节点的延伸。五是符合站距设置要求，确保传输信号质量，传输网络中相邻光放站节点距离设置为 70 90 km，光放段设置应尽可能均匀。.D1D2D7D8NE1D8方向信号本地上波/下波信号Colorless&Directionless&Contentionless&Flexible gridD1方向信号D7方向信号D2方向信号OT0848CAM01AM02AM48DM01DM02DM48光背板D1.D8光背板OUTINON32（光线路板）INOUTON32（光线路板）INOUTON32（光线路板）INOUTON32（光线路板）OUTINON32（光线路板）OUTINON32（光线路板）OUTINON32（光线路板）100GFlexible Grid 波长100G200G400G50 GHz37.5 GHz75 GHz波长ON32(光线路板)OUTINON32(光线路板)OUTINOT0848COT0848COT0848COT0848COT0848COT0848COT0848C.光背板光背板D2光背板D7OT0848C图 1CDC-F 场景下的 ROADM 应用架构 2023 年 9 月 25 日第 40 卷第 18 期 155 Telecom Power TechnologySep.25,2023,Vol.40 No.18 祝遵坤，等：ROADM 技术在区域骨干网中的 部署策略2.3ROADM 网络路由策略ROADM系统通常采用Mesh组网，节点连通度高，人工规划业务路由及波长分配难度较高，需要专用规划软件选择合适的路由策略自动规划。目前，主流设备厂家软件支持的基本路由策略主要有最小跳数、最短路径、最优信噪比以及负载均衡等方式。所有应用策略均应以“考虑线路光学参数且保证系统 OSNR 性能指标达标”为质量目标。鉴于业务恢复过程中变更波长的时间较长（30 s 左右），路由策略安排中宜优选恢复路径尽量不变波长，可结合不同的业务属性选取不同的路由策略5。2.4低时延业务调度策略传统光传送网（Optical Transport Network，OTN）跨省专线业务承载都需先上联省会节点，经过省会骨干 OTN 节点调度出省，路由存在绕接，导致业务时延远大于实际光缆时延。在区域 ROADM 网络建设时，可依托区域 ROADM 网，建设不同省邻近地市间直连，业务不必绕行省干出口互联，大幅度缩短传输时延。如上海至南通专线业务按照传统调度原则需要先到南京再通过省内传输系统调度到南通，得益于区域骨干ROADM 系统的建设，在上海和南通之间构建 100GE通道，实现业务直连。低时延业务调度策略路由如 图 2 所示。3ROADM 在区域骨干网中的部署演进建议随着 ROADM 光器件成本逐年下降、可调谐激骨干OTN骨干ROADM骨干ROADM骨干ROADM区域ROADM区域ROADM区域ROADM区域ROADM调度A省A省省会省会Z省骨干OTNA省Z省Z省A省省会省会Z省图 2低时延业务调度路由的优化方案光器的普遍应用以及通过数字信号处理方式解决线路色散和偏振模色散（Polarization Mode Dispersion，PMD）问题，当前区域骨干网大规模部署 ROADM 的条件已成熟4。在区域一体化 ROADM 网络建设中，应充分结合一体化业务发展需求，在合适地市选点建设，避免盲目投资造成资源浪费。采用合适的网络路由策略，差异化承载不同类型业务，实现资源效率和投资成本利用最优。Mesh 化组网、光缆路由取直、跨省直连波道建设等多手段实现 ROADM 网络时延最优。新技术灵活谱宽间隔光交叉调度技术，支持向超100GE演进。通过预配置波长转换器板卡，避免了业务开通的人工跳纤，实现业务快速开通，支撑算网灵活调度。4结论随着 ROADM 设备集成度增高，设备功能完善，主设备价格逐年下降，区域骨干网乃至城域网大规模引入 ROADM 建设全光网已成必然。以数据中心为中心，区域一体化扁平化全 Mesh 组网保障传输网络具有大带宽、极低时延、灵活调度等优势。面向传输400GE、800GE 新技术演进，以及低时延、数据中心互连等业务需求的快速变化，在区域骨干网络建设中选用合适的部署策略，对于区域骨干网乃至城域网的建设具有积极的指导意义。参考文献：1 吕生亮.OTN 网络中光交叉设备的选择 J.现代信息科技，2022，6（14）：54-57.2 马亦然，CLARKE 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