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(jì)院有限公司，廣東 東莞 523000

隨著各大運(yùn)營(yíng)商政企業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，加之5G移動(dòng)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(diǎn)問題。結(jié)合ROADM技術(shù)的發(fā)展，對(duì)城域波分網(wǎng)絡(luò)中ROADM技術(shù)的選擇進(jìn)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(shí)間較長(zhǎng)，目前已基本趨于成熟，逐步體現(xiàn)出商業(yè)價(jià)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(hù)方面加快光層新波長(zhǎng)開通速度，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速部署；可以降低后期光層建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)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(jìn)

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(zhǎng)路由，以達(dá)到動(dòng)態(tài)上路或下路業(yè)務(wù)波長(zhǎng)的目的。目前，ROADM技術(shù)演進(jìn)主要經(jīng)歷了以下三個(gè)階段。

（1）第一代基于波長(zhǎng)阻斷器技術(shù)（WB-ROADM）。21世紀(jì)初，采用MEMS和液晶陣列技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是WB技術(shù)成熟，具有低成本、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、模塊化程度好，支持廣播業(yè)務(wù)，預(yù)留升級(jí)端口時(shí)刻支持靈活擴(kuò)展升級(jí)功能等優(yōu)勢(shì)；缺點(diǎn)是如果采用固定濾波器，則無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)重構(gòu)上、下路波長(zhǎng)，只能重構(gòu)直通波長(zhǎng)，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(diǎn)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)?；a(chǎn)后能有效降低成本，且具有低PDL、低插損的特點(diǎn)。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(duì)較低的ROADM實(shí)現(xiàn)方案。缺點(diǎn)與WB-ROADM很多方面類似，也存在上、下端口都與波長(zhǎng)相關(guān)，無法重構(gòu)上、下波長(zhǎng)等問題。

（3）第三代基于波長(zhǎng)選擇開關(guān)技術(shù)（WSS-ROADM）。與前兩代相比WSS最大的特點(diǎn)是不再需要WB模塊，每個(gè)波長(zhǎng)都可以被獨(dú)立交換，多端口的WSS模塊能獨(dú)立地將任意波長(zhǎng)分配到任意路徑。因此基于WSS的波分網(wǎng)絡(luò)具有多個(gè)自由度，不再像WB或PLC那樣需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)互連架構(gòu)做預(yù)先設(shè)定，主流的實(shí)現(xiàn)方式有硅基液晶技術(shù)（LCOS）、液晶技術(shù)（LC）和微機(jī)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(shí)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(diǎn)，使得光交叉城域波分網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用價(jià)值越來越明顯。

城域波分光層組網(wǎng)主流均會(huì)采用第三代基于波長(zhǎng)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(zhǎng)與端口是否相關(guān)（Color），上下波長(zhǎng)與方向是否相關(guān)（Direction），多個(gè)相同波長(zhǎng)上下是否存在限制（Contention），波長(zhǎng)位置與間隔是否固定（Grid）[2-3]。在實(shí)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(gè)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(dāng)前應(yīng)用最廣泛的形式。優(yōu)點(diǎn)是組網(wǎng)成本低；缺點(diǎn)是靈活性差，不能支持WSON，只能基本滿足波長(zhǎng)快速開通要求，且上下波長(zhǎng)與端口和方向均相關(guān)。

（2）Colorless & Directioned ROADM型。相對(duì)于Colored & Directioned ROADM型，波長(zhǎng)選擇靈活性有所提升，優(yōu)點(diǎn)是可在一定程度上簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，并動(dòng)態(tài)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的波長(zhǎng)配置，降低業(yè)務(wù)波長(zhǎng)調(diào)整帶來的人工成本。缺點(diǎn)主要集中在不能實(shí)現(xiàn)上下波長(zhǎng)與方向無關(guān)；對(duì)于單站點(diǎn)存在多方向電路調(diào)度需求時(shí)，不能靈活、快速完成業(yè)務(wù)開通，需要人工進(jìn)行站點(diǎn)跳纖。

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

（4）Colorless & Directionless ROADM型。ROADM網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體驗(yàn)進(jìn)一步提升，優(yōu)點(diǎn)是上下波長(zhǎng)與端口和方向均無關(guān)；缺點(diǎn)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(duì)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(hào)的頻譜更加靈活，在不同調(diào)制方式下占用帶寬不同?，F(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(hào)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(shí)代的靈活調(diào)度要求。

Gridless ROADM站型的優(yōu)點(diǎn)在于使用波道間隔可調(diào)顛覆性地更改了系統(tǒng)對(duì)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(diǎn)對(duì)波長(zhǎng)處理，同時(shí)允許同一系統(tǒng)存在不同波長(zhǎng)間隔和譜寬的業(yè)務(wù)，并通過調(diào)節(jié)中心波長(zhǎng)位置達(dá)到時(shí)隙碎片最大利用。但由于系統(tǒng)中中心波長(zhǎng)位置不再確定間隔，要求OTU波分側(cè)模塊支持發(fā)送波長(zhǎng)任意可調(diào)，且對(duì)現(xiàn)有波長(zhǎng)監(jiān)控單元也需要進(jìn)行改進(jìn)，針對(duì)不同間隔、中心波長(zhǎng)、速率對(duì)應(yīng)的譜寬進(jìn)行掃描和參數(shù)上報(bào)。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(jìn)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?yàn)閰R聚型為主，波長(zhǎng)阻塞概率相對(duì)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(zhǎng)跨距相對(duì)不大，結(jié)合光層ASON，可以充分發(fā)揮ROADM多方向連接的價(jià)值。

在城域波分部署ROADM時(shí)，為了避免波長(zhǎng)阻塞，對(duì)于需要高線路波長(zhǎng)利用率的場(chǎng)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(zhǎng)阻塞，且多方向間可采用電層OTN進(jìn)行互通；針對(duì)業(yè)務(wù)量不大的場(chǎng)景，可以通過降低波長(zhǎng)利用率，簡(jiǎn)化波長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，避免波長(zhǎng)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(duì)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(hù)的性能和價(jià)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(hù)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(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分級(jí)規(guī)劃，對(duì)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(duì)于方向固定、大量的波長(zhǎng)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(zhǎng)可達(dá)任意端口、系統(tǒng)可擴(kuò)展性好、設(shè)備維護(hù)方便、各方向故障隔離性好等連接優(yōu)點(diǎn)，且ROADM屬于動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，支持動(dòng)態(tài)調(diào)度，即波長(zhǎng)級(jí)別可遠(yuǎn)程調(diào)度，不需要進(jìn)站跳纖，可以大幅降低維護(hù)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(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)動(dòng)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(jiǎn)化組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、控制部署范圍、合理規(guī)劃波長(zhǎng)利用率等優(yōu)勢(shì)，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(jì)的復(fù)雜度，提升運(yùn)營(yíng)維護(hù)效率。但由于現(xiàn)階段ROADM技術(shù)的限制，只能做波長(zhǎng)級(jí)交叉，無法支持子波長(zhǎng)，且多方向ROADM波長(zhǎng)阻塞問題只能改善。在實(shí)際建網(wǎng)中，對(duì)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(yùn)維成本等多方面做好部署ROADM的技術(shù)選擇，進(jìn)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(guó)，何建明，易河清. OXC及OADM網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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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