摘要：在數(shù)字經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，算力網(wǎng)絡(luò)對傳送網(wǎng)絡(luò)承載能力提出了更高的要求。傳統(tǒng)的城域OTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以環(huán)形為主，環(huán)路之間相互獨(dú)立，鏈路利用率低，業(yè)務(wù)交叉調(diào)度能力差。該文依托WSS和ROADM技術(shù)提出的新一代城域網(wǎng)OTN技術(shù)架構(gòu)，具有更低的組網(wǎng)成本、更靈活的調(diào)度能力、更簡易的運(yùn)維和更快捷的部署等特征，可以全面滿足算力用戶高品質(zhì)需求。

關(guān)鍵詞：算力網(wǎng)；OTN；WSS；ROADM

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.10.011

中圖分類號：TN 915 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）10-00-03

Research on the Development Direction of Urban OTN in the Era of Computing Power

Abstract： With the rapid development of the digital economy today， computing power networks have put forward higher requirements for the transmission network to carry. The traditional urban OTN network architecture is mainly based on rings， which are independent of each other， have low link utilization， and poor business cross scheduling capabilities. This article proposes a new generation of urban area network OTN technology architecture based on WSS and ROADM technologies， which has the characteristics of lower networking costs， more flexible scheduling capabilities， simpler operation and maintenance， and faster deployment， and can fully meet the high-quality needs of computing power users.

Keywords： computing power network; OTN; WSS; ROADM

0 引言

隨著云計(jì)算、邊緣計(jì)算等新型業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，業(yè)務(wù)流量高速增長，城域網(wǎng)的匯聚層和接入層已經(jīng)開始大量部署OTN/WDM設(shè)備。但底層光網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娜匀皇枪饽M信號，復(fù)雜性高。為適配新業(yè)務(wù)發(fā)展，OTN急需升級轉(zhuǎn)型。

本文面向算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新需求并結(jié)合運(yùn)營商城域光傳送網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，提出新一代城域OTN技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)，通過多環(huán)共享、波長資源池化等技術(shù)，減少對機(jī)房配套條件的需求，大幅降低城域網(wǎng)部署OTN/WDM的難度和成本。

1 城域光傳送網(wǎng)發(fā)展趨勢與面臨的挑戰(zhàn)

面向算力網(wǎng)絡(luò)、東數(shù)西算樞紐算力連接，構(gòu)建基于OXC（Optical Cross-connect，全光交叉連接）的光電聯(lián)動新型全光網(wǎng)架構(gòu)已成為發(fā)展趨勢。與此同時(shí)，城域網(wǎng)絡(luò)在為萬千行業(yè)提供品質(zhì)算力時(shí)，需要具備低時(shí)延、高靈活性、高可靠等入算能力，面對算力時(shí)代新的網(wǎng)絡(luò)定位和升級轉(zhuǎn)型，需深入研究新型城域光傳送網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)和技術(shù)。

算力網(wǎng)絡(luò)需要構(gòu)建提供確定性運(yùn)力的OTN全光運(yùn)力底座，城域OTN組網(wǎng)需要更加經(jīng)濟(jì)高效，向著低復(fù)雜、低成本和高靈活、高智能的方向發(fā)展[1]。

（1）低成本：緊湊的設(shè)計(jì)、高資源利用率。如果繼續(xù)采用獨(dú)立多環(huán)的組網(wǎng)方式，環(huán)間完全獨(dú)立，每個環(huán)按照滿波40波系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)，這樣接入環(huán)的平均波道利用率只有20%左右，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。匯聚站點(diǎn)到每個接入環(huán)每個光方向必須有一套獨(dú)立的光層，部署一個獨(dú)立的子架，會占用一定的機(jī)房空間。城域OTN下沉到匯聚接入層級站點(diǎn)數(shù)量將呈現(xiàn)10倍以上增加，城域OTN需要考慮采用更緊湊的設(shè)計(jì)和更高資源利用率的方案。

（2）低復(fù)雜：簡便的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和交付。波分系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段需要分析線路插損、光功率預(yù)算、入纖光功率、濾波代價(jià)、色散、PMD容限和非線性效應(yīng)等多個參數(shù)。每個光方向基本由分合波板、光監(jiān)控信道板和光放單板等獨(dú)立單板組成，需要大量的人工連纖，必須由專業(yè)人員進(jìn)行交付。為了更好地滿足快速部署要求，需要考慮如何簡化規(guī)劃、設(shè)計(jì)和交付流程，縮短業(yè)務(wù)上線時(shí)間，同時(shí)站點(diǎn)配置最好是可以歸一，這樣可以減少備件數(shù)量、降低站點(diǎn)維護(hù)難度[2]。

（3）高靈活：更高的靈活性和更好的長期演進(jìn)能力。采用FOADM，部署后每個端口接入的波長是固定的，無法根據(jù)后續(xù)流量和流向需求進(jìn)行波道動態(tài)調(diào)整。如果前期出現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)錯誤，就需要重新上站更換單板、進(jìn)行人工跳纖等操作。隨著流量的增加，為了持續(xù)降低單Bit成本，需要考慮采用更高的單波速率，更高的單波速率，如400G+，要求光層支持更寬和可調(diào)的波道間隔。

（4）高智能：資源自動分配、自動調(diào)測和智能故障定位等能力。當(dāng)前波分網(wǎng)絡(luò)基本上采用的都是離線規(guī)劃的方式，規(guī)劃和部署并非實(shí)時(shí)無縫銜接。如果交付過程中出現(xiàn)業(yè)務(wù)調(diào)整，就需要重新人工錄入規(guī)劃工具，可能需要花費(fèi)數(shù)天才能完成調(diào)整。在光電協(xié)同方面，如果可以直接檢測識別波長信號的各種關(guān)鍵特征信息，這樣光層就可以與電層形成聯(lián)動，光電資源可以實(shí)現(xiàn)更高效的融合。同時(shí)需要考慮不斷提升故障定位效率，改變被動運(yùn)維的方式，實(shí)現(xiàn)對光纖質(zhì)量、業(yè)務(wù)健康度的提前預(yù)測。

2 新一代城域OTN理念與技術(shù)架構(gòu)

2.1 新一代城域OTN網(wǎng)絡(luò)理念

在算力網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)將由原來的固定/半固定式點(diǎn)對點(diǎn)連接轉(zhuǎn)向靈活的任務(wù)式調(diào)度連接，業(yè)務(wù)需求時(shí)間不確定，業(yè)務(wù)顆粒大小不確定，業(yè)務(wù)源宿方向不確定。因此，傳送網(wǎng)將從純電層OTN固定式組網(wǎng)走向光電聯(lián)動靈活組網(wǎng)。

面向城域網(wǎng)絡(luò)，為提供一流的入算連接服務(wù)，實(shí)現(xiàn)廣泛的用戶快速接入，下一代城域OTN網(wǎng)絡(luò)需要具備如下特征。

（1）更低的建網(wǎng)成本。在滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求、保障承載底座品質(zhì)的前提下，通過組網(wǎng)架構(gòu)創(chuàng)新、站點(diǎn)模型創(chuàng)新以及光/電器件創(chuàng)新釋放創(chuàng)新紅利，實(shí)現(xiàn)更低的成本投入。

（2）更靈活的調(diào)度能力。在電層和光層方面具備全顆粒的業(yè)務(wù)交叉調(diào)度能力，小顆粒業(yè)務(wù)通過電層調(diào)度，大顆粒業(yè)務(wù)通過光層波長調(diào)度，互相協(xié)調(diào)，高效運(yùn)作。

（3）更簡易的運(yùn)維。傳送網(wǎng)絡(luò)正在逐步向自動化、智能化演進(jìn)，通過光層數(shù)字化與AI技術(shù)的融合，提升傳送網(wǎng)絡(luò)的自我管理和優(yōu)化能力，減輕了運(yùn)維人員的工作壓力，為高效便捷的運(yùn)維工作提供有力保障[3]。

2.2 城域OTN技術(shù)架構(gòu)演進(jìn)

面對新的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，結(jié)合城域網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與變化趨勢，從技術(shù)架構(gòu)、城域演進(jìn)、網(wǎng)絡(luò)自動化和可重構(gòu)等4個維度出發(fā)，基于共享式理念提出了全新城域OTN技術(shù)架構(gòu)，全面提升網(wǎng)絡(luò)資源利用效率。

（1）根據(jù)城域網(wǎng)絡(luò)傳送帶寬呈現(xiàn)非對稱分布、逐層匯聚的特點(diǎn)，采用創(chuàng)新型多環(huán)共享網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以提升資源利用效率和實(shí)現(xiàn)更低的建網(wǎng)成本。匯聚節(jié)點(diǎn)由每方向獨(dú)占一套光層升級為多個方向共享一套ROADM光層，頻譜資源由每個環(huán)路獨(dú)占48波/96波演進(jìn)到多個匯聚環(huán)共享48波/96波，大幅度提升核心節(jié)點(diǎn)之間的波長利用率。大幅節(jié)省機(jī)房空間，降低設(shè)備購置成本和能耗。

（2）面向城域的低成本相干組網(wǎng)，全業(yè)務(wù)承載，支撐帶寬/業(yè)務(wù)長期演進(jìn)。采用OTN和ROADM作為全光網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)技術(shù)，既支持電層2 Mbps～100 Gbps帶寬的匯聚和靈活調(diào)度，也可面向100 Gbps及以上的帶寬提供光層波長級動態(tài)調(diào)度能力，滿足TOC/TOB/ToH全業(yè)務(wù)、全帶寬的綜合承載。面向城域推進(jìn)低成本相干技術(shù)，免除配置DCM模塊，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)10 Gbps非相干網(wǎng)絡(luò)升級，推動網(wǎng)絡(luò)向100 Gbps/200 Gbps/400 Gbps演進(jìn)。

（3）自動波長分配，自動光層調(diào)測，自動業(yè)務(wù)發(fā)放。支持全網(wǎng)波長的自動分配，網(wǎng)元自動上線，并引入數(shù)字光標(biāo)簽技術(shù)實(shí)現(xiàn)光層自動調(diào)節(jié)，構(gòu)建網(wǎng)元和網(wǎng)絡(luò)級的自動化軟能力。無須波長人工規(guī)劃設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，開局時(shí)不需要軟調(diào)工程師進(jìn)站操作。支持遠(yuǎn)程故障快速定界和處理，全面提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率，并通過管控層面進(jìn)一步智能化，支持光電聯(lián)動和智能算路，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的端到端自動發(fā)放[4]。

（4）光層ROADM化，連接可重構(gòu)，波長無感知，站點(diǎn)典配實(shí)現(xiàn)去專業(yè)化快速部署。光層由FOADM升級為ROADM，支持光層Colorless和Flexgrid。其中，光層Colorless支持上下波端口波長可調(diào)。同時(shí)可采用光層集成設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)極簡典配，支持光層1板1方向。

3 城域OTN關(guān)鍵技術(shù)

3.1 新型城域ROADM技術(shù)

當(dāng)前城域匯聚層以下網(wǎng)絡(luò)以FOADM組網(wǎng)方式為主，需要采用ROADM組網(wǎng)方式滿足未來算力網(wǎng)絡(luò)靈活調(diào)度新需求。傳統(tǒng)ROADM應(yīng)用于城域網(wǎng)面臨成本較高、空間較大、功耗較高等挑戰(zhàn)，需要在多環(huán)匯聚節(jié)點(diǎn)和環(huán)上接入節(jié)點(diǎn)引入新的技術(shù)方案。

3.1.1 基于多環(huán)共享架構(gòu)的新型WSS技術(shù)

在OTN中，WSS不可或缺，它是實(shí)現(xiàn)ROADM波長調(diào)度功能的核心，傳統(tǒng)WSS為1×N設(shè)計(jì)，僅處理單向光信號，并將其按照特定的波長調(diào)度到多個方向。針對城域網(wǎng)的多接入環(huán)路匯聚至一組匯聚節(jié)點(diǎn)的場景，采用新型的M×N WSS。這一新型WSS支持多環(huán)路共享，不僅優(yōu)化了設(shè)備空間，還顯著降低了功耗和成本，為網(wǎng)絡(luò)布局帶來了更高效、經(jīng)濟(jì)的解決方案。

3.1.2 基于多器件合封的邊緣極簡ROADM技術(shù)

面對城域OTN接入環(huán)的二維組網(wǎng)需求，傳統(tǒng)的ROADM顯得造價(jià)較高且實(shí)施復(fù)雜。為解決這一難題，新型極簡ROADM技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它依托光耦合器、分路器和相干接收器，無須WSS器件，即可實(shí)現(xiàn)波長路由選擇，同時(shí)保留ROADM的Colorless/Flexgrid特性。

3.2 基于硅光技術(shù)的新型城域相干模塊技術(shù)

隨著各種新型業(yè)務(wù)的發(fā)展，城域接入容量不斷增長，城域大帶寬需求亟待解決。當(dāng)前業(yè)界大容量傳輸方案有相干100 Gbps/200 Gbps技術(shù)、非相干100 Gbps技術(shù)、點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP）相干技術(shù)等。

采用53GBaud PAM4調(diào)制格式的O波段非相干100 Gbps技術(shù)，由于傳輸距離短（10～40 km）無法全覆蓋城域傳輸場景，當(dāng)前主要應(yīng)用在客戶端連接；點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP）相干技術(shù)當(dāng)前正處于研究階段，短期內(nèi)無法達(dá)到成熟，需要產(chǎn)業(yè)鏈長期共同培育。

3.3 基于類MCM的光層數(shù)字化標(biāo)簽技術(shù)

傳統(tǒng)的光層OAM信息通過外置高速VOA來調(diào)節(jié)單波的光功率從而實(shí)現(xiàn)模擬信號承載，對單波信號性能會產(chǎn)生比較大的影響。光層數(shù)字標(biāo)簽利用創(chuàng)新的類MCM調(diào)制技術(shù)，巧妙地將高速數(shù)字信號作為載波，疊加多載波低速調(diào)制信息。在oDSP內(nèi)部，這一技術(shù)直接對碼流電信號進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了精確的控制調(diào)節(jié)。在接收端，通過先進(jìn)的技術(shù)將子載分離，進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)控，有效避免了載波間的干擾和信號碼間串?dāng)_，增強(qiáng)了數(shù)字信號的糾錯能力。

光層數(shù)字標(biāo)簽信息包括波長值、發(fā)端光功率、編制碼型、通道帶寬、源宿站點(diǎn)等。在每一個監(jiān)測點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對每個波長光標(biāo)簽的檢測，識別不同波長業(yè)務(wù)的中心波長、業(yè)務(wù)速率、源節(jié)點(diǎn)信息等，并根據(jù)識別出的信息，實(shí)現(xiàn)波長資源可視化、單波功率檢測功能，提升業(yè)務(wù)規(guī)劃透明度和便利性，提升網(wǎng)絡(luò)的智能化運(yùn)維水平。

4 下一代城域OTN組網(wǎng)場景分析

算力時(shí)代，為提供一流的連接服務(wù)，打造全生命周期高效網(wǎng)絡(luò)，采用全光運(yùn)力底座已成為行業(yè)共識。以O(shè)XC、400 Gbps為代表的新技術(shù)蓬勃發(fā)展，推動光傳送網(wǎng)向光電聯(lián)動、扁平化、低時(shí)延的智慧全光網(wǎng)方向發(fā)展。當(dāng)前骨干網(wǎng)和城域核心層正基于光電聯(lián)動OTN和OXC技術(shù)進(jìn)行新一輪的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)高效的算力互聯(lián)。

以某核心匯聚層城域網(wǎng)絡(luò)為例，核心層由4個節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，其中樞紐一/樞紐三兩個核心節(jié)點(diǎn)下掛8個匯聚環(huán)，每個匯聚環(huán)上有1～3個業(yè)務(wù)接入點(diǎn)，單個匯聚節(jié)點(diǎn)需求2～4個波長，8個匯聚環(huán)共約30波。該網(wǎng)絡(luò)可通過城域OTN實(shí)現(xiàn)樞紐一/樞紐三兩個核心節(jié)點(diǎn)共享同一個ROADM單板，完成8個匯聚環(huán)接入；匯聚節(jié)點(diǎn)采用極簡ROADM實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)上下，基于數(shù)字化標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)100 Gbps/200 Gbps波長自動分配。

上述網(wǎng)絡(luò)可以通過采用OTN方案，全網(wǎng)實(shí)現(xiàn)ROADM功能，增強(qiáng)智慧運(yùn)維能力，滿足算力網(wǎng)絡(luò)靈活調(diào)度的需求，支持網(wǎng)絡(luò)長期演進(jìn)。初步估算，基于新一代OTN方案，建網(wǎng)帶寬提升，單Bit成本下降。波長資源共享提升波長利用效率，促使平臺成本下降。端到端ROADM化帶來空間、功耗約下降?；趧?chuàng)新光標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)運(yùn)維自動化，降低OPEX開銷。

5 結(jié)束語

結(jié)合城域匯聚環(huán)特點(diǎn)，在城域網(wǎng)中采用新一代OTN組網(wǎng)架構(gòu)，具有更低的組網(wǎng)成本、更靈活的調(diào)度能力、更簡易的運(yùn)維和更快捷的部署特征，可全面滿足算力用戶高品質(zhì)需求，具有顯著的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸源，白立武，張立明，等．城域池化波分解決方案及工程試點(diǎn)研究[J]．山東通信技術(shù)，2024，44（1）：20-23．

[2] 逯向軍．基于OTN的算力網(wǎng)絡(luò)承載技術(shù)研究[J]．長江信息通信，2023，36（10）：204-206．

[3] 范璐璐，于嘉．基于ROADM技術(shù)的本地OTN網(wǎng)絡(luò)部署策略研究[J]．通信技術(shù)，2018，51（5）：1132-1135．

[4] 陳城．基于WSS的ROADM技術(shù)研究以及在光傳送網(wǎng)中的應(yīng)用[D]．武漢郵電科學(xué)研究院，2019．