业务需求及技术发展的双重驱动促使传输网从40G网络向100G网络演进，中国电信也提出了建设新一代100G大容量骨干光传输网络的计划。新网络的建设为重新设计新的网络组织架构和技术架构，进一步提高传输网的灵活调度能力、业务适应能力和安全可靠性，进而提升全网的集约化运营能力提供了契机，本文将从当前光传输网络面临的问题、未来业务的需求、集约化运营要求、相关的技术发展等几个方面着手，研究提出中国电信新一代100G大容量骨干光传输网络的组网架构和技术架构。
1 DWDM光传输网络的发展及存在的问题
自20世纪末DWDM技术引入以来，在不到15年的时间里，波分技术得到了迅猛发展。波长复用能力从4波、8波和16波很快演进到40波和80波，单波长的速率也从早期的2.5 Gbit/s逐步发展到现在的100 Gbit/s，波分系统传输容量从几十Gbit/s提高到8 Tbit/s，10年增长了上百倍。以波分复用技术和EDFA光放大器技术为基础的波分传输系统设备的发展和规模部署，极大地提升了传输网容量，也极大地降低了带宽成本，铸就了光网络发展史上继SDH之后又一个更为辉煌的10年，其提供的成本日益低廉的带宽，应是近年来互联网飞速发展的一个最为重要的原始驱动力。
虽然波分系统在网上应用已有10多年时间，但中国电信省际干线波分网络一直延续着点到点链形系统的建设模式，波分网络实际上并未成网，波长的调度都需要通过人工在ODF上调纤来实现，造成此现象的原因主要有2个：一是从需求角度讲，目前波分网承载的业务绝大多数(90%以上)为CHINANET路由器间的链路，而CHINANET网络建设采用的是以年度为周期预先规划的模式，波长日常动态调度的需求很少;二是从技术角度讲，当前波长的自动调度可以在光层通过可重构光分插复用设备(ROADM)或在电层通过OTN交叉来实现，在光层面由于省际电路长度较长(大多在1 500 km以上)，受限于当前光层面的技术能力，光路的损伤难以实现实时、长距离、动态的补偿，ROADM在省际层面很难得到普遍应用，在电层面由于目前OTN交叉能力(3 Tbit/s左右)与波分系统容量(一个方向8 Tbit/s)差距较大，通过OTN交叉仅能实现波长级有限的调度，而且光电转换的成本也较高。
2未来业务需求及运营要求
在业务发展及技术变革的双重驱动下，经过10多年的历程，传输网已经实现了从SDH网向WDM网的演进，从未来业务需求看，波长级的业务快速灵活调度和网络恢复保护需求日益迫切，主要体现在3个方面。
一是GE以上大带宽专线业务已经出现快速增长的势头，10、40甚至100 Gbit/s的专线业务需求也已经出现。随着信息化技术在社会各个领域应用的进一步深入，世界正迎来“大数据”时代，原有的以2和155 Mbit/s为主的专线业务已不能满足各行业数据传输的需求，很多公司和政府机关已经或者正在考虑将其租用的专线升速，GE以上大带宽专线业务已经出现快速增长的势头。另外，互联网经济的快速发展以及寡头格局的形成，诞生了诸如谷歌、百度、腾讯和阿里等一些超大型互联网公司，其基于自身战略及业务发展需要已经开始租用大量带宽构建自己的高速网络，谷歌甚至建设了自己的全球光网络，同时一些金融、保险等需要处理大量电子数据的公司，基于提升效率、降低运营成本、提高安全性出发也已开始建设大型IDC及内部高速网络，这两类公司已经提出了10 Gbit/s以上甚至几百Gbit/s的电路租用需求。大带宽专线业务不仅仅是带宽的提升，同时在业务的性能(开通时限、可靠性、时延)方面对运营商提出了更高的要求，需要波分网络具备快速灵活的业务调度能力、网络恢复保护能力以及端到端的运营管理能力。
二是业务的IP化、互联网流量的不确定性以及云计算技术的引入等因素使得互联网对底层波分网络提出了更高的要求。随着固网和移动软交换、IMS网络范围的拓展以及未来VOLTE(Voice over LTE)的引入，语音业务的承载将逐渐会完成由电路交换机向IP网的迁移，很多传统的中低带宽专线业务也在逐步向MPLS VPN业务迁移，这些高质量业务需要互联网具备更高的性能和网络安全性。互联网视频业务的快速发展，不仅仅带来互联网流量的快速增长，同时视频业务长时间连接以及对丢包、抖动更为敏感的特点对互联网的性能会提出更高的要求。随着云计算的普及，数据中心的规模和数量将会大幅度增长，数据中心之间大量的信息同步、容灾备份和统一计算要求网络具备高的安全性和低时延。上述3个方面的需求均对互联网的性能提出了更高的要求，但由于IP网本身“尽力转发”的内在机制所限决定了互联网仅靠自身提升性能有限，需要底层传输网提供有效的支撑，甚至需要构建统一的架构和策略实现互联网和传输网资源的统一和动态的调度，这些都需要波分网具备快速灵活的调度能力和恢复保护功能。
三是集约化运营的要求。目前中国电信传输网的运营仍主要是集团、省和地(市)三级体系，长途波分的维护仍主要通过人工在ODF上调纤来进行波道调度，一方面业务的响应时间较长难以满足客户快速开通业务及CHIANNET、CN2网故障或拥塞时业务快速恢复的需要，另一方面由于维护人员的操作水平参差不齐，大量临时紧急的ODF调纤经常在纤芯的清洁、尾纤长度、标签方面出现不规范的操作，甚至出现误碰和连接质量劣化等事故，对后期维护带来较大的影响。因此提高波分网络的集中自动调度能力和端到端运营能力对提升中国电信传输网核心竞争能力意义重大。
3技术发展
在波分网上实现波长级的调度和保护功能在技术实现方面有2个途径，一是在光层面通过ROADM实现，二是在电层面通过OTN交叉实现。
ROADM在光层面实现波长的调度，因不需要光电转换，具有成本低、对客户信号透明的优点。ROADM技术经历了波长阻断器(WB)、平面光波导技术(PLC)和波长选择开关(WSS)三代发展，当前第三代WSS技术的实现有液晶和MEMS两种方案，具有插入损耗小、体积小、成本低的优点，真正实现了波长的可重构，有较高的组网灵活性和经济性，其应用日益广泛。但由于技术所限，ROADM应用目前主要存在4个方面问题，一是受限于当前光层面的技术能力，光路的损伤难以实现实时、长距离、动态的补偿，ROADM组网半径受限于物理传输参数，尤其在高速波分系统中更为明显。依据行标征求意见稿，100 Gbit/s波分系统的传输能力对于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)，在实际网络应用中，由于光缆老化及长跨段的影响，传输距离会更短，有可能大多在1 000 km以内，如有长跨距，可能仅800 km，甚至500~600 km，省际传输网由于电路长度大多在1 500 km以上(约70%以上)，ROADM应用范围有限。二是由于当前技术水平不能实现光信号在光域的波长变换，ROADM实现的波长调度只能是不同方向同波长之间的调度，组网应用时存在波长重构问题，波道组织复杂且利用率低。三是目前的WSS为1×N的形态，只能将1个输入端口的某个波长交换到其余多个输出端口，比较适合以业务上下为主的ADM场景应用，实现以业务调度为主的多维ROADM或OXC需要组合多个WSS，技术复杂且成本高。四是WSS倒换的时间较长，大都在秒级，难以满足传统50 ms的保护需要。
OTN是21世纪初传输网为顺应数据业务高带宽传输发展趋势而重新定义的新一代光传送网络体系架构，从网络层面定义了光信号的各项功能，包括传输、复用、路由、监测、性能管理和网络生存性，实现了波分网从点到点链路模式向网状网的演进。OTN架构定义了光通道层(OCh)、光复用层(OMS)和光传输层(OTS)3个层面，由于当前的技术水平尚无法实现光信号的性能监测以及低速信号向高速信号的复用，ITU-T在G.709建议中选择了在电域实现OCh所需的性能监测和信号复用功能，并定义了光数据单元(ODU)和光传输单元(OTU)2个层级，通常所说的OTN交叉连接实际上是ODU层面的交叉连接。引入OTN技术主要有三大优势：一是可以实现光信号端到端的性能监测和管理;二是透明传输，适应高带宽业务发展趋势复用效率高，可以实现低速光信号向高速光信号灵活高效低成本的复用;三是利用ODU层的交叉连接可以实现高带宽业务的调度，由于交叉速率等级高，相比SDH效率更高、成本更低，技术上更易研发大容量调度的设备，适合高带宽业务的承载和调度。但受限于高速电信号处理的技术实现较为困难，目前OTN应用中存在的最大问题是节点的交叉能力有限，当前主流厂家的OTN设备最大交叉能力大多在3～6 Tbit/s，部分厂家目前正在推出10 Tbit/s以上的设备。
