技术文章：ROADM技术简介

    “ROADM”一段时间曾经是通信产业中的一个“热门”词汇。近期据调查机构LIGHTCOUNTING发布信息称，用于ROADM的波长选择开关在过去一年中有着很好的增长，增长率高达34%。特整理ROADM技术文章与大家一起回顾和学习。

摘要：阐述了可重构型光分插复用设备（ROADM）进入波分网络的背景，并对ROADM的三种主要技术进行了简要介绍。最后提出未来ROADM的发展方向，即ROADM光层调度＋OTN电层调度组合解决方案，以及中兴通讯推出的适应市场发展的设备功能类型。 

1 引言

　　随着IPTV、三重播放、VoIP等各种新型电信业务的兴起，人们发现这些以IP为承载协议的业务已经迅速遍及电信各个领域，业务网络的IP化和承载网络的分组化转型已经成为一个不可逆转的潮流。在这种趋势下，运营商的整个网络架构也在发生转变，业务的融合期待着光层作为基础承载层的融合，使其成为更加适宜于承载IP/MPLS以及电信级以太网业务的分组传送网。这些新型的电信业务与传统的电信业务相比，具有更高的动态特性和不可预测性，因此需要传输承载网提供更高的灵活性。

　　超长距密集波分系统的成熟，使得网络业务的真正瓶颈从带宽建设转移到带宽管理上，在核心的网络节点上，往往需要处理数十个甚至上百个波长，而超长距的传输能力，使得更多的节点需要具备更多的上下波长能力。作为基础承载网络，在更为激烈的市场竞争环境下，需要更快的业务提供以及各种层面的网络保护和恢复能力。

　　因此，作为传统物理层的光层组网，也要适应新一代承载网络的分组化、业务化、带宽大颗粒化、动态化的组网需求。

　　DWDM密集波分复用系统是当前最常见的光层组网技术，通过复用/解复用器可以实现数十波甚至上百波的传送能力，但是当前的波分复用系统，其本质上还是一个点到点的线路系统，大多数的光层组网只能通过终端站(TM)实现的光线路系统构建。稍后出现的OADM光分插复用器，逐渐迈出了从点到点组网向环网的演进。但是由于OADM有限的功能，通常只能上下固定数目和波长的光通道，并没有真正实现灵活的光层组网。因此，从某种意义上说，早期的波分复用系统并没有实现真正意义上的光层组网，难以满足业务网络IP化和分组化的要求，例如网络的业务调度能力、可靠性、可维护性、可扩展性、可管理性等。这种情况直到ROADM的出现才得以改善。为了满足IP网络的需求，基础承载网的建设逐渐采用一种以可重构光分插复用设备(ROADM)为代表的光层重构技术，为基础承载网的建设提供了全新的思路。

2 ROADM的主要技术简介

　　ROADM是一种类似于SDH ADM光层的网元，它可以在一个节点上完成光通道的上下路(Add/Drop)，以及穿通光通道之间的波长级别的交叉调度。它可以通过软件远程控制网元中的ROADM子系统实现上下路波长的配置和调整。目前，ROADM子系统常见的有三种技术：平面光波电路（Planar Lightwave Circuits，PLC）、波长阻断器（Wavelength Blocker，WB）、波长选择开关（Wavelength Selective Switch，WSS）。

2.1 平面光波电路（PLC）

　　平面光波电路ROADM是一种基于硅工艺的集成电路，可以集成多种器件，如光栅、分路器以及光开关等。它通过集成的阵列光波导(AWG)实现波长复用和解复用，集成的光开关实现波长直通或阻断并加入(Block-and-Add)，可变光衰耗器(VOA)实现每通道的光功率动态均衡。PLC ROADM上下路的通道是彩色光，这意味着只有预定义的彩色波长可以在每个端口上下，并可配合可调滤波器和可调激光器使用。由于PLC的集成特性，使其成为低成本的ROADM解决方案之一。图1所示为PLC的结构示意图。 

优点：复用器/解复用器技术成熟可靠，节点内部插损较小，上下路波长较多时成本较低，便于升级到OXC。

缺点：模块化结构差，初期配置成本高，大容量交叉矩阵可靠性有待提高。

2.2 波长阻断器(WB)

　　波长阻断器用阻断下路波长通过来实现功能，它可以支持较多的光通道数和较小的通道间隔，具有较低的色散，并可实现多个器件的级联，易于实现光谱均衡。但波长阻断器需要额外的上下路模块来构建系统，上下路配合可调滤波器和可调激光器。从本质上讲，WB是一个二维器件，通常在构建系统中由多个分立器件构成，体积较大，但可以支持100GHz和50GHz的波道间隔，并且技术成熟，成本较低，因此适合用于LH和ULH系统。图2所示的是广播/选取结构示意图。 

优点：结构简单，模块化程度好，预留升级端口时可支持灵活扩展升级功能，上下路波长较少时成本低，支持广播业务，具备通道功率均衡能力。

　　缺点：上下路波长较多时成本较高（独立的可调谐滤波器成本高），不易过渡至OXC。

2.3 波长选择开关(WSS)

　　波长选择交换器(WSS)是近年来发展迅速的ROADM子系统技术。WSS基于MEMS光学平台，具有频带宽、色散低，并且同时支持10/40Gbit/s光信号的特点和内在的基于端口的波长定义(Colorless)特性。采用自由空间光交换技术，上下路波数少，但可以支持更高的维度，集成的部件较多，控制复杂。基于WSS的ROADM逐渐成为4度以上ROADM的首选技术。图3、图4所示的是波长选择开关上下路结构示意图。 

图4 波长选择开关下路结构示意图

优点：结构简单，端口指配灵活，波长扩展及方向扩展性较好，易于过渡到OXC。

缺点：上路类型节点成本较高，下路类型不支持业务广播功能。

　　三种ROADM子系统技术，各具特点，采用何种技术，主要视应用而定。根据对北美运营商的统计，超过70%的需求仍然是2维的应用，而只有约10%的ROADM节点，将会采用4维或以上的节点。因此，基于WB/PLC的ROADM，可以充分利用现有的成熟技术，对网络的影响最小，易于实现从FOADM到2维ROADM的升级，具有极高的成本效益。而基于WSS的ROADM，可以在所有方向提供波长粒度的信道，远程可重配置所有直通端口和上下端口，适宜于实现多方向的环间互联和构建Mesh网络。因此，三种技术各有所长，在不同的网络应用中都有相应的地位。

3 ROADM未来的演进方向

　　基于全光系统的ROADM同样也有明显的劣势：

　　（1）只能以波长为颗粒进行处理，不能对子波长业务（如波长为10G系统中的GE和2.5G的业务）进行交换/汇聚等处理，网络灵活性和带宽利用率受到一定限制。

　　（2）由于传输物理因素，全光传输距离受到一定限制，使得在骨干网应用中，业务流量和流向并不能任意变化，仍然需要精确地设计和规划，增加了网络规划的复杂性。德国电信也明确指出，传输物理限制是影响ROADM组网的重要原因。
　　基于ROADM目前存在的这些不足，业界提出增加电交叉领域。于是产生了ROADM＋OTN的设备形态。目前的典型应用是，对于10G以上(含10G)的业务，节点采用全光的方式进行直通或者上下，对于GE/2.5G的业务，节点先将其下路到电域交叉板，再进行基于2.5G颗粒的电域分插和复用。这种分插复用模式有点类似于ADM中的VC-4和VC-12的两级交叉，只是第一级采用全光的处理。目前，已有设备商推出相关产品，并在城域范围内有一定应用。