ROADM技术构建更智能的光网络

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ROADM技术引入的渊源
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。
同时，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。
ROADM主要技术简介
ROADM是一种类似于SDHADM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(PLCPlanarLightwave Circuits)、波长阻断器(WB Wavelength Blocker)、波长选择开关(WSS Wavelength Selective Switch)。
平面光波电路（PLC）是低成本的ROADM解决方案之一。其优点是复用器/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；缺点是模块化结构差，初期配置成本高，大容量交叉矩阵可靠性有待提高。
波长阻断器（WB）技术成熟、成本较低，适合用于LH和ULH系统。其优点是结构简单，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；缺点是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。
波长选择开关（WSS）是近年来发展迅速的ROADM子系统技术，基于WSS的ROADM逐渐成为4度以上ROADM的首选技术。其优点是结构简单，端口指配灵活，波长扩展及方向扩展性较好，易于过渡到OXC；缺点是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。
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：
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。
由于传输物理因素，全光传输距离受到一定限制，在骨干网应用中，业务流量和流向并不能任意变化，仍然需要精确的设计和规划，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。
ROADM产品方案的选择
从技术实现方案来看，波长选择开关方案具有较好的灵活性，可支持波长及光方向的扩展，受到设备厂商的青睐。但由于目前市场尚未形成规模应用，器件价格较贵，相对于固定波长上/下的OADM来说成本仍较高，这是限制ROADM设备广泛应用的重要因素。设备智能化的特性与高昂的成本相比较，所带来的收益还不足以促使所有运营商增加网络建设投资购买ROADM设备，除非设备成本进一步下降或者运营商在一些高端网络上进行战略投资时才有可能真正选用ROADM设备进行组网。因此，低成本的ROADM方案和逐渐过渡的分步实现策略成为比较现实的发展之路。中兴通讯在深入分析市场客户不同层次的智能化需求以及综合对比现有各种技术优势的基础上，规划了多种ROADM产品类型，以适应不同客户在功能、成本方面的多种应用需求。

图1是中兴通讯ROADM产品类型及演变的趋势。

低成本ROADM产品
低成本的ROADM产品主要指上下路端口固定或者上路端口固定产品类型，主要应用于需要远程配置波长上下路来实现业务分布的变化。
ROADM按功能分类有上下路固定端口的WBROADM和上路固定端口的WSSROADM两种类型。WBROADM采用固定滤波器分波以及固定上路波长业务单板，因省去了高昂的可调谐滤波器和可调谐激光器降低了成本，不支持上下路的端口指配功能；WSS ROADM采用固定上路波长业务单板，下路端口可实现指配。具体使用过程中应根据市场应用的需求灵活选取相应类型，低成本的ROADM产品适用于需要波长上下路配置、对端口指配不做要求的市场应用领域。
全功能ROADM产品
该类型的产品可实现上下路波长重构并对上下路端口实现指配功能（anywavelengthtoany port），功能灵活，可用于组建智能化要求较高的网络。包括上下路可指配端口WB ROADM类型和上下路可指配端口WSS ROADM类型：WB ROADM类型需要可调谐滤波器和可调谐波长的业务单板配合；WSS ROADM类型需要同时配置可调谐波长的业务单板。全功能ROADM产品的成本降低依赖于WSS、可调谐滤波器等集成器件的成本下降。
基于目前集成器件成本较高导致ROADM设备成本高昂的情况，结合市场实际应用需求，选择低成本ROADM方案提供智能化网络的解决方案为当前的最佳方案，随着器件成本的下降，将来可逐渐过渡到全功能的解决方案。