引 言

  國內運營商的傳輸網絡普遍采用省際干線、省內干線、本地傳輸網三級架構，每一級的光層采用WDM建設，電層采用OTN建設。隨著 5G、邊緣計算、政企專線等業務的崛起，傳統的架構和建設模式遇到了挑戰。三級架構會帶來路由繞轉，增加業務傳輸時延， 層級間的協調影響業務快速開通;點對點WDM 建設模式不能滿足業務靈活調度需求，業務在不同廠商設備之間穿通時需要額外的背靠背轉接，增加了傳輸成本;OTN的最小容器為ODU0，承載GE以下速率業務時存在帶寬浪費。

  要解決以上問題，一方面要改變傳輸網絡的架構，另一方面要引入ROADM、PeOTN、OSU等新技術，增加傳輸網絡承載和調度業務的靈活性。

  本文分析了業務網的發展趨勢和對傳輸網絡的訴求，從業務調度靈活、傳輸時延短、開通速度快的角度審視維持多年的傳輸網絡架構、建設模式、業務承載方式，梳理出傳輸網在滿足業務需求上的問題，通過模擬、論證，提出傳輸網絡演進的思路——優化結構、改變建設模式、引入新技術、優化業務承載策略。第一，將傳輸網的三級架構扁平化為兩級架構;第二在骨干層面全面引入ROADM技術組建骨干ROADM 和區域 ROADM;第三，通過 NNI接口互通快速實現省本一體化;第四，在本地范圍內引入PeOTN、OSU，匹配小帶寬高品質專線業務。

  01 傳輸網現狀

  經過多年的發展，傳輸網絡已經形成了穩定的省際干線、省內干線、本地傳輸網三級架構，本地網又分為核心層、匯聚層、綜合業務接入層，層級間通過1~2 個節點銜接，如圖1所示。

圖1 傳輸網絡三級架構

  從承載邏輯上，每一層級網絡又可以分為光纜層、傳輸系統層，傳輸系統層又分為光層和電層，下層與上層屬于服務與被服務的關系，光纜為光層提供纖芯，光層為電層提供波道，如圖 2 所示，本文討論范圍為傳輸系統層。

圖2 傳輸網絡邏輯分層

  光層組網技術有WDM和ROADM 2種，WDM要求所有波長在OTM站必須先下路再上路，是2017年以前主要采用的技術，ROADM 可以只下路需要落地的業務，過路業務直接在光層穿通，是光層組網技術的演進方向[1]。近年來，各運營商已開始較大規模使用ROADM技術組網。OTN是當前電層的主要技術，其最小顆粒是ODU0，主要的演進方向是更小速率業務的承載能力、更高效的業務承載效率，比如已經成熟的PeOTN技術[2]、正在研究中的OSU技術等[3]。

  電層和光層的銜接模式有集成式和分離式2種。集成式即電層和光層采用同廠商設備，電層設備將業務整合成波長級后，通過線路側板卡直接進入光層的合分波模塊。分離式即電層和光層采用異廠商設備，受制于光網絡封閉的特性和現狀，異廠商電層和光層設備互通困難，分離式需要電層設備將小顆粒業務交叉整合后，通過線路側灰光板與光層設備對接，光層設備將其調制成彩光后再進入合分波模塊，如圖3所示。

圖3 集成式和分離式銜接的區別

  國內運營商省際干線傳輸網電層和光層多采用分離方式建設，電層采用單個廠商的設備組成一張邏輯上的端到端網絡，光層采用點對點 WDM方式分段招標、建設。省內干線、本地傳輸網多采用光電集成方式建設，省內干線普遍采用1~2個廠商的設備，本地網普遍采用單個廠商設備，針對多廠商設備的情況，采用分平面或者分區域的方式建設。

  02 存在的問題

  2.1 無法滿足政企專線業務發展需求

  近年，政企專線業務發展迅猛，成為各運營商重點爭奪的對象，激烈的市場競爭對傳輸網絡提出了超低傳輸時延、超短開通時間、超高安全保障等升級要求[4] 。

  對政企專線業務局向分布的統計發現，約80%的業務在地(市)內終結，約15%的業務分布在省內不同地(市)之間，剩余5%的業務需要出省。5%的出省業務局向主要分布在省會城市之間，行業集中在黨政軍、金融等高價值行業，對業務開通時間、傳輸時延要求極高。但在目前架構下，出省業務開通需要協調省際、省內、本地三級網絡，很難快速開通，而且落地再轉接的層間銜接方式也增加了業務的傳輸時延，因此亟需從架構上進行變革。

  對政企專線業務速率分布的統計發現，近年新增業務速率主要集中在10~100 Mbit/s。SDH網絡已停止擴容多年，資源飽和且面臨退網，而 OTN網絡最小時隙為ODU0，在承載GE以下速率業務時存在較大的帶寬浪費，因此從政企專線業務承載角度出發，需要升級OTN網絡來適配小帶寬、高品質專線業務[5] 。

  2.2 無法滿足業務靈活調度的需求

  省際干線傳輸網因為覆蓋范圍廣、線路距離長，光層采用點對點WDM 方式分段建設，通常在網絡建設時將波道資源規劃預留好，如須變更，就需人工現場跳纖，業務調度極不靈活。而且受制于傳輸網絡的封閉現狀，不同廠商的設備不能自由互通，如果業務途經的系統屬于不同廠商，業務就需要落地轉接，既浪費投資，又增加傳輸時延。圖4所示為一條北京1節點到濟南節點的業務，因為途經的3個系統屬于不同廠商，需要占用6塊支線路合一板卡，而實際北京1節點到濟南節點的距離僅576km，以目前的技術，業務完全可以在光層直接穿通，僅占用2塊支線路合一板卡。

圖4 業務轉接案例

  省內干線和本地傳輸網采用WDM建設，普遍采用單廠商設備建設，少量引入多個廠商設備的，將不同廠商分平面或者分區域，業務可以在光層直接穿通，跨廠商落地轉接的情況較少，但業務調度不靈活，需要人工現場跳纖的問題依舊存在。

  2.3 與業務網絡架構不匹配

  傳輸網絡承載的業務主要有骨干互聯網、城域網、寬帶接入網、IDC、DC、核心網、IP承載網、IPRAN組網、政企專線業務等。主流業務網絡均采用雙節點雙平面結構，傳輸網絡則采用雙節點單平面結構。

  如圖5所示，骨干互聯網河南2個節點分別為鄭州、洛陽，山西2個節點分別為太原1和太原2，兩省之間的互聯網業務分擔到2條鏈路鄭州-太原1、洛陽-太原2承載，傳輸網絡采用單平面覆蓋以上4個節點。傳輸網單平面結構與業務網雙平面結構不匹配，隨著業務量的逐漸增大，單節點失效帶來的損失也越來越大，比如，太原2或洛陽傳輸節點故障時，會導致鄭州-太原1、洛陽-太原2兩條互聯網鏈路同時失效。

圖5 傳輸網與骨干互聯網結構不匹配

  綜上，傳輸網的主要問題在于，省際、省內、本地傳輸網的分層結構造成政企專線業務開通時間長、傳輸時延大;采用的傳統WDM技術無法滿足業務靈活調度的需求，且易造成投資浪費;采用的傳統OTN技術與政企專線業務的主流速率不匹配。

  針對傳輸網現有架構和技術存在的問題，本文旨在從架構演進和新技術引入上提出建議和解決辦法，以更好地支撐各類業務的發展。

  03 傳輸網絡架構演進思路

  3.1 減少層級，扁平化組網

  傳輸網絡作為一張綜合承載網絡，在服務好內網業務的同時，也要直接面向用戶，服務好政企專線業務。2.1節中提到，分層級的架構導致政企專線業務開通時間長，傳輸時延大，而政企專線業務主要分布在省內，因此綜合考慮網絡能力和投資能力，本文提出將省內干線傳輸網與本地傳輸網融合為一層。由此，傳輸網的三級結構演化為二級——骨干傳輸網和省 內傳輸網，如圖6所示。

  二級架構下，本地網內業務、省內跨地(市)業務通過省內傳輸網承載，出省業務通過省內傳輸網、骨干傳輸網共同承載。骨干傳輸網和省內傳輸網在省會以及其他重要的業務網節點處銜接。

  骨干傳輸網和省內傳輸網從承載邏輯上，又分別可以分為光層和電層，下文就2個層級網絡演進思路，分別從光層和電層進行描述。

圖6 傳輸網兩級架構

  3.2 骨干傳輸網演進思路

  3.2.1 骨干傳輸網光層演進思路

  ROADM是光層一個重要的演進方向，它可以遠程控制光信號分插復用狀態，實現對波長的重構。ROADM的核心器件是波長選擇開關(WSS)，它能獨立將任意波長分配到任意路徑，實現波長級調度。目前可以成熟商用的WSS最高是20維，可以滿足絕大多數骨干和省內應用場景，32維度的WSS研發已經完成，同時全光交叉的OXC也已有成熟產品，可以作為更高維度ROADM替代方案[6] 。

  在高維度ROADM 技術成熟、具備規模商用的條件下，針對骨干傳輸網點對點WDM 建設方式存在的問題，本文提出了一種新的架構——骨干ROADM打底，區域ROADM和直達WDM吸熱，如圖7所示[7] 。

  首先，在全國范圍內，構建覆蓋所有骨干互聯網節點城市 、DC、IDC及 其 他 重 要 業務節點的骨干ROADM平面。骨干ROADM平面作為打底網絡，負責疏通全國范圍內的跨省業務;其次，在經濟發達、業務繁榮且集中的京津冀、長三角、珠港澳大灣區等區域分別建設區域 ROADM吸收區域內的跨省業務，緩解骨干 ROADM的壓力。不同于骨干ROADM，區域 ROADM覆蓋節點可以更密集，根據區域內地(市)出省業務量來確定需要覆蓋的節點;最后，在京滬、京穗、滬穗等業務量超大城市之間分別建設點對點直達WDM疏通熱點局向的業務，進一步緩解骨干ROADM 的壓力[8] 。

  適配業務網結構 ，骨干網光層(包含骨干 ROADM、區域ROADM、直達WDM)的目標架構按照雙平面設計，各平面上傳輸網節點與業務網節點嚴格匹配。

  目標架構下，骨干傳輸網仍舊定位于承載跨省業務。其中，點對點直達WDM承載2點之間固定局向的業務，區域ROADM承載區域內節點之間的跨省業務，骨干ROADM承載其他跨省業務，業務在骨干層面不跨網。

圖7 骨干傳輸網目標架構

  目標架構引入區域ROADM和直達WDM分擔骨干ROADM的壓力。我國東西部地區經濟發展懸殊，造成業務差異也較大 ，如果用覆蓋全國的骨干ROADM承載所有跨省業務，東部區域資源會很快耗盡，出現瓶頸，建設區域ROADM和直達WDM可以起到吸熱的作用，保證骨干 ROADM資源的均衡使用。通過對某運營商近年跨省業務流量流向的分析發現， 京滬、滬穗、京穗之間的業務量占總業務量的7%，京津 冀、長三角、珠港澳大灣區內的跨省業務量占總業務量的34%，建設區域ROADM、直達WDM可以分流 41%的跨省業務。未來隨著成渝、沈長哈等城市群、區 域一體化的發展，業務流向可能會隨著變化，屆時可 在新的城市群內建設區域ROADM吸收區域內跨省業 務，進一步緩解骨干ROADM的壓力。

  目標架構在省際干線中全面引入ROADM，充分利用光層性能實現千公里一跳直達，解決了短距離業 務多次轉接的問題。通過對某運營商近年跨省業務 的模擬發現，相比現有模式，目標架構采用ROADM可節約 20%的建設成本。光層直達隨之帶來時延的降 低，OXC和高維度 ROADM保證了光方向的靈活擴容 和業務的快速開通，通過加載SDN管控系統還可實現 光傳輸網絡的靈活、智能調度。

  3.2.2 骨干傳輸網電層演進思路

  電層承載子波長級業務，主要是政企專線業務。電層的目標架構是在跨省專線業務較多的地(市)(如政企專線業務量TOP50城市)設置2個OTN節點，采用光電解耦的方式組織 2個覆蓋全國的OTN 平面，實現政企專線業務的分擔承載。骨干OTN節點就近和本地OTN節點互通降低時延，骨干OTN未覆蓋城市通過省內傳輸網在省會城市與骨干OTN銜接。

  3.3 省內傳輸網演進思路

  3.1節提到的二級目標架構，將省內干線傳輸網與本地傳輸網融合為一級。

  對省內業務流向的分析發現，本地網內業務仍以向上匯聚為主，因此目標架構維持本地傳輸網核心層、匯聚層、綜合業務接入層三級架構不動，將原來本地網的核心層與省內干線納入一層組網。

  3.3.1 省內傳輸網光層演進思路

  光層覆蓋所有核心層節點(包括核心節點、DC、 IDC節點、省干節點等)、匯聚節點、綜合業務接入點，在核心層節點和匯聚節點引入 ROADM。與骨干傳輸網相同，省內傳輸網光層的目標架構也設計為雙節點雙平面立體結構，初期考慮業務量大小和投資能力，光層可以將所有節點納入一個平面建設，未來抽取和業務網匹配的節點構建光層第2平面[9] 。

  目前省內干線和本地傳輸網均已部署了完善的100G WDM/OTN系統，受制于傳輸設備的封閉現狀，不同廠商設備硬件互通有限且跨域跨廠家協同復雜，因此，現網向目標架構的演進近期可考慮單廠商組網為主，有 2 種方式，一種是自上而下，將省內干線延伸至本地范圍內，一種是自下而上，將本地傳輸網延伸 至地(市)核心節點之間。

  上述2種方式投資都比較大，一種比較快速的方式是，將現有省干傳輸系統光層延伸到各本地網所有核心節點、DC 節點、IDC 節點，并對這些節點進行ROADM改造，形成局間中繼系統，保證波長級業務在核心層一跳直達，如圖8所示。此方案用最少的投資、 最快的速度解決2個最棘手的問題——業務開通的多級協調問題和業務經局間中繼轉接的問題，可作為省內傳輸網的近期發展方向。

圖8 省內傳輸網近期架構

  3.3.2 省內傳輸網電層演進思路

  考慮到業務量等因素，在省內傳輸網目標架構中，電層采用單平面，與光層的一個平面集成式建設，未來隨著光電解耦逐步實現異廠商光層和電層混合組網。在近期架構中，現有省干傳輸系統的電層隨著光層一起延伸到各本地網的核心節點、DC節點和IDC節點，形成局間中繼系統，在核心節點處，通過NNI端口實現局間中繼系統與本地網系統的電層互通。

  另外，針對OTN 承載小顆粒業務浪費帶寬的問題，建議在本地范圍內部署已經成熟應用的 PeOTN，對GE以下速率的業務進行整合，提升帶寬利用效率。架構更簡潔、封裝效率更高的OSU技術目前尚在標準制定階段，須緊密關注其發展態勢，待產品成熟時適時部署，替代PeOTN。

  3.4 SDN管控系統目標架構

  傳輸網絡管控系統向SDN化、云化方向演進已是業內共識[10] 。

  目前，各運營商均按集團、省分二級架構維護網絡，因此，SDN管控系統目標也采用集團、省分二級架構，各省部署SDN控制器和二級協同器，管理省內傳輸網，負責省內業務配置;骨干傳輸網作為一個單獨的域，設置控制器和二級協同器;集團部署一級協同器，負責跨省業務配置。控制器由各設備廠商提供，協同器由各運營商自行開發。未來，光傳輸網SDN和IP網SDN協同，可以實現跨層級的路由資源優化和自動配置，進一步提升承載和業務開通效率。SDN管控系統規劃部署在云上，向集約化的方向發展。

  目前，主流設備廠商單域控制器已基本成熟并在現網部署，各運營商需加緊開發、部署跨域跨廠商協同器，實現對網絡的自主控制，也為將來傳輸網解耦做好準備。

  04 結束語

  隨著業務需求的升級，傳輸網絡下一步如何發展是每個運營商都面臨的問題。本文提出將傳輸網絡扁平化，全面引入ROADM來減少業務傳輸時延，縮短業務開通時間，同時，結合傳輸網絡封閉的現狀，提出骨干ROADM、區域ROADM、直達WDM協同承載的骨干傳輸網架構和省本一體化的省內傳輸網架構，以此作為近中期解決方案，支撐業務更好發展。但長遠來看，推動光網絡開放，構建解耦光網絡，才更有意義。

  參考文獻

  [1] 呂洪濤，肖家賓，臧志宏 . ROADM 技術的發展及應用趨勢探討 [J]. 郵電設計技術，2018(4)：7-11.

  [2] 黃銘鋒，陸帥衡 . PeOTN 技術的大客戶承載應用[J]. 通訊世界， 2019(8).

  [3] 黃康勇 . 基于塊復用的 OTN 線路技術研究[J]. 電信技術，2019 (11).

  [4] 楊波，王曉媛，陳明華. 面向政企專線的承載方案和策略探討[J]. 郵電設計技術，2017(9)：65-68.

  [5] 程功利，孫龍武. 分組增強型光傳送網在政企專線中的應用探討 [J]. 郵電設計技術，2019(3)：64-67.

  [6] 馬亦然，CLARKE I. 使能全光網的 WSS 技術[J]. 電信科學，2019 (4)：41-46.

  [7] 刁興玲. 全光網2.0時代全面開啟 中國光通信產業鏈共繪宏偉藍 圖[J]. 通信世界，2019(17).

  [8] 鄭波，楊偉，李樂堅，等 . 中國聯通骨干傳送網扁平化組網研究 [J]. 郵電設計技術，2018(10)：68-73.

  [9] 張鵬. 中國聯通唐雄燕：聚焦企業客戶構建SDN/NFV產業互聯網 [J]. 通信世界，2016(33)

  作者簡介：

  顧榮生，畢業于南京郵電大學，教授級高級工程師，工學學士，主要從事光傳輸網規劃、 研究工作;

  尹祖新，畢業于哈爾濱工業大學，教授級高級工程師，碩士，主要從事光傳輸網規劃、研究工作;

  王麗瓊，畢業于北京郵電大學，高級工程師，碩士，主要從事光傳輸網規劃、研究工作。