ROADM和OTN技术在干线传输网络的应用分析

摘要：随着我国干线网络传输技术的不断发展，如何优化区域组网技术成为广大网络传输技术工作人员关注的重点问题之一。ROADM技术在国外发达国家，已运用多年，可快速实现光层波长端到端调度，耗能低，运用广泛。随着“宽带中国”战略的全面实施，进一步推动了全光网络的应用，ROADM技术迎来了新的发展机会。本文立足我国干线网络传输技术发展现状，分析其在发展过程中存在的问题，重点对比了ROADM和OTN技术方案，并提出了几点优化建议，以期为相关技术人员提供参考，有效提高区域网络构架水平，为我国干线传输网络技术的优化与应用创造条件。

关键词：ROADM；OTN；干线传输网络；应用

在这个科技快速发展的时代，我国信息通信行业发展取得了举世瞩目的成就，作为推动我国经济发展的一个关键力量，近两年，国家也更加重视对光网络的建设。随着WDM技术的快速发展，通信容量成倍扩大，网络速度极大提升。近两年，我国干线传输网络规模不断扩大、传输速率不断提高，干线传输网络以其损耗低、传输距离、速度快、成本低等优势，成为推动我国网信事业发展的有效手段[1]。

一、干线传输网络分析

（一）干线传输网络发展现状与需求

在20世纪末，密集波分复用技术（DWDM）引入我国以后，波分复用技术逐渐发展起来，波分复用能力得到了极大的提高，实用化系统单波长速率已达100Gbit/s，实现光纤容量的百倍提升。随着光纤通信技术的发展，宽带运用成本的降低，“互联网＋”的发展速度进一步加快[2]。

相信在未来，随着5G、Wi-Fi-6、超高清+VR/AR等的加速普及，势必将激发更大的流量市场。随着网络视频行业的发展，全球互联网流量激增，视频业务对时延、时延抖动和丢包更加敏感，需要更加稳定的互联网性能来支持网络的运用，需要具备高安全性、低时延性，提高与数据中心的备份同步与容灾能力，这就需要依靠传输网络的灵活调度和保护恢复以实现[3]。

（二）干线传输网络问题

通过对目前我国的干线网络传输技术运用现状进行分析可以发现，一般情况下，跨系统连接需要电层转接，导致光层穿通能力不足，增加了传输成本。在波分不成网时，需人工手动调节，工作效率低，整体的效果往往不佳[5]。在网络系统的建设中，系统数量逐渐增加，系统之间的连接性也变得日益复杂，在实际调度过程中，常会遇到各种各样的问题，不利于快速调度。首先，响应时间上遇到延迟，在开通业务后，客户的快速开通要求常常难以保障，一旦发生网络故障或拥挤情况，业务恢复速度慢于预期[4]。其次，技术人员在维护操作时，需要具有足够的经验，并且耐心、仔细，否则容易出现各种问题，降低效率。另外，由于维保人员技术素质参差不齐，当面临临时、紧急跳接光纤时，常常要处理各种问题，不规范操作带来的后果和影响巨大，导致网络的后期维护成本较高。

（三）区域组网优化

在干线组网时，由于无法引入竞争机制，垄断的方式对区域发展产生影响，发展失衡使得资源使用率受到严重影响，不利于整个行业的发展。因此，在组网时，可以将其划分为不同的区域，在区域内部进行统一组网，减少不同系统间的转接，通过该种方式，可有效降低组网成本。区域的划分可以以业务在全网的分布以及地理位置为依据，使各区域的业务量尽可能均衡，充分发挥转接优势，进而降低组网成本。在区域内，通过形成闭合回环，以便进行调度电路、组织迂回。

二、干线传输网络中组网的选择

（一）以OTN为主的组网

采用OTN技术组网，可以在跨系统组网中，实现端到端电路调度，保证小颗粒业务能够顺利整合。但是，OTN技术受到容量的限制，需要全面考虑PCB板的密度，结合主流光网厂家接入层的传输能力，否则难以满足日益增长的业务调度需求。除此之外，由于需进行波道分组，可能导致利用率下降[6]。由于OTN设备运行时功耗较大，对各主流通信厂商的波分设备和波分技术进行分析可以发现，较支线路合一方式而言，支线路分离的功耗更高，导致机房中存在明显的供电、散热问题，随之而来的功耗和散热需求的成倍提高，因此需做好机房管理。如果对机房进行改造，将会对整个项目产生连锁反应，不仅会增加成本，还会延长项目进度。同时，OTN技术需要设置线路板、支路板，较合一板卡而言，增加了电层处理，进一步增加了设备的成本。

（二）以ROADM为主的组网

ROADM技术具有较高的可靠性与稳定性，在我国获得了广泛的运用。ROADM技术的发展一共经历了三个阶段，即WB、PLC和WSS。近两年，我国在WSS技术的可靠性、提升密度方面均取得了不错的研究成果，有效降低了组网成本，技术水平进一步提高，为大容量、多业务承载网的ROADM技术提供了强力的硬件支持。利用各种类型的WSS、耦合器元器件，可以实现波长、方向、竞争无关等功能的组合。

ROADM技术作为一种光层重构技术，可有效处理光层，同时功耗较低，容量大，运用成本较低，扩展性强，在全网光层中，可实现动态、灵活的资源调度[7]。通过运用LCoS技术，可将多个波道进行连接，较OTN技术而言，ROADM技术在处理能力方面，优势显著。在调度过程中，ROADM技术在全网组网中受到限制，导致传输距离缩短。目前，在光缆条件下，大部分无电中继系统由于达不到传输性能的要求，因此需要增加电中继，以保证信号传输的质量。但同时，受制于全光波长转换技术尚未完全成熟，在整条光通路中都必须使用相同的一条波长，导致波长不连续，同波长信号无法在同线路上复用，不利于系统的稳定运行。WSS需要倒换的时间较长，大都在ns级，无法实现快速倒换。

ROADM技术和OTN技术相比，成本和功耗均更低，可实现全网波段调度，调换时间为ns級，ROADM技术的优势显著，但是其运维复杂，经验尚不成熟，在适用范围上，不如OTN技术广，因此具有运用条件的区域可选择ROADM技术。OTN技术的组网方案在许多方面均存在劣势，例如成本、功耗、占地等，但是其适用范围更广，可有效弥补ROADM技术区域使用受限的缺点，在运维上较为成熟。总而言之，ROADM技术的运用优势较OTN技术更加明显，ROADM以其较高的成熟度、较低的建设成本和功耗、较少的占用面积，在我国的干线传输网络中获得了广泛的运用。但是，针对部分特殊区域，ROADM技术的优势可能难以发挥，甚至并不适用，此时可考虑OTN技术。在建设过程中，具体的采用方案和应用比例需综合考虑经济性、适用性、稳定性与先进性，根据业务需求和网络结构进行选用，保证传输技术的优势能够得以发挥。

三、ROADM技术在干线OTN中的应用

（一）在本地传送网中的应用

根据本地传输网的规模、组网形式、业务情况等，合理规划ROADM设备维度

在本地传送网中，使用多个线路方向，通过上下路模块，以减少人为因素的干预。根据业务需求，从多个波长信道中，选择是否拓展波长无关的灵活性。如果选用，则可以选择WDM技术，无需采用OTU，以降低建设成本。在网状网结构中，需进行光传输网性能优化与仿真研究，以保证节点的业务性能。在汇聚层，网络边缘与中心节点的业务汇聚较多，需要频繁利用波道，导致波长冲突现象时有发生，因此需要通过波长转换和重新赋予，以提高网络能力。在网状网结构的规划与设计中，ROADM汇聚环节点数量最多不超过3个，避免增加传输的时延。

（二）减少时延分析

波分系统的时延主要由两部分组成，即线路时延和引入时延。OTN的传输时延见表1。

使用ROADM技术前，节点5与节点3的路径长为1120km，见图1，从节点5到节点1，需选择节点3 作为中继板的添加位置，该路径上经过的中继站、光放站的数量分别为3、11，如果中继站、光放站、光缆的时延分别为1000μs、100ns、5μs/km。各部分的时延贡献为：光纤单向时延5600μs，占比94.9%，可采取优化路由、减少距离的优化方案；OTM、电中继单向时延300μs，占比5.1%，可采取增加传输距离，减少中继站的优化方案；光放站单向时延1.1μs；合计时延5901.1μs。

由上可知，光纤传输延时比例最大，超过了90%，起决定性作用。使用ROADM技术后，原路径改为节点2传输，距离323km，从节点5到节点1，该路径上经过的中继站、光放站的数量分别为2、4，如果中继站、光放站、光缆的时延分别为1000μs、100ns、5μs/km。各部分的时延贡献为：光纤单向时延1615μs，占比89%；OTM、电中继单向时延200μs，占比11%；光放站单向时延0.2μs；合计时延1915.2μs。

经过以上对比可以发现，在使用ROADM技术后的时延较使用前减少了4085.9μs。通过ROADM技术，能够减少传输距离，效果明显。

（三）区域ROADM网络规划建议

在划分网络区域时，需尽量将光层直达的节点划分在同一区域内，以业务规模、位置为依据，进行划分。采用ROADM技术组网，以实现光层低成本、高效率的目的，如果存在无法直达的情况，可根据需要，设置电中继，完成传递[8]。在运用ROADM技术时，波长冲突是较为普遍并且重要的问题。想要完全解决该问题，则需要配置大量OTU，但成本太高，會降低效率，为此配置比例不宜过高。如果同一线路上发生了大量的波长冲突，则可以采用扩容的方式，增加维度，以解决波长冲突，采用该种方式无需配置OTU，成本更低。ROADM技术组网设计适用于光缆网结构，能够充分利用各种光缆路由，以增加业务的多样性，以提高电路的安全性，减少路由器延迟。通过增加线路维度，进行扩展，可提升解决波长冲突的能力。同时，增加双机直联，进而减少跨系统转接。

四、结束语

目前，我国的干线网络传输技术主要有两种，即ROADM技术和OTN技术，技术人员可根据实际的建设需求，灵活选用，调整网络组建方案，不断提升传输技术水平。总而言之，ROADM技术的发展还有赖于实际业务需求的推动，而OTN技术对光域内波长级别业务调动的需求，使得ROADM技术成为OTN光层传输技术中的最佳选择。随着ROADM技术的不断发展，大颗粒波长级业务调度能够在波长层面实现商用，以构建安全、可靠的本地网络。

作者单位：田敏 山西信息规划设计院有限公司

参  考  文  献

[1]吕凯，齐斌，钟胜前，张安旭，冯立鹏.ROADM全光交换网络关键技术发展与应用展望[J].电信科学，2022，38（07）：37-42.

[2]王铮.OTN技术在5G承载网中的应用[J].长江信息通信，2022，35（06）：201-203.

[3]周鹤，杨其芳，武清华，白冰.ROADM技术在现网应用及问题研究[J].邮电设计技术，2022（03）：64-68.

[4]叶胤，袁海涛，江树臻.ROADM和OTN技术在干线传输网络的应用研究[J].电信技术，2016（11）：34-38.

[5]黄坚毅.论5G承载网中ROADM的应用[J].长江信息通信，2021，34（08）：133-135.

[6]屯誉蓉，赵凯，梁伟军.ROADM技术在城域波分中的应用[J].数字通信世界，2021（03）：190-191.

[7]刘亚峰.开放和分解OTN技术研究和分析[J].电信工程技术与标准化，2020，33（11）：27-34.

[8]刘飞，惠绍明.OTN在5G传输网中的应用浅析[J].中国新通信，2019，21（23）：121.

田敏（1982.07-），女，汉族，山西晋中，本科，工程师， 研究方向：传输、云平台网络架构及大数据分析。