事务需求及技能开展的两层驱动促进传输网从40G网络向100G网络演进，中国电信也提出了建造新一代100G大容量主干光传输网络的计划。新网络的建造为从头计划新的网络安排架构和技能架构，进一步进步传输网的灵敏调度才能、事务习惯才能和安全可靠性，进而进步全网的集约化运营才能供给了关键，本文将从当时光传输网络面对的疑问、将来事务的需求、集约化运营需求、有关的技能开展等几个方面着手，研讨提出中国电信新一代100G大容量主干光传输网络的组网架构和技能架构。
1 DWDM光传输网络的开展及存在的疑问
自20世纪末DWDM技能引进以来，在不到15年的时刻里，波分技能得到了迅猛开展。波长复用才能从4波、8波和16波很快演进到40波和80波，单波长的速率也从前期的2.5 Gbit/s逐渐开展到现在的100 Gbit/s，波分系统传输容量从几十Gbit/s进步到8 Tbit/s，10年增加了上百倍。以波分复用技能和EDFA光放大器技能为根底的波分传输系统设备的开展和计划布置，极大地进步了传输网容量，也极大地降低了带宽本钱，铸就了光网络开展史上继SDH之后又一个更为辉煌的10年，其供给的本钱日益低价的带宽，应是这些年互联网飞速开展的一个最为重要的原始驱动力。
尽管波分系统在网上运用已有10多年时刻，但中国电信省际干线波分网络一向连续着点到点链形系统的建造形式，波分网络实践上并未成网，波长的调度都需求经过人工在ODF上调纤来完结，构成此现象的缘由首要有2个：一是从需求视点讲，当时波分网承载的事务绝大多数（90%以上）为CHINANET路由器间的链路，而CHINANET网络建造选用的是以年度为周期预先计划的形式，波长平常动态调度的需求很少；二是从技能视点讲，当时波长的主动调度能够在光层经过可重构光分插复用设备（ROADM）或在电层经过OTN穿插来完结，在光层面因为省际电路长度较长（大多在1 500 km以上），受限于当时光层面的技能才能，光路的损害难以完结实时、长间隔、动态的抵偿，ROADM在省际层面很难得到遍及运用，在电层面因为当时OTN穿插才能（3 Tbit/s左右）与波分系统容量（一个方向8 Tbit/s）间隔较大，经过OTN穿插仅能完结波长级有限的调度，并且光电改换的本钱也较高。
2 将来事务需求及运营需求
在事务开展及技能革新的两层驱动下，经过10多年的进程，传输网现已完结了从SDH网向WDM网的演进，从将来事务需求看，波长级的事务疾速灵敏调度和网络康复维护需求日益火急，首要体现在3个方面。
一是GE以上大带宽专线事务现已呈现疾速增加的气势，10、40乃至100 Gbit/s的专线事务需求也现已呈现。跟着信息化技能在社会各个领域运用的进一步深化，国际正迎来“大数据”年代，原有的以2和155 Mbit/s为主的专线事务已不能满意各行业数据传输的需求，许多公司和政府机关现已或许正在思考将其租借的专线升速，GE以上大带宽专线事务现已呈现疾速增加的气势。别的，互联网经济的疾速开展以及寡头格式的构成，诞生了诸如google、百度、腾讯和阿里等一些超大型互联网公司，其依据本身战略及事务开展需求现已开端租借很多带宽构建自个的高速网络，google乃至建造了自个的全球光网络，一起一些金融、稳妥等需求处置很多电子数据的公司，依据进步功率、降低运营本钱、进步安全性动身也已开端建造大型IDC及内部高速网络，这两类公司现已提出了10 Gbit/s以上乃至几百Gbit/s的电路租借需求。大带宽专线事务不仅仅是带宽的进步，一起在事务的功用（注册时限、可靠性、时延）方面对运营商提出了更高的需求，需求波分网络具有疾速灵敏的事务调度才能、网络康复维护才能以及端到端的运营办理才能。
二是事务的IP化、互联网流量的不确定性以及云核算技能的引进等要素使得互联网对底层波分网络提出了更高的需求。跟着固网和移动软交流、IMS网络计划的拓宽以及将来VOLTE（Voice over LTE）的引进，语音事务的承载将逐渐会完结由电路交流机向IP网的搬迁，许多传统的中低带宽专线事务也在逐渐向MPLS VPN事务搬迁，这些高质量事务需求互联网具有更高的功用和网络安全性。互联网视频事务的疾速开展，不仅仅带来互联网流量的疾速增加，一起视频事务长时刻衔接以及对丢包、抖动更为敏感的特色对互联网的功用会提出更高的需求。跟着云核算的遍及，数据中心的计划和数量将会大幅度增加，数据中心之间很多的信息同步、容灾备份和共同核算需求网络具有高的安全性和低时延。上述3个方面的需求均对互联网的功用提出了更高的需求，但因为IP网本身“尽力转发”的内涵机制所限决议了互联网仅靠本身进步功用有限，需求底层传输网供给有用的支撑，乃至需求构建共同的架构和战略完结互联网和传输网资源的共同和动态的调度，这些都需求波分网具有疾速灵敏的调度才能和康复维护功用。
三是集约化运营的需求。当时中国电信传输网的运营仍首要是集团、省和地（市）三级系统，长途波分的维护仍首要经过人工在ODF上调纤来进行波道调度，一方面事务的响应时刻较长难以满意客户疾速注册事务及CHIANNET、CN2网毛病或拥塞时事务疾速康复的需求，另一方面因为维护人员的操作水平良莠不齐，很多暂时紧迫的ODF调纤经常在纤芯的清洗、尾纤长度、标签方面呈现不规范的操作，乃至呈现误碰和衔接质量劣化等事端，对后期维护带来较大的影响。因而进步波分网络的会集主动调度才能和端到端运营才能对进步中国电信传输网中心竞赛才能含义严重。
3 技能开展
在波分网上完结波长级的调度和维护功用在技能完结方面有2个途径，一是在光层面经过ROADM完结，二是在电层面经过OTN穿插完结。
ROADM在光层面完结波长的调度，因不需求光电改换，具有本钱低、对客户信号通明的长处。ROADM技能阅历了波长阻断器（WB）、平面光波导技能（PLC）和波长挑选开关（WSS）三代开展，当时第三代WSS技能的完结有液晶和MEMS两种计划，具有插入损耗小、体积小、本钱低的长处，真实完结了波长的可重构，有较高的组网灵敏性和经济性，其运用日益广泛。但因为技能所限，ROADM运用当时首要存在4个方面疑问，一是受限于当时光层面的技能才能，光路的损害难以完结实时、长间隔、动态的抵偿，ROADM组网半径受限于物理传输参数， 特别在高速波分系统中更为明显。依据行标征求意见稿，100 Gbit/s波分系统的传输才能关于G.652（无DCM）场景，硬判为14×22 dB（约1 100 km），软判为18×22 dB（约1 400 km），在实践网络运用中，因为光缆老化及长跨段的影响，传输间隔会更短，有能够大多在1 000 km以内，如有长跨距，能够仅800 km，乃至500~600 km，省际传输网因为电路长度大多在1 500 km以上（约70%以上），ROADM运用计划有限。二是因为当时技能水平不能完结光信号在光域的波长改换，ROADM完结的波长调度只能是不一样方向同波长之间的调度，组网运用时存在波长重构疑问，波道安排杂乱且运用率低。三是当时的WSS为1×N的形状，只能将1个输入端口的某个波长交流到其他多个输出端口，对比合适以事务上下为主的ADM场景运用，完结以事务调度为主的多维ROADM或OXC需求组合多个WSS，技能杂乱且本钱高。四是WSS倒换的时刻较长，大都在秒级，难以满意传统50 ms的维护需求。
OTN是21世纪初传输网为习惯数据事务高带宽传输开展趋势而从头界说的新一代光传送网络系统架构，从网络层面界说了光信号的各项功用，包含传输、复用、路由、监测、功用办理和网络生存性，完结了波分网从点到点链路形式向网状网的演进。OTN架构界说了光通道层（OCh）、光复用层（OMS）和光传输层（OTS）3个层面，因为当时的技能水平尚无法完结光信号的功用监测以及低速信号向高速信号的复用，ITU-T在G.709主张中挑选了在电域完结OCh所需的功用监测和信号复用功用，并界说了光数据单元（ODU）和光传输单元（OTU）2个层级，通常所说的OTN穿插衔接实践上是ODU层面的穿插衔接。引进OTN技能首要有三大优势：一是能够完结光信号端到端的功用监测和办理；二是通明传输，习惯高带宽事务开展趋势复用功率高，能够完结低速光信号向高速光信号灵敏高效低本钱的复用；三是运用ODU层的穿插衔接能够完结高带宽事务的调度，因为穿插速率等级高，相比SDH功率更高、本钱更低，技能上更易研制大容量调度的设备，合适高带宽事务的承载和调度。但受限于高速电信号处置的技能完结较为艰难，当时OTN运用中存在的最大疑问是节点的穿插才能有限，当时主流厂家的OTN设备最大穿插才能大多在3～6 Tbit/s，有些厂家当时正在推出10 Tbit/s以上的设备。
4 新一代光传输网络架构的研讨
如上所述，光传输网由SDH向OTN演进已变成业界的共同，并已变成近几年各运营商传输网开展建造的要点，ITU-T在G.872主张中提出了引进OTN技能的3个途径：一是以重叠网形式一起布置OTN线路系统及ODU/OCH穿插功用，二是仅布置OTN 穿插/复用（XC/ADM）设备，三是仅布置OTN线路系统。ITU-T一起指出运营商可依据自个的实践情况挑选一种或多种途径。从技能视点讲，各厂家的WDM设备在光层的复用和传输方面已彻底遵从了OTN架构，在电层客户信号的映射和复用也已遵从了OTN架构中的G.709规范，并逐渐推出了具有ODU穿插功用的OTN设备。
网络架构的计划是网络建造的首要任务，也一起奠定了将来网络运营维护的根底。网络架构的计划应依据事务需求，既要从将来及当时事务需求动身作为架构计划的切入点，又要将满意事务需求作为架构计划的落脚点，要防止走入“为组网而组网、为引进新技能而引进新技能”的误区。网络架构包含技能架构和组网架构，二者之间是相得益彰的关系。
4.1 技能架构
中国电信WDM网建造中应满意的将来事务需求首要有如下3点。
a） 从满意大带宽专线事务及集约化运营需求思考，波分网应具有波长级电路的疾速灵敏调度、端到端的办理及多级别的网络维护康复功用。
b） 跟着100 Gbit/s波分系统的技能老练及价格不断降低，新建省际WDM系统的容量将以100 Gbit/s波分系统为主，但将来很长时刻内仍将有很多的10 Gbit/s事务颗粒，波分网应撑持低速光信号向高速光信号灵敏经济的复用。
c） 充分发挥光层的技能功用，尽量削减电层处置，降低网络建造本钱。
为满意上述事务需求，技能上当时应首要研讨OTN及ROADM 2种技能的引进及运用。依据前面对技能开展有些的剖析，因为省际电路的长度大多在1 500 km以上，受限于当时光层面的技能才能，光路的损害难以完结实时、长间隔、动态的抵偿，全网波长级事务的调度倒换很难运用ROADM在光层面来完结，还应首要在电层面运用OTN技能的ODU穿插功用来完结，ROADM可运用在满意光层传输功用的场景中来完结光信号的上下路需求。因而当时中国电信WDM网的技能架构应为：线路以100 Gbit/s波分系统为主，全网波道的调度及维护、事务的会聚以OTN技能为主，一起在满意光层传输功用的地方选用ROADM完结光路的转接及事务的上下路。以下将联系中国电信省际网的实践需求进一步剖析OTN及ROADM的组网架构。
4.2 组网架构
4.2.1 OTN组网架构
OTN设备经过ODU穿插功用首要完结波道的调度及事务会聚，其设备形状首要有2种，一是与波分系统集成在一起，一起具有传输及ODU穿插功用（简称集成型OTN设备），另一种不与WDM系统集成，仅具有ODU穿插功用（简称独立型OTN）。
选用集成型OTN设备组网，首要面对两大疑问：一是如完结全网级的调度及端到端办理功用，需求全网的波分系统选用同一厂家的设备，与当时的收购形式区别很大，从长远看能够不利于建造本钱的降低；二是因为当时各厂家OTN设备的穿插才能与传输系统容量区别很大，完结全网波道的彻底灵敏调度十分艰难，乃至不可行，这是当时选用集成型OTN设备组网面对的最大疑问。
当时只要专线类的事务需求进行全网级波道的主动调度，CHINANET及CN2网路由器链路间电路因为选用以年度为单位预先计划的建造形式，平常动态调度的需求不大，传输毛病或IP网络拥塞时波分网如能供给有些IP电路的疾速调度则根本能够满意当时IP网集约化运营的需求，依据此提出中国电信当时OTN组网架构。
选用独立型OTN设备组网构建全国OTN网络，首要承载专线类事务；波分系统建造选用集成型OTN设备，预计划的CHINANET及CN2网路由器间电路选用支线路合一板卡，在ODF上完结电路的转接；各波分系统留出有些容量选用支线路别离办法（如按常规装备的维护波道）接入电穿插子架，跨系统之间接入独立型OTN设备，经过OTN的ODU穿插衔接功用完结波道的主动调度，以满意传输毛病或IP网络拥塞时波分网需供给有些IP电路疾速调度的需求。
选用上述架构有用完结了设备技能才能与实践事务需求的平衡，首要有以下长处。
a） 悉数引进OTN穿插功用，可完结全网有些波道的网管会集装备，进步运维水平，满意集约化运营需求。
b） 选用独立性OTN设备构建专线事务专网，能够选用一个厂家设备，较易完结全网专线事务的端到端办理。
上述计划存在的缺乏是：因为维护波道（接入电穿插矩阵）与实践敞开的IP电路（未接入电穿插矩阵）选用不一样的承载办法，传输网毛病致使IP电路中止时，经过网管紧迫调度的维护波道与中止的IP电路落地端口不一样，还需人工介入调整波分设备与路由器设备之间的光跳线。有些可战胜此缺乏的仅有能够途径是统筹计划传输网和IP网的布局及组网。
4.2.2 ROADM组网架构
如前所述，ROADM首要用于在满意光层传输功用的场景中完结光信号的转接及事务上下路，因为不需求光电改换，可节约很多出资。ROADM设备的维数首要取决于其详细运用场景的波分网络布局，中国电信省际波分网能够运用ROADM的地方首要有链形系统中心节点上下事务（二维）、T形布局衔接一个城市2个纽带楼（三维）以及多套波分系统之间光路的转接（三维或多维）3种场景。
ROADM组网架构需研讨的首要内容是其上下光路的灵敏性，为战胜波长共同性限制（即一样波长不能一起进入一样方向，整个途径上波长有必要共同），经过选用CDC ROADM技能完结上下端口的波长无关性（各上下路端口灵敏装备成恣意波长）、方向无关性（各上下路端口灵敏装备到恣意方向）和竞赛无关性（不一样方向一样波长可一起上下路）。技能上CDC首要选用可调谐OTU、WSS级联和多端口光开关来完结，关于100G系统，因为选用外调制的办法可调谐OTU现已变成根本装备，CDC完结的艰难首要在于WSS级联所带来的本钱添加，特别是完结彻底的CDC功用（上下路波长与端口彻底无关）需求多端口光开关（如完结4个方向、每个方向20个上下路波长，需求80×80光开关），本钱十分高。因而，还应回到事务需求，从中国电信实践需求动身，研讨ROADM组网架构。
ROADM组网架构的关键疑问是不一样场景下的ROADM设备装备模型，以下别离研讨链形系统中心节点事务上下（二维）及同城两纽带楼间互通2种场景下的设备装备模型。第三种场景，即多套波分系统之间光路的转接（三维或多维），因为不触及事务的落地，设备装备较为简略，在此不再胪陈。
4.2.2.1 二维场景下的ROADM设备装备
在二维场景运用中，东向的某个波长落地后，西向的同一波长如不落地会构成波长的糟蹋，因而2个方向的波长均需落地，则必有2个落地端口，不存在波长竞赛疑问，仅需研讨是不是有必要为波长无关性和方向无关性。
当时遍及运用的WSS器件为1∶8端口，二维场景下能够上下事务的波长数量最多仅有7波，而通常80波的WDM系统其ROADM站点上下波的数量通常至少在20波以上，拓展上下波数量的办法有2种：一种是选用ITL+AWG办法，本钱低，但上下路端口及方向均受限，另一种是选用WSS级联的办法，能够做到波长及方向无关，但本钱高。
那么怎么计划ROADM设备上下路的数量及功用，仍是要回到事务需求上。前面已提到过，中国电信WDM网承载的首要事务是CHINANET网路由器间的链路，因为CHINANET网的建造是以年度为单位预计划的，波道安排能够事前计划好，其运用的WDM系统上下路端口不需悉数做到波长无关和方向无关。尽管IP链路平常动态调度的需求不大，但在传输网毛病情况下（通常是一个方向的光缆或系统毛病），为及时疏通IP网流量，需求在很短的时刻内将受影响IP链路的路由调整到其他方向，因为CHINANET网容量无穷，链路数十分多，传输网对其一切链路供给康复或维护的功用代价贵重，经济上不可行，折中的办法是传输网对有些IP链路供给毛病情况下重路由的才能，这对防止IP网节点全阻或拥塞仍是很有必要的，对应到ROADM设备装备上即需求有些上下路端口具有波长无关性和方向无关性。
图1示出的是ROADM装备模型能够较为经济地完结有些上下路端口的波长无关性（但方向仍受限），其运用WSS的空闲端口能够供给东、西方向各6个与波长无关的波长上下。
图2示出的是ROADM装备模型能够完结上下路端口的波长及方向无关性，其首要经过WSS级联来完结，能够供给8个与波长和方向都无关的上下路波长，如需进一步拓展该类上下路波长数量，可经过再加一级WSS级联来完结。此装备模型的限制在于受限于波长共同性该类上下路波长数量最多为80波（线路容量的50%），且多级WSS会带来额定的插入损耗。
2种装备的区别首要在于上下端口是不是与方向有关，从运用视点看，其最大的区别在于毛病时进行事务电路重路由时是不是需人工介入。如上下路端口与方向有关，事务电路重路由时上下路端口也需求调整，需求人工从头调整波分设备与路由器之间的端口连线；如上下路端口与方向无关，事务电路重路由时上下路端口能够不改动，直接在网管上操作即可，不需人工介入。参照前面的事务需求剖析，为满意集约化运营的需求，二维场景下ROADM设备装备主张选用模型2。
详细计划多大份额的上下端口具有波长无关性和方向无关性，结尾取决于IP网需求，统筹计划IP网和传输网的网络布局和网络安排在此十分有必要。依据历史经验，中国电信省际WDM网运用于此场景的节点其上下路份额通常在10%（20波）以下，笔者以为在合理计划CHINANET网络布局的条件下，模型2供给8路与波长和方向无关的上下路端口根本能够满意毛病情况下IP事务的紧迫疏通需求。
4.2.2.2 两纽带楼间互通场景下的ROADM设备装备
同城市内两纽带楼之间间隔通常在10 km左右，超过了40和100 Gbit/s信号裸纤传输的间隔，其间电路的交流如选用建造长中继波分的办法本钱将很高，引进ROADM技能是一种较好的处置计划。同城两纽带楼间互通有2种情况：一是只要一个纽带楼建有省际波分系统，另一纽带楼仅有延伸落地的需求，相当于T形布局；二是两纽带楼均建有省际波分系统，两楼之间有交流电路的需求，相当于H形布局。
关于T形布局，为确保网络安全性，两纽带楼间通常会思考2个物理光缆路由，建有省际波分系统的纽带楼ROADM节点需选用四维布局，其设备装备模型见图3，延伸另一纽带楼落地的波长能够做到波长无关和方向无关；延伸纽带楼也可选用WSS完结落地端口的波长和方向无关，详细设备装备模型不再胪陈。
上述模型仅可完结到第二个纽带楼的转接延伸电路，假如两纽带楼之间需求供给两端落地的电路，需求在南向的WSS模块下挂AWG完结南向电路的落地。
关于H形布局，因为两纽带楼均已具有2个出口方向，两楼之间也可只思考1个物理路由，两楼的ROADM均为三维布局，两楼之间彼此转接的电路应具有波长和方向无关才能，其设备装备模型见图4 。同上相似，该模型不能供给转接电路在纽带楼的落地，如需落地，需在南向的WSS模块下挂AWG完结电路的落地。
需求说明的是，上述2种场景3种模型用ROADM完结光路转接的条件是光信号的传输功用满意需求，在实践网络计划中如有些光路在有些节点需求电再生，可辅以电穿插矩阵完结电路的调度，假如受限于光传输功用一切光路在一切节点都需求电再生，则没有必要选用ROADM技能。
5 待进一步研讨的疑问及将来开展展望
5.1 IP网及传输网的统筹计划
当时因为IP网和传输网别离独立进行布局及组网的计划，彼此协同仅是传输网确保IP网电路物理路由独立这一对比初级的层次，实践中首要存在三大疑问。
a） 因为IP网布局计划仅思考逻辑布局，未思考实践的传输路由，且中国电信IP网路由操控简略地选用层次化的cost值，IP包的转发从IP网视点看是合理的，但映射到光缆路由上实践上能够是绕转的，整网的传送功率会降低。
b） IP网布局，特别是直达链路的计划，仅从IP网视点思考，由此带来IP网存在很多多种传输速率需求（现网计划一起存在10、40、100 Gbit/s），会带来传输网组网杂乱，添加复用本钱。
c） 因为当时IP网技能本身存在的缺点，IP网电路升级到高速链路时，原有的低速链路很难持续长久运用，会带来传输出资的糟蹋。
统筹计划两网的布局和网络安排，能够从必定程度上处置上述疑问，节约建造出资。
别的，传输网毛病致使IP电路中止时，不能完结彻底由网管操作进行IP电路康复，还需人工有些介入，能够从IP网布局计划着手，联系传输网现有技能的才能，挑选对IP网布局至关重要的有些节点组成独自的平面，波分网将该平面的IP电路接入电穿插矩阵，并装备有些冗余容量，该平面IP电路毛病时，因为有电穿插矩阵落地端口无需调整，能够完结网管操作全程调通电路，不需人工接入，必定程度上可进一步进步IP网的安全性。
5.2 传输设备与路由器协同开展
当时IP网面对的一个严重疑问是，因为IP协议简略的包转发机制需求每个路由器都对所转发的包进行处置，但流量增加的速度现已远远大于受限于摩尔定理捆绑的路由器容量增加速度，IP网只能靠添加路由器数量来应对流量的增加，但设备数量的添加又会带来组网的杂乱和路由数量的疾速添加，结尾致使路由收敛的难度加大，进而网络功用降低，一起因为路由器需对每个包进行处置，带来了能耗的无穷消耗，互联网的可持续开展也面对应战。
这些年国际上现已开端“后IP”的技能研讨，首要思路是彻底摒弃原有TCP/IP的捆绑，采纳推倒重来的办法从头计划将来互联网，经过对系统架构及有关网络运转、办理机制的从头计划，创造出一种彻底不一样于IP系统的“革命性”新技能架构，彻底处置IP网可拓展性、安全性等疑问，构建全新的互联网下一代系统，推进互联网经济的安康可持续开展。
从头构建全新的下一代互联网系统并不是一朝一夕可完结的工作，且因为现有的IP网现已计划无穷并已深化到社会生活的各个方面，从头构建新的系统是不是可行仍存在必定争议。处置上述疑问的对比实际的途径是加强传输设备与路由器之间的协同工作，将包的转发尽量在光层面完结，削减电层面的处置，减轻路由器的压力。详细完结途径有以下几种。
a） 增开路由器间直达链路，削减IP包在路由器中的转发次数。
b） 引进传输网及IP网共同的操控平面，经过协议完结两网共同的主动路由操控，依据IP网流量的变化完结网络的动态调整。
c） 在大的中心节点引进光分组交流或光突发交流设备，完结IP包在光层的转发。
当时的网络计划建造和运营中现已在选用第一种途径，后2种途径尚有许多技能疑问需求处置，特别第三种途径中的光分组交流或光突发交流设备，因为一些光信号处置器件的研制还有待打破，其技能完结还需对比长的时刻。
