骨干ROADM 网络融合技术应用及研究

周 鹤，王德胥，孟 涛，周为荣

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

随着5G 通信技术、短视频、物联网及专线业务的迅猛发展，传输网作为基础承载网络，在带宽、灵活性、安全性等方面面临着巨大挑战。各大运营商都在积极建设面向未来的传输网，以简洁、敏捷、开放及集约为特征，构建架构扁平化、调度全光化、运维智能化的光网络[1]。与传统的链状波分网络相比，可重构光分插复用器（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，ROADM）网络在灵活性、安全性、经济性及时延等方面具备明显优势，已成为各大运营商建网的主流技术方向。目前，骨干ROADM 组网采用区域化、分层化模式。跨区域跨层开通电路需要在不同网络间进行光转换单元（Optical Transform Unit，OTU）背靠背转接，且无法对电路端到端开通进行全过程管理，既增加了投资成本，又不利于网络的安全性和维护的便利性。因此，文章以网络架构扁平化为方向，以网络融合为方法，分别对不同区域、不同层级的骨干ROADM 网络结构进行分析研究，旨在优化骨干ROADM 网络结构，降低跨域业务承载的投资成本，提高网络安全性和维护便利性。

1 ROADM 网络的特点

ROADM 网络在灵活性、安全性、经济性及低时延等方面具备显著优势。其优势主要建立在组网和技术的3 个关键因素上，即网格化的网络结构、具备光交叉能力的节点设备、基于波长交换光网络（Wavelength Switched Optical Network，WSON） 的控制平面[2]。ROADM 节点可通过增加波长选择开关（Wavelength Selective Switch，WSS）器件或全光交叉连接（Optical Cross-Connect，OXC）线路板卡的方式灵活扩展线路维度，并通过光缆纤芯将ROADM网络延伸覆盖至目标节点。该过程，复用段能够在整个网络中正常工作，且网络的拓展不会对现有业务产生影响，为网络融合提供了必要的技术保障。

2 骨干ROADM 网络组网架构分析

2.1 骨干ROADM 的分域组网模式

受无电中继传输距离、网络管理能力和WSON控制平面能力的限制，目前骨干ROADM 网络并未实现全国一张网的架构，而是采用区域化组网的方式[3-4]。在同一区域网内，使用同一厂家的设备进行组网，而在不同的区域网之间，可以根据需要选择同厂家或不同厂家的设备进行组网。当业务跨区域传输时，需要在区域网交界处进行OTU 的背靠背转接，增加了建网成本，同时较多占用了机房空间、电源等资源，不利于降本增效和节能减排。

2.2 省际干线和省内干线分层组网模式

目前，骨干传输网络分为省际干线（一干）和省内干线（二干）2 层。以国内某主流运营商为例，省际ROADM 网络主要承载网际互连协议（Internet Protocol，IP）骨干网中继电路，负责各省间业务的高效疏通；省内传输干线网络主要承载省内数据网和数据中心互联等业务，负责省内调度和本地延伸[5]。当承载跨省业务时，一干和二干网络之间需通过OTU 板卡背靠背转接，否则无法实现业务端到端的开通和管理。省际干线和省内干线组网结构如图1 所示。

图1 省际干线和省内干线组网结构

2.3 骨干ROADM 网络面临的挑战

2.3.1 不利于网络建设的经济性和节能减排

在省际层面，跨域业务占总业务量的20%以上。当跨域业务穿过2 个区域网时，需要进行OTU 的背靠背转接，即光-电-光的转换。而OTU 是波分网络建设投资占比最高的器件，影响着建网经济性。在波分设备中，如果配置完整，OTU 器件的功耗占比将超过80%，机位占用占比将超过75%。因此，随着OTU 的增加，功耗和机位的消耗也会显著增加。随着互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）业务的蓬勃发展，跨省直连业务不断增加。为了在一干和二干网络间转接业务，需要使用OTU 进行背靠背连接，消耗了更多的投资和资源。

2.3.2 不利于提升网络性能

网络的安全性和时延性能成为运营商之间竞争的关键因素。多路由条件下的网格化组网，是提升网络安全性和时延性能的关键。在目前的网络分层结构下，无法协同使用一干和二干路由，从而无法充分发挥网格化组网架构的优势，从而影响了网络性能的提升。

2.3.3 不利于业务的端到端开通和管理

在网络分域和分层的架构下，开通跨域或跨层业务时，需要在不同网络间进行线缆布放和跳接，并在不同网管上进行操作。维护人员无法在一个网管上看到业务全程的状态信息，因此在故障情况下进行调度时需要在不同域或不同层进行操作，降低了维护效率。

3 骨干ROADM 网络融合技术分析及应用

3.1 区域间网络融合技术分析

根据边界网元的融合方法，可以将区域间网络融合划分为2 种方式，即边界网元不合并方式和边界网元合并方式。在边界网元不合并方式下（方式一），2个区域网的边界网元分别增加线路维度进行互连，即合并后的边界节点仍然使用2 套独立的网元设备。在边界网元合并方式下（方式二），2 个区域的边界网元的所有线路维度和本地维度的WSS 进行全互连，合并后相当于一套网元设备。2 种方式的主要区别如下。

区别一，采用方式一融合后，边界节点有2 个网元设备，可支持的线路维度和本地上下路维度之和较大；采用方式二融合后，边界节点为一个网元设备，可支持的线路维度和本地上下路维度之和较小。因此，从维度角度来看，方式一的节点容量更高。

区别二，采用方式一融合后，虽然边界节点实现了同节点网元间的线路维度互连，但是这种互连对于提升业务承载和转接效率没有实质性的帮助（仅增加了一跳），且占用了2 个线路维度。相比之下，方式二实现了网元的深度融合，没有出现维度占用的情况。因此，从维度使用效率的角度来看，方式二更为优越。

方式一和方式二各有优缺点，但对于大型网络而言，这2 种方式并无区别。随着着网络规模的增加，方式二（网元合并）的融合方式将无法满足线路和本地维度增长的需求，因此需要在同节点增加网元设备，相当于在同节点设置了2 个网元设备。由此可知，当网络规模较大且业务量较多时，建议采用方式一进行融合；当网络规模较小且业务量不多时，建议采用方式二进行融合。区域网融合结构如图2 所示。

图2 区域网融合结构

3.2 一二干网络融合技术分析

综合考虑网络规模、业务量大小和光缆结构等因素，可以将一二干网络融合分为3 种方式。

方式一为深度融合。省内和省际节点统一组网，统一承载省际和省内业务。

方式二为按需融合。按需融合实际上是深度融合向平行融合演进的一种过渡状态。当深度融合所需的站点网元容量不足时，可以选择建设平行网元来增加节点容量。在极端情况下，如果所有网元均需建设平行网元，则等同于平行融合方式。

方式三为平行融合。在各站点建设省际网元和省内网元，2个网元之间通过WSS维度对接进行打通，省际业务承载在省际网元上，省内业务承载在省内网元上。出现跨省业务时，省内和省际网元通过光层直接穿通，减少光-电-光的转换。一二干融合组网结构如图3 所示。

图3 一二干融合组网结构

对于业务量较小的省份，建议按照方式一进行一二干融合，有利于提高资源共享率和频点利用率，随着业务量的增加，逐步向方式二或方式三演进。

对于业务量较大的省份，如果将二干业务全部放到骨干ROADM 网承载，会对整个省际干线ROADM 网造成较大冲击，特别是在省际干线网络部分节点可用维度较少，且相关的光纤、机房、电源等配套资源紧张的情况下，将大大增加网络扩容建设和维护保障的压力。因此，对于业务量较大的省份建议按照方式三进行一二干融合。

4 结 论

随着ROADM 技术和关键器件的不断发展，骨干ROADM 网络将朝着更加扁平化、集约化的方向发展，ROADM 网络的区域间网络融合和一二干融合将成为各大运营商网络演进的方向。文章分析了不同区域、不同层级的骨干ROADM 网络结构，并给出了区域间网络融合和一二干融合的方法和应用建议，有助于降低网络建设成本，提高网络安全性和维护便利性，对骨干传输网络的发展有一定的借鉴意义。