多区域网络的业务分割承载策略研究

［刘杰］

1 引言

随着100G/200G/400G 波分技术、ROADM/OXC 技术的发展与进步，近年来各大运营商建设的骨干传输网基本为ROADM/OXC 网络。通信网络基础设施“新基建”、“云和数字化”建设、“东数西算”工程等国家信息技术战略方向的提出，进一步推动了全光网络的发展。2021年11月，中国电信发布了《中国电信全光网2.0 技术白皮书》（以下简称“白皮书”），阐述了全光网2.0 的技术架构、演进策略和技术发展方向，其中白皮书将发展愿景归纳为“三化”：架构扁平化、网络全光化、运营智慧化。其中架构扁平化的目标是从目前国干、省干、城域、接入等三到四层架构逐步向“骨干+城域”两层架构演进，骨干网具体的体现是一二干融合，城域网的具体体现是全光网到边缘。

2 骨干网面临的挑战

对于骨干网来说，架构扁平化意味着在同等网络覆盖范围内，网络的节点和链路会进一步加密，数量变得越来越多，业务量也会变得越来越大，根据模型预估，骨干网一二干整合后，其总体网络规模基本翻3 倍以上。

网络规模的增长，使得骨干网面临以下两方面的挑战。

（1）需要配套更强大的网络运营系统及机制，白皮书的“三化”之一为运营智慧化，更大的网络规模，必然对网络运营提出更高的要求，规模适中的网络更有利于运营维护；

（2）需要更强的WSON 管理能力，WSON 是全光网对波长级业务的一种保护恢复方式，恢复时间为分钟级，更大的网络规模，对网络的WSON 管理能力提出更高的要求。目前国内主流设备厂商承诺的WSON 管理能力大约为几百个ROADM/OXC 节点，一二干网络融合后，骨干传输网的ROADM/OXC 节点预计可达上千个，现有技术下的WSON 管理能力存在不足。

综合上述分析，启用了WOSN 的骨干ROADM 网络，不宜将网络规模建设得太大，可采用分区域建网、多区域承载业务的方式建设。例如可以按行政区域为单位进行组网，有的运营商用3 个区域网络来覆盖全国，有的运营商用5 个区域网络来覆盖全国。同时，可以在每个区域网络采用不同厂商的设备进行建设，适度引用竞争，推动产业链的发展。

3 多区域网络业务承载原则

3.1 多区域组网方式

多区域网络建设时，基于各种因素的考虑，区域网络间会存在相切或重叠的情况。

网络相切如图1 所示。区域网一和二分别覆盖不同的区域，均在E、F 节点设置ROADM/OXC 站、建设E-F 链路。为丰富区域网的风格，通常会使用区域内所有适用的光缆进行组网，因此区域网一和二的E-F 链路通常是基于同一条光缆路由建设的。

图1 区域网相切示意图

网络重叠如图2 所示。区域网一和二分别覆盖不同的区域，均在D、E、F 节点设置ROADM/OXC 站，同时均建设D-E、E-F、F-D 的链路。区域网重叠部分通常会是业务需求旺盛地区，如果仍然采用网络相切的方式组网，将会大幅增加业务背靠背转接的数量，增加网络建设的投资。

图2 区域网重叠示意图

3.2 关联业务组

根据QCT 2620-2016《中国电信可重构光分插复用（ROADM）设备技术要求》的定义，关联业务组指的是：ROADM 网络中的关联业务组指两组波长通道之间的关系，此处假设有组A 和组B。组A 中的任何一个波长通道与组B 中的任何一个波长通道满足关联业务要求。同一组内的任何两个波长通道路由没有特殊要求。关联业务组存在4 种组合：同源同宿、同源不同宿、同宿不同源、不同源不同宿。

关联业务指的是：ROADM 网络中两个波长通道之间的关系。互为关联业务的的两个波长通道的工作路由不允许使用同一个链路和同一个共享风险链路组（SLRG）内的链路；在资源允许的情况下，应当尽可能避免经过相同的中间节点。在资源允许的情况下，互为关联业务的两个波长通道的保护或恢复路由也应当尽可能避免使用同一个链路和同一个共享风险链路组（SLRG）内的链路，尽可能避免经过相同的中间节点。

根据上述标准的定义可知。

（1）业务指的是两个节点间的波长通道。

（2）关联业务组设定的目的是：AB 两组业务，任意一组业务的底层光缆或中间节点设备故障导致该组业务中断，该故障不会同时导致另一组业务中断，即AB 组业务不可使用同一路由或同一中间节点（使用了同一个共享风险链路组（SLRG）内不同链路的路由视为同一个路由）。

3.3 业务承载原则

对于多区域网络来说，业务的源宿节点可能来自于不同的区域网，那么该业务的路由就需要穿过多个区域网络，这给业务规划带来了一定的难度，以下这些问题需要在规划中予以解决：①如何打造低时延业务？② 业务背靠背转接点如何选择更合理？③区域网重叠片区的业务如何划归效益更高？④ 关联业务组的一组业务在区域网重叠片区，另一组业务在某一区域，如何规划安全性更高？

结合业务规划对时延和安全等方面的要求，可总结出以下几点基于多区域网络的业务分割承载原则。

（1）应采用“最短路由”策略规划业务路由，打造低时延业务，其中关联业务组应以AB 组业务路由长度和为标准规划业务最短路由。

（2）应以实现业务端到端最少电中继次数为标准选择业务背靠背转接点。

（3）关联业务组的AB 组业务应尽量由一个区域网承载。

4 业务分割承载策略

4.1 网络拓扑整合

多区域网络覆盖的组网方式，使得跨域业务难以实现端到端的最短路由规划，需要将多个区域网络整合成一个网络，基于一个网络拓扑才能计算出业务端到端的最短路由。具体的网络整合手段为：将多个区域网的节点、链路去重处理，归属一个区域网的节点和链路会保留，区域网相切或重叠的多个节点和链路会合并成一个。网络相切和重叠的情况可分别整合为如图3、图4 所示。

4.2 节点与链路参数

在网络完成整合后，需要给所有的节点及链路设置初始化参数，为后面的计算提供基础数据。

节点应包含以下信息和数据：区域网属性、是否可用于跨域转接。其中区域属性指的是该节点属于那个区域网，例如节点A仅属于区域网一，其区域网属性为“区域网一”，F 属于区域一和二，其区域网属性为“区域网一”和“区域网二”。同属于多个区域网的节点才可用于跨域转接，同时应该结合机房配套情况给予定义，机房条件特别差的不建议用于跨域转接。

链路应包含以下信息和数据：区域网属性、距离、DGD、OSNR 模拟值、等效跨段数。其中区域属性同节点。距离等4 项参数用于计算业务的路由、OSNR 和DGD 模拟值。

4.3 业务路由规划

完成网络拓扑整合后，对于非关联业务，直接使用最短距离算法即可计算出业务端到端的最短路由。

对于关联业务组，方法之一是：首先使用最短距离算法规划出一组业务的路由，再将该组业务沿途中间节点相关链路及其同一个共享风险链路组（SLRG）内的其它链路断开，再使用最短距离算法规划出另一组业务的路由。

由于关联业务组存在4 种组合，AB 组业务的规划顺序不同，其结果可能完全不一样，尤其对于不同源不同宿的关联业务组。因此关联业务组的路由规划应取多次规划的最优结果。最简单的方法是，AB 顺序和BA 顺序均规划计算一次，取AB 组业务距离和最短的路由。

4.4 跨域业务背靠背转接点规划

鉴于传输设备最大的投资是“光-电-光”转换器件（OTU、REG），因此减少业务端到端的电中继次数是降低投资的有效手段。对于跨域业务来说，天然需要在跨域位置进行背靠背转接，同时跨域业务的路由长度基本上都比较长，很大概率需要电中继，因此在规划业务背靠背转接点时，需要同时考虑这两方面的因素。

跨域业务背靠背转接点的选择原则如下。

（1）尽量选择省会、地级市等机房配套资源较为充点的节点，以避免由于机房配套资源不足，在施工阶段出现无法实施的情况，这方面已在节点属性设置时提前考虑；

（2）尽量选择可以使业务各电中继段的性能较为均衡的节点，以避免出现某个电中继段OSNR 余量较少，另一个电中继段OSNR 余量较大的情况，较少的OSNR 余量不利于业务的日常运行维护，也较难适应未来网络的扩容、老化等情况。

跨域业务背靠背转接点规划示意图如图5 所示。具体的规划方法为。

（1）从业务的源端开始，计算链路的累积OSNR 值以及链路累积的区域网属性交集，当累积OSNR 值小于OSNR 容限时，则表示需要进行电中继，如下图需在节点1 设置电中继。

（2）当链路累积的区域网属性无交集时，则表示业务需要跨域转接，如图5 链路2-3，业务源端至节点2 的链路累积区域网属性交集为区域网一，链路2-3 的区域网属性为区域网二，无交集，因此至少需要在节点2 进行跨域转接点。

图5 跨域转接点规划示意图

（3）判断节点2 是否为电中继节点且可用于跨域转接，如两个条件均满足则设置节点2 为跨域转接点。

（4）如节点2 不符合上述条件，考虑到区域网间有重叠片区，则以节点2 为起点反向搜索，判断节点是否属于多个区域网、是否为电中继节点且可用于跨域转接，如3 个条件均满足则设置该节点为跨域转接点，如均找不到符合条件的节点，则需表示网络设置有问题。

（5）完成跨域转接点设置后，再以该节点为起点进行下一轮的OSNR 累积计算和链路区域网属性交集计算。

4.5 业务划域承载

在确认业务的跨域转接点后，需以该节点为界将业务划归到不同的区域网，其中拟划入的区域网即为上述转接点规划时的区域网交集，如图5 业务源端至节点2 的链路累积区域网属性交集为区域网一，则该段落应划入区域网一承载。但是区域网存在相切和重叠片区，很多情况下交集并不是唯一的，大致有以下几种情况，分别如图6、图7、图8、图9 所示。

对于图6、图7 这两种情况，根据业务承载的原则，应尽量由一个区域网承载关联业务组，因此应对关联业务组的AB 组区域网属性再求交集，即图6 的关联业务组应划归区域网一承载，图7 的关联业务组应划归区域网二承载。

图6 区域属性交集一

图7 区域属性交集二

图8 区域属性交集三

图9 区域属性交集四

对于图8、图9 这两种情况，无法直接明确划归的区域网，可通过设置区域网交集划分比例来分配。具体的规划方法为：统计全网可同时划归区域网一、区域网二的业务数量，根据设置的比例进行业务分割承载，其中关联业务组的AB 组应划入同一个区域网。

5 结束语

随着信息技术的不断发展,信息服务的空间范围不断扩大,各种天基、空基、海基、地基网络服务不断涌现,可以预见的是，空天地海一体化信息网络是未来技术发展的方向之一，传输网作为底层的承载网络，必然也需要将立体化的信息进行分割承载，未来也可基于本文的研究成果进行进一步的研究。