王永超，劉乘龍，張傳熙，戚紹華（.中國聯(lián)通河南分公司，河南 鄭州 450008；.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司，河南 鄭州 450007；.華夏郵電咨詢監(jiān)理有限公司，河南 鄭州 450007）

1 概述

隨著云計(jì)算、5G、IDC、IPTV等業(yè)務(wù)的迅猛增長，IP業(yè)務(wù)對(duì)傳輸速率和通信容量需求不斷增加，推動(dòng)傳送網(wǎng)向高速率、大容量、靈活調(diào)度、智能化方向快速演進(jìn)。目前某省干傳送網(wǎng)有3 種廠家A 的全光網(wǎng)系統(tǒng)，根據(jù)波長的調(diào)度方式可以分為：并行FOADM 系統(tǒng)，CD-ROADM系統(tǒng)和OXC系統(tǒng)。

并行FOADM 系統(tǒng)俗稱背靠背OTM 系統(tǒng)，由2 組及以上的合/分波器組成，部分波長可以落地到本站點(diǎn)，其余波長可以通過電中繼或串通至其他方向合/分復(fù)用器，需通過人工跳纖實(shí)現(xiàn)波長的調(diào)度，如圖1 所示。

圖1 并行FOADM系統(tǒng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)波長調(diào)度示意圖

CD-ROADM 系統(tǒng)是波長無關(guān)（colorless）、方向無關(guān)（directionless）ROADM 系統(tǒng)，即在每個(gè)線路側(cè)的收發(fā)方向均配置1×N多維WSS。在客戶側(cè)配置三級(jí)WSS，可以實(shí)現(xiàn)80或96波業(yè)務(wù)的上下。當(dāng)上下業(yè)務(wù)的波道多于系統(tǒng)容量，或者有重復(fù)的波長時(shí)，需要在客戶側(cè)增加一組三級(jí)配置的WSS，再占用一個(gè)線路側(cè)WSS 的維度。CD-ROADM 系統(tǒng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)配置如圖2所示。

圖2 CD-ROADM 系統(tǒng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)配置示意

這種配置有方向無關(guān)和波長無關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，即客戶側(cè)任何一個(gè)端口都可以收任意波長的信號(hào)（下路），并調(diào)度到任一線路側(cè)方向（上路）。但客戶側(cè)對(duì)WSS 的數(shù)量需求較多，對(duì)WSS 的維度數(shù)要求較高。利用相干接收的特點(diǎn)，可用coupler/splitter 替代第3 級(jí)WSS，如圖2中綠色圓圈所示；也可將第1和第2級(jí)WSS的功能集成在一起，做成M×NWSS，簡(jiǎn)化設(shè)備配置。采用N×MWSS和coupler，CD-ROADM的配置更為簡(jiǎn)單。

OXC 全稱是Optical Cross-connect，即光交叉連接。和ROADM 一樣，OXC 也是一種能在不同的光路徑之間，進(jìn)行光信號(hào)交換的設(shè)備。OXC 系統(tǒng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)波長調(diào)度如圖3所示。

圖3 OXC系統(tǒng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)波長調(diào)度示意

廠家A 的OXC 設(shè)備是通過全光背板的結(jié)構(gòu)，將ROADM 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中多塊WSS 板卡之間的連纖轉(zhuǎn)變?yōu)榘蹇ㄅc背板之間的直接對(duì)接，從而大幅減少連纖數(shù)量，避免人為連纖的失誤。調(diào)度能力上采用了LCoS（硅基液晶）交換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)P 比特級(jí)別的超大交叉容量和多達(dá)32維的光交叉調(diào)度能力，支路側(cè)支持CDG和CDCG等2種波長上下方式。

2 可靠性

2.1 器件失效率

器件失效率采用標(biāo)準(zhǔn)《Electronic Equipment Reliability Prediction Handbook》（BELLCORE TR-332）中的模型1，即器件計(jì)數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。

器件失效率計(jì)算公式為：

其中，λGi為第i個(gè)器件的基本失效率；πQi為第i個(gè)器件的質(zhì)量等級(jí)因子；πSi為第i個(gè)器件的電應(yīng)力因子；πTi為第i個(gè)器件的溫度應(yīng)力因子。

2.2 單板失效率

單板失效率UλSS是該單板上所有器件失效率的累加：

其中，n為不同器件類型的種類數(shù)目；Ni為第i種器件的個(gè)數(shù)；πE為環(huán)境因子。

2.3 其他相關(guān)參數(shù)選取

平均修復(fù)時(shí)間（Mean Time To Repair，MTTR）只包括現(xiàn)場(chǎng)修理時(shí)間，而不包括人員到達(dá)的路途時(shí)間以及后勤管理所需的時(shí)間。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，確訂單板及設(shè)備的平均修復(fù)時(shí)間MTTR為4 h。

平均無故障工作時(shí)間（Mean Time Between Failure，MTBF）是失效率的倒數(shù)，即MTBF=1/λ。

可靠性R=MTBF（/MTBF+MTTR）；

年故障時(shí)間=60×24×365×（1-R）min。

2.4 系統(tǒng)可靠性

系統(tǒng)可靠性使用可靠性框圖（Reliability Block Diagrams，RBD）模型計(jì)算，可靠性框圖以功能框圖為基礎(chǔ)，但是不反映順序，僅從可靠性角度考慮各個(gè)部件之間的關(guān)系。它是利用互相連接的方框來顯示系統(tǒng)的失效邏輯，分析系統(tǒng)中每一個(gè)單元的失效率對(duì)系統(tǒng)的影響，以幫助評(píng)估系統(tǒng)的整體可靠性。

2.4.1 串聯(lián)系統(tǒng)

在串聯(lián)系統(tǒng)中，任意一個(gè)單元失效都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不可用。串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性框圖如圖4所示?？煽啃杂?jì)算公式如下：

圖4 串聯(lián)系統(tǒng)可靠性框圖

其中，n為單元數(shù)量；R為串聯(lián)系統(tǒng)可靠性；Ri第i個(gè)單元的可靠性。

2.4.2 并聯(lián)系統(tǒng)

在并聯(lián)系統(tǒng)中，當(dāng)所有的并連單元都失效時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)失效。并聯(lián)系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的冗余系統(tǒng)（熱儲(chǔ)備）。并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性框圖如圖5所示。

圖5 并聯(lián)系統(tǒng)可靠性框圖

可靠性計(jì)算公式如下：

其中，n為單元數(shù)量；R為并聯(lián)系統(tǒng)可靠性；Ri第i個(gè)單元的可靠性。

3 端站設(shè)備可靠性

3.1 典型配置和可靠性框圖

在硬件層面，并行FOADM、CD-ROADM 和OXC等3種系統(tǒng)的差異體現(xiàn)在業(yè)務(wù)站點(diǎn)的設(shè)備配置上。計(jì)算系統(tǒng)可靠性時(shí)，可靠性框圖的主體是典型配置中從OTU 到光纜之間各種類型板卡組成的系統(tǒng)。3 種系統(tǒng)的典型配置和可靠性框圖如圖6、圖7、圖8所示。

圖6 并行FOADM系統(tǒng)的典型配置和可靠性框圖

圖7 CD-ROADM 系統(tǒng)的典型配置和可靠性框圖

圖8 OXC系統(tǒng)的典型配置和可靠性框圖

3.2 板卡失效率

根據(jù)《OptiX OSN 9600 M24 M12 M05 智能光傳送平臺(tái)V100R021C00 可靠性預(yù)計(jì)報(bào)告》《OptiX OSN 9600 U64 U32 U16 UPS智能光傳送平臺(tái)V100R021C00可靠性預(yù)計(jì)報(bào)告》和《OptiX OSN 9800 P32 P32C 智能光傳送平臺(tái)V100R021C00 可靠性預(yù)計(jì)報(bào)告》，可以得到典型配置中相關(guān)板卡的失效率和平均故障時(shí)間表（見表1）。

表1 典型配置中相關(guān)板卡的失效率和平均故障時(shí)間表

3.3 設(shè)備可靠性計(jì)算

根據(jù)板卡失效率和系統(tǒng)可靠性框圖，3 種全光傳送網(wǎng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備可靠性如表2所示。

表2 3種全光傳送網(wǎng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備可靠性

4 結(jié)束語

本文從板卡失效率維度出發(fā)，計(jì)算了3 種全光傳送網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)備可靠性。并行FOADM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，板卡失效率低，可靠性最高。CD-ROADM 系統(tǒng)采用多塊WSS 級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)完成光路自動(dòng)調(diào)度，增加了接口損耗和光放板卡，造成可靠性下降。OXC 系統(tǒng)采用光背板和光支路板、光線路板直連的結(jié)構(gòu)，使用的板卡比CD-ROADM 系統(tǒng)少，可靠性更高。

相比并行FOADM 系統(tǒng)，CD-ROADM 系統(tǒng)和OXC系統(tǒng)可以加載ASON 技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)具備業(yè)務(wù)重路由、波長自動(dòng)調(diào)整、端到端的業(yè)務(wù)自動(dòng)配置、Mesh 組網(wǎng)保護(hù)等功能，是打造高品質(zhì)全光底座的必備技術(shù)。

廠家A 的OXC 設(shè)備是ROADM 技術(shù)的進(jìn)一步演進(jìn)，能夠提供更大的交叉容量、更少的機(jī)房空間占用、更可靠的連接、更便捷的運(yùn)維。當(dāng)使用維度數(shù)達(dá)到10時(shí)，OXC 設(shè)備比CD-ROADM 公共單元設(shè)備節(jié)省80%空間。建議線路維度加本地維度大于10 維的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)采用OXC設(shè)備。