ROADM城域波分組網(wǎng)思路探討

王符亮

ROADM城域波分組網(wǎng)思路探討

王符亮

廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東 東莞 523000

隨著各大運營商政企業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，加之5G移動網(wǎng)的靈活承載需求，如何在城域波分引入ROADM的組網(wǎng)技術(shù)，滿足高效、靈活的業(yè)務(wù)開通和調(diào)度是目前城域波分組網(wǎng)的重點問題。結(jié)合ROADM技術(shù)的發(fā)展，對城域波分網(wǎng)絡(luò)中ROADM技術(shù)的選擇進行了研究和討論。

網(wǎng)絡(luò)通信；城域波分；ROADM；組網(wǎng)思路

引言

ROADM技術(shù)發(fā)展時間較長，目前已基本趨于成熟，逐步體現(xiàn)出商業(yè)價值。ROADM技術(shù)結(jié)合光層ASON，可以大幅提高光層可靠性和安全性，并在日常的業(yè)務(wù)開通和維護方面加快光層新波長開通速度，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速部署；可以降低后期光層建設(shè)和運行維護的成本，滿足通信網(wǎng)絡(luò)在新的發(fā)展環(huán)境下的需求，因此如何選擇在城域波分組網(wǎng)中部署ROADM將十分重要[1]。

1 ROADM技術(shù)演進

ROADM（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重構(gòu)光分插復(fù)用器）是一種主要使用在密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)中的器件或設(shè)備，作用是通過網(wǎng)管軟件自由定義配置，快速建立或重構(gòu)波長路由，以達到動態(tài)上路或下路業(yè)務(wù)波長的目的。目前，ROADM技術(shù)演進主要經(jīng)歷了以下三個階段。

（1）第一代基于波長阻斷器技術(shù)（WB-ROADM）。21世紀初，采用MEMS和液晶陣列技術(shù)，優(yōu)點是WB技術(shù)成熟，具有低成本、機構(gòu)簡單、模塊化程度好，支持廣播業(yè)務(wù)，預(yù)留升級端口時刻支持靈活擴展升級功能等優(yōu)勢；缺點是如果采用固定濾波器，則無法實現(xiàn)動態(tài)重構(gòu)上、下路波長，只能重構(gòu)直通波長，不易平滑過渡至光交叉互連（OXC）。

（2）第二代基于平面光波導(dǎo)技術(shù)（PLC-ROADM）。2003年開始，基于硅工藝多器件集成技術(shù)，優(yōu)點是通過波導(dǎo)集成技術(shù)，將解復(fù)用器、1×2光開關(guān)、VOA、復(fù)用器等集成在一塊芯片上，規(guī)模化生產(chǎn)后能有效降低成本，且具有低PDL、低插損的特點。平面光波導(dǎo)技術(shù)由于使用了1×2或2×2的光開關(guān)，因此具有二維自由度，且是成本相對較低的ROADM實現(xiàn)方案。缺點與WB-ROADM很多方面類似，也存在上、下端口都與波長相關(guān)，無法重構(gòu)上、下波長等問題。

（3）第三代基于波長選擇開關(guān)技術(shù)（WSS-ROADM）。與前兩代相比WSS最大的特點是不再需要WB模塊，每個波長都可以被獨立交換，多端口的WSS模塊能獨立地將任意波長分配到任意路徑。因此基于WSS的波分網(wǎng)絡(luò)具有多個自由度，不再像WB或PLC那樣需要對網(wǎng)絡(luò)互連架構(gòu)做預(yù)先設(shè)定，主流的實現(xiàn)方式有硅基液晶技術(shù)（LCOS）、液晶技術(shù)（LC）和微機電技術(shù)（MEMS）等。

2 WSS ROADM城域波分組網(wǎng)思路

目前，電交叉城域波分網(wǎng)絡(luò)遭遇到了時延、能耗、容量等多方面的挑戰(zhàn)。光交叉城域波分網(wǎng)絡(luò)具有的大容量、大顆粒、綠色節(jié)能的特點，使得光交叉城域波分網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用價值越來越明顯。

城域波分光層組網(wǎng)主流均會采用第三代基于波長選擇開關(guān)的ROADM技術(shù)方案。WSS ROADM主要組網(wǎng)方案選擇可以概況為“CDCG”，即上下波長與端口是否相關(guān)（Color），上下波長與方向是否相關(guān)（Direction），多個相同波長上下是否存在限制（Contention），波長位置與間隔是否固定（Grid）[2-3]。在實際部署中需結(jié)合本地中繼光纜情況、本地業(yè)務(wù)流量和業(yè)務(wù)調(diào)度需求的整體考慮，從這四個方面選擇適合WSS ROADM站型組合。其常用站型組合分析如下。

（1）Colored & Directioned ROADM型，當前應(yīng)用最廣泛的形式。優(yōu)點是組網(wǎng)成本低；缺點是靈活性差，不能支持WSON，只能基本滿足波長快速開通要求，且上下波長與端口和方向均相關(guān)。

（2）Colorless & Directioned ROADM型。相對于Colored & Directioned ROADM型，波長選擇靈活性有所提升，優(yōu)點是可在一定程度上簡化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，并動態(tài)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的波長配置，降低業(yè)務(wù)波長調(diào)整帶來的人工成本。缺點主要集中在不能實現(xiàn)上下波長與方向無關(guān)；對于單站點存在多方向電路調(diào)度需求時，不能靈活、快速完成業(yè)務(wù)開通，需要人工進行站點跳纖。

（3）Colored & Directionless ROADM型。優(yōu)點是提供了更強的業(yè)務(wù)疏導(dǎo)能力，并能提供業(yè)務(wù)上下節(jié)點的波長保護能力，可以滿足WSON網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求；缺點是上下波長與端口相關(guān)，在實際組網(wǎng)時主要體現(xiàn)在本地維度不多時上下電路會存在波長阻塞的問題。

（4）Colorless & Directionless ROADM型。ROADM網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體驗進一步提升，優(yōu)點是上下波長與端口和方向均無關(guān)；缺點是建網(wǎng)成本較高，適合人力成本高、業(yè)務(wù)質(zhì)量要求高，但光纖質(zhì)量相對不好的地區(qū)。

在Grid的選擇方面，由于超100?G系統(tǒng)中高速光信號的頻譜更加靈活，在不同調(diào)制方式下占用帶寬不同。現(xiàn)有的ROADM技術(shù)基于固定光譜，帶寬固定為50?GHz或100?GHz，無法適配這種靈活調(diào)配的需要，因此Flexible ROADM采用Flexible Grid帶寬調(diào)度方式，不同的信號適配不同的帶寬，支持帶寬的靈活分配和調(diào)度，既提高了頻譜利用率，又滿足了未來超100 Gbit/s速率時代的靈活調(diào)度要求。

Gridless ROADM站型的優(yōu)點在于使用波道間隔可調(diào)顛覆性地更改了系統(tǒng)對更高速率業(yè)務(wù)兼容性，通過靈活調(diào)節(jié)使業(yè)務(wù)占用帶寬調(diào)整成為可能，完善ASON調(diào)度節(jié)點對波長處理，同時允許同一系統(tǒng)存在不同波長間隔和譜寬的業(yè)務(wù)，并通過調(diào)節(jié)中心波長位置達到時隙碎片最大利用。但由于系統(tǒng)中中心波長位置不再確定間隔，要求OTU波分側(cè)模塊支持發(fā)送波長任意可調(diào)，且對現(xiàn)有波長監(jiān)控單元也需要進行改進，針對不同間隔、中心波長、速率對應(yīng)的譜寬進行掃描和參數(shù)上報。特別是ASON網(wǎng)絡(luò)，ASON控制平面協(xié)議也需要調(diào)整，更靈活的帶寬變換必須進行更加完善和復(fù)雜的規(guī)劃。

在城域波分可以快速部署ROADM技術(shù)，一方面由于城域業(yè)務(wù)流向為匯聚型為主，波長阻塞概率相對比較低，易于波分網(wǎng)絡(luò)整體規(guī)劃；另一方面，城域波分端到端波長跨距相對不大，結(jié)合光層ASON，可以充分發(fā)揮ROADM多方向連接的價值。

在城域波分部署ROADM時，為了避免波長阻塞，對于需要高線路波長利用率的場景，建議采用ROADM構(gòu)建2維鏈型或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，避免波長阻塞，且多方向間可采用電層OTN進行互通；針對業(yè)務(wù)量不大的場景，可以通過降低波長利用率，簡化波長網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的復(fù)雜性，避免波長阻塞[4]。

建議城域WSS ROADM組網(wǎng)配合WSON使用，只有光層ASON才能充分發(fā)揮ROADM MESH組網(wǎng)對豐富光線路由資源的作用，且可以充分發(fā)揮多路徑光層保護的性能和價值。若采用“ROADM MESH+WSON”組網(wǎng)方式，可以提供更加豐富的光層保護和重路由功能，提高光層抗多次斷線的能力，提升光層的可靠性。另外，在WSON的具體配置上可針對業(yè)務(wù)進行分級規(guī)劃，對于方向不確定、重要性高的業(yè)務(wù)，采用支持WSON的Directionless Add/Drop方案，而對于方向固定、大量的波長上下的業(yè)務(wù)，采用傳統(tǒng)的不支持WSON的Add/Drop方案[5]。

3 結(jié)語

總體來說，WSS ROADM組網(wǎng)具有任意波長可達任意端口、系統(tǒng)可擴展性好、設(shè)備維護方便、各方向故障隔離性好等連接優(yōu)點，且ROADM屬于動態(tài)網(wǎng)絡(luò)，支持動態(tài)調(diào)度，即波長級別可遠程調(diào)度，不需要進站跳纖，可以大幅降低維護人力投入。采用ROADM建MESH網(wǎng)絡(luò)，能充分利用光纖路由資源，配合光層ASON控制平面，實現(xiàn)波長動態(tài)重路由功能，使網(wǎng)絡(luò)具備抗多次斷纖的能力和快速的業(yè)務(wù)恢復(fù)能力。ROADM可以發(fā)揮簡化組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、控制部署范圍、合理規(guī)劃波長利用率等優(yōu)勢，在與電層OTN的有效配合下，能夠降低ROADM組網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的復(fù)雜度，提升運營維護效率。但由于現(xiàn)階段ROADM技術(shù)的限制，只能做波長級交叉，無法支持子波長，且多方向ROADM波長阻塞問題只能改善。在實際建網(wǎng)中，對于不同的城域波分網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)從業(yè)務(wù)需求、投資大小、運維成本等多方面做好部署ROADM的技術(shù)選擇，進一步提升城域波分網(wǎng)絡(luò)的整體承載能力，滿足通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需求。

[1]黃海清，李維民，楊種山. 下一代ROADM的結(jié)構(gòu)與技術(shù)[J]. 光通信技術(shù)，2013，37（5）：41-43.

[2]曹煉鏗. CDCGROADM在波分系統(tǒng)中的部署[J]. 廣東通信技術(shù)，2017，37（10）：33-37.

[3]余建國，何建明，易河清. OXC及OADM網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的研究[J]. 光通信研究，1999（1）：1-4.

[4]秦濤，鄭小平，張漢一，等. OXC/OADM節(jié)點中功率均衡技術(shù)的研究[J]. 光電子·激光，2001，12（10）：1061-1063.

[5]趙春華. ROADM在光層組網(wǎng)中的配置及應(yīng)用[J]. 電信科學(xué)，2014，30（6）：148-151，156.

Discussion on the Networking Idea of ROADM in Metropolitan Wavelength Division

Wang Fuliang

Guangdong Planning and Designing Institute of Telecommunications Co., Ltd., Guangdong Dongguan 523000

With the rapid development of major business and business enterprises, coupled with the flexible bearer requirements of 5G mobile networks, how to introduce ROADM networking technology in metropolitan wavelength division to meet efficient and flexible service provisioning and scheduling is currently the key point of networking idea of metropolitan wavelength division. Combined with the development of ROADM technology, the selection and discussion of ROADM technology in metropolitan wavelength division network are studied and discussed.

network communication; metropolitan wavelength division; ROADM; networking ideas

TN929.1

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