ROADM在光層組網中的配置及應用

趙春華

（廣東省電信規劃設計院有限公司 廣州510630）

1 引言

可重構光分插復用器（ROADM）是波分復用（WDM）系統中實現光層調度和恢復的重要器件，在WDM網絡規劃建設中合理使用ROADM可以減少波長轉換器（OTU）的使用，降低工程造價；ROADM使得WDM由點對點系統演化為具有光層交叉連接功能的網絡系統，借助ROADM，維護人員可以在網管上調度部分光波長，減少人工入站跳纖的次數，從而降低運維成本，目前以波長選擇開關（WSS）為組件的ROADM正得到越來越廣泛的應用。

2 ROADM的幾種配置方案

ROADM的配置分為群路直通側配置和落地側配置。群路直通側讓波長從一個方向的群路側直通到另一個方向，中間不經過電的再生，對于目前1∶8的WSS來說，一個方向的波長可以直通到其他任意7個方向，與電層直通不同，光層沒有波長轉換，故必須在相同波長之間進行，兩個不同群路的相同波長不能同時進入同一個群路，存在波長競爭；另外，光層沒有再生功能，其傳輸信號的性能劣化（ONSR、PMD等）是累積的，性能劣化的程度決定了無電中繼距離。

落地側（支路側）的波長經ROADM在光層落地后，要么經過收發OTU終結落地，要么通過中繼OTU繼續上路，通過中繼OTU的波長可以認為是波長在電層的直通或轉接，電層的直通和轉接分別是對光層信號再生功能和波長轉換功能的彌補。落地側可以配置電交叉，也可以不配，電交叉可以在電層實現電路的調度和保護，但會帶來較大的功耗。

2.1 ROADM群路直通側的配置

ROADM群路直通側的配置一般是把各個群路方向連接成網狀網[1]，具體可以采用3種配置方式：一是合路器和分路器都用WSS；二是合路器用耦合器，分路器用WSS；三是合路器用WSS，分路器用耦合器。這3種配置方式都可以實現群路的網狀連接，實際使用較多的是方式二，即合路器用耦合器、分路器用WSS的方式，如圖1所示。后文的圖示采用方式一，即合路器和分路器都用WSS的方式，這種方式的上路和下路是完全對稱的，圖示起來比較方便。

2.2 ROADM落地側的配置

落地側的配置需要考慮方向、波長和競爭是相關還是無關，方向無關（directionless）指落地的波長可以連接到不同的群路；波長無關（colorless）指落地光器件的端口與波長沒有固定的對應關系；競爭無關（contentionless）是指在方向無關時，落地波長之間不存在波長沖突。不同的需求導致不同的配置，分以下幾種情況分別考慮。

2.2.1 配置1：方向相關、波長相關

這是最簡單的配置，每對陣列波道光柵（AWG）直接連在各自的群路方向上，如圖2所示，A、B、C 3個群路側連成網狀網，對于落地的支路側，每個AWG連接一個群路方向，只分離該群路方向上的波長，為方向相關；由于AWG器件的端口與波長是固定對應的，因此波長相關；這種配置沒有波長競爭，因為波長競爭是在配置為方向無關時才可能出現。這是ROADM一種比較常用的配置方式，成本最低。

2.2.2 配置2：方向無關、波長相關、競爭相關

方向無關的配置[2]需要增加一個WSS將各群路方向的波長合并到落地側的AWG，使得AWG可以分離來自不同群路方向的波長，以實現方向無關，如圖3所示。同樣地，由于AWG的端口與波長是固定對應的，是波長相關的；這種配置在AWG與WSS之間的連接處，來自不同方向的相同波長存在競爭（如不能同時出現λ1）。這也是一種較常采用的配置方式，成本也比較低，圖3可以下80個波長，如果需要下超過一個群路（80波）的波長，則支路側需要增加WSS+AWG的組合。

2.2.3 配置3：方向無關、波長無關、競爭相關

將圖3中落地的AWG換成WSS，由于WSS的端口與波長不存在固定的對應關系，這樣的配置可以實現方向無關和波長無關，如圖4所示。同圖3一樣，支路側兩個WSS的連接處存在波長沖突，例如，圖4中A方向和C方向的λ1不能同時進入落地的WSS，即落地側的兩個端口不可能都是λ1。這種配置的成本較高，因為主流的WSS維度是1∶8，即使下一個群路80個波長也需要多個WSS級聯實現，而AWG一般都是1∶40，兩個AWG通過奇、偶間插可以很容易地實現80波的合波與分波。

2.2.4 配置4：方向無關、波長無關、競爭無關

在圖4的基礎上，落地側采用3×4的多維WSS，可以實現波長無關、方向無關和競爭無關，具體實現如圖5所示。圖中框線內的部分就是3×4的WSS，其內部由3個1∶4的WSS加上4個1∶3的WSS組合而成，此時群路A側和群路C側的λ1可以同時進入3×4的多維WSS，落地側兩個不同的端口可以出現相同的波長，實現了波長無關、方向無關和競爭無關（即CDC）。

2.2.5 CDC方案的可擴展性

圖5是CDC功能的簡化示意。實際系統中典型的WSS一般是1∶n（n=8），n最大可做到20，其n比波長的數量小，圖6是一種4方向下20波ROADM的支路側配置，將此配置看作一個4×20的WSS單元，如果下滿80波，需要4個4×20的WSS組 合才能實現，具體做法是將4×20的WSS連接到群路側剩余的端口（群路WSS為1∶8，3個端口用于群路側的互聯后還剩下5個端口），每個群路側用4個端口與4×20的WSS連接，如圖7所示，如果要將4個方向4×80波全部下完，配置將非常復雜，事實上完全具備CDC功能的ROADM目前只存在技術上的可行性，并不具備商用價值，運營商實際商用的ROADM系統主要采用比較簡單的方案1或方案2進行配置，方案3因成本較高而較少采用，基于CDC的方案4則完全沒有商用化。

3 光層交叉與電層交叉

光層調度對速率是透明的，與速率是10 Gbit/s、40 Gbit/s或100 Gbit/s關系不大，因此其交叉容量比較大，功耗比電層交叉低，這是光層最突出的優勢。光層調度的主要缺點體現在以下3點。

·沒有電層的再生功能和波長轉換功能，當距離較長或穿通的節點較多時，需要電層進行再生；由于不能實現波長轉換，各群路之間的波長直通可能存在沖突。例如，對于三維的ROADM（如圖8所示），群路C方向的前40波和后40波分別與群路B和群路A方向的前40波和后40波光層直通，群路A方向剩余的前40波和群路B方向剩余的后40波由于波長不同無法在光層做直通連接，必須經過電層的波長轉換在電層轉接。

·ROADM在上下波長時，需要考慮方向、波長和競爭是相關還是無關，其配置不同，設備的復雜程度也不同。

·光層的保護恢復速度一般比電層慢，通常需要結合控制平面完成路由的恢復。

電層交叉的優勢是其天然具備信號再生、波長轉換功能，群路側的交叉不需要考慮波長競爭，落地的支路側無需考慮方向、波長和競爭是相關還是無關的問題，電層交叉的工程設計比較簡單。從維護角度看，電層調度與傳統的SDH調度類似，比光層調度更易于理解和掌握。電層交叉的缺點主要有兩個：一是交叉容量較小，二是功耗較大。目前商用系統的交叉容量大約為10 TB，對于單波100 Gbit/s系統來說，一個群路方向的80波就占用了8 TB的容量，消耗了電交叉的大部分容量，故電交叉的組網常采用分波帶的方式實現，以減少對交叉容量的需求；另外，電層交叉的功耗也隨著單波道速率的提升而升高。

4 ROADM目前的主要應用

國外ROADM較多的應用場景是城域網或區域較小的干線網，較短的傳輸距離允許較多的光層穿通，采用ROADM可方便網絡的光層調度和恢復；對于范圍較大的干線網，由于距離較長，大多數電路不能直接穿通ROADM，必須進行電層的再生，運營商往往直接選擇熟悉的電層交叉實現網絡的調度和保護。目前的ROADM主要有以下兩種應用。

采用第1種配置，作為智能配線架在網管上實現調度，減少光纖的人工連接，這種配置沒有重路由功能。

目前運營商干線中采用的固定ROADM通常是利用合、分波器之間直接的跳纖實現，當群路方向比較多時，跳纖會非常多，采用ROADM可以將大量的外部光纖連接變成WSS器件內部的連接，具體的連接方向（波長路由）通過網管指配完成，這一方面減少了工程施工中的人工連纖，另一方面也減少了維護中的故障點數量，跳纖的接頭故障在維護中常常占據較大的比例。

采用第2種或第3種配置（主要是第2種配置），實現光層調度和光層的重路由恢復。

這種配置主要應用在地域較小的干線或城域網中，國外的一些運營商采用ROADM一方面進行光層的調度，減少人工跳纖；另一方面開啟光層的控制平面實現光層的重路由功能，或者結合電層的保護功能實現ASON下的永久“1+1”保護。

5 ROADM未來的應用——基于CDC的ROADM節點

在基于CDC的ROADM成熟商用后，利用CDC結構的ROADM加上電中繼OTU可以實現各類光層的調度和保護恢復，這種結構可以替代容量偏小、功耗偏大的電交叉矩陣。

一種基于光層調度/保護恢復的CDC ROADM節點架構如圖9所示。

將需要進行交叉調度的波長分為如下4類：

·群路A的λ1可以在光層利用ROADM的群路側連接直接在光層穿通至群路B；

·群路A的λ2由于信號劣化不能直接在光層穿通，需要在光層落地經過中繼OTU后再上路到群路C；

·群路A的λ3由于與群路C的λ4無法在光層進行轉換，需要經過中繼OTU進行波長轉換，以實現交叉連接；

·群路A的λ5經落地OTU落地后接業務層的設備，也可以轉接到其他的波分系統。

如果配備具有CDC功能的ROADM，則落地的端口可以與任意群路連接，與波長無關且不存在波長競爭，從而可以大大簡化網絡配置，將電層的OTU分為兩類：一類是落地的OTU組，用于波長的終結落地；另一類是中繼的OTU組，實現電層的再生中繼和波長轉換的功能。所有OTU都采用80波可調，在此配置下，λ1直接走光層直通，不經過OTU；λ2、λ3、λ4接入全波可調的中繼OTU組，實現電層的直通和轉接；λ5接入落地的OTU組后直接落地。從網絡調度的角度看，群路之間的波長直通要么直接在光層進行，要么在光層落地后經中繼OTU在電層直通，不同波長的交叉連接在光層落地后經OTU實現波長轉換，此時無需配置電交叉矩陣，即可實現各類的調度；從網絡保護的角度看，這種架構結合光層的控制平面，未來引入具有全

5 結束語

隨著網絡規模的擴大和通信技術的發展，網絡管理工作也面臨著越來越多的挑戰。本文就網絡故障的預測和監測方法進行了研究，希望基于大數據的思想，充分挖掘蘊含在大量網絡數據中的有用信息，并將之用于網絡故障發現和預測。從本文的結論可以看到，大數據和網絡管理方法的結合已經顯現出越來越大的潛力，隨著兩者結合的不斷深入，必將為未來網絡管理的發展帶來更多的突破。

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