下一代ROADM节点结构及光网络性能设计优化探究

2021-03-27董其玲

电子元器件与信息技术 2021年1期

董其玲

（广东南方电信规划咨询设计院有限公司，广东惠州 516003）

0 引言

随着科技的进步和社会的发展，人们对电信业务发展提出了更高要求。为了有效拓展业务范围，提高自身动态特性，需要根据实际情况，应用先进的技术手段不断优化光网络的实际性能，促使其能够及时有效应对多种突发情况，实现业务灵活调度，推进电信行业的可持续健康发展。

1 下一代ROADM节点结构种类分析

1.1 光纤交叉连接机结构

光纤交叉连接机ROADM结构主要是将光纤进行交叉连接，具体分为上下路结构，且具有较强的相似性，就下路结构来说，当从各个方向的波长汇聚到AWG后，再由其进行进一步分离，并汇合到OXC的上端口。与此同时，为了能够保证接口能够接收任意的波长，需要将功分器与下端口进行有效连接，从而展现出光纤交叉连接机结构的实际应用性能。

对于功分器来说，其是整体ROADM结构的核心内容，主要是通过广播扩散的方式，在利用波长选择开关选择适当波长信号的基础上，将各个方面原有存在的波长输出到输出端口，同时还要确保每个收发机内的端口数量始终保持相同状态。在此基础上，为了避免出现波长竞争的情况，需要保证在统一收发机模块内，不同的收发机使用不同的波长，才能切实达到突出节点结构使用性能的目的。通过C-FXC将收发机动态的分配给客户端，不仅能够有效实现对1：N的保护，还能通过对OXC尺寸和连接方法的改变，进一步实现扩展光纤交叉连接端口数量，但是如果出现数量过多的情况，则需要适当的光放大列阵，从而对运作功率达到补偿效果。为了避免由于功分器数量过多而导致结构难以集成的情况，需要根据实际情况，对RWA进行针对性选择，从而达到降低结构阻塞率的目的[1]。

1.2 OTN/WDM层集成结构

想要大幅度降低传输成本，可利用光传送网进行信号交换，从而将低速率数据包转换提高利用率的方式，进一步汇集到具有高速率特性的WDM层中，因此，需要加大对信号的整合力度。

从目前情况看，OTN/WDM层集成式结构内部主要包含OTN、WDM和具备包三层具有较强交换能力的节点层级，利用具有透明性质的WDM层的自身特性，对来自OTN层和交换层的多种业务进行有效卸载，主要基于数字光层和ROADM。对于具有透明性质的光层来说，其所传送的信号主要经过信号生成、发射、传送和接受等进入整体网络系统中，经过中间节点的交换以及达到目的节点，都必须将光信号的波长保持相同状态，以及放在信号转换的首要位置。在实际信号运行过程中，需要首先将波长转换为电信号，在此基础上进行结构交换，继而转换为光信号进行有效输出，能够有效提高节点对多种形式电信号转换的可能性。比如：在智能城域光传输网及和核心光器件建设过程中，应用ROADM网元的加入给密集波分复用，进一步为网络提供了波长颗粒度全光调度的能力，同时又解决了电交叉的容量瓶颈，促使能耗和空间利用更加优化。除此之外，光纤资源利用率更高，支持的业务调制速率和格式也向多样化方向积极发展。

1.3 OXC和WSS混合结构

对于OXC和WSS混合式ROADM结构来说，主要是将OXC与WSS的使用性能、特点等优势进行混合使用，构成具有较强优势性、混合性和科学性的结构层次，在全方位、多角度地了解OXC特性后，需要对WSS进行分析和整合，促使其能与OXC结构进行有机结合，在整体混合结构中，如果WSS与收发机模块的连接使用的是单光纤，则极易由于信号量过多、单纤内阻力过大且线路较窄等特点，导致节点内部波长出现竞争、阻塞的情况。但是，如果根据实际情况，选择合适的RWA算法，则能够对收发机模块的应用特性进行充分利用，大幅度减少线路中的阻塞率。除此之外，当存在两个收发机模块时，大部分情况下光路阻塞率都可以忽略不计，有利于实现信号传递无障碍阻塞，如果想要进一步对上下路端口数量进行有效提升，可以在原有开关基础上，选择更大尺寸的，相应地，还可以使用多个上下路块及端口，切实满足实际结构应用需求。

1.4 组播开关式优化结构

组播开关式优化结构主要是由功分器和N*1光交换机共同组成的光学模块，在实际使用过程中可能会由于功分器自身使用性能，从而造成一定的功率损耗，因此，需要使用光放大阵列来进行适当的补偿。

在实际传输过程中，可能会出现多个波长同时达到ROADM节点下路端口的情况，为了避免出现端口阻塞的现象，可在下路端口使用可调节滤波器，对波长及到达时间进行适当调整，能够有效提高运行质量和效率，降低资源成本。组播开关式优化结构与其它ROADM结构具有较大的差异性，在扩展上下路端口数方面，其在每个节点度方向上都添加N*1的波长选择开关，从而导致其具体数量变为原来的N倍[2]。单独的组播开关难以在具有较多数量的上下路端口上发挥出其实际使用功能，因此，在特定条件下，需要使用掺铒光纤放大器对分路器产生的功率损耗进行有效补偿。比如：中信集团应用ROADM节点技术，经过3年的建设，到2016年底，基础架构建设取得了突出的成绩：一是网络稳定性大大提升，汇聚机房自有率提升30%以上，综合业务接入点建成率超过95%；二是城区主干光缆基本完成覆盖，实现了城区业务的快速接入响应，接入距离、接入单站造价均下降超过50%，其基础网络架构规划的目标基本可以满足5G承载需要。

2 下一代ROADM光网络性能设计优化内容

2.1 模型优化选择

对于下一代ROADM光网络性能设计来说，首先需要进行模型的建构与选择，一般情况下，其属于流量增长静态业务模型，利用业务矩阵来表示节点之间的业务请求，其中不同元素代表的不用节点之间的业务总量，基于此种形式，能够充分利用其中存在的稳态阻塞率，对节点内部的竞争程度进行量化，主要应用于数据中心下的光网络。在大多数应用流量增长模型情况下，为了有效避免出现阻塞业务请求的情况，需要对网络容量进行预先设定，在此基础上对其进行周期性的不断扩展和提升，推进网络的可持续健康发展，因此，应用流量增长静态业务模型，更能通过阻塞率来对网络性能进行有效研究。

生成业务矩阵是发挥流量增长静态业务模型实际应用价值的重要表现形式，促使其具有轻度过载性能，当网络传输过程中所有的交换节点都是ROADM结构时，内部阻塞率可以忽略不计，相应地，当收发机数目发生变化时，其网络传输性能也具有明显转变。除此之外，由于光层具有一定的透明性，因此其各个交换节点都配置了具有相同结构、特性的ROADM，也就是说，每个节点和模块内的收发机数目始终保持相等状态。

2.2 网络拓扑分析

网络拓扑结构是指用传输介质与各种设备相互连接的物理布局，同时指的也是构成网络成员之间特定物理的排列方式，具有较强的逻辑性，主要是依据连接结构对网络拓扑进行有效判定。现阶段，网络拓扑也由简单拓扑转变为带有复杂结构的网络状态，主要采用NSFNet和Internet2网络两种形式。前者可以看作为现代网络发展的基础内容，同时也是网络构建的关键核心点，后者属于一种网络创新技术形式，能够在官网上查询网络的实时运行状态，推动现代网络的可持续发展。

想要实现光网络的优化设计，需要以业务需求为依据，与通过一系列物理层面的网络拓扑结构进行有机整合，并将其转换为数据结构形式储存到网络软件中进行处理，通常情况下会应用可扩展标记语言对网络拓扑进行有效描述。对于XML来说，能够对电子文件进行有效标记，促使其具有较强的结构性，同时还具有数据传输功能，进一步实现结构化数据的描述与交换。在网络拓扑中的layer子元素含有三个子元素，分别是节点、链路和光路容量，其中节点是光网络设计中的主体，利用链路将多个节点之间进行紧密连接，从而构成光网络拓扑结构，同时还要注重单个波长信道的最大容量，切实满足光网络运行的实际需求[3]。

2.3 收发机模块结构优化

在光网络性能设计过程中，针对网络性能的影响来说，收发机模块结构可划分为主/备收发机模块和共享式收发机模块两种形式。第一，主/备收发机模块是在ROADM中配备两个收发机模块，主模块中的收发机数目与波长数目保持相等状态，备用模块中的收发机数目少于波长数，为了避免出现内部波长竞争的情况[4]，需要利用备用收发机模块上多余的波长信道，将原有波长进行有效转移，相应的还要注重不同节点结构对网络性能造成的影响；第二，共享式收发机模块是构建在主/备收发机模块的基础上，进一步进行优化提升，但是需要确保其收发机数目始终相等，且小于或等于网络中的波长数，确保其具有较强的共享性能，能够大幅度减少业务阻塞现象，在实际应用中不具备竞争特性，但是当收发机模块配置超过2个时，则不会对网络性能进行有效改善，能够有效降低ROADM自身结构的复杂性，有利于降低节点资源消耗程度。