全光传送网业务节点设备可靠性探究

王永超，刘乘龙，张传熙，戚绍华（.中国联通河南分公司，河南 郑州 450008；.中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司，河南 郑州 450007；.华夏邮电咨询监理有限公司，河南 郑州 450007）

1 概述

随着云计算、5G、IDC、IPTV等业务的迅猛增长，IP业务对传输速率和通信容量需求不断增加，推动传送网向高速率、大容量、灵活调度、智能化方向快速演进。目前某省干传送网有3 种厂家A 的全光网系统，根据波长的调度方式可以分为：并行FOADM 系统，CD-ROADM系统和OXC系统。

并行FOADM 系统俗称背靠背OTM 系统，由2 组及以上的合/分波器组成，部分波长可以落地到本站点，其余波长可以通过电中继或串通至其他方向合/分复用器，需通过人工跳纤实现波长的调度，如图1 所示。

图1 并行FOADM系统业务节点波长调度示意图

CD-ROADM 系统是波长无关（colorless）、方向无关（directionless）ROADM 系统，即在每个线路侧的收发方向均配置1×N多维WSS。在客户侧配置三级WSS，可以实现80或96波业务的上下。当上下业务的波道多于系统容量，或者有重复的波长时，需要在客户侧增加一组三级配置的WSS，再占用一个线路侧WSS 的维度。CD-ROADM 系统业务节点配置如图2所示。

图2 CD-ROADM 系统业务节点配置示意

这种配置有方向无关和波长无关的优点，即客户侧任何一个端口都可以收任意波长的信号（下路），并调度到任一线路侧方向（上路）。但客户侧对WSS 的数量需求较多，对WSS 的维度数要求较高。利用相干接收的特点，可用coupler/splitter 替代第3 级WSS，如图2中绿色圆圈所示；也可将第1和第2级WSS的功能集成在一起，做成M×NWSS，简化设备配置。采用N×MWSS和coupler，CD-ROADM的配置更为简单。

OXC 全称是Optical Cross-connect，即光交叉连接。和ROADM 一样，OXC 也是一种能在不同的光路径之间，进行光信号交换的设备。OXC 系统业务节点波长调度如图3所示。

图3 OXC系统业务节点波长调度示意

厂家A 的OXC 设备是通过全光背板的结构，将ROADM 网络设备中多块WSS 板卡之间的连纤转变为板卡与背板之间的直接对接，从而大幅减少连纤数量，避免人为连纤的失误。调度能力上采用了LCoS（硅基液晶）交换技术，实现P 比特级别的超大交叉容量和多达32维的光交叉调度能力，支路侧支持CDG和CDCG等2种波长上下方式。

2 可靠性

2.1 器件失效率

器件失效率采用标准《Electronic Equipment Reliability Prediction Handbook》（BELLCORE TR-332）中的模型1，即器件计数法进行计算。

器件失效率计算公式为：

其中，λGi为第i个器件的基本失效率；πQi为第i个器件的质量等级因子；πSi为第i个器件的电应力因子；πTi为第i个器件的温度应力因子。

2.2 单板失效率

单板失效率UλSS是该单板上所有器件失效率的累加：

其中，n为不同器件类型的种类数目；Ni为第i种器件的个数；πE为环境因子。

2.3 其他相关参数选取

平均修复时间（Mean Time To Repair，MTTR）只包括现场修理时间，而不包括人员到达的路途时间以及后勤管理所需的时间。根据工程经验和现场数据，确订单板及设备的平均修复时间MTTR为4 h。

平均无故障工作时间（Mean Time Between Failure，MTBF）是失效率的倒数，即MTBF=1/λ。

可靠性R=MTBF（/MTBF+MTTR）；

年故障时间=60×24×365×（1-R）min。

2.4 系统可靠性

系统可靠性使用可靠性框图（Reliability Block Diagrams，RBD）模型计算，可靠性框图以功能框图为基础，但是不反映顺序，仅从可靠性角度考虑各个部件之间的关系。它是利用互相连接的方框来显示系统的失效逻辑，分析系统中每一个单元的失效率对系统的影响，以帮助评估系统的整体可靠性。

2.4.1 串联系统

在串联系统中，任意一个单元失效都会导致系统不可用。串联系统的可靠性框图如图4所示。可靠性计算公式如下：

图4 串联系统可靠性框图

其中，n为单元数量；R为串联系统可靠性；Ri第i个单元的可靠性。

2.4.2 并联系统

在并联系统中，当所有的并连单元都失效时，系统才会失效。并联系统是最简单的冗余系统（热储备）。并联系统的可靠性框图如图5所示。

图5 并联系统可靠性框图

可靠性计算公式如下：

其中，n为单元数量；R为并联系统可靠性；Ri第i个单元的可靠性。

3 端站设备可靠性

3.1 典型配置和可靠性框图

在硬件层面，并行FOADM、CD-ROADM 和OXC等3种系统的差异体现在业务站点的设备配置上。计算系统可靠性时，可靠性框图的主体是典型配置中从OTU 到光缆之间各种类型板卡组成的系统。3 种系统的典型配置和可靠性框图如图6、图7、图8所示。

图6 并行FOADM系统的典型配置和可靠性框图

图7 CD-ROADM 系统的典型配置和可靠性框图

图8 OXC系统的典型配置和可靠性框图

3.2 板卡失效率

根据《OptiX OSN 9600 M24 M12 M05 智能光传送平台V100R021C00 可靠性预计报告》《OptiX OSN 9600 U64 U32 U16 UPS智能光传送平台V100R021C00可靠性预计报告》和《OptiX OSN 9800 P32 P32C 智能光传送平台V100R021C00 可靠性预计报告》，可以得到典型配置中相关板卡的失效率和平均故障时间表（见表1）。

表1 典型配置中相关板卡的失效率和平均故障时间表

3.3 设备可靠性计算

根据板卡失效率和系统可靠性框图，3 种全光传送网系统业务节点的设备可靠性如表2所示。

表2 3种全光传送网系统业务节点的设备可靠性

4 结束语

本文从板卡失效率维度出发，计算了3 种全光传送网系统的设备可靠性。并行FOADM 系统结构简单，板卡失效率低，可靠性最高。CD-ROADM 系统采用多块WSS 级联结构完成光路自动调度，增加了接口损耗和光放板卡，造成可靠性下降。OXC 系统采用光背板和光支路板、光线路板直连的结构，使用的板卡比CD-ROADM 系统少，可靠性更高。

相比并行FOADM 系统，CD-ROADM 系统和OXC系统可以加载ASON 技术，使网络具备业务重路由、波长自动调整、端到端的业务自动配置、Mesh 组网保护等功能，是打造高品质全光底座的必备技术。

厂家A 的OXC 设备是ROADM 技术的进一步演进，能够提供更大的交叉容量、更少的机房空间占用、更可靠的连接、更便捷的运维。当使用维度数达到10时，OXC 设备比CD-ROADM 公共单元设备节省80%空间。建议线路维度加本地维度大于10 维的业务节点采用OXC设备。