2018/09/DTPT
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收稿日期：2018-06-28
1概述
近年来电信业最显著的发展趋势是以语音为代表的传统电信业务的下降和以网络电视（IPTV ）、云计算、物联网等为代表的新型电信业务的兴起。这种变化加快电信网络向宽带化、分组化、动态化和低成本化发展，同时这种变化也使网络带宽的管理成为了新的发展瓶颈。 在上述背景下，可重构光分插复用器（ROADM ）设备应运而生，在网络智能化管理、灵活调度等方面取得了长足的进步。同时也引入了基于WSON 的路由规划策略、业务保护与恢复机制、光层损伤的评估与控制等全新的概念，对网络规划设计提出了更多新的要求。 2ROADM 设备简介与网络结构设计
ROADM 的全称翻译为可重构的光上下路复用
器，其定义是光波分复用系统中的一种具备在波长层
面远程控制光信号分插复用状态能力的设备形态。ROADM 在OADM 设备的基础上增加了可重构特性，
同时，它还兼备了OXC 设备的部分功能。
ROADM 波长重构体现在可以将任意方向的任意
ROADM 智能网保护恢复方式探讨
Discussion on Methods of Network Protection and Restoration on ROADM System
关键词：
波长交换光网络；光复用段保护；重路由doi ：10.12045/j.issn.1007-3043.2018.09.018中图分类号：TN914文献标识码：A
文章编号：1007-3043（2018）09-0076-06
摘要：在总结ROADM 系统关键技术的基础上，对其网络设计进行了探讨，对ROADM 网络中保护与恢复技术的工程应用进行了分析。重点研究了传统网络保护方式与新型智能网络恢复方式的技术特点，
结合工程实际，从设备配置、业务时延、网络利用率、业务可靠性等多个方面对保护方式进行对比，通过分析模拟结果，以真实数据为基础，对ROADM 智能网保护方式的规划设计原则给出建议。
Abstract ：
Based on the summarization of the key technology of ROADM system，network design is discussed，and the project applica-tion of the ROADM network protection and restoration is analyzed.Focused on the technical charcteristics of traditional net-work protection and intelligent network restoration in practical project，the protection methods are compared in terms of equipment configuration，service delay，network utilization and service reliability.Combined with the analysis of the simulation results and the real data，the proposal for design principle of ROADM network protection is given.
Keywords ：
WSON；OMSP；Reroute
张传熙，王
鹏，刘乘龙（中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司，河南郑州450007）
Zhang Chuanxi ，Wang Peng ，Liu Chenglong （China Information Technology Designing &Consulting Institute Co.，Ltd.Zhengzhou
Branch ，Zhengzhou 450007，China ）
引用格式：张传熙，王鹏，刘乘龙.ROADM 智能网保护恢复方式探讨［J］.邮电设计技术，2018（9）：76-81.
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1个或1组输入波长配置到其他任意方向去，实现波长
在节点的任意互联。相对于传统的固定上下波长OADM （FOADM ），ROADM 可以在1个节点上完成光通道的上下路以及穿通波道之间的波长级别的交叉调度。ROADM 网络可以通过软件远程控制网元中的ROADM 设备实现上下路波长的配置和调整，增强波分复用的灵活性，以实现不同节点间波长级的交叉调
度，突破传统的WDM 系统链状组网的局限。ROADM 组网可以应用于链形、环形和网状网3类网络结构中。2.1链形网
如图1所示，一个点到点的链形WDM 系统中，中间某个站点有部分业务需要上下，可在该站点配置2维ROADM ，提供业务上下能力。在该站点直通的业务，通过ROADM 自动配置为直通，可有效降低投资，缓解机房空间和用电压力。
近年来在骨干网WDM/OTN 系统建设中已大规模采用上述方案。2.2环形网
如图2所示，环形网络中每一个业务上下节点均采用ROADM ，所有业务仅在源节点和目的节点配置光电转换OTU ，而在中间节点全部采用光层波长直通方式。这种方式可节省中间业务直通站点的中继型OTU 数量，同时实现直通业务的自动配置。当业务的传输距离太长，无法保证性能时，可根据需要在中间
设置中继。
2个环形网在相切或相交时，可在相切节点或相
交节点配置多维ROADM ，实现跨环业务的自动调度，如图3所示。
环网的主要应用场景是本地网的核心汇聚层，网络距离较短，一般不需要对业务进行电中继，在距离不长的省内干线中也可以应用。2.3网状网
多维ROADM 非常适合用于建设网状网，如图4所示。网状组网路由丰富，在设备或线路故障时通过路由切换迂回确保业务畅通，是智能光网络的主要组网方式之一。
从ROADM 网络光层传输性能、保护恢复性能和建网经济性等方面考虑，网状网的范围不宜太大，主要应用场景包括省际区域骨干网（如京津冀区域、长三角区域等）、省内骨干网、本地网的核心汇聚层等。在网络设计时，应根据区域内业务节点分布及光缆网结构，尽可能多地实现各节点间光层连接，丰富Mesh 网路由，各节点需要至少有2个物理路由与其他节点互连。
3ROADM 网络的保护与恢复
双电源控制器
ROADM 系统通常采用Mesh 型组网，相比传统链
形系统单一路由，ROADM 网络具有业务量大、网络节点多、节点连通度高等特点，保护恢复的应用更复杂。
3.1网络保护
网络保护是指当发现故障后，将业务从工作波道
图1ROADM 链形网结构示意图
图3ROADM 相切环和相交环组网结构示意图
图4ROADM 网状组网结构示意图
图2ROADM 环形网结构示意图
OTM
OTM
2维ROADM
短信支付平台N×OA
M×OA
A B
C
D
E
A
B C D E
F
G
H I G
H ROADM
ROADM
A
B
C
D A
B
G
C
D
E
F
H
I
J
挡风抑尘墙K
L
M
N
O
P
Q
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倒换到预先配置好的保护波道中，从而快速实现业务服务的恢复，降低故障对网络的影响。
光层的网络保护主要分为光复用段/光放段保护、光通道层1+1保护等。
3.1.1光复用段/光放段保护（OMSP/OLP ）
OMSP 和OLP 都属于光线路保护内容，主要利用
在入纤点设置分光器/耦合器，通过双发选收机制来实现，一般能够满足倒换时间小于50ms 的要求，保护方式如图5和图6所示。
OMSP 保护是最经济高效的保护方式，已经在中
国联通网络中广泛应用。OLP 保护应用较少，主要原因是OLP 板卡的光层损伤效应在长距离传输中得到
累积，会极大地削弱传输性能。ROADM 网络中，不建
议采用OLP 保护。
3.1.2光通道层保护（OCH 1+1）
与OMSP/OLP 保护相似，OCH 1+1也是通过分光器/耦合器来实现，只是设置的位置有所不同，共有2种实现方式，如图7和图8所示。
图5OMSP 保护方式示意图
图6OLP 保护方式示意图
图7OCH 1+1保护方式1示意图
图8OCH 1+1保护方式2示意图
O T U
客户侧
O L P
主
备
备备
主
主
OA OA
OA
O L P
O T U
客户侧
OA OTM/OADM
OTM/OADM
客户侧O T U
O L P
OA
O L P
OA
O T U 客户侧
主
备
OTM/OADM
OTM/OADM
客户
设备
1+1保护单元
OTU1OTU2
ROADM #1
工作波道
保护波道
ROADM 网络ROADM #n
OTU1OTU2
1+1保护单元
客户
设备客户设备
1+1保护单元
OTU
ROADM #1
工作波道
保护波道
ROADM 网络ROADM #n
1+1保护单元
客户设备
OTU
利用1+1保护单元分离出工作通道和保护通道，经由不同的上下路模块接入ROADM 光交叉进入网络，也是通过双发选收机制来实现业务保护，可以满足倒换时间小于50ms 的要求。3.2网络恢复
ROADM 网络的恢复功能是基于WSON 协议来实
现，主要有以下2种类型。3.2.1预置重路由恢复
预置路由恢复机制是指恢复路由在故障发生之前就已经确定并存储在预置路由表中，当故障发生时
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直接调用相应的恢复路由建立恢复波道，预置路由表应根据网络当时的资源情况定期更新。如果预置恢复路由失败，将自动启动动态路由恢复。3.2.2动态重路由恢复
动态路由恢复机制是指在故障发生后节点才根据网络当时的资源情况进行路由计算，寻恢复路由，继而建立恢复波道。
网络恢复是通过重路由机制建立新的连接以代替失效的连接，这些新连接会占用网络中预置或冗余的共享容量。与保护不同，当故障发生进行恢复时，网络中支持该连接的部分或全部交叉连接将会发生变化。
需要说明的是，业务恢复过程是光信号的建立过程。光器件的响应速度决定了基于WSON 的业务恢复无法满足业务中断时间小于50ms 的要求。3.3OMSP 与WSON 的协同
OMSP 与WSON 各有优缺点，如表1所示。
OMSP 保护具有单段孤立性和协议无关性，故障
影响的范围更小，可以实现对80个波道的同时保护，且保护倒换时间不超过50ms ，可实现对网络的低成本高效保护。WSON 具备较强的抗多点故障的能力，启用WSON 即可实现网络的全局保护。
从建网的经济性和易维护角度考虑，应选用OM⁃
SP 保护；从网络的健壮性和可靠性角度考虑，WSON 具有更大的优势。要充分发挥ROADM 网络的可重构功能，更应开启WSON 。在光缆条件具备的情况下，可采用OMSP+WSON 协同保护的模式，OMSP 在物理层实现光纤级别的保护，WSON 在控制层面通过协议算法实现智能恢复，如图9所示。
在OMSP 和WSON 协同工作时，应遵循以下原则。a ）WSON 不参与OMSP 倒换，OMSP 倒换不触发WSON 重路由。
b ）OMSP 应作为单个链路参与WSON 路径计算。
c ）WSON 控制平面应实时监控OMSP 主备链路的光学性能。
3.4ROADM 网络保护恢复性能分析
OMSP 保护是最经济高效的保护方式，在ROADM
组网中，也可以采用OMSP 保护方式实现对网络的低成本高效保护，但OMSP 保护对光缆的路由和光缆纤芯数量的要求比较多，建设光缆的成本也比较高。
OCH 1+1保护占用通道资源较多，每条业务均需配置2块保护板卡，网络重载时占用机房空间较多，不建议大量业务采用该保护方式。
ROADM 的网络恢复是基于WSON 的路由协议来
实现的。通过重路由方式进行业务恢复能够以较低的代价提供网络级的保护能力，并且能抗多点、多次故障。在预置重路由模式下，预置路由应尽量与工作路由分离；在动态重路由模式下，可设置多条工作路由共享1条恢复路由。由于WSON 的协议相关性，在网络故障（尤其是多点故障）时，其恢复路由不受人为控制，会给网络运维造成困难。表2是几种网络保护恢复方式的对比。
为了得到更全面的分析结果，以某区域ROADM
表1
OMSP 和WSON 保护方案对比
表2
ROADM 网络保护恢复方式对比
图9
OMSP 和WSON
的协同方案
WSON 控制层面OLP
OLP
F I U F I U F I U F I U
主OMS 链路
备OMS 链路
主1备1
备1
主1
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网的拓扑结构为网络模型，加载一定量的业务，对多种保护恢复方式进行了模拟仿真与测试，网络拓扑如图10所示。
网络模型共30个ROADM 节点，48个光复用段，其中除了7个复用段光缆不具备条件外，其余段落可以配置OMSP 保护。图中绿表示有OMSP 条件的段落，红表示无OMSP 条件的段落。在采用OMSP+WSON 协同保护方式并抗一次断纤的情况下，要求经过无OMSP 段落的业务可以进行端到端业务重路由恢
复。
选取404条业务搭建业务模型，每个站点分配不同的业务量，其中有38条业务需要双路由分担，涵盖E —F 、A —G 、I —F 等多个业务源宿点。对404条业务进行网络保护恢复的仿真计算，从ROADM 网络的时延性能、波道利用率、业务可靠性等多角度对OMSP 、
WSON 以及OMSP+WSON 协同方式进行了对比分析。3.4.1时延对比
针对OMSP 网络模型的工作路径、WSON 网络模型的工作路径和预置恢复路径做了业务规划仿真，统计出不同模型下的业务时延，如表3所示。
OMSP 方案和WSON 方案的时延性能相当，OMSP
平均时延略高的主要是因为个别路由较长段落的光缆性能较好，而人为地将其设置为工作路径。WSON
预置路由因为要与工作路由分离而不得不绕远，所以时延性能较差。
3.4.2波道利用率
波道利用率也是衡量网络性能的一个重要参数，在同等业务量条件下，波道利用率越小，网络的承载能力越强。图11是承载404条业务时，3种保护方案
下的波道利用率对比。
机组式柔印机3种模型的波道利用率关系为OMSP ＜WSON ＜
OMSP+WSON 。需要说明的是，本着光纤使用一致的
原则，在考察WSON 方案时，将OMSP 方案的备用路由算作线路方向的另一个维度，即有OMSP 的段落是160波，无OMSP 的段落是80波。所以，从波道使用量来说，OMSP 方案和协同方案大致相当，WSON 方案由于要预置恢复波道，实际波道占用要高出近2倍。3.4.3业务可靠性
光传输网的可靠性是指网络的可用性和抗毁性，主要针对网络拓扑的连通性进行分析，在考虑了网络中节点和链路的可用度、链路的共担风险、特定的业务分布等因素后，考察故障情况下网络的生存能力。ROADM 系统的可靠性，应根据设备和光缆的可
用度，结合网络结构及业务路由表，计算得出。
设备可用度=设备所有单板相乘
链路可用度A1=光纤可用度×OLA 站点可用度链路并联可用度A2=1-（1-链路1可用度）×（1-链路2可用度）
如图12所示，业务可用度=A1×A2×A3。
假定每年每百千米光缆故障时间为300min ，板卡表3
不同网络保护恢复模式下的业务时延统计
图10ROADM 网络拓扑结构图
图11
OMSP 和WSON
方案的波长利用率统计
E
T
V
空调风叶
X
C
W
A
J
S AA
H
AB
B Y M
U
K
L
G
O
F
AC
N
P
Z
D AD
Q R
有OMS 保护无OMS 保护工作波道预置恢复波道
33.77OMSP
WSON
OMSP+WSON
18.09
16.4337.82波长利用率/%
10203040I 80
平均修复时间为4h。根据上述计算公式，对上述网络模型的404条业务，在3种不同的保护方式下进行了故障模拟，网络可靠性分析结果如表4所示。
OMSP方式由于部分段落无备用光缆，业务可靠性最小值只达到了99.13%，WSON方式和协同方式由于全程提供业务端到端的保护，均达到了很好的可靠性指标，其中协同保护的方式表现更优。
从网络技术能力角度考虑，ROADM网络应具备多等级的保护恢复能力，利用WSON控制平面功能，未来可以根据业务SLA等级要求进行相应配置。
4结束语
经过多年的发展，ROADM设备功能逐渐成熟，其WSON控制平面也基本可以满足网络的保护恢复要求。可以预见，区域化的ROADM网络建设模式，将逐渐取代传统的线性WDM系统的建设模式。智能ROADM网络相比传统WDM网络可以提供更好的生存性机制以应对网络中的故障，WSON控制平面的引入也使其具有动态的业务配置能力和良好的资源利用率。未来的光网络中，应适时引入控制平面技术，以适应各种差异化、动态化和高带宽业务的需求。
未来的智能光网络应根据用户差异化的业务需求和网络的实时资源使用情况采用多样的业务路由策略和保护恢复机制。在复杂网络环境下的多种保护恢复机制的嵌套和协同方式，仍值得进一步的关注和研究。
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表4网络可靠性分析图12链路串联、并联结构示意
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