ROADM/OXC網(wǎng)絡(luò)光層保護(hù)恢復(fù)機(jī)制應(yīng)用研究

張傳熙，王 碩，段 宏（.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司，河南 鄭州 450007；.中國(guó)聯(lián)通研究院，北京 00048）

0 引言

隨著5G、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的興起，光傳送網(wǎng)也向著寬帶化、分組化、動(dòng)態(tài)化和智能化方向發(fā)展。

在此背景下，可重構(gòu)光分插入復(fù)用器（ROADM）和全光交叉（OXC）設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，在網(wǎng)絡(luò)智能化管理、靈活調(diào)度等方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。同時(shí)也引入了基于波長(zhǎng)交換光網(wǎng)絡(luò)（WSON）的路由規(guī)劃策略、業(yè)務(wù)保護(hù)與恢復(fù)機(jī)制、光層損傷的評(píng)估與控制等全新的概念。本文主要從業(yè)務(wù)生存性角度，對(duì)ROADM/OXC網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)恢復(fù)機(jī)制給出工程應(yīng)用建議。

1 WSON網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)恢復(fù)機(jī)制

ROADM 是光波分復(fù)用系統(tǒng)中的一種具備在波長(zhǎng)層面遠(yuǎn)程控制光信號(hào)分插復(fù)用狀態(tài)能力的設(shè)備形態(tài)，可以理解為WDM 設(shè)備增加了波長(zhǎng)可重構(gòu)特性。所以WDM 系統(tǒng)的傳統(tǒng)保護(hù)手段，如光通道1+1 保護(hù)、光復(fù)用段保護(hù)（OMSP）等，在ROADM系統(tǒng)也適用。

在加載了控制平面后，在波長(zhǎng)可重構(gòu)特性的加持下，ROADM 系統(tǒng)就具備了波長(zhǎng)交換光網(wǎng)絡(luò)（WSON）的特點(diǎn)，同時(shí)也具備了基于控制平面的恢復(fù)功能，主要有以下2種類型。

a）預(yù)置重路由恢復(fù)。為工作路由預(yù)先計(jì)算出一條端到端的恢復(fù)路徑，并通過(guò)預(yù)先交換信令來(lái)預(yù)留資源。對(duì)于源宿節(jié)點(diǎn)，同時(shí)建立工作路徑和恢復(fù)路徑，但此時(shí)恢復(fù)路徑并未被完全啟用，不能承載業(yè)務(wù)，在故障發(fā)生后需要激活這個(gè)恢復(fù)路徑以承載受影響的業(yè)務(wù)。預(yù)置重路由恢復(fù)的預(yù)留網(wǎng)絡(luò)資源，可以是專用的，也可以是共享的。如果是共享的，則網(wǎng)絡(luò)中其他工作路徑出現(xiàn)故障后，也可以使用該恢復(fù)路徑上的資源，此時(shí)，控制平面應(yīng)當(dāng)為該恢復(fù)路徑對(duì)應(yīng)的工作路徑再預(yù)置一條恢復(fù)路徑。對(duì)于預(yù)置重路由恢復(fù)，如果工作路徑故障，業(yè)務(wù)恢復(fù)到預(yù)置路徑上同時(shí)為業(yè)務(wù)重新預(yù)置一條新的預(yù)置路徑。如果預(yù)置路徑產(chǎn)生故障，則控制平面應(yīng)當(dāng)為工作路徑重新預(yù)置一條預(yù)置路徑。

b）動(dòng)態(tài)重路由恢復(fù)。對(duì)于動(dòng)態(tài)重路由恢復(fù)，在故障發(fā)生前，不預(yù)先建立恢復(fù)路徑。一旦故障發(fā)生，利用信令實(shí)時(shí)地建立恢復(fù)路徑，如果當(dāng)前的工作路徑再出現(xiàn)故障，則再次進(jìn)行重路由。恢復(fù)路徑的計(jì)算依賴于故障信息、網(wǎng)絡(luò)路由策略和拓?fù)湫畔⒌取?/p>

在實(shí)際的工程應(yīng)用中，配置了控制平面的ROADM/OXC 網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)支持保護(hù)與恢復(fù)的結(jié)合，兩者協(xié)同工作時(shí)，應(yīng)遵循以下原則。

a）網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，優(yōu)先進(jìn)行保護(hù)倒換。當(dāng)光通道1+1 保護(hù)與光復(fù)用段保護(hù)等倒換失敗時(shí)，再觸發(fā)重路由恢復(fù)。

b）控制平面應(yīng)同時(shí)監(jiān)測(cè)工作路徑和保護(hù)路徑的故障情況，在與OMSP 協(xié)同工作時(shí)，OMSP 倒換不應(yīng)觸發(fā)重路由恢復(fù)；在與光通道1+1保護(hù)協(xié)同工作時(shí)，可根據(jù)業(yè)務(wù)QoS 需求靈活配置保護(hù)級(jí)別，最高支持到永久1+1保護(hù)。

c）對(duì)于光通道1+1 與OMSP 等網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，業(yè)務(wù)倒換受損時(shí)間應(yīng)在50 ms以內(nèi)。

2 ROADM/OXC網(wǎng)絡(luò)保護(hù)恢復(fù)機(jī)制現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試

為了更深入地研究WSON 網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)恢復(fù)機(jī)制，對(duì)華北地區(qū)某ROADM/OXC 區(qū)域網(wǎng)進(jìn)行了全面測(cè)試。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ROADM/OXC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖1 中紅色虛線表示將網(wǎng)絡(luò)劃分為上下2 個(gè)WSON 域。其中天津—廊坊—北京—衡水、北京—保定—石家莊—衡水—德州為雙平面160波系統(tǒng)，北京、容城和濟(jì)南配置為OXC 設(shè)備，線路側(cè)配置32 維WSS板卡，本地維度配置32 維×32 上下端口的CD 結(jié)構(gòu)板卡。其余站點(diǎn)全部采用CD 結(jié)構(gòu)、20 維ROADM 組網(wǎng)，本地維度采用2 級(jí)WSS 方式配置，本地維度數(shù)量不小于各節(jié)點(diǎn)線路維度的1/2，最少配置2個(gè)本地模塊。

OXC設(shè)備是把ROADM 節(jié)點(diǎn)內(nèi)WSS之間的互連光纖做成了光背板，集成到設(shè)備內(nèi)部，省去了人工跳纖，使光交叉連接完全實(shí)現(xiàn)了電子化、自動(dòng)化，極大地降低了出錯(cuò)概率。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，OXC 設(shè)備可以理解為ROADM 的一種更先進(jìn)的設(shè)備形態(tài)，代表了ROADM 的演進(jìn)方向。

測(cè)試包含以下幾個(gè)部分。

2.1 OMSP 與WSON 重路由恢復(fù)的結(jié)合（OMSP+WSON）

OMSP+WSON 測(cè)試主要考察OMSP 和WSON 的協(xié)同工作能力，將天津—廊坊—北京—衡水、北京—保定—石家莊—衡水—德州設(shè)置為共享風(fēng)險(xiǎn)鏈路組（SRLG）。在北京—石家莊建立20 條業(yè)務(wù)λ1～λ20，λ 19，λ20 為關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)，手工將λ1～λ20 業(yè)務(wù)路由全部設(shè)置為北京—保定—石家莊，并設(shè)為自動(dòng)返回，返回時(shí)間60 s，將λ1 設(shè)置為低優(yōu)先級(jí)，業(yè)務(wù)恢復(fù)策略為動(dòng)態(tài)重路由。測(cè)試過(guò)程和結(jié)果如表1所示。

表1 OMSP+WSON協(xié)同保護(hù)測(cè)試記錄

在北京—鄭州建立1條跨域業(yè)務(wù)λ26，路由為北京—衡水—開(kāi)封—鄭州。關(guān)斷衡水發(fā)北京主用OA 激光器，業(yè)務(wù)倒換到備用，北京顯示中斷時(shí)間19.95 ms。繼續(xù)關(guān)斷衡水發(fā)北京備用OA 激光器，業(yè)務(wù)中斷，未發(fā)生重路由。

OMSP+WSON 協(xié)同工作時(shí)，WSON 實(shí)時(shí)監(jiān)控OMSP主備路由的光信號(hào)狀態(tài)。當(dāng)主備路由都有光時(shí)，WSON 處于禁止（disable）狀態(tài)；當(dāng)主備路由只有一路有光時(shí)，WSON 處于使能（enable）狀態(tài)。據(jù)此分析，OMSP+WSON系統(tǒng)保護(hù)有以下特點(diǎn)：

a）業(yè)務(wù)發(fā)生中斷時(shí)，優(yōu)先觸發(fā)OMSP倒換，當(dāng)OMSP倒換失敗時(shí)，再啟動(dòng)WSON重路由。

b）OMSP 由保護(hù)路徑自動(dòng)返回工作路徑時(shí)，不觸發(fā)WSON重路由。

c）WSON 由恢復(fù)路徑自動(dòng)返回工作路徑時(shí)，不觸發(fā)OMSP倒換。

d）OMSP 主備路由作為一個(gè)整體參與WSON 算路，OMSP 倒換至備用路由時(shí)，不應(yīng)因OSNR 劣化導(dǎo)致業(yè)務(wù)性能不達(dá)標(biāo)。

e）OMSP倒換能滿足業(yè)務(wù)受損時(shí)間在50 ms以內(nèi)，WSON重路由的業(yè)務(wù)受損時(shí)間在幾秒到幾分鐘不等。

f）跨域業(yè)務(wù)只支持OMSP 保護(hù)，不支持WSON 重路由。

2.2 光通道1+1與OMSP+WSON的協(xié)同保護(hù)

光通道1+1 保護(hù)（OCH 1+1）是通過(guò)光保護(hù)板來(lái)實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)設(shè)置位置的不同，共有2 種實(shí)現(xiàn)方式，如圖2、圖3所示。

圖2 OCH 1+1保護(hù)方式1示意圖（客戶側(cè)1+1）

圖3 OCH 1+1保護(hù)方式2示意圖（線路側(cè)1+1）

OCH 1+1 保護(hù)與OMSP 類似，也是通過(guò)雙發(fā)選收機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)保護(hù)，可以滿足倒換時(shí)間<50 ms 的要求。

本測(cè)試主要考察OCH 1+1、OMSP 和WSON 的協(xié)同工作能力。在北京魯谷—石家莊中山東路建立1條100G 業(yè)務(wù)，設(shè)置為動(dòng)態(tài)重路由，配置客戶側(cè)1+1 保護(hù)，主用路由北京—衡水—石家莊，備用路由北京—保定—石家莊。測(cè)試過(guò)程和結(jié)果如表2所示。

表2 OCH 1+1與OMSP+WSON協(xié)同保護(hù)測(cè)試記錄

據(jù)此分析，可以得出如下結(jié)論。

a）OCH 1+1 與OMSP 單獨(dú)工作時(shí)，倒換時(shí)間均在50 ms 以內(nèi)，兩者嵌套時(shí)，會(huì)引起倒換聯(lián)動(dòng)，需設(shè)置拖延時(shí)間，建議將OCH 1+1 拖延時(shí)間設(shè)置為100 ms 以上。

b）線路側(cè)1+1 不支持自動(dòng)變換波長(zhǎng)，不能與WSON協(xié)同工作。

c）客戶側(cè)1+1 與WSON 協(xié)同工作時(shí)，可通過(guò)自定義重路由次數(shù)和觸發(fā)條件，實(shí)現(xiàn)永久1+1保護(hù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，ROADM 與OXC 2 種設(shè)備支持混合組網(wǎng)，均可支持OMSP+WSON 協(xié)同保護(hù)，但WSON網(wǎng)絡(luò)對(duì)OCH 1+1 與OMSP 的組合支持程度有限，不建議采用。

從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能力角度考慮，ROADM/OXC 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備多等級(jí)的保護(hù)恢復(fù)能力，利用WSON 控制平面功能，可以根據(jù)業(yè)務(wù)SLA 等級(jí)要求進(jìn)行相應(yīng)配置。在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的多種保護(hù)恢復(fù)機(jī)制的嵌套和協(xié)同，是智能光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。根據(jù)文中的測(cè)試結(jié)論，對(duì)ROADM/OXC 網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)恢復(fù)配置提出如下建議。

a）應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)QoS 要求來(lái)設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)恢復(fù)方式。

b）OMSP 可滿足所有業(yè)務(wù)抗一次斷纖故障，且故障受損時(shí)間小于50 ms，適用于大量業(yè)務(wù)抗一次斷纖，且光纜資源豐富的場(chǎng)景。

c）WSON 重路由可抗多點(diǎn)、多次故障，可靠性受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和負(fù)載的影響，需通過(guò)專業(yè)軟件對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行故障仿真，對(duì)恢復(fù)資源進(jìn)行預(yù)配置。重路由時(shí)間從幾秒到幾分鐘不等，適用于業(yè)務(wù)故障受損時(shí)間要求低的場(chǎng)景，可根據(jù)QoS要求自定義重路由次數(shù)。

d）對(duì)于要求抗多點(diǎn)、多次故障，且故障受損時(shí)間小于50 ms 的業(yè)務(wù)，可采用客戶側(cè)OCH 1+1 與WSON結(jié)合，最高可實(shí)現(xiàn)永久1+1。

e）WSON 與OMSP、WSON 與客戶側(cè)OCH 1+1 均可完美協(xié)同，但三者之間的嵌套保護(hù)存在缺陷，工程配置上不建議采用過(guò)多的保護(hù)恢復(fù)組合。

ROADM/OXC 網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)用戶差異化的業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)資源使用情況采用多樣的保護(hù)恢復(fù)機(jī)制，相比傳統(tǒng)WDM 網(wǎng)絡(luò)可以提供更良好的生存性機(jī)制以應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的故障，具有動(dòng)態(tài)的業(yè)務(wù)配置能力和良好的資源利用率，是應(yīng)對(duì)未來(lái)各種差異化、動(dòng)態(tài)化和高帶寬業(yè)務(wù)需求的首選技術(shù)。