ROADM和OTN技術在干線傳輸網絡的應用分析

摘要：隨著我國干線網絡傳輸技術的不斷發展，如何優化區域組網技術成為廣大網絡傳輸技術工作人員關注的重點問題之一。ROADM技術在國外發達國家，已運用多年，可快速實現光層波長端到端調度，耗能低，運用廣泛。隨著“寬帶中國”戰略的全面實施，進一步推動了全光網絡的應用，ROADM技術迎來了新的發展機會。本文立足我國干線網絡傳輸技術發展現狀，分析其在發展過程中存在的問題，重點對比了ROADM和OTN技術方案，并提出了幾點優化建議，以期為相關技術人員提供參考，有效提高區域網絡構架水平，為我國干線傳輸網絡技術的優化與應用創造條件。

關鍵詞：ROADM；OTN；干線傳輸網絡；應用

在這個科技快速發展的時代，我國信息通信行業發展取得了舉世矚目的成就，作為推動我國經濟發展的一個關鍵力量，近兩年，國家也更加重視對光網絡的建設。隨著WDM技術的快速發展，通信容量成倍擴大，網絡速度極大提升。近兩年，我國干線傳輸網絡規模不斷擴大、傳輸速率不斷提高，干線傳輸網絡以其損耗低、傳輸距離、速度快、成本低等優勢，成為推動我國網信事業發展的有效手段[1]。

一、干線傳輸網絡分析

（一）干線傳輸網絡發展現狀與需求

在20世紀末，密集波分復用技術（DWDM）引入我國以后，波分復用技術逐漸發展起來，波分復用能力得到了極大的提高，實用化系統單波長速率已達100Gbit/s，實現光纖容量的百倍提升。隨著光纖通信技術的發展，寬帶運用成本的降低，“互聯網＋”的發展速度進一步加快[2]。

相信在未來，隨著5G、Wi-Fi-6、超高清+VR/AR等的加速普及，勢必將激發更大的流量市場。隨著網絡視頻行業的發展，全球互聯網流量激增，視頻業務對時延、時延抖動和丟包更加敏感，需要更加穩定的互聯網性能來支持網絡的運用，需要具備高安全性、低時延性，提高與數據中心的備份同步與容災能力，這就需要依靠傳輸網絡的靈活調度和保護恢復以實現[3]。

（二）干線傳輸網絡問題

通過對目前我國的干線網絡傳輸技術運用現狀進行分析可以發現，一般情況下，跨系統連接需要電層轉接，導致光層穿通能力不足，增加了傳輸成本。在波分不成網時，需人工手動調節，工作效率低，整體的效果往往不佳[5]。在網絡系統的建設中，系統數量逐漸增加，系統之間的連接性也變得日益復雜，在實際調度過程中，常會遇到各種各樣的問題，不利于快速調度。首先，響應時間上遇到延遲，在開通業務后，客戶的快速開通要求常常難以保障，一旦發生網絡故障或擁擠情況，業務恢復速度慢于預期[4]。其次，技術人員在維護操作時，需要具有足夠的經驗，并且耐心、仔細，否則容易出現各種問題，降低效率。另外，由于維保人員技術素質參差不齊，當面臨臨時、緊急跳接光纖時，常常要處理各種問題，不規范操作帶來的后果和影響巨大，導致網絡的后期維護成本較高。

（三）區域組網優化

在干線組網時，由于無法引入競爭機制，壟斷的方式對區域發展產生影響，發展失衡使得資源使用率受到嚴重影響，不利于整個行業的發展。因此，在組網時，可以將其劃分為不同的區域，在區域內部進行統一組網，減少不同系統間的轉接，通過該種方式，可有效降低組網成本。區域的劃分可以以業務在全網的分布以及地理位置為依據，使各區域的業務量盡可能均衡，充分發揮轉接優勢，進而降低組網成本。在區域內，通過形成閉合回環，以便進行調度電路、組織迂回。

二、干線傳輸網絡中組網的選擇

（一）以OTN為主的組網

采用OTN技術組網，可以在跨系統組網中，實現端到端電路調度，保證小顆粒業務能夠順利整合。但是，OTN技術受到容量的限制，需要全面考慮PCB板的密度，結合主流光網廠家接入層的傳輸能力，否則難以滿足日益增長的業務調度需求。除此之外，由于需進行波道分組，可能導致利用率下降[6]。由于OTN設備運行時功耗較大，對各主流通信廠商的波分設備和波分技術進行分析可以發現，較支線路合一方式而言，支線路分離的功耗更高，導致機房中存在明顯的供電、散熱問題，隨之而來的功耗和散熱需求的成倍提高，因此需做好機房管理。如果對機房進行改造，將會對整個項目產生連鎖反應，不僅會增加成本，還會延長項目進度。同時，OTN技術需要設置線路板、支路板，較合一板卡而言，增加了電層處理，進一步增加了設備的成本。

（二）以ROADM為主的組網

ROADM技術具有較高的可靠性與穩定性，在我國獲得了廣泛的運用。ROADM技術的發展一共經歷了三個階段，即WB、PLC和WSS。近兩年，我國在WSS技術的可靠性、提升密度方面均取得了不錯的研究成果，有效降低了組網成本，技術水平進一步提高，為大容量、多業務承載網的ROADM技術提供了強力的硬件支持。利用各種類型的WSS、耦合器元器件，可以實現波長、方向、競爭無關等功能的組合。

ROADM技術作為一種光層重構技術，可有效處理光層，同時功耗較低，容量大，運用成本較低，擴展性強，在全網光層中，可實現動態、靈活的資源調度[7]。通過運用LCoS技術，可將多個波道進行連接，較OTN技術而言，ROADM技術在處理能力方面，優勢顯著。在調度過程中，ROADM技術在全網組網中受到限制，導致傳輸距離縮短。目前，在光纜條件下，大部分無電中繼系統由于達不到傳輸性能的要求，因此需要增加電中繼，以保證信號傳輸的質量。但同時，受制于全光波長轉換技術尚未完全成熟，在整條光通路中都必須使用相同的一條波長，導致波長不連續，同波長信號無法在同線路上復用，不利于系統的穩定運行。WSS需要倒換的時間較長，大都在ns級，無法實現快速倒換。

ROADM技術和OTN技術相比，成本和功耗均更低，可實現全網波段調度，調換時間為ns級，ROADM技術的優勢顯著，但是其運維復雜，經驗尚不成熟，在適用范圍上，不如OTN技術廣，因此具有運用條件的區域可選擇ROADM技術。OTN技術的組網方案在許多方面均存在劣勢，例如成本、功耗、占地等，但是其適用范圍更廣，可有效彌補ROADM技術區域使用受限的缺點，在運維上較為成熟?？偠灾?，ROADM技術的運用優勢較OTN技術更加明顯，ROADM以其較高的成熟度、較低的建設成本和功耗、較少的占用面積，在我國的干線傳輸網絡中獲得了廣泛的運用。但是，針對部分特殊區域，ROADM技術的優勢可能難以發揮，甚至并不適用，此時可考慮OTN技術。在建設過程中，具體的采用方案和應用比例需綜合考慮經濟性、適用性、穩定性與先進性，根據業務需求和網絡結構進行選用，保證傳輸技術的優勢能夠得以發揮。

三、ROADM技術在干線OTN中的應用

（一）在本地傳送網中的應用

根據本地傳輸網的規模、組網形式、業務情況等，合理規劃ROADM設備維度

在本地傳送網中，使用多個線路方向，通過上下路模塊，以減少人為因素的干預。根據業務需求，從多個波長信道中，選擇是否拓展波長無關的靈活性。如果選用，則可以選擇WDM技術，無需采用OTU，以降低建設成本。在網狀網結構中，需進行光傳輸網性能優化與仿真研究，以保證節點的業務性能。在匯聚層，網絡邊緣與中心節點的業務匯聚較多，需要頻繁利用波道，導致波長沖突現象時有發生，因此需要通過波長轉換和重新賦予，以提高網絡能力。在網狀網結構的規劃與設計中，ROADM匯聚環節點數量最多不超過3個，避免增加傳輸的時延。

（二）減少時延分析

波分系統的時延主要由兩部分組成，即線路時延和引入時延。OTN的傳輸時延見表1。

使用ROADM技術前，節點5與節點3的路徑長為1120km，見圖1，從節點5到節點1，需選擇節點3 作為中繼板的添加位置，該路徑上經過的中繼站、光放站的數量分別為3、11，如果中繼站、光放站、光纜的時延分別為1000μs、100ns、5μs/km。各部分的時延貢獻為：光纖單向時延5600μs，占比94.9%，可采取優化路由、減少距離的優化方案；OTM、電中繼單向時延300μs，占比5.1%，可采取增加傳輸距離，減少中繼站的優化方案；光放站單向時延1.1μs；合計時延5901.1μs。

由上可知，光纖傳輸延時比例最大，超過了90%，起決定性作用。使用ROADM技術后，原路徑改為節點2傳輸，距離323km，從節點5到節點1，該路徑上經過的中繼站、光放站的數量分別為2、4，如果中繼站、光放站、光纜的時延分別為1000μs、100ns、5μs/km。各部分的時延貢獻為：光纖單向時延1615μs，占比89%；OTM、電中繼單向時延200μs，占比11%；光放站單向時延0.2μs；合計時延1915.2μs。

經過以上對比可以發現，在使用ROADM技術后的時延較使用前減少了4085.9μs。通過ROADM技術，能夠減少傳輸距離，效果明顯。

（三）區域ROADM網絡規劃建議

在劃分網絡區域時，需盡量將光層直達的節點劃分在同一區域內，以業務規模、位置為依據，進行劃分。采用ROADM技術組網，以實現光層低成本、高效率的目的，如果存在無法直達的情況，可根據需要，設置電中繼，完成傳遞[8]。在運用ROADM技術時，波長沖突是較為普遍并且重要的問題。想要完全解決該問題，則需要配置大量OTU，但成本太高，會降低效率，為此配置比例不宜過高。如果同一線路上發生了大量的波長沖突，則可以采用擴容的方式，增加維度，以解決波長沖突，采用該種方式無需配置OTU，成本更低。ROADM技術組網設計適用于光纜網結構，能夠充分利用各種光纜路由，以增加業務的多樣性，以提高電路的安全性，減少路由器延遲。通過增加線路維度，進行擴展，可提升解決波長沖突的能力。同時，增加雙機直聯，進而減少跨系統轉接。

四、結束語

目前，我國的干線網絡傳輸技術主要有兩種，即ROADM技術和OTN技術，技術人員可根據實際的建設需求，靈活選用，調整網絡組建方案，不斷提升傳輸技術水平?？偠灾?，ROADM技術的發展還有賴于實際業務需求的推動，而OTN技術對光域內波長級別業務調動的需求，使得ROADM技術成為OTN光層傳輸技術中的最佳選擇。隨著ROADM技術的不斷發展，大顆粒波長級業務調度能夠在波長層面實現商用，以構建安全、可靠的本地網絡。

作者單位：田敏 山西信息規劃設計院有限公司

參? 考? 文? 獻

[1]呂凱，齊斌，鐘勝前，張安旭，馮立鵬.ROADM全光交換網絡關鍵技術發展與應用展望[J].電信科學，2022，38（07）：37-42.

[2]王錚.OTN技術在5G承載網中的應用[J].長江信息通信，2022，35（06）：201-203.

[3]周鶴，楊其芳，武清華，白冰.ROADM技術在現網應用及問題研究[J].郵電設計技術，2022（03）：64-68.

[4]葉胤，袁海濤，江樹臻.ROADM和OTN技術在干線傳輸網絡的應用研究[J].電信技術，2016（11）：34-38.

[5]黃堅毅.論5G承載網中ROADM的應用[J].長江信息通信，2021，34（08）：133-135.

[6]屯譽蓉，趙凱，梁偉軍.ROADM技術在城域波分中的應用[J].數字通信世界，2021（03）：190-191.

[7]劉亞峰.開放和分解OTN技術研究和分析[J].電信工程技術與標準化，2020，33（11）：27-34.

[8]劉飛，惠紹明.OTN在5G傳輸網中的應用淺析[J].中國新通信，2019，21（23）：121.

田敏（1982.07-），女，漢族，山西晉中，本科，工程師， 研究方向：傳輸、云平臺網絡架構及大數據分析。