OTN网络中光交叉设备的选择

吕生亮

（联通（辽宁）产业互联网公司，辽宁 沈阳 110042）

0 引 言

随着5G、物联网和云时代的来临，家宽带提速，以及政企专线的发展，通信运营商光网络不但需要具备更大的容量，还需要实现更低的时延、更灵活敏捷的开通调度。以DC（数据中心）为中心的Mesh 化组网，要求光传送网具备多方向、多维度的业务调度和控制功能，引入ROADM（可重构的光分插复用器）、OXC（光交叉连接）等光交换技术，已成为未来光网络发展的必然趋势。但在光传送网络发展和演进过程中，任何新技术的引入都必须满足当前和未来的业务需求，同时具备良好的性价比，满足网络平滑升级演进的需求。

1 光交叉技术的发展

1.1 ROADM 技术的发展

ROADM：Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重构光分插复用器，一种具备在波长层面远程控制光信号分插复用状态能力的技术，支持波长通道上下路状态的灵活配置；多维ROADM 支持波长通道在各个维度（方向）之间的灵活调度，可通过软件远程控制实现上下路波长的配置和调整，实现全光组网及超容量业务灵活调度和完全透明传送，适合应用于10G、40G、100G、400G 等高速率波长级业务。

ROADM 设备的核心器件从WB（波长阻断器，Wavelength Blocker）、PLC（平面光波导回路，Planar Lightwave Circuit）发展到目前主流的WSS（波长选择光开关，Wavelength Selective Switch）；WSS 可以将波长信号分插到任意通道进行传输，让光路中每个波长的信号都可以被独立交换，多端口的WSS 模块能独立的将任意波长分配到任意路径，实现光层波长级调度。利用ROADM 技术在光层的波长调度能力，实现了区域网内所有业务的自动调度能力，并提高了整体网络的可靠性。波长选择光开关WSS 再通过与放大器、分光器、耦合器等光器件不同的组合，实现Colorless 波长无关、Directionless 方向无关、Directionless 竞争无关、Gridless 灵活栅格（也称颗粒无关）等功能；组成D-ROADM（方向无关、波长相关）、CD-ROADM（方向无关、波长无关）、CDC-ROADM（方向无关，波长无关，竞争无关）、CDC-G ROADM（方向无关，波长无关，竞争无关，灵活栅格）等不同的形态，满足不同的业务，以适应不同的应用场景。

目前主流厂家常见ROADM 设备多为4 维、9 维、20维的设备，目前也有32 维ROADM 设备的相关产品。但ROADM 设备需要使用大量的WSS 器件，需要大量的机柜，占用机房电源端子机房空间，同时各WSS 器件需使用光纤相互连接，随着维度的增加，各器件间的连纤数量呈指数级的增加，大量复杂的连纤，增加了工程建设和后期维护的难度。

1.2 OXC 技术的发展

OXC：optical cross-connect，光交叉连接。和ROADM一样，OXC 也是一种能在光层实现信号交换的一种技术。他相较于ROADM 设备通过大量光纤连接各光元器件，OXC 通过光纤编制技术将光纤印刷到一块板卡中，形成全光背板，省却纷繁复杂的连纤工作。实现了内部“0”连纤，减少了工程建设和后期维护的难度。

通过进一步对光元器件的整合，将波长选择开关（WSS）、光纤线路接口板（FIU）、光放（OA）、光功率检测板（OPM）、光纤自动切换保护系统（OLP）等集中在一块光线路板中；再将二级波长选择开关WSS 与所需的光放大器集中在光支路板中，实现了一块板卡对应一个维度的高度集中化。OXC光线路和OXC 支路板通过MPO(多端口连接器)与光背板进行互连，使用了高速光连接器和自动插拔技术，可实现插板即连纤，极大地提升了易用性。

目前商用的OXC 设备为32 维，通过不同的光线路板与光支路板组合，可实现32×32 维CD（方向无关、波长无关）交叉，或者8×48 维CDC（方向无关，波长无关，竞争无关）交叉。随着网络结构的改变，东西向流量与业务需求的增多，相信未来OXC 会向着更高维度、更大容量、更智能的方向演进。

2 ROADM 与OXC 方案的对比

虽然OXC 设备解决了ROADM 连纤复杂、子架多的问题，但目前OXC 设备存在采购成本高、前期配置资源浪费、运营回收期长等问题。在实际应用中，OXC 设备不一定是光交换设备的最优解决方案，这也是OXC 为什么目前没有大规模部署的原因之一。下面以国内某主流厂商OXC 设备（CD）与CD-ROADM 数据为例，从运维效率、运营成本、技术扩展三个方面对比分析不同需求下ROADM 设备与OXC 设备如何选择。

2.1 运维效率对比

从表1中可以看出，随着维度的不断增加，ROADM 的机柜数量不断的堆叠增加，而OXC 仅需要1 个机柜就可以解决；由于ROADM 机柜的增加导致功耗不断增加、OXC的功耗不发生增加改变，连纤数量的增加更是越来越明显，和OXC 的差距越来越大。

表1 ROADM 与OXC 方案运维效率对比表

2.2 运营成本对比

结合该厂家与某运营商数据，假定他们在设备折旧年限、电费、还有空间占用成本一致。以某运营商北方省会城市核心机房为例，设备采购单价数据为该厂家与该运营商的签订的集采单价，主设备折旧年限按照10年计算，每年均摊（不考虑利息）；电费按照商业用电每千瓦时一元估算、不考虑损耗及相关电池配套用电；人工维护、维修成本、管理成本、空调暖通、房屋土地折旧等成本，按照每机位5000 元一年估算；

从表2中可以看出，在低维度的场景下OXC 设备的运营成本相较于ROADM 设备的成本要高出很多，主要是由于两种主设备采购单价的差距造成的。但是随着维度的增加，到达9 维时，两种设备的运营成本基本持平；在16 维的时候 ROADM 每年的运营成本达到了45.1 万，而OXC 只有39 万，OXC 存在的采购单价高的问题已被其他成本拉低。

表2 ROADM 与OXC 方案运营成本对比表

2.3 技术扩展性对比

最后看技术扩展性，从表3中可以看出，ROADM 和OXC 目前主要相差在交换维度上，ROADM 最多支持20 维，而OXC 支持32 维，从未来网络节点MESH 组网的演进方面，OXC 具备一定优势，但是大部分节点20 维仍然可以满足一段时间的业务需求。

表3 ROADM 与OXC 方案技术扩展性对比表

综上所述，当节点维度数>9 时，建议直接部署OXC技术设备，节省功耗、减少机房面积需求；节点维度数≤9的节点，建议部署ROADM 技术设备保证后续扩展性，如果机房空间及电源条件紧张，可以考虑直接部署OXC 技术设备，减少对机房配套的压力。

3 光交叉设备的选择

3.1 光交换设备形态选择

当前基于WSS 的ROADM 最典型应用形态为CDROADM（方向无关、波长无关）和CDC-ROADM（方向无关、波长无关、竞争无关），OXC 设备可以根据单板配置实现CD 或CDC 的功能。根据业务需要，网络结构判断是否需要竞争无关，选择CD（方向无关、波长无关）还是CDC（方向无关、波长无关、竞争无关）这两种形态；例如MESH 组网中，每两个点之间都有相连的链路，竞争无关就不是很重要。光交叉技术形态特性如图1所示。

图1 光交叉技术形态特性

3.2 光交叉设备维度数计算

在光交叉设备中，维度指的是传输方向，维度包含方向维度和本地维度两个部分；方向维度对应线路方向，本地维度用于上下业务。以图2中的拓扑图为例，A 站点有4 个方向，所以A 站点就有4个方向维度，B站点有2个方向，B站点为2个方向维度。

图2 光交叉设备拓扑图

本地维度用于节点的上下业务，可以根据节点所在网络层级来的判断，核心节点业务多，为了支持业务的全上全下，一般要求预留本地维度数和方向维度数一致，保证业务的全进全出。对于汇聚节点，我们不要求业务的全进全出，一般按照二分之一方向维度数去预留本地维度。

3.3 光交换设备维度数选择

通过前面维度数的计算，结合目前主流光交叉设备的维度数量，结合不同场景可以作出如下的设备选择：

（1）方向数＞4 的核心节点，建议采用32 维OXC设备保证系统有良好的扩展性，如投资有限可选择20 维ROADM 设备；（2）方向数≤4 的骨干汇聚节点，建议采用9 维ROADM 设备；（3）方向数≤2 的普通汇聚节点，建议采用4 维ROADM 设备。

4 结 论

光交叉技术设备的出现增强了OTN 网络光层的灵活性，能够在不发生任何的波长转换的情况下改变传输方向，并且可以通过软件远程动态控制波长信号的传输路径，满足数据业务和政企业务的灵活调整的需求，大大地提高了维护工作效率和新开通业务时的反响应速度，同时有效降低了运营和维护成本，符合运营商降本增效的目标，引入ROADM 和OXC 两种光交换技术是未来网络发展的必然趋势。虽然OXC系统相较于ROADM 系统更为先进，解决了ROADM 系统存在的连纤复杂、电源及机房空间占用多的问题，但是目前设备单价成本高，实际应用中低维度场景下优势不明显，这也是OXC 没有大规模部署的原因之一。本文通过结合实际建设运营中的数据以及某主流厂家的相关设备参数，对两种光交叉设备从三个方面进行对比分析，提出了不同场景下ROADM 和OXC 两种设备使用选型的相关建议。相信随着ROADM 和OXC 两种技术的引入，将加速传送网朝着全光网的方向发展的步伐。