K1开幕主题【光网络的历史沿革、演进趋势与挑战】
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Wei: 2017/6/13 11
ROADM设备的两种主选类型
WSS
C B
WSS
C B
A
WSS
WSS
A
WSS
WSS
WSS
WSS
WSS
WT U O T U
WSS
WSS
WSS
WSS
WSS
WSS
WSS
WSS
O T U
MCS 8×16
O T U
……
MCS 8×16
波长、方向、竞争无关 （CDC设备）
10
应用ROADM的驱动力
业务需求：业务颗粒已达100G，光层调度经济 联网需求：从点到点演进为网状，提升灵活调度
能力、业务管理能力、可用性、恢复效率。 消除电设备的带宽瓶颈：确保容量的可扩展性 实现网络透明性：与客户层信号格式速率解耦 简化和加快高速电路的指配和业务提供速度： 可以快速实现任意波长的灵活、动态上下路。 降低建网费用和运维成本：减少了网元数和光 /电转换器，简化了网络管理规划和运行。 网络恢复代价低，未用容量可作为恢复资源用 能耗和占用空间均低50%左右
Wei: 2017/6/13 8
网络为什么需要透明性？
网络透明性的内涵： －比特透明： －定时透明： －延时透明： 所谓透明性就是不仅容量足够大，而且与传送信 号的细节解耦，基本无关，可支持各种业务。 网络透明性的好处 面临未来不确定的复杂形势，透明性有利于兼容 不同制式、不同格式、不同速率的信号和业务， 维持基础设施的长期稳定性，有助新老系统的共 存，保护已有投资，又不妨碍新技术新业务引入
Wei: 2017/6/13 9
信号调度方法的演进
2012年前 ODF人工调度 灵活，适合 多厂家环境 成本低 耗时长，不 适竞争环境 ODF管理难， 出错概率较高 电路和光纤沉 淀概率也较高
Wei: 2017/6/13
2012以后
2016年后
OTN电层调度 ROADM光层调度 调度快，灵活， 调度快，适合 适合竞争环境 竞争环境 需光电转换， 交叉容量大 成本较高 无光电转换， 有电处理瓶颈， 成本低 交叉容量小。 传输距离受限， 需要多子框， 组网范围受限 资源利用率低， 有光层冲突， 有波道碎片。 资源利用率低
2
光网络的历史沿革(2/3)
二、第二代光网络-WDM波长静态联网 —点对点传输系统：1992年贝尔实验室的厉鼎毅等 开发出第一个WDM实验系统，1995年8×2.5Gb/s WDM系统投入商业。我国863支持的系统晚5年。 —WDM静态联网：1996年Ramaswami等提出采用纯光 交换器件的波长选路网，开启了波长级手工静态 联网时代。 三、第三代光网络-可动态选路的ASON —2001年ITU提出ASON，使得SDH/OTN静态光网络升 级为电层可动态重构的智能光网络。 —在ATT和西电等运营商获得很好的应用，ATT运营
光网络的历史沿革、 演进趋势与挑战
中国电信集团公司
1
光网络的历史沿革(1/3)
一、第一代光网络—SDH/OTN静态联网 —1985年美国贝尔通信研究所金耀周等提出SONET。 —1988年ITU提出更通用的SDH体制。 —SONET/SDH体制内涵：一种可进行同步信息传输、 复用、分插和交叉连接的传送网。 —自90年代以来，全球部署了数百万台设备，为电 话网和早期数据网的发展起了重要历史作用。 —由于容量的受限，除了中低速专线外，SDH已逐渐 被容量更大、功能更强的OTN所替代。 —2001年ITU提出了具有更高速率和更强功能OTN。 —SDH/OTN核心特征是能实现电层联网（初期静态）
Wei: 2017/6/13 5
向全光网演进的进程
光纤化继续快速向用户推进: 2016年底 -骨干和城域已光纤化，接入网主干段基本光纤化 ，正向配线段和引入线推进。全网2.4亿芯公里 -2008年来铜线呈线性下降趋势，但存量仍很大 （CTC有3.3亿线对），光进铜退仍是长期任务。 -全国FTTH/O用户超2.28亿，占全球50+%，占宽带 的比例为77%，全球第一。 -2020年FTTH/O普及率将超75%，用户数达3.4亿 向真正全光网的演进已经开始，ROADM即将在骨 干网（长江中下游区域）和大城域网（例上海） 的核心传送节点规模部署。
Wei: 2017/6/13 15
ROADM的挑战
组网范围受限：
CTC省际干线1000公里以上电路83％，现网光复 用段基本800公里以下，绝大部分电路无法在光 层实现直通，再加上ROADM多级级联后的串扰或 插损等限制，难以支撑大范围光层联网，主要适 合城域网和区域网光联网应用。 波长竞争问题： 光层尚无波长转换技术，缓解方法： 采用CDC，增加本地上下维度，降低网络利用率 CDC的技术和成本挑战：技术已基本成熟
3
光网络的历史沿革(3/3)
了全球最大ASON网，开启300节点的网络恢复功能 。降低CAPEX约50％，降低OPEX约60％。 —CTC部署过两张重叠ASON网，各有50多个节点，但 未启用网络恢复功能，发挥作用有限。 —2011年IETF提出WSON，将承载层从SDH/OTN进一步 扩展到WDM波长，形成波长级交换光网络。 —2016年我国向以ROADM/OXC为核心的全光联网的演 进开始，将在波长级别实施区域光层动态重构。 —由于光域传输距离的限制、不同控制技术的差异 、多厂家应用环境等因素，将形成多域异构化光 网络趋势，成为大型骨干网组网的主要挑战。
Wei: 2017/6/13 13
ROADM区域组网示例（1/2）
场景：
在中国经济最发达的长江中下游地区，选取多数 节点光层能够直达的区域-6省21个节点。其中少 数不能直达的节点可经由芜湖电中继业务路由。 若干技术抉择 —波长冲突：网络重载时，某些节点间有较严重波 长冲突，需波长变换。但考虑完全规避需要配置 大量OTU，成本太高，为此配置比例不宜过高。 —设备形态：综合考虑成本、效率和成熟性，采用 方向无关、波长无关的CD ROADM设备，与OTN电 交叉结合实现业务调度。
Wei 2017/6/13 4
全光网内涵辨析
全光网：全部传输，交换，接入都在光域实现的 端到端光网络，控制允许在电域实现。当传输和 接入都实现光纤化，交换层也引入ROADM和OXC后 就构成所谓严格意义上的全光网。 光网城市和光网省：传输和接入在光域实现，而 交换仍在电域实施。目前实际上多指该地区TDM交 换机全退网，具有较高的光纤覆盖率和较高的接 入速率，可以认为是全光网的初期阶段。 向真正的全光网的演进已经开始，运营商即将在 交换层引入ROADM/OXC，从而实现传输、接入和 交换的端到端光网络，迈向严格意义的全光网。
Wei: 2017/6/13 6
全光网的关键是接入网
接入网是网络中技术进步相对最慢，投资最大
，维护成本最高，实现全光网最费力的部分。 中国电信是接入网光纤化速度最快，FTTH规模 最大的运营商(2017年4月FTTH用户约1.25亿)， 正在引领全球的光纤化进程。 发展目标 —2018年前为90%以上家庭宽带用户提供至少 100M到户的能力； —2020年前在经济发达的城市地区基本具备提供千 兆到户的能力。 —2025年全网具备规模提供千兆以上到户的能力
CD：网络具备自动恢复能 力，电路调度较灵活，但 上下业务存在波长竞争、 灵活性受限，影响网络利 用率，CD器件成本较低。
Wei: 2017/6/13
CDC：网络具备自动恢复能 力，电路调度灵活，上 下业务不存在波长竞争 、网络利用率高。但是 CDC器件成本较高。
12
ROADM的应用场景
普通ROADM（自动配线架，无CDC功能）
Wei: 2017/6/13 14
ROADM区域组网示例（2/2）
与传统组网方案比较：
—节省投资：传统方案需要采用大量OTU,采用新方 案后，背靠背OTU可以少90%，跨域边缘节点不变。 总体节约38%的业务波道OUT及相应投资。 —明显降低设备功耗和机房占地 —自动化程度大幅提升：按传统方案，42%节点需 人工参与的光纤跳接。按新方案，大部分人工光 纤跳接可消除，成为仅需网管配置重构的软连接， 大幅提升自动调度能力，缩短了响应时间。 —时延最低：波长一跳直达，时延最低，可动态恢 复路由，最适合DC专线、金融大客户专线等。
Wei: 2017/6/13 7
全光网的归宿：全光节点
网络节点是组网灵活性的灵魂
传统静态调度的灵活性不能满足互联网的需要。 光层组网灵活性的关键是引入全光节点 电层节点尽管灵活性足够，但是透明性不足， 容量扩展性不够。 全光节点的内涵 光波长通道可望在节点处按流量流向实现无需 人工介入的全自动化灵活调度，最终实现无色 、无方向、无冲突的三无（CDC）透明光节点。 全光节点的挑战 组网范围受限于1200公里，中小颗粒调度浪费
用于快速开通波道和网管调度，上下路需人工 灵活波长路由（至少方向无关） —D：自动波道调度，快速重路由，有波长冲突； —CD：提高灵活性，加快波道开通； —CDC:波长利用率更高，应用更灵活，技术复杂 城域网应用 光缆网密度大，部分节点出口方向多；业务汇聚 型为主，核心节点维度高；距离短，无需再生。 区域网应用 距离适度，流量颗粒大、分布呈网状，成本节约
较低
长期可靠性 高，<130Fit，无 中，<2000Fit，温 差，有高压驱 活动部件和温控， 控，算法复杂，对 动的活动部件， 控制简单 老化和封装敏感 磨损和黏滞
Wei: 2017/6/13 17
Wei: 2017/6/13
18
Wei: 2017/6/13 16
WSS三种技术的比较
LC
灵活格栅 支持维度 功耗 滤波特性 插损 支持（颗粒度 12.5GHz） 低(2W)，无温控
LCoS
支持（颗粒度 6.25GHz） 高(15W),需温控
MEMS
不支持 20维较难 中(约10W)
已支持单20维WSS 支持双20维WSS
高阶，有利级联， 低阶，不利级联， 低阶，不利级 但光域复杂 但光域简单 联，光域简单 随维度多而增加 较低
ROADM设备的两种主选类型
WSS
C B
WSS
C B
A
WSS
WSS
A
WSS
WSS
WSS
WSS
WSS
WT U O T U
WSS
WSS
WSS
WSS
WSS
WSS
WSS
WSS
O T U
MCS 8×16
O T U
……
MCS 8×16
波长、方向、竞争无关 （CDC设备）
10
应用ROADM的驱动力
业务需求：业务颗粒已达100G，光层调度经济 联网需求：从点到点演进为网状，提升灵活调度
能力、业务管理能力、可用性、恢复效率。 消除电设备的带宽瓶颈：确保容量的可扩展性 实现网络透明性：与客户层信号格式速率解耦 简化和加快高速电路的指配和业务提供速度： 可以快速实现任意波长的灵活、动态上下路。 降低建网费用和运维成本：减少了网元数和光 /电转换器，简化了网络管理规划和运行。 网络恢复代价低，未用容量可作为恢复资源用 能耗和占用空间均低50%左右
Wei: 2017/6/13 8
网络为什么需要透明性？
网络透明性的内涵： －比特透明： －定时透明： －延时透明： 所谓透明性就是不仅容量足够大，而且与传送信 号的细节解耦，基本无关，可支持各种业务。 网络透明性的好处 面临未来不确定的复杂形势，透明性有利于兼容 不同制式、不同格式、不同速率的信号和业务， 维持基础设施的长期稳定性，有助新老系统的共 存，保护已有投资，又不妨碍新技术新业务引入
Wei: 2017/6/13 9
信号调度方法的演进
2012年前 ODF人工调度 灵活，适合 多厂家环境 成本低 耗时长，不 适竞争环境 ODF管理难， 出错概率较高 电路和光纤沉 淀概率也较高
Wei: 2017/6/13
2012以后
2016年后
OTN电层调度 ROADM光层调度 调度快，灵活， 调度快，适合 适合竞争环境 竞争环境 需光电转换， 交叉容量大 成本较高 无光电转换， 有电处理瓶颈， 成本低 交叉容量小。 传输距离受限， 需要多子框， 组网范围受限 资源利用率低， 有光层冲突， 有波道碎片。 资源利用率低
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光网络的历史沿革(2/3)
二、第二代光网络-WDM波长静态联网 —点对点传输系统：1992年贝尔实验室的厉鼎毅等 开发出第一个WDM实验系统，1995年8×2.5Gb/s WDM系统投入商业。我国863支持的系统晚5年。 —WDM静态联网：1996年Ramaswami等提出采用纯光 交换器件的波长选路网，开启了波长级手工静态 联网时代。 三、第三代光网络-可动态选路的ASON —2001年ITU提出ASON，使得SDH/OTN静态光网络升 级为电层可动态重构的智能光网络。 —在ATT和西电等运营商获得很好的应用，ATT运营
光网络的历史沿革、 演进趋势与挑战
中国电信集团公司
1
光网络的历史沿革(1/3)
一、第一代光网络—SDH/OTN静态联网 —1985年美国贝尔通信研究所金耀周等提出SONET。 —1988年ITU提出更通用的SDH体制。 —SONET/SDH体制内涵：一种可进行同步信息传输、 复用、分插和交叉连接的传送网。 —自90年代以来，全球部署了数百万台设备，为电 话网和早期数据网的发展起了重要历史作用。 —由于容量的受限，除了中低速专线外，SDH已逐渐 被容量更大、功能更强的OTN所替代。 —2001年ITU提出了具有更高速率和更强功能OTN。 —SDH/OTN核心特征是能实现电层联网（初期静态）
Wei: 2017/6/13 5
向全光网演进的进程
光纤化继续快速向用户推进: 2016年底 -骨干和城域已光纤化，接入网主干段基本光纤化 ，正向配线段和引入线推进。全网2.4亿芯公里 -2008年来铜线呈线性下降趋势，但存量仍很大 （CTC有3.3亿线对），光进铜退仍是长期任务。 -全国FTTH/O用户超2.28亿，占全球50+%，占宽带 的比例为77%，全球第一。 -2020年FTTH/O普及率将超75%，用户数达3.4亿 向真正全光网的演进已经开始，ROADM即将在骨 干网（长江中下游区域）和大城域网（例上海） 的核心传送节点规模部署。
Wei: 2017/6/13 15
ROADM的挑战
组网范围受限：
CTC省际干线1000公里以上电路83％，现网光复 用段基本800公里以下，绝大部分电路无法在光 层实现直通，再加上ROADM多级级联后的串扰或 插损等限制，难以支撑大范围光层联网，主要适 合城域网和区域网光联网应用。 波长竞争问题： 光层尚无波长转换技术，缓解方法： 采用CDC，增加本地上下维度，降低网络利用率 CDC的技术和成本挑战：技术已基本成熟
3
光网络的历史沿革(3/3)
了全球最大ASON网，开启300节点的网络恢复功能 。降低CAPEX约50％，降低OPEX约60％。 —CTC部署过两张重叠ASON网，各有50多个节点，但 未启用网络恢复功能，发挥作用有限。 —2011年IETF提出WSON，将承载层从SDH/OTN进一步 扩展到WDM波长，形成波长级交换光网络。 —2016年我国向以ROADM/OXC为核心的全光联网的演 进开始，将在波长级别实施区域光层动态重构。 —由于光域传输距离的限制、不同控制技术的差异 、多厂家应用环境等因素，将形成多域异构化光 网络趋势，成为大型骨干网组网的主要挑战。
Wei: 2017/6/13 13
ROADM区域组网示例（1/2）
场景：
在中国经济最发达的长江中下游地区，选取多数 节点光层能够直达的区域-6省21个节点。其中少 数不能直达的节点可经由芜湖电中继业务路由。 若干技术抉择 —波长冲突：网络重载时，某些节点间有较严重波 长冲突，需波长变换。但考虑完全规避需要配置 大量OTU，成本太高，为此配置比例不宜过高。 —设备形态：综合考虑成本、效率和成熟性，采用 方向无关、波长无关的CD ROADM设备，与OTN电 交叉结合实现业务调度。
Wei 2017/6/13 4
全光网内涵辨析
全光网：全部传输，交换，接入都在光域实现的 端到端光网络，控制允许在电域实现。当传输和 接入都实现光纤化，交换层也引入ROADM和OXC后 就构成所谓严格意义上的全光网。 光网城市和光网省：传输和接入在光域实现，而 交换仍在电域实施。目前实际上多指该地区TDM交 换机全退网，具有较高的光纤覆盖率和较高的接 入速率，可以认为是全光网的初期阶段。 向真正的全光网的演进已经开始，运营商即将在 交换层引入ROADM/OXC，从而实现传输、接入和 交换的端到端光网络，迈向严格意义的全光网。
Wei: 2017/6/13 6
全光网的关键是接入网
接入网是网络中技术进步相对最慢，投资最大
，维护成本最高，实现全光网最费力的部分。 中国电信是接入网光纤化速度最快，FTTH规模 最大的运营商(2017年4月FTTH用户约1.25亿)， 正在引领全球的光纤化进程。 发展目标 —2018年前为90%以上家庭宽带用户提供至少 100M到户的能力； —2020年前在经济发达的城市地区基本具备提供千 兆到户的能力。 —2025年全网具备规模提供千兆以上到户的能力
CD：网络具备自动恢复能 力，电路调度较灵活，但 上下业务存在波长竞争、 灵活性受限，影响网络利 用率，CD器件成本较低。
Wei: 2017/6/13
CDC：网络具备自动恢复能 力，电路调度灵活，上 下业务不存在波长竞争 、网络利用率高。但是 CDC器件成本较高。
12
ROADM的应用场景
普通ROADM（自动配线架，无CDC功能）
Wei: 2017/6/13 14
ROADM区域组网示例（2/2）
与传统组网方案比较：
—节省投资：传统方案需要采用大量OTU,采用新方 案后，背靠背OTU可以少90%，跨域边缘节点不变。 总体节约38%的业务波道OUT及相应投资。 —明显降低设备功耗和机房占地 —自动化程度大幅提升：按传统方案，42%节点需 人工参与的光纤跳接。按新方案，大部分人工光 纤跳接可消除，成为仅需网管配置重构的软连接， 大幅提升自动调度能力，缩短了响应时间。 —时延最低：波长一跳直达，时延最低，可动态恢 复路由，最适合DC专线、金融大客户专线等。
Wei: 2017/6/13 7
全光网的归宿：全光节点
网络节点是组网灵活性的灵魂
传统静态调度的灵活性不能满足互联网的需要。 光层组网灵活性的关键是引入全光节点 电层节点尽管灵活性足够，但是透明性不足， 容量扩展性不够。 全光节点的内涵 光波长通道可望在节点处按流量流向实现无需 人工介入的全自动化灵活调度，最终实现无色 、无方向、无冲突的三无（CDC）透明光节点。 全光节点的挑战 组网范围受限于1200公里，中小颗粒调度浪费
用于快速开通波道和网管调度，上下路需人工 灵活波长路由（至少方向无关） —D：自动波道调度，快速重路由，有波长冲突； —CD：提高灵活性，加快波道开通； —CDC:波长利用率更高，应用更灵活，技术复杂 城域网应用 光缆网密度大，部分节点出口方向多；业务汇聚 型为主，核心节点维度高；距离短，无需再生。 区域网应用 距离适度，流量颗粒大、分布呈网状，成本节约
较低
长期可靠性 高，<130Fit，无 中，<2000Fit，温 差，有高压驱 活动部件和温控， 控，算法复杂，对 动的活动部件， 控制简单 老化和封装敏感 磨损和黏滞
Wei: 2017/6/13 17
Wei: 2017/6/13
18
Wei: 2017/6/13 16
WSS三种技术的比较
LC
灵活格栅 支持维度 功耗 滤波特性 插损 支持（颗粒度 12.5GHz） 低(2W)，无温控
LCoS
支持（颗粒度 6.25GHz） 高(15W),需温控
MEMS
不支持 20维较难 中(约10W)
已支持单20维WSS 支持双20维WSS
高阶，有利级联， 低阶，不利级联， 低阶，不利级 但光域复杂 但光域简单 联，光域简单 随维度多而增加 较低