光子集成技术对城域光传送网的优化

中国联合通信有限公司江苏省分公司 朱晓峰

光子集成技术对城域光传送网的优化

中国联合通信有限公司江苏省分公司 朱晓峰

目前在用户网和长途网间的城域网/接入网成为了全网带宽的瓶颈。通过对城域光传送网现状分析，列出目前存在的问题。提出了基于光子集成电路（PIC）技术对城域传送网技术的优化，介绍了某运营商采用PIC加OTN（光传送网）方式在城域网的组网方式，最后总结了PIC加OTN的组网优势。

光子集成电路；光传送网；网络优化

1 城域网络的现状

1）目前城域网承载层多数采用路由器光纤直连或SDH/MSTP（同步数字体系/多业务传送平台）作为传送平台，利用固定带宽的SDH进行数据传送不仅效率低下而且改变带宽需要改变物理接口，甚至改变业务类型，调整起来比较复杂。

2）现有的OLT/DSLAM（光纤线路终端/数字用户线接入复用器）光纤直连BRAS/SR（宽带接入服务器/业务路由器）的方式、SDH/MSTP方式，或者以基站IP（因特网协议）化为目的而出现的IP RAN/PTN（无线接入网/分组传送网）组网方式，在带宽资源不足时，扩展容量需要使用多对光纤、多套设备或端口叠加的方式，光纤资源的压力巨大，部分区域管网、光纤资源不足，同时大量的设备、众多的跳纤给网络的建设、维护及故障定位带来的压力呈指数上升趋势。

3）为了解决光纤资源不足、业务保护以及业务多样性的需要，在城域网的核心汇聚层甚至部分业务量大的接入层使用了WDM（波分复用）、CWDM（粗波分复用）以及基于WDM技术的OTN（光传送网）设备，但线路侧保护方式还局限于OLP（光线路保护）方式、OTU（光波长转换单元）1+1或1∶1的保护方式，甚至很多区域为了节约投资，没有开启OTN设备的OTN功能，而把OTN设备当作WDM在使用。

2 现有城域OTN存在的问题

1）城域组网复杂：光放向多、跳纤多。有些汇聚节点有4个或更多的光方向或者有些机房中继业务多，需要在设备和ODF（光纤配线架）间配置较多的跳纤，如果采用了1+1光波长保护和子波长交叉链接保护等方式时，配置数量较多的OTU，也增加了组网的复杂程度。

2）调度需求复杂：纵向、横向调度。由于OLT、BRAS等数据的双上联，波道的配置在无保护的情况下，尽量走不同的物理路径；不同业务需要从不同的接入环、汇聚环通过跨环进行转接至不同的核心机房；需要手工配置波道，为了保证业务在短期内能开通或故障时能抢通，必须预留大量的带宽，配置数量较多的OTU机盘，使得网络上要预留的大量波长处于闲置状态，使得传输资源利用率低。

3 光子集成电路技术

PIC（光子集成电路）技术把实现WDM系统所必需的关键光器件（激光器、调制器、检测器、复用器和解复用器）都集成到了一个单光芯片上，真正实现了WDM系统的单芯片化。该单芯片解决方案首先由美国Infinera公司提出并得以实现，国内的华为公司也推出了PIC的单芯片解决方案。目前已经实现单片容量100 Gb/s（10×10 Gb/s）、120 Gb/s（12×10 Gb/s）以及500 Gb/s（12×40 Gb/s）的信道带宽。PIC功能见图 1。

因涉及光、电、热学、机械等多重参数，光器件的封装成本占整体成本的50%～80%，非常高昂。与每个器件单独封装相比，将多个器件或多种功能集成在一个封装内的PIC技术可大幅降低光器件总的封装成本，并提升互联可靠性。

4 应用PIC技术对城域OTN的优化

4.1 用PIC的大容量板卡解决带宽的瓶颈

基于PIC光子集成技术，可轻易实现单端口100～500 Gb/s的大容量线卡，10倍甚至12倍于同速率SDH线卡，用一对光口提供较大的传输带宽。如图 2 所示，利用每个站点两个PIC板卡即可建立100～500 Gb/s的传送环，多组PIC板卡还可以叠加在一对光纤中传输，提供更大容量，目前最大可以提供160个C频段波长，每个波长40 Gb/s，高达6.4 Tb/s的光纤容量。

4.2 基于OTN的构架实现不同业务接入

目前OTN采用支线路分离的模式，通过电交叉盘来灵活调度业务的接入和走向，以PIC板卡做线路侧，支路侧可配置不同的支路卡，适配语音、数据、专线等各种不同的业务，如图 3 所示。线路接口和支路业务无关，线路侧提供大容量的带宽池，支路侧实现多业务的灵活混合接入，这种配置方式犹如传统的SDH一样。城域网络建设好以后，可以长期相对稳定，后期的业务配置、业务变化只需增加合适的支路卡即可，完全无需进行线路调测、资源规划等繁复的工作。

4.3 利用PIC构建最简洁的OTN系统

传统波分系统包括波长转换单元（收发合一或分离）、合波器、分波器、光放大器等各种板卡/部件，部件之间通过光纤连接，光纤数量多，同时需要对光功率、色散、OSNR（光信噪比）等多个光学参数进行调节匹配，网络才能正常工作。如果用在城域承载网中，因业务点分散、业务上下频繁，需引入OADM（光分插复用器），则波分系统配置、调节更加复杂。

PIC把波长转换单元、合波器、分波器等最复杂部分集成在一起，单根光纤连接即可完成全部10～12通道的连接，无需其他部件即可组建一个100～500 Gb/s的波分网络。避免了设备繁杂、光纤连接众多、难以维护的难题，极大地简化了系统配置、运行维护。

另外，通过简单的连接复用，可以非常方便地将多组PIC合并起来，实现10～160波可灵活扩展的更大容量传送系统。

城域网应用中，在相邻节点间距离不超过80 km情况下，PIC机盘不仅可以提供各节点的上下业务，同时也提供电再生中继功能，减少了对光纤模拟参数的适配，各功能单元之间的光纤连接只需原来的1/10，有效节省了传统波分光层如光放、DCM（色散补偿模块）等的规划和配置，可以极大地加快网络建设速度，快速提供业务。

以PIC 100～500 Gb/s容量为单位的大容量线路接口，加上支线路分离的OTN交叉调度设备，构成数字化的城域传送网，既具有波分系统的大容量传送能力，又具有SDH般的易维易用能力。可实现城域网单一网络、统一承载。

4.4 PIC加OTN的应用实例

某地运营商由于宽带业务的迅速发展及新建IP RAN对于波道及纤芯资源需要大量增加，但由于机房、供电、后备电源等多方面原因，部分机房对于新增OTN设备有所限制，综合考虑采用基于PIC技术的OTN系统。应用实例见图 4。

在实际工程中，PIC加OTN的方式开通速度快、架内光纤连接数目大量减少，同样配置的系统容量，机房占用空间明显减少、用电功耗显著降低；设备运行后设备的故障率同比降低，业务配置、调度也比原先传统的OTN有所方便、快捷。

5 PIC解决方案的优势

5.1 易于维护的大容量的系统

基于PIC构建的系统既具有WDM系统的超大容量特性，又避免了传统WDM系统光层复杂、模拟参数多调测繁杂的问题。不需要其他光层组件，一组PIC、两根光纤一连，即可建立100～500 Gb/s容量的点到点传送系统。并可通过简单的连接复用即可将多组PIC合并起来进一步扩展容量至0.8～6.4 Tb/s。

5.2 业务扩展灵活方便

基于支线路分离OTN架构，线路侧通过PIC线卡提供大带宽资源池，当资源池不够时还可以方便地插入另一组PIC线卡实现带宽池的平滑扩展，可实现网络的长期稳定，无需因为业务种类、数量的调整而对线路网络进行调整甚至重新规划设计。业务侧可以根据业务数量变化、种类变化而随时选用不同的支路卡，不需要对线路侧做调整，即使在网络建成后又有新型业务类型需求，也只需要新开发支路卡进行适配即可，保护网络投资并大大缩短业务提供时间。

5.3 网络系统更加稳定可靠

根据统计数据，在波分网络中的故障，有70%是由于光纤连接问题引起的，包括接头松动、接头脏污、连接损耗等。PIC将光纤互联数量减少到原来的1/10，可显著减少因光纤互联引起的故障率。板卡数量的大幅缩减也减少了系统的可能故障点，提升网络系统可靠性。

另外，PIC加OTN架构更容易地提供包括环网保护、1+1交叉保护、线路保护等在内的业务端到端保护能力，为运营商构建高可靠网络、精品网络提供坚实基础。

5.4 绿色节能减少空间占用

通过光电集成技术将多达10～12路10～40 Gb/s波长转换单元以及合分波功能集成到一个板卡之中，同等容量下设备空间减少60%，功耗降低40%，光纤连接减少到原来的1/10。在网络的部署、运维难度得到了极大降低的同时，可有效地帮助运营商进行节能减排的同时大幅降低机房租赁费用。