ROADM技術簡介di

    摘要：闡述了可重構型光分插復用設備（ROADM）進入波分網(wǎng)絡的背景，并對ROADM的三種主要技術進行了簡要介紹。最后提出未來ROADM的發(fā)展方向，即ROADM光層調(diào)度＋OTN電層調(diào)度組合解決方案，以及中興通訊推出的適應市場發(fā)展的設備功能類型。 

1 引言

　　隨著IPTV、三重播放、VoIP等各種新型電信業(yè)務的興起，人們發(fā)現(xiàn)這些以IP為承載協(xié)議的業(yè)務已經(jīng)迅速遍及電信各個領域，業(yè)務網(wǎng)絡的IP化和承載網(wǎng)絡的分組化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為一個不可逆轉(zhuǎn)的潮流。在這種趨勢下，運營商的整個網(wǎng)絡架構也在發(fā)生轉(zhuǎn)變，業(yè)務的融合期待著光層作為基礎承載層的融合，使其成為更加適宜于承載IP/MPLS以及電信級以太網(wǎng)業(yè)務的分組傳送網(wǎng)。這些新型的電信業(yè)務與傳統(tǒng)的電信業(yè)務相比，具有更高的動態(tài)特性和不可預測性，因此需要傳輸承載網(wǎng)提供更高的靈活性。

　　超長距密集波分系統(tǒng)的成熟，使得網(wǎng)絡業(yè)務的真正瓶頸從帶寬建設轉(zhuǎn)移到帶寬管理上，在核心的網(wǎng)絡節(jié)點上，往往需要處理數(shù)十個甚至上百個波長，而超長距的傳輸能力，使得更多的節(jié)點需要具備更多的上下波長能力。作為基礎承載網(wǎng)絡，在更為激烈的市場競爭環(huán)境下，需要更快的業(yè)務提供以及各種層面的網(wǎng)絡保護和恢復能力。

　　因此，作為傳統(tǒng)物理層的光層組網(wǎng)，也要適應新一代承載網(wǎng)絡的分組化、業(yè)務化、帶寬大顆粒化、動態(tài)化的組網(wǎng)需求。

　　DWDM密集波分復用系統(tǒng)是當前最常見的光層組網(wǎng)技術，通過復用/解復用器可以實現(xiàn)數(shù)十波甚至上百波的傳送能力，但是當前的波分復用系統(tǒng)，其本質(zhì)上還是一個點到點的線路系統(tǒng)，大多數(shù)的光層組網(wǎng)只能通過終端站(TM)實現(xiàn)的光線路系統(tǒng)構建。稍后出現(xiàn)的OADM光分插復用器，逐漸邁出了從點到點組網(wǎng)向環(huán)網(wǎng)的演進。但是由于OADM有限的功能，通常只能上下固定數(shù)目和波長的光通道，并沒有真正實現(xiàn)靈活的光層組網(wǎng)。因此，從某種意義上說，早期的波分復用系統(tǒng)并沒有實現(xiàn)真正意義上的光層組網(wǎng)，難以滿足業(yè)務網(wǎng)絡IP化和分組化的要求，例如網(wǎng)絡的業(yè)務調(diào)度能力、可靠性、可維護性、可擴展性、可管理性等。這種情況直到ROADM的出現(xiàn)才得以改善。為了滿足IP網(wǎng)絡的需求，基礎承載網(wǎng)的建設逐漸采用一種以可重構光分插復用設備(ROADM)為代表的光層重構技術，為基礎承載網(wǎng)的建設提供了全新的思路。

2 ROADM的主要技術簡介

　　ROADM是一種類似于SDH ADM光層的網(wǎng)元，它可以在一個節(jié)點上完成光通道的上下路(Add/Drop)，以及穿通光通道之間的波長級別的交叉調(diào)度。它可以通過軟件遠程控制網(wǎng)元中的ROADM子系統(tǒng)實現(xiàn)上下路波長的配置和調(diào)整。目前，ROADM子系統(tǒng)常見的有三種技術：平面光波電路（Planar Lightwave Circuits，PLC）、波長阻斷器（Wavelength Blocker，WB）、波長選擇開關（Wavelength Selective Switch，WSS）。

2.1 平面光波電路（PLC）

　　平面光波電路ROADM是一種基于硅工藝的集成電路，可以集成多種器件，如光柵、分路器以及光開關等。它通過集成的陣列光波導(AWG)實現(xiàn)波長復用和解復用，集成的光開關實現(xiàn)波長直通或阻斷并加入(Block-and-Add)，可變光衰耗器(VOA)實現(xiàn)每通道的光功率動態(tài)均衡。PLC ROADM上下路的通道是彩色光，這意味著只有預定義的彩色波長可以在每個端口上下，并可配合可調(diào)濾波器和可調(diào)激光器使用。由于PLC的集成特性，使其成為低成本的ROADM解決方案之一。圖1所示為PLC的結構示意圖。 

優(yōu)點：復用器/解復用器技術成熟可靠，節(jié)點內(nèi)部插損較小，上下路波長較多時成本較低，便于升級到OXC。

缺點：模塊化結構差，初期配置成本高，大容量交叉矩陣可靠性有待提高。

2.2 波長阻斷器(WB)

　　波長阻斷器用阻斷下路波長通過來實現(xiàn)功能，它可以支持較多的光通道數(shù)和較小的通道間隔，具有較低的色散，并可實現(xiàn)多個器件的級聯(lián)，易于實現(xiàn)光譜均衡。但波長阻斷器需要額外的上下路模塊來構建系統(tǒng)，上下路配合可調(diào)濾波器和可調(diào)激光器。從本質(zhì)上講，WB是一個二維器件，通常在構建系統(tǒng)中由多個分立器件構成，體積較大，但可以支持100GHz和50GHz的波道間隔，并且技術成熟，成本較低，因此適合用于LH和ULH系統(tǒng)。圖2所示的是廣播/選取結構示意圖。 

優(yōu)點：結構簡單，模塊化程度好，預留升級端口時可支持靈活擴展升級功能，上下路波長較少時成本低，支持廣播業(yè)務，具備通道功率均衡能力。

　　缺點：上下路波長較多時成本較高（獨立的可調(diào)諧濾波器成本高），不易過渡至OXC。

2.3 波長選擇開關(WSS)

　　波長選擇交換器(WSS)是近年來發(fā)展迅速的ROADM子系統(tǒng)技術。WSS基于MEMS光學平臺，具有頻帶寬、色散低，并且同時支持10/40Gbit/s光信號的特點和內(nèi)在的基于端口的波長定義(Colorless)特性。采用自由空間光交換技術，上下路波數(shù)少，但可以支持更高的維度，集成的部件較多，控制復雜?；赪SS的ROADM逐漸成為4度以上ROADM的首選技術。圖3、圖4所示的是波長選擇開關上下路結構示意圖。 

圖4 波長選擇開關下路結構示意圖

優(yōu)點：結構簡單，端口指配靈活，波長擴展及方向擴展性較好，易于過渡到OXC。

缺點：上路類型節(jié)點成本較高，下路類型不支持業(yè)務廣播功能。

　　三種ROADM子系統(tǒng)技術，各具特點，采用何種技術，主要視應用而定。根據(jù)對北美運營商的統(tǒng)計，超過70%的需求仍然是2維的應用，而只有約10%的ROADM節(jié)點，將會采用4維或以上的節(jié)點。因此，基于WB/PLC的ROADM，可以充分利用現(xiàn)有的成熟技術，對網(wǎng)絡的影響最小，易于實現(xiàn)從FOADM到2維ROADM的升級，具有極高的成本效益。而基于WSS的ROADM，可以在所有方向提供波長粒度的信道，遠程可重配置所有直通端口和上下端口，適宜于實現(xiàn)多方向的環(huán)間互聯(lián)和構建Mesh網(wǎng)絡。因此，三種技術各有所長，在不同的網(wǎng)絡應用中都有相應的地位。

3 ROADM未來的演進方向

　　基于全光系統(tǒng)的ROADM同樣也有明顯的劣勢：

　　（1）只能以波長為顆粒進行處理，不能對子波長業(yè)務（如波長為10G系統(tǒng)中的GE和2.5G的業(yè)務）進行交換/匯聚等處理，網(wǎng)絡靈活性和帶寬利用率受到一定限制。

　?。?）由于傳輸物理因素，全光傳輸距離受到一定限制，使得在骨干網(wǎng)應用中，業(yè)務流量和流向并不能任意變化，仍然需要精確地設計和規(guī)劃，增加了網(wǎng)絡規(guī)劃的復雜性。德國電信也明確指出，傳輸物理限制是影響ROADM組網(wǎng)的重要原因。
　　基于ROADM目前存在的這些不足，業(yè)界提出增加電交叉領域。于是產(chǎn)生了ROADM＋OTN的設備形態(tài)。目前的典型應用是，對于10G以上(含10G)的業(yè)務，節(jié)點采用全光的方式進行直通或者上下，對于GE/2.5G的業(yè)務，節(jié)點先將其下路到電域交叉板，再進行基于2.5G顆粒的電域分插和復用。這種分插復用模式有點類似于ADM中的VC-4和VC-12的兩級交叉，只是第一級采用全光的處理。目前，已有設備商推出相關產(chǎn)品，并在城域范圍內(nèi)有一定應用。