業(yè)務需求及技術發(fā)展的雙重驅動促使傳輸網從40G網絡向100G網絡演進，中國電信也提出了建設新一代100G大容量骨干光傳輸網絡的計劃。新網絡的建設為重新設計新的網絡組織架構和技術架構，進一步提高傳輸網的靈活調度能力、業(yè)務適應能力和安全可靠性，進而提升全網的集約化運營能力提供了契機，本文將從當前光傳輸網絡面臨的問題、未來業(yè)務的需求、集約化運營要求、相關的技術發(fā)展等幾個方面著手，研究提出中國電信新一代100G大容量骨干光傳輸網絡的組網架構和技術架構。
1 DWDM光傳輸網絡的發(fā)展及存在的問題
自20世紀末DWDM技術引入以來，在不到15年的時間里，波分技術得到了迅猛發(fā)展。波長復用能力從4波、8波和16波很快演進到40波和80波，單波長的速率也從早期的2.5 Gbit/s逐步發(fā)展到現在的100 Gbit/s，波分系統(tǒng)傳輸容量從幾十Gbit/s提高到8 Tbit/s，10年增長了上百倍。以波分復用技術和EDFA光放大器技術為基礎的波分傳輸系統(tǒng)設備的發(fā)展和規(guī)模部署，極大地提升了傳輸網容量，也極大地降低了帶寬成本，鑄就了光網絡發(fā)展史上繼SDH之后又一個更為輝煌的10年，其提供的成本日益低廉的帶寬，應是近年來互聯網飛速發(fā)展的一個最為重要的原始驅動力。
雖然波分系統(tǒng)在網上應用已有10多年時間，但中國電信省際干線波分網絡一直延續(xù)著點到點鏈形系統(tǒng)的建設模式，波分網絡實際上并未成網，波長的調度都需要通過人工在ODF上調纖來實現，造成此現象的原因主要有2個：一是從需求角度講，目前波分網承載的業(yè)務絕大多數(90%以上)為CHINANET路由器間的鏈路，而CHINANET網絡建設采用的是以年度為周期預先規(guī)劃的模式，波長日常動態(tài)調度的需求很少;二是從技術角度講，當前波長的自動調度可以在光層通過可重構光分插復用設備(ROADM)或在電層通過OTN交叉來實現，在光層面由于省際電路長度較長(大多在1 500 km以上)，受限于當前光層面的技術能力，光路的損傷難以實現實時、長距離、動態(tài)的補償，ROADM在省際層面很難得到普遍應用，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(一個方向8 Tbit/s)差距較大，通過OTN交叉僅能實現波長級有限的調度，而且光電轉換的成本也較高。
2未來業(yè)務需求及運營要求
在業(yè)務發(fā)展及技術變革的雙重驅動下，經過10多年的歷程，傳輸網已經實現了從SDH網向WDM網的演進，從未來業(yè)務需求看，波長級的業(yè)務快速靈活調度和網絡恢復保護需求日益迫切，主要體現在3個方面。
一是GE以上大帶寬專線業(yè)務已經出現快速增長的勢頭，10、40甚至100 Gbit/s的專線業(yè)務需求也已經出現。隨著信息化技術在社會各個領域應用的進一步深入，世界正迎來“大數據”時代，原有的以2和155 Mbit/s為主的專線業(yè)務已不能滿足各行業(yè)數據傳輸的需求，很多公司和政府機關已經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)務已經出現快速增長的勢頭。另外，互聯網經濟的快速發(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網公司，其基于自身戰(zhàn)略及業(yè)務發(fā)展需要已經開始租用大量帶寬構建自己的高速網絡，谷歌甚至建設了自己的全球光網絡，同時一些金融、保險等需要處理大量電子數據的公司，基于提升效率、降低運營成本、提高安全性出發(fā)也已開始建設大型IDC及內部高速網絡，這兩類公司已經提出了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)務不僅僅是帶寬的提升，同時在業(yè)務的性能(開通時限、可靠性、時延)方面對運營商提出了更高的要求，需要波分網絡具備快速靈活的業(yè)務調度能力、網絡恢復保護能力以及端到端的運營管理能力。
二是業(yè)務的IP化、互聯網流量的不確定性以及云計算技術的引入等因素使得互聯網對底層波分網絡提出了更高的要求。隨著固網和移動軟交換、IMS網絡范圍的拓展以及未來VOLTE(Voice over LTE)的引入，語音業(yè)務的承載將逐漸會完成由電路交換機向IP網的遷移，很多傳統(tǒng)的中低帶寬專線業(yè)務也在逐步向MPLS VPN業(yè)務遷移，這些高質量業(yè)務需要互聯網具備更高的性能和網絡安全性?；ヂ摼W視頻業(yè)務的快速發(fā)展，不僅僅帶來互聯網流量的快速增長，同時視頻業(yè)務長時間連接以及對丟包、抖動更為敏感的特點對互聯網的性能會提出更高的要求。隨著云計算的普及，數據中心的規(guī)模和數量將會大幅度增長，數據中心之間大量的信息同步、容災備份和統(tǒng)一計算要求網絡具備高的安全性和低時延。上述3個方面的需求均對互聯網的性能提出了更高的要求，但由于IP網本身“盡力轉發(fā)”的內在機制所限決定了互聯網僅靠自身提升性能有限，需要底層傳輸網提供有效的支撐，甚至需要構建統(tǒng)一的架構和策略實現互聯網和傳輸網資源的統(tǒng)一和動態(tài)的調度，這些都需要波分網具備快速靈活的調度能力和恢復保護功能。
三是集約化運營的要求。目前中國電信傳輸網的運營仍主要是集團、省和地(市)三級體系，長途波分的維護仍主要通過人工在ODF上調纖來進行波道調度，一方面業(yè)務的響應時間較長難以滿足客戶快速開通業(yè)務及CHIANNET、CN2網故障或擁塞時業(yè)務快速恢復的需要，另一方面由于維護人員的操作水平參差不齊，大量臨時緊急的ODF調纖經常在纖芯的清潔、尾纖長度、標簽方面出現不規(guī)范的操作，甚至出現誤碰和連接質量劣化等事故，對后期維護帶來較大的影響。因此提高波分網絡的集中自動調度能力和端到端運營能力對提升中國電信傳輸網核心競爭能力意義重大。
3技術發(fā)展
在波分網上實現波長級的調度和保護功能在技術實現方面有2個途徑，一是在光層面通過ROADM實現，二是在電層面通過OTN交叉實現。
ROADM在光層面實現波長的調度，因不需要光電轉換，具有成本低、對客戶信號透明的優(yōu)點。ROADM技術經歷了波長阻斷器(WB)、平面光波導技術(PLC)和波長選擇開關(WSS)三代發(fā)展，當前第三代WSS技術的實現有液晶和MEMS兩種方案，具有插入損耗小、體積小、成本低的優(yōu)點，真正實現了波長的可重構，有較高的組網靈活性和經濟性，其應用日益廣泛。但由于技術所限，ROADM應用目前主要存在4個方面問題，一是受限于當前光層面的技術能力，光路的損傷難以實現實時、長距離、動態(tài)的補償，ROADM組網半徑受限于物理傳輸參數，尤其在高速波分系統(tǒng)中更為明顯。依據行標征求意見稿，100 Gbit/s波分系統(tǒng)的傳輸能力對于G.652(無DCM)場景，硬判為14×22 dB(約1 100 km)，軟判為18×22 dB(約1 400 km)，在實際網絡應用中，由于光纜老化及長跨段的影響，傳輸距離會更短，有可能大多在1 000 km以內，如有長跨距，可能僅800 km，甚至500~600 km，省際傳輸網由于電路長度大多在1 500 km以上(約70%以上)，ROADM應用范圍有限。二是由于當前技術水平不能實現光信號在光域的波長變換，ROADM實現的波長調度只能是不同方向同波長之間的調度，組網應用時存在波長重構問題，波道組織復雜且利用率低。三是目前的WSS為1×N的形態(tài)，只能將1個輸入端口的某個波長交換到其余多個輸出端口，比較適合以業(yè)務上下為主的ADM場景應用，實現以業(yè)務調度為主的多維ROADM或OXC需要組合多個WSS，技術復雜且成本高。四是WSS倒換的時間較長，大都在秒級，難以滿足傳統(tǒng)50 ms的保護需要。
OTN是21世紀初傳輸網為順應數據業(yè)務高帶寬傳輸發(fā)展趨勢而重新定義的新一代光傳送網絡體系架構，從網絡層面定義了光信號的各項功能，包括傳輸、復用、路由、監(jiān)測、性能管理和網絡生存性，實現了波分網從點到點鏈路模式向網狀網的演進。OTN架構定義了光通道層(OCh)、光復用層(OMS)和光傳輸層(OTS)3個層面，由于當前的技術水平尚無法實現光信號的性能監(jiān)測以及低速信號向高速信號的復用，ITU-T在G.709建議中選擇了在電域實現OCh所需的性能監(jiān)測和信號復用功能，并定義了光數據單元(ODU)和光傳輸單元(OTU)2個層級，通常所說的OTN交叉連接實際上是ODU層面的交叉連接。引入OTN技術主要有三大優(yōu)勢：一是可以實現光信號端到端的性能監(jiān)測和管理;二是透明傳輸，適應高帶寬業(yè)務發(fā)展趨勢復用效率高，可以實現低速光信號向高速光信號靈活高效低成本的復用;三是利用ODU層的交叉連接可以實現高帶寬業(yè)務的調度，由于交叉速率等級高，相比SDH效率更高、成本更低，技術上更易研發(fā)大容量調度的設備，適合高帶寬業(yè)務的承載和調度。但受限于高速電信號處理的技術實現較為困難，目前OTN應用中存在的最大問題是節(jié)點的交叉能力有限，當前主流廠家的OTN設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以上的設備。
