技術(shù)文章：ROADM技術(shù)簡介

    “ROADM”一段時(shí)間曾經(jīng)是通信產(chǎn)業(yè)中的一個(gè)“熱門”詞匯。近期據(jù)調(diào)查機(jī)構(gòu)LIGHTCOUNTING發(fā)布信息稱，用于ROADM的波長選擇開關(guān)在過去一年中有著很好的增長，增長率高達(dá)34%。特整理ROADM技術(shù)文章與大家一起回顧和學(xué)習(xí)。

摘要：闡述了可重構(gòu)型光分插復(fù)用設(shè)備（ROADM）進(jìn)入波分網(wǎng)絡(luò)的背景，并對ROADM的三種主要技術(shù)進(jìn)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(yīng)市場發(fā)展的設(shè)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(wù)的興起，人們發(fā)現(xiàn)這些以IP為承載協(xié)議的業(yè)務(wù)已經(jīng)迅速遍及電信各個(gè)領(lǐng)域，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的IP化和承載網(wǎng)絡(luò)的分組化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的潮流。在這種趨勢下，運(yùn)營商的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也在發(fā)生轉(zhuǎn)變，業(yè)務(wù)的融合期待著光層作為基礎(chǔ)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(wù)的分組傳送網(wǎng)。這些新型的電信業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)的電信業(yè)務(wù)相比，具有更高的動(dòng)態(tài)特性和不可預(yù)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(luò)業(yè)務(wù)的真正瓶頸從帶寬建設(shè)轉(zhuǎn)移到帶寬管理上，在核心的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，往往需要處理數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)波長，而超長距的傳輸能力，使得更多的節(jié)點(diǎn)需要具備更多的上下波長能力。作為基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)，在更為激烈的市場競爭環(huán)境下，需要更快的業(yè)務(wù)提供以及各種層面的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和恢復(fù)能力。

　　因此，作為傳統(tǒng)物理層的光層組網(wǎng)，也要適應(yīng)新一代承載網(wǎng)絡(luò)的分組化、業(yè)務(wù)化、帶寬大顆?；?、動(dòng)態(tài)化的組網(wǎng)需求。

　　DWDM密集波分復(fù)用系統(tǒng)是當(dāng)前最常見的光層組網(wǎng)技術(shù)，通過復(fù)用/解復(fù)用器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)十波甚至上百波的傳送能力，但是當(dāng)前的波分復(fù)用系統(tǒng)，其本質(zhì)上還是一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)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(shí)現(xiàn)的光線路系統(tǒng)構(gòu)建。稍后出現(xiàn)的OADM光分插復(fù)用器，逐漸邁出了從點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)向環(huán)網(wǎng)的演進(jìn)。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(shí)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(fù)用系統(tǒng)并沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的光層組網(wǎng)，難以滿足業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)IP化和分組化的要求，例如網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)調(diào)度能力、可靠性、可維護(hù)性、可擴(kuò)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(luò)的需求，基礎(chǔ)承載網(wǎng)的建設(shè)逐漸采用一種以可重構(gòu)光分插復(fù)用設(shè)備(ROADM)為代表的光層重構(gòu)技術(shù)，為基礎(chǔ)承載網(wǎng)的建設(shè)提供了全新的思路。

2 ROADM的主要技術(shù)簡介

　　ROADM是一種類似于SDH ADM光層的網(wǎng)元，它可以在一個(gè)節(jié)點(diǎn)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(yuǎn)程控制網(wǎng)元中的ROADM子系統(tǒng)實(shí)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(shù)：平面光波電路（Planar Lightwave Circuits，PLC）、波長阻斷器（Wavelength Blocker，WB）、波長選擇開關(guān)（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(guān)等。它通過集成的陣列光波導(dǎo)(AWG)實(shí)現(xiàn)波長復(fù)用和解復(fù)用，集成的光開關(guān)實(shí)現(xiàn)波長直通或阻斷并加入(Block-and-Add)，可變光衰耗器(VOA)實(shí)現(xiàn)每通道的光功率動(dòng)態(tài)均衡。PLC ROADM上下路的通道是彩色光，這意味著只有預(yù)定義的彩色波長可以在每個(gè)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(jié)構(gòu)示意圖。 

優(yōu)點(diǎn)：復(fù)用器/解復(fù)用器技術(shù)成熟可靠，節(jié)點(diǎn)內(nèi)部插損較小，上下路波長較多時(shí)成本較低，便于升級到OXC。

缺點(diǎn)：模塊化結(jié)構(gòu)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(shí)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(shí)現(xiàn)多個(gè)器件的級聯(lián)，易于實(shí)現(xiàn)光譜均衡。但波長阻斷器需要額外的上下路模塊來構(gòu)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(gè)二維器件，通常在構(gòu)建系統(tǒng)中由多個(gè)分立器件構(gòu)成，體積較大，但可以支持100GHz和50GHz的波道間隔，并且技術(shù)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(jié)構(gòu)示意圖。 

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，模塊化程度好，預(yù)留升級端口時(shí)可支持靈活擴(kuò)展升級功能，上下路波長較少時(shí)成本低，支持廣播業(yè)務(wù)，具備通道功率均衡能力。

　　缺點(diǎn)：上下路波長較多時(shí)成本較高（獨(dú)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(guān)(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(shù)。WSS基于MEMS光學(xué)平臺(tái)，具有頻帶寬、色散低，并且同時(shí)支持10/40Gbit/s光信號的特點(diǎn)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(shù)，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(fù)雜?；赪SS的ROADM逐漸成為4度以上ROADM的首選技術(shù)。圖3、圖4所示的是波長選擇開關(guān)上下路結(jié)構(gòu)示意圖。 

圖4 波長選擇開關(guān)下路結(jié)構(gòu)示意圖

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，端口指配靈活，波長擴(kuò)展及方向擴(kuò)展性較好，易于過渡到OXC。

缺點(diǎn)：上路類型節(jié)點(diǎn)成本較高，下路類型不支持業(yè)務(wù)廣播功能。

　　三種ROADM子系統(tǒng)技術(shù)，各具特點(diǎn)，采用何種技術(shù)，主要視應(yīng)用而定。根據(jù)對北美運(yùn)營商的統(tǒng)計(jì)，超過70%的需求仍然是2維的應(yīng)用，而只有約10%的ROADM節(jié)點(diǎn)，將會(huì)采用4維或以上的節(jié)點(diǎn)。因此，基于WB/PLC的ROADM，可以充分利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò)的影響最小，易于實(shí)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(yuǎn)程可重配置所有直通端口和上下端口，適宜于實(shí)現(xiàn)多方向的環(huán)間互聯(lián)和構(gòu)建Mesh網(wǎng)絡(luò)。因此，三種技術(shù)各有所長，在不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中都有相應(yīng)的地位。

3 ROADM未來的演進(jìn)方向

　　基于全光系統(tǒng)的ROADM同樣也有明顯的劣勢：

　?。?）只能以波長為顆粒進(jìn)行處理，不能對子波長業(yè)務(wù)（如波長為10G系統(tǒng)中的GE和2.5G的業(yè)務(wù)）進(jìn)行交換/匯聚等處理，網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用中，業(yè)務(wù)流量和流向并不能任意變化，仍然需要精確地設(shè)計(jì)和規(guī)劃，增加了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的復(fù)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(lǐng)域。于是產(chǎn)生了ROADM＋OTN的設(shè)備形態(tài)。目前的典型應(yīng)用是，對于10G以上(含10G)的業(yè)務(wù)，節(jié)點(diǎn)采用全光的方式進(jìn)行直通或者上下，對于GE/2.5G的業(yè)務(wù)，節(jié)點(diǎn)先將其下路到電域交叉板，再進(jìn)行基于2.5G顆粒的電域分插和復(fù)用。這種分插復(fù)用模式有點(diǎn)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(shè)備商推出相關(guān)產(chǎn)品，并在城域范圍內(nèi)有一定應(yīng)用。