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1、 引言
近来，行业内已经出现了利用一个全光交叉连接器（OXC）来完成在一条现有网状网络架构超长途传输演示的报道[1]。OXC所具备的超长途传输性能可确保设计出透明的网状网（mesh network），而后者被认为是最具效率和成本效益的下一代光网络。先前曾有人研究全光交叉连接给美国骨干网络能带来那些好处[2]，研究指出，采用全光交叉连接器的网络仅比那些采用超长途系统（具有ROADM功能）的网络节省5%的成本。而欧洲骨干网络的连接长度一般比美国短，因此所需的中继器数量更少，这就使端对端透明传输成为可能。基于这样的考虑，我们认为在欧洲骨干网络采用全光OXC将显得更具经济效益。我们认识到，通过使用一个multi-haul DWDM系统可进一步地优化网络的成本结构，而这里所说的multi-haul DWDM系统指的是在同一平台上集成了长途（LH）和超长途（ULH）DWDM系统[3]。运营商在铺设multi-haul DWDM系统时可弹性地选择LH和/或ULH放大器，NRZ和/或RZ转发器来适应网络的物理层需求。本文分析比较了一个由全光OXC和一个multi-haul DWDM平台所组成的网络与一个由非透明长途系统和配有ROADM功能的multi-haul DWDM平台所组成的传统网络之间的经济效益差别。
2、网络拓扑和流量假定
图1（a）显示了此次研究的网络拓扑结构，这是一条覆盖德国全镜的假设网络。该网络由13个节点组成，平均结点度(node degree)为2.9，19个链路的平均链路距离为201公里。156个可能的需求对（demand pair），连接长度从39公里到1873公里不等（见图1.b），平均连接长度为581公里。而美国网络典型的平均连接长度一般都大于1000公里[2]。
在第一阶段所需要的总网络带宽为47×10Gb/s，流量是这样划分的：40%在邻近节点间，30%集中在法兰克福（Frankfurt）和汉诺威（Hannover）这两个网络中心，其余30%平均分布在其他节点上。在第二阶段，总的网络带宽增加到76×10Gb/s，25%的流量在邻近节点间，35%集中在法兰克福和汉诺威，其余40%平均分布在其他节点上。在最后的第三阶段，总的网络带宽增加到151×10Gb/s，20%的流量在邻近节点间，32%集中在法兰克福和汉诺威，其余48%平均分布在其他节点上。邻近节点、网络中心以及其他分布节点流量比例的变化反映出网络流量从最初的语音为主转向最后的较长距离数据流量为主的传输。
3、网络设计
网络规划工具是被用来路由发送流量需求的，对工作流量采用最短的路径路由，对1+1保护流量采用最短的链路分离路由。基于这些路由，DWDM系统按照工程规则被分配到链路中，来决定是否要采用非归零码（NRZ）转发器和标准LH放大器来组织连接，或者采用NRZ ULH放大器和甚长距离归零（RZ）转发器来组织连接。在156个可能的连接中，49可能使用LH放大器和NRZ转发器来完成，145个可能通过ULH放大器和NRZ转发器来完成，所有的156个连接都可以通过ULH放大器和NRZ转发器来完成。由于物理层的影响，往往在每一个OADM或OXC节点的一个跨度上都存在一个距离惩罚（reach penalty）。
下面介绍一下分别由三种不同透明度的DWDM系统组成的三种网络解决方案。
1、使用点对点LH DWDM系统的非透明网络
LH放大器和NRZ转发器被铺设在整个网络中，非相邻节点链路需要中继再生，不过每一个节点都出现了“通过pass-through”流量的再生，这就需要一对转发器。两个光线路终端（OLT）以背靠背模式安置在degree 2节点上，第3，4和5 OLT被分别安置在3，4 和5节点上，通过一个光配线面板（patch panel）来静态地配置穿过节点的通道。
2、使用multi-haul DWDM系统（带有ROADM功能）的非透明网络
R-OADM被放置在degree 2节点上，允许上下信道和使所需通道穿过。在degree 3，4 以及5节点上，OADM被放置在最大流量的两个支路上，以避免许多不必要再生的发生。OLT被放置在剩下的支路上，在那里通过一个光配线面板来静态地配置OADM和OLT之间的通道。由于OLT的引入就必须使用NRZ转发器来完成通道的再生。更深一步的成本优化可以通过使用multi-haul功能和在邻近节点的任意点对点链路上铺设LH放大器的方式来完成。
3、由multi-haul DWDM系统（带有ROADM功能）和OXC组成的透明网络
一个全光OXC就是一个增强的ROADM交换系统，例如在degree 3 或4节点上的流量交换和上下话路。在degree 5节点处，一个OLT被放置在流量最小的支路上，以避免可能出现的大量不必要再生的发生，OLT同时通过光配线面板来实现与OXC的互连。透明网络显然不能引入LH放大器，因为长途流量的中继再生不仅会增加网络的资本支出(CAPEX)，还会增加网络运营和升级的成本，因此这种方案显然不能通过。而波长方案则通过升级路由线路数量（由40升级到80个通道）来消除出现的流量需求调整，通道数量的升级是通过对第二集团的40通道增加复用和交换架构来完成的。另一种方案则是在OXC为每一个需要波长转换的地方配置两个背对背转发器（transponders）。无论如何，对现有流量水平而言，将必要的路由线路升级到80个通道要比波长转换方案速度快，成本低。
4、结果
网络成本的研究结果显示在图2，3以及表1中。即使是在最早期的计划阶段，OXC也是最便宜的解决方案，相比长途方案节省8%的成本，相比multi-haul R-OADM方案节省1%的成本。过了第一阶段后，流量开始增长，也就是第二、第三阶段，这些阶段OXC与其他两种方案之间的成本差距逐渐拉大，到了第三阶段，OXC方案分别比LH方案和ROADM节省39%和17%的成本。
图3显示了在网络中使用转发器和核心设备之间的成本差别。这里的核心设备包括放大器，色散补偿模块，机架以及交换和复用设备。LH方案在所有解决方案中其核心设备成本是最低的，不过却需要更多的转发器。在引入超长途放大器后，R-OADM和OXC都增加了核心成本，不过由于网络透明的关系节省了一定数量的转发器，这对核心成本的增加也形成一定的弥补；第二第三阶段显示出当流量不断增加时，OXC的成本节省优势日益明显。
5. 总结
总之，我们已经研究了在欧洲骨干网络配置一条全光交叉连接架构所带来的种种益处，研究表明，相比传统解决方案，这种OXC方案能节省大量潜在的capex，比如能比第一代长途系统节省39%的capex，相比multi-haul DWDM 平台（带有R-OADM功能）节省17%的capex。这些在欧洲网络研究的结果表明这些资本的节约比美国同类网络要明显重大的多，原因是欧洲城市间的连接长度更短，允许使用OXC来实现真正的端对端（end-toend）透明传输。
来自业内其他专家的研究也表明[2][4]，全光OXC可以在运营和整个使用周期内通过借助各种成本节省的有利条件来给予运营商以更多增值。这些有利条件包括在DWDM层使用共享网状保护功能而节省转发器开支；通过使用远程动态重构单元来提供更快的带宽分配速度，从而减少资本回收时间；由于是透明的，因此在网络扩容和升级的时候大大减少opex和capex。
6.参考文献
[1] A. R. Pratt, B. Charbonnier, P. Harper, D. Nesset, B. K. Nayar and N. J. Doran “40 x 10.7 Gbit/s DWDM transmission over a meshed ULH network with dynamically re-configurable optical cross connects” in Proc. OFC'03, paper PD9, Atlanta 2003.
[2] A. Chiu and C. Yu “Economic benefits of transparent OXC networks as compared to long systems with OADMs” in Proc. OFC’03, paper WQ2, Atlanta 2003.
[3] G. L. Jones, J. H. B. Nijhof and W. Forysiak “Cost and flexibility advantage of a multi-haul DWDM platform” to appear in Proc. London Communications Symposium 2003. http://www.ee.ucl.ac.uk/lcs
[4] N. Geary, A. Antonopoulos, J. O’Reilly “Analysis of the potential benefits of OXC-based intelligent optical networks” Optical Networks Magazine, Vol.4, No.2, March/April 2003.
作者：
G. L. 琼斯1,2, W. 弗斯克 1, J. H. B. 尼介赫夫1
1 英国马可尼公司
2 伦敦大学通讯工程中心
来源：光纤新闻网
