全光交叉multi-haul DWDM系統(tǒng)給歐洲骨干光網(wǎng)絡(luò)所帶來(lái)的好處

　　摘要：一個(gè)透明的multi-haul OXC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比一個(gè)OADM架構(gòu)而言，將為一條歐洲的骨干網(wǎng)絡(luò)節(jié)省17%的資本支出(CAPEX)。由于歐洲骨干網(wǎng)絡(luò)的連接長(zhǎng)度一般比美國(guó)網(wǎng)絡(luò)短許多，因此，這些資本的節(jié)省就顯得更有意義。

　　1、 引言

　　近來(lái)，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了利用一個(gè)全光交叉連接器（OXC）來(lái)完成在一條現(xiàn)有網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)超長(zhǎng)途傳輸演示的報(bào)道[1]。OXC所具備的超長(zhǎng)途傳輸性能可確保設(shè)計(jì)出透明的網(wǎng)狀網(wǎng)（mesh network），而后者被認(rèn)為是最具效率和成本效益的下一代光網(wǎng)絡(luò)。先前曾有人研究全光交叉連接給美國(guó)骨干網(wǎng)絡(luò)能帶來(lái)那些好處[2]，研究指出，采用全光交叉連接器的網(wǎng)絡(luò)僅比那些采用超長(zhǎng)途系統(tǒng)（具有ROADM功能）的網(wǎng)絡(luò)節(jié)省5%的成本。而歐洲骨干網(wǎng)絡(luò)的連接長(zhǎng)度一般比美國(guó)短，因此所需的中繼器數(shù)量更少，這就使端對(duì)端透明傳輸成為可能�；�于這樣的考慮，我們認(rèn)為在歐洲骨干網(wǎng)絡(luò)采用全光OXC將顯得更具經(jīng)濟(jì)效益。我們認(rèn)識(shí)到，通過(guò)使用一個(gè)multi-haul DWDM系統(tǒng)可進(jìn)一步地優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的成本結(jié)構(gòu)，而這里所說(shuō)的multi-haul DWDM系統(tǒng)指的是在同一平臺(tái)上集成了長(zhǎng)途（LH）和超長(zhǎng)途（ULH）DWDM系統(tǒng)[3]。運(yùn)營(yíng)商在鋪設(shè)multi-haul DWDM系統(tǒng)時(shí)可彈性地選擇LH和/或ULH放大器，NRZ和/或RZ轉(zhuǎn)發(fā)器來(lái)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的物理層需求。本文分析比較了一個(gè)由全光OXC和一個(gè)multi-haul DWDM平臺(tái)所組成的網(wǎng)絡(luò)與一個(gè)由非透明長(zhǎng)途系統(tǒng)和配有ROADM功能的multi-haul DWDM平臺(tái)所組成的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間的經(jīng)濟(jì)效益差別。

　　2、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜土髁考俣?BR>
　　圖1（a）顯示了此次研究的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這是一條覆蓋德國(guó)全鏡的假設(shè)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)由13個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，平均結(jié)點(diǎn)度(node degree)為2.9，19個(gè)鏈路的平均鏈路距離為201公里。156個(gè)可能的需求對(duì)（demand pair），連接長(zhǎng)度從39公里到1873公里不等（見圖1.b），平均連接長(zhǎng)度為581公里。而美國(guó)網(wǎng)絡(luò)典型的平均連接長(zhǎng)度一般都大于1000公里[2]。



圖1（a）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?（b）連接長(zhǎng)度分布圖

　　在第一階段所需要的總網(wǎng)絡(luò)帶寬為47×10Gb/s，流量是這樣劃分的：40%在鄰近節(jié)點(diǎn)間，30%集中在法蘭克福（Frankfurt）和漢諾威（Hannover）這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中心，其余30%平均分布在其他節(jié)點(diǎn)上。在第二階段，總的網(wǎng)絡(luò)帶寬增加到76×10Gb/s，25%的流量在鄰近節(jié)點(diǎn)間，35%集中在法蘭克福和漢諾威，其余40%平均分布在其他節(jié)點(diǎn)上。在最后的第三階段，總的網(wǎng)絡(luò)帶寬增加到151×10Gb/s，20%的流量在鄰近節(jié)點(diǎn)間，32%集中在法蘭克福和漢諾威，其余48%平均分布在其他節(jié)點(diǎn)上。鄰近節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)中心以及其他分布節(jié)點(diǎn)流量比例的變化反映出網(wǎng)絡(luò)流量從最初的語(yǔ)音為主轉(zhuǎn)向最后的較長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)流量為主的傳輸。

　　3、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

　　網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具是被用來(lái)路由發(fā)送流量需求的，對(duì)工作流量采用最短的路徑路由，對(duì)1+1保護(hù)流量采用最短的鏈路分離路由�；�于這些路由，DWDM系統(tǒng)按照工程規(guī)則被分配到鏈路中，來(lái)決定是否要采用非歸零碼（NRZ）轉(zhuǎn)發(fā)器和標(biāo)準(zhǔn)LH放大器來(lái)組織連接，或者采用NRZ ULH放大器和甚長(zhǎng)距離歸零（RZ）轉(zhuǎn)發(fā)器來(lái)組織連接。在156個(gè)可能的連接中，49可能使用LH放大器和NRZ轉(zhuǎn)發(fā)器來(lái)完成，145個(gè)可能通過(guò)ULH放大器和NRZ轉(zhuǎn)發(fā)器來(lái)完成，所有的156個(gè)連接都可以通過(guò)ULH放大器和NRZ轉(zhuǎn)發(fā)器來(lái)完成。由于物理層的影響，往往在每一個(gè)OADM或OXC節(jié)點(diǎn)的一個(gè)跨度上都存在一個(gè)距離懲罰（reach penalty）。

　　下面介紹一下分別由三種不同透明度的DWDM系統(tǒng)組成的三種網(wǎng)絡(luò)解決方案。

　　1、使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)LH DWDM系統(tǒng)的非透明網(wǎng)絡(luò)

　　LH放大器和NRZ轉(zhuǎn)發(fā)器被鋪設(shè)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，非相鄰節(jié)點(diǎn)鏈路需要中繼再生，不過(guò)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都出現(xiàn)了“通過(guò)pass-through”流量的再生，這就需要一對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)器。兩個(gè)光線路終端（OLT）以背靠背模式安置在degree 2節(jié)點(diǎn)上，第3，4和5 OLT被分別安置在3，4 和5節(jié)點(diǎn)上，通過(guò)一個(gè)光配線面板（patch panel）來(lái)靜態(tài)地配置穿過(guò)節(jié)點(diǎn)的通道。

　　2、使用multi-haul DWDM系統(tǒng)（帶有ROADM功能）的非透明網(wǎng)絡(luò)

　　R-OADM被放置在degree 2節(jié)點(diǎn)上，允許上下信道和使所需通道穿過(guò)。在degree 3，4 以及5節(jié)點(diǎn)上，OADM被放置在最大流量的兩個(gè)支路上，以避免許多不必要再生的發(fā)生。OLT被放置在剩下的支路上，在那里通過(guò)一個(gè)光配線面板來(lái)靜態(tài)地配置OADM和OLT之間的通道。由于OLT的引入就必須使用NRZ轉(zhuǎn)發(fā)器來(lái)完成通道的再生。更深一步的成本優(yōu)化可以通過(guò)使用multi-haul功能和在鄰近節(jié)點(diǎn)的任意點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路上鋪設(shè)LH放大器的方式來(lái)完成。

　　3、由multi-haul DWDM系統(tǒng)（帶有ROADM功能）和OXC組成的透明網(wǎng)絡(luò)

　　一個(gè)全光OXC就是一個(gè)增強(qiáng)的ROADM交換系統(tǒng)，例如在degree 3 或4節(jié)點(diǎn)上的流量交換和上下話路。在degree 5節(jié)點(diǎn)處，一個(gè)OLT被放置在流量最小的支路上，以避免可能出現(xiàn)的大量不必要再生的發(fā)生，OLT同時(shí)通過(guò)光配線面板來(lái)實(shí)現(xiàn)與OXC的互連。透明網(wǎng)絡(luò)顯然不能引入LH放大器，因?yàn)殚L(zhǎng)途流量的中繼再生不僅會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的資本支出(CAPEX)，還會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)和升級(jí)的成本，因此這種方案顯然不能通過(guò)。而波長(zhǎng)方案則通過(guò)升級(jí)路由線路數(shù)量（由40升級(jí)到80個(gè)通道）來(lái)消除出現(xiàn)的流量需求調(diào)整，通道數(shù)量的升級(jí)是通過(guò)對(duì)第二集團(tuán)的40通道增加復(fù)用和交換架構(gòu)來(lái)完成的。另一種方案則是在OXC為每一個(gè)需要波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的地方配置兩個(gè)背對(duì)背轉(zhuǎn)發(fā)器（transponders）。無(wú)論如何，對(duì)現(xiàn)有流量水平而言，將必要的路由線路升級(jí)到80個(gè)通道要比波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方案速度快，成本低。

　　4、結(jié)果

　　網(wǎng)絡(luò)成本的研究結(jié)果顯示在圖2，3以及表1中。即使是在最早期的計(jì)劃階段，OXC也是最便宜的解決方案，相比長(zhǎng)途方案節(jié)省8%的成本，相比multi-haul R-OADM方案節(jié)省1%的成本。過(guò)了第一階段后，流量開始增長(zhǎng)，也就是第二、第三階段，這些階段OXC與其他兩種方案之間的成本差距逐漸拉大，到了第三階段，OXC方案分別比LH方案和ROADM節(jié)省39%和17%的成本。

　　圖3顯示了在網(wǎng)絡(luò)中使用轉(zhuǎn)發(fā)器和核心設(shè)備之間的成本差別。這里的核心設(shè)備包括放大器，色散補(bǔ)償模塊，機(jī)架以及交換和復(fù)用設(shè)備。LH方案在所有解決方案中其核心設(shè)備成本是最低的，不過(guò)卻需要更多的轉(zhuǎn)發(fā)器。在引入超長(zhǎng)途放大器后，R-OADM和OXC都增加了核心成本，不過(guò)由于網(wǎng)絡(luò)透明的關(guān)系節(jié)省了一定數(shù)量的轉(zhuǎn)發(fā)器，這對(duì)核心成本的增加也形成一定的彌補(bǔ)；第二第三階段顯示出當(dāng)流量不斷增加時(shí)，OXC的成本節(jié)省優(yōu)勢(shì)日益明顯。


圖2：每一種解決方案和計(jì)劃階段的總體網(wǎng)絡(luò)成本




圖3：轉(zhuǎn)發(fā)器成本和核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本比較 a)長(zhǎng)途方案 b) multi-haul R-OADM方案 c) multi-haul OXC方案


表1：關(guān)于長(zhǎng)途方案和multi-haul R-OADM方案總體網(wǎng)絡(luò)成本節(jié)省比較

　　5. 總結(jié)

　　總之，我們已經(jīng)研究了在歐洲骨干網(wǎng)絡(luò)配置一條全光交叉連接架構(gòu)所帶來(lái)的種種益處，研究表明，相比傳統(tǒng)解決方案，這種OXC方案能節(jié)省大量潛在的capex，比如能比第一代長(zhǎng)途系統(tǒng)節(jié)省39%的capex，相比multi-haul DWDM 平臺(tái)（帶有R-OADM功能）節(jié)省17%的capex。這些在歐洲網(wǎng)絡(luò)研究的結(jié)果表明這些資本的節(jié)約比美國(guó)同類網(wǎng)絡(luò)要明顯重大的多，原因是歐洲城市間的連接長(zhǎng)度更短，允許使用OXC來(lái)實(shí)現(xiàn)真正的端對(duì)端（end-toend）透明傳輸。

　　來(lái)自業(yè)內(nèi)其他專家的研究也表明[2][4]，全光OXC可以在運(yùn)營(yíng)和整個(gè)使用周期內(nèi)通過(guò)借助各種成本節(jié)省的有利條件來(lái)給予運(yùn)營(yíng)商以更多增值。這些有利條件包括在DWDM層使用共享網(wǎng)狀保護(hù)功能而節(jié)省轉(zhuǎn)發(fā)器開支；通過(guò)使用遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)重構(gòu)單元來(lái)提供更快的帶寬分配速度，從而減少資本回收時(shí)間；由于是透明的，因此在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和升級(jí)的時(shí)候大大減少opex和capex。

　　6.參考文獻(xiàn)

[1] A. R. Pratt, B. Charbonnier, P. Harper, D. Nesset, B. K. Nayar and N. J. Doran “40 x 10.7 Gbit/s DWDM transmission over a meshed ULH network with dynamically re-configurable optical cross connects” in Proc. OFC'03, paper PD9, Atlanta 2003.
[2] A. Chiu and C. Yu “Economic benefits of transparent OXC networks as compared to long systems with OADMs” in Proc. OFC’03, paper WQ2, Atlanta 2003.
[3] G. L. Jones, J. H. B. Nijhof and W. Forysiak “Cost and flexibility advantage of a multi-haul DWDM platform” to appear in Proc. London Communications Symposium 2003. http://www.ee.ucl.ac.uk/lcs
[4] N. Geary, A. Antonopoulos, J. O’Reilly “Analysis of the potential benefits of OXC-based intelligent optical networks” Optical Networks Magazine, Vol.4, No.2, March/April 2003.

作者：
G. L. 瓊斯1,2, W. 弗斯克 1, J. H. B. 尼介赫夫1
1 英國(guó)馬可尼公司
2 倫敦大學(xué)通訊工程中心
   來(lái)源：光纖新聞網(wǎng)