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基于OXC技術(shù)的傳送網(wǎng)研究與應(yīng)用

摘要:現(xiàn)網(wǎng)存在的主要問(wèn)題以及業(yè)務(wù)需求驅(qū)動(dòng)了全光網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃創(chuàng)新。全光交叉?zhèn)魉途W(wǎng)的超大容量、超低時(shí)延、調(diào)度靈活、智能管控特性,破解了目前網(wǎng)絡(luò)存在設(shè)備容量不足、調(diào)度不靈活和監(jiān)控管控復(fù)雜等問(wèn)題。通過(guò)在粵港澳大灣區(qū)進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用,提出由光層資源池和電層資源池組成的傳送云架構(gòu),并在大灣區(qū)內(nèi)落地部署全光交叉的智能傳送網(wǎng)。

  0  引言

  隨著5G、數(shù)據(jù)中心等新基建的推進(jìn)和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的加速,光纖通信作為信息通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)承載,其優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注。目前,由于光層處理能力受到限制,在光分組交換、光突發(fā)交換等方面沒(méi)有特別實(shí)質(zhì)性突破,全光網(wǎng)的組網(wǎng),整體上也是處于發(fā)展的初級(jí)階段[1]。國(guó)內(nèi)云運(yùn)營(yíng)商繼續(xù)加速布局,作為基礎(chǔ)傳送網(wǎng),面臨設(shè)備容量不足、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)待優(yōu)化、調(diào)度靈活性不足和機(jī)房空間、動(dòng)力資源出現(xiàn)瓶頸等問(wèn)題??芍貥?gòu)光分插復(fù)用(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer,ROADM)技術(shù)雖然解決了OTN系統(tǒng)電交叉能力不足的部分問(wèn)題,但板卡間復(fù)雜的手工連纖和調(diào)度不靈活問(wèn)題仍較為突出[2-3]。光交叉(Optical Cross Connect,OXC)作為近年出現(xiàn)的新一代技術(shù),基于硅基液晶的第三代WSS模塊,可采用光背板連接方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備光交叉連接能力的大幅提升。本文對(duì)ROADM技術(shù)與OXC技術(shù)進(jìn)行了比較,對(duì)傳統(tǒng)OTN傳送網(wǎng)進(jìn)行了綜合分析,創(chuàng)新了基于OXC技術(shù)的粵港澳大灣區(qū)全光交叉網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

  1  全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究

  全光交叉節(jié)點(diǎn)作為全光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)網(wǎng)元,其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中基于波長(zhǎng)通路的光交叉連接目前主要采用 WSS 器件組合實(shí)現(xiàn),基于端口的光交叉連接基于光開(kāi)關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn),前者是目前全光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的主要類(lèi)型。ROADM由于其架構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn),通過(guò)單板的堆疊來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的搭建,導(dǎo)致機(jī)房空間占用大。結(jié)合線路、上下路等不同功能需求,ROADM可構(gòu)成多種不同功能的全光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),如CD(波長(zhǎng)無(wú)關(guān)、方向無(wú)關(guān))、CDC(波長(zhǎng)無(wú)關(guān)、方向無(wú)關(guān)、競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān))、CDCF(波長(zhǎng)無(wú)關(guān)、方向無(wú)關(guān)、競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān)、靈活柵格)等不同架構(gòu)。ROADM的上下節(jié)點(diǎn)和再生中繼節(jié)點(diǎn)均要進(jìn)行復(fù)雜的大量的手工連纖,系統(tǒng)連纖的復(fù)雜度及工作量隨著調(diào)度維度的增高而增加,連纖錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)高,且連纖耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng),對(duì)后續(xù)的運(yùn)維提出很大挑戰(zhàn)。OXC技術(shù)與ROADM技術(shù)、OTM技術(shù)的對(duì)比如圖2所示。

圖1  全光交叉節(jié)點(diǎn)基本結(jié)構(gòu)

圖2  OXC技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)

  全光交叉OXC技術(shù)能實(shí)現(xiàn)單板的高度集成及即插即用,可使大顆粒業(yè)務(wù)的交換效率得到高效提升,具有超低時(shí)延、超大容量的特點(diǎn),并采用國(guó)際領(lǐng)先的全光背板技術(shù)實(shí)現(xiàn)多維度或多級(jí)導(dǎo)向的高可靠?jī)?nèi)部可控連接。相比傳統(tǒng)ROADM技術(shù),OXC技術(shù)具備兩方面優(yōu)點(diǎn)。一方面,OXC參考電層線路與支路分離的模式,對(duì)本地光層線路側(cè)模塊與業(yè)務(wù)接入側(cè)模塊進(jìn)行分離,從單模塊交叉能力演進(jìn)到整體架構(gòu)的交叉能力,大幅簡(jiǎn)化了擴(kuò)維的難度,支撐光交叉能力向更高的維度進(jìn)行演進(jìn);另一方面,OXC采用了極簡(jiǎn)的架構(gòu)設(shè)計(jì),運(yùn)用集成式的光背板來(lái)構(gòu)建全光交叉的資源池,免除了單板間復(fù)雜的連纖,使得單板可以即插即用,大幅降低了運(yùn)維的難度[4-5]。光交叉連接如圖3所示。利用OXC技術(shù),在波長(zhǎng)粒度的交叉調(diào)度應(yīng)用之外,可通過(guò)光開(kāi)關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn)高維度端口的交叉調(diào)度應(yīng)用,比如320×320 端口調(diào)度等,大幅提升光交叉連接智能調(diào)度能力。同時(shí),相比傳統(tǒng) ROADM,OXC技術(shù)可對(duì)光功率、光波長(zhǎng)、OSNR、光路徑等信息進(jìn)行在線檢測(cè),實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)級(jí)的業(yè)務(wù)路徑可視、快速識(shí)別波長(zhǎng)信息資源、排查錯(cuò)誤的波長(zhǎng)路由、全面梳理及規(guī)劃波長(zhǎng)等應(yīng)用場(chǎng)景[6-7]。

圖3  光交叉連接圖

  2  全光傳送網(wǎng)驅(qū)動(dòng)和分析

  2.1  構(gòu)建全光網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)力2.1.1  現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)存在的問(wèn)題設(shè)備容量不足:隨著業(yè)務(wù)流量的急劇增長(zhǎng),網(wǎng)絡(luò)中最大節(jié)點(diǎn)交叉需求已達(dá)200 T,而電交叉技術(shù)節(jié)點(diǎn)容量為12.8 T,采用集群技術(shù)后也只能達(dá)到102.4 T,難以滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。組網(wǎng)架構(gòu)問(wèn)題:業(yè)務(wù)需求雖然是網(wǎng)狀連接,但受限于設(shè)備交叉能力,前期OTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以環(huán)網(wǎng)為主,環(huán)接環(huán),環(huán)套環(huán),造成繞行路徑長(zhǎng)、反復(fù)背對(duì)背連接,造價(jià)高、時(shí)延長(zhǎng)等問(wèn)題。調(diào)度靈活性問(wèn)題:前期采用FOADM技術(shù)(固定光分插復(fù)用),電路連接靠ODF(光纖配線架)人工跳纖實(shí)現(xiàn),調(diào)度不靈活,電路需人工進(jìn)站連好,才能在網(wǎng)管上開(kāi)通??臻g及電源占用大:由于設(shè)備容量限制,為完成大業(yè)務(wù)量的疏導(dǎo),只能采取多套設(shè)備疊加的方式組網(wǎng),機(jī)房空間和電力資源占用大,建設(shè)遇到瓶頸。

  2.1.2  業(yè)務(wù)需求驅(qū)動(dòng)流量增長(zhǎng)需求:目前在局部省份的傳送流量平均年增幅高達(dá)49%,業(yè)務(wù)帶寬大幅提升,原有基于電的多機(jī)箱組合的組網(wǎng)方式難以為繼,網(wǎng)絡(luò)投入大。業(yè)務(wù)連接復(fù)雜,電路需靈活調(diào)度:目前CMNET、IDC、核心網(wǎng)等面臨業(yè)務(wù)點(diǎn)多、面廣。在實(shí)際中,存在超2 000 個(gè)連接局向的地區(qū),其連接局向近700 個(gè),連接局向多,連接關(guān)系復(fù)雜。云化趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu):國(guó)內(nèi)政策和通信運(yùn)營(yíng)商5G應(yīng)用和云戰(zhàn)略布局提速,邊緣云、云網(wǎng)接入、云互聯(lián)和云調(diào)度等需傳送網(wǎng)具備更加安全、更低時(shí)延和更大帶寬的網(wǎng)絡(luò)保障,驅(qū)動(dòng)傳送網(wǎng)以中大型數(shù)據(jù)中心和邊緣云計(jì)算為中心進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。

  2.2  全光網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新規(guī)劃現(xiàn)網(wǎng)存在的主要問(wèn)題以及業(yè)務(wù)需求,驅(qū)動(dòng)全光網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃創(chuàng)新。目前可以從現(xiàn)網(wǎng)的架構(gòu)、云戰(zhàn)略、邊緣計(jì)算的下沉以及智能化的演進(jìn)等方面出發(fā),嘗試構(gòu)建全新的全光網(wǎng)絡(luò)。

  2.2.1  粵港澳大灣區(qū)全光網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)總體思路(1)對(duì)于前述的設(shè)備容量不足及流量增長(zhǎng)需求,大灣區(qū)全光網(wǎng)絡(luò)通過(guò)采用大帶寬技術(shù),單波道帶寬由100G提升至200G,采用C波段擴(kuò)展,系統(tǒng)波道數(shù)由80 波提升至96 波,來(lái)提升單纖承載容量。

  (2)對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)環(huán)形組網(wǎng)架構(gòu)存在的問(wèn)題,引入OXC技術(shù)提升單節(jié)點(diǎn)交叉調(diào)度推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由二維的環(huán)形向多維的MESH演進(jìn)。

  (3)云戰(zhàn)略和邊緣算力持續(xù)下沉部署,粵港澳大灣區(qū)采用全光網(wǎng)扁平化、MESH化組網(wǎng)架構(gòu),并根據(jù)業(yè)務(wù)需要建設(shè)低時(shí)延直達(dá)路由。

  (4)開(kāi)展傳送網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)云化和智能化演進(jìn),完善和推動(dòng)傳送網(wǎng)的管理、調(diào)度、開(kāi)通和智能運(yùn)維分析。按上述規(guī)劃主思路,粵港澳大灣區(qū)全光網(wǎng)實(shí)現(xiàn)省內(nèi)干線OXC核心調(diào)度系統(tǒng)與灣區(qū)城市的全面部署,形成MESH化的全光傳送網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹;浉郯拇鬄硡^(qū)全光網(wǎng)總體拓?fù)淙鐖D4所示。

圖4  粵港澳大灣區(qū)全光網(wǎng)總體拓?fù)?

  2.2.2  創(chuàng)新傳送云,構(gòu)建光層及電層資源池廣東移動(dòng)大灣區(qū)全光網(wǎng)創(chuàng)新傳送云的應(yīng)用,采用OXC設(shè)備構(gòu)建光層資源池,采用OTN集群技術(shù)構(gòu)建電層資源池。

  (1)光層資源池采用OXC技術(shù),將單節(jié)點(diǎn)多個(gè)光方向維度的光層設(shè)備,集成到一套OXC設(shè)備,任意波長(zhǎng)可以調(diào)度至任意方向,構(gòu)建了多維度的光層波長(zhǎng)級(jí)資源池,滿足大帶寬、流量增長(zhǎng)以及波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)靈活調(diào)度需求(見(jiàn)圖5)。

圖5  光層資源池

  (2)電層資源池傳統(tǒng)的OTN電交叉,多個(gè)OTN電層子架間交叉隔離、相互獨(dú)立,槽位及單板資源不能共享,通過(guò)支、線路業(yè)務(wù)單板及ODF架來(lái)實(shí)現(xiàn)跨子架業(yè)務(wù)的互聯(lián),當(dāng)節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)生變化,就需要調(diào)整硬件及連纖,并需人工上站進(jìn)行操作。

  結(jié)合OTN電交叉集群,新增中央集中交換框,各OTN電層子架交叉板采用高速光模塊與中央交換框連接,采用集中交叉實(shí)現(xiàn)多臺(tái)OTN電層架間任意互聯(lián),子架間槽位、單板資源完全共享,多個(gè)電層子架形成一套邏輯上一體的交叉系統(tǒng),構(gòu)建電層資源池,站點(diǎn)的波長(zhǎng)及ODUk(光通道數(shù)據(jù)單元)實(shí)現(xiàn)了資源池化,電子架實(shí)現(xiàn)了可平滑擴(kuò)展,端口利用率、通道利用率實(shí)現(xiàn)了最大化,提高了計(jì)劃外電路滿足率,通過(guò)遠(yuǎn)程操作發(fā)放業(yè)務(wù),實(shí)現(xiàn)規(guī)劃簡(jiǎn)單化,運(yùn)營(yíng)智能化,大幅提升了效率。電層資源池如圖6所示。

圖6  電層資源池

  (3)傳送云通過(guò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的OTN集群構(gòu)建的電層資源池,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)接入電層云插座,滿足各類(lèi)大小顆粒業(yè)務(wù)的靈活接入;通過(guò)各節(jié)點(diǎn)OXC光層資源池以及節(jié)點(diǎn)間MESH組網(wǎng),負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)任意方向、任意波長(zhǎng)的靈活調(diào)度,實(shí)現(xiàn)傳送光層云網(wǎng)?;浉郯拇鬄硡^(qū)傳送云架構(gòu)如圖7所示。傳送云的規(guī)劃建設(shè)方式,通過(guò)光層云網(wǎng)+電層云插座搭配使用,改變了廣東移動(dòng)業(yè)務(wù)的規(guī)劃建設(shè)方式,更加適應(yīng)靈活快速的業(yè)務(wù)需求。

圖7  粵港澳大灣區(qū)傳送云架構(gòu)

  2.3  全光網(wǎng)絡(luò)的部署與現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用2018年至今,廣東移動(dòng)采用OXC技術(shù),建成了覆蓋大灣區(qū)省干以及廣州、深圳、東莞、佛山等地市城域核心的網(wǎng)狀網(wǎng),全網(wǎng)共部署110 個(gè)OXC全光調(diào)度樞紐,是目前全球商用規(guī)模最大、技術(shù)最領(lǐng)先的全光交叉網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了大灣區(qū)業(yè)務(wù)全光一跳直達(dá),設(shè)備功耗與機(jī)房占用顯著降低,業(yè)務(wù)調(diào)度靈活性明顯提高。2019年3月建成以來(lái),已承載業(yè)務(wù)118 T,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

  3  結(jié)束語(yǔ)

  業(yè)務(wù)需求和技術(shù)變革推動(dòng)全光網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用部署。本文主要介紹了全光交叉技術(shù)、可重構(gòu)光分插復(fù)用ROADM技術(shù),并具體介紹全光網(wǎng)規(guī)劃創(chuàng)新的具體實(shí)際案例?;?A href="http://m.huaquanjd.cn/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=OXC&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">OXC技術(shù)的粵港澳大灣區(qū)全光網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新思路與搭建案例,通過(guò)全光連接、多維調(diào)度、傳送云等創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)理念,詮釋了全光城市網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向,實(shí)現(xiàn)了新技術(shù)與實(shí)際需求的切合,為傳送網(wǎng)演進(jìn)和產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展明確了方向。


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  文章作者

  潘毅,中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司高級(jí)工程師,主要從事傳送網(wǎng)、核心網(wǎng)、業(yè)務(wù)支撐網(wǎng)規(guī)劃、項(xiàng)目管理、新技術(shù)研究等方面的工作。

  王應(yīng)波,中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司高級(jí)工程師,主要從事傳送網(wǎng)、業(yè)務(wù)支撐網(wǎng)規(guī)劃、項(xiàng)目管理、新技術(shù)研究等方面的工作。

  王會(huì)義,中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司高級(jí)工程師,主要從事傳送網(wǎng)規(guī)劃和新技術(shù)研究等方面的工作。

  梁永紅,廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司工程師,主要從事傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、可研、設(shè)計(jì)與新技術(shù)研究等方面的工作。


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