ROADM在光層組網(wǎng)中的配置及應(yīng)用

趙春華

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 廣州510630）

1 引言

可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM）是波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光層調(diào)度和恢復(fù)的重要器件，在WDM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)中合理使用ROADM可以減少波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器（OTU）的使用，降低工程造價(jià)；ROADM使得WDM由點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)演化為具有光層交叉連接功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，借助ROADM，維護(hù)人員可以在網(wǎng)管上調(diào)度部分光波長(zhǎng)，減少人工入站跳纖的次數(shù)，從而降低運(yùn)維成本，目前以波長(zhǎng)選擇開關(guān)（WSS）為組件的ROADM正得到越來越廣泛的應(yīng)用。

2 ROADM的幾種配置方案

ROADM的配置分為群路直通側(cè)配置和落地側(cè)配置。群路直通側(cè)讓波長(zhǎng)從一個(gè)方向的群路側(cè)直通到另一個(gè)方向，中間不經(jīng)過電的再生，對(duì)于目前1∶8的WSS來說，一個(gè)方向的波長(zhǎng)可以直通到其他任意7個(gè)方向，與電層直通不同，光層沒有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，故必須在相同波長(zhǎng)之間進(jìn)行，兩個(gè)不同群路的相同波長(zhǎng)不能同時(shí)進(jìn)入同一個(gè)群路，存在波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)；另外，光層沒有再生功能，其傳輸信號(hào)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(cè)（支路側(cè)）的波長(zhǎng)經(jīng)ROADM在光層落地后，要么經(jīng)過收發(fā)OTU終結(jié)落地，要么通過中繼OTU繼續(xù)上路，通過中繼OTU的波長(zhǎng)可以認(rèn)為是波長(zhǎng)在電層的直通或轉(zhuǎn)接，電層的直通和轉(zhuǎn)接分別是對(duì)光層信號(hào)再生功能和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能的彌補(bǔ)。落地側(cè)可以配置電交叉，也可以不配，電交叉可以在電層實(shí)現(xiàn)電路的調(diào)度和保護(hù)，但會(huì)帶來較大的功耗。

2.1 ROADM群路直通側(cè)的配置

ROADM群路直通側(cè)的配置一般是把各個(gè)群路方向連接成網(wǎng)狀網(wǎng)[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(shí)現(xiàn)群路的網(wǎng)狀連接，實(shí)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(duì)稱的，圖示起來比較方便。

2.2 ROADM落地側(cè)的配置

落地側(cè)的配置需要考慮方向、波長(zhǎng)和競(jìng)爭(zhēng)是相關(guān)還是無關(guān)，方向無關(guān)（directionless）指落地的波長(zhǎng)可以連接到不同的群路；波長(zhǎng)無關(guān)（colorless）指落地光器件的端口與波長(zhǎng)沒有固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系；競(jìng)爭(zhēng)無關(guān)（contentionless）是指在方向無關(guān)時(shí)，落地波長(zhǎng)之間不存在波長(zhǎng)沖突。不同的需求導(dǎo)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(guān)、波長(zhǎng)相關(guān)

這是最簡(jiǎn)單的配置，每對(duì)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(gè)群路側(cè)連成網(wǎng)狀網(wǎng)，對(duì)于落地的支路側(cè)，每個(gè)AWG連接一個(gè)群路方向，只分離該群路方向上的波長(zhǎng)，為方向相關(guān)；由于AWG器件的端口與波長(zhǎng)是固定對(duì)應(yīng)的，因此波長(zhǎng)相關(guān)；這種配置沒有波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)是在配置為方向無關(guān)時(shí)才可能出現(xiàn)。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(guān)、波長(zhǎng)相關(guān)、競(jìng)爭(zhēng)相關(guān)

方向無關(guān)的配置[2]需要增加一個(gè)WSS將各群路方向的波長(zhǎng)合并到落地側(cè)的AWG，使得AWG可以分離來自不同群路方向的波長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)方向無關(guān)，如圖3所示。同樣地，由于AWG的端口與波長(zhǎng)是固定對(duì)應(yīng)的，是波長(zhǎng)相關(guān)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(zhǎng)存在競(jìng)爭(zhēng)（如不能同時(shí)出現(xiàn)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(gè)波長(zhǎng)，如果需要下超過一個(gè)群路（80波）的波長(zhǎng)，則支路側(cè)需要增加WSS+AWG的組合。

2.2.3 配置3：方向無關(guān)、波長(zhǎng)無關(guān)、競(jìng)爭(zhēng)相關(guān)

將圖3中落地的AWG換成WSS，由于WSS的端口與波長(zhǎng)不存在固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這樣的配置可以實(shí)現(xiàn)方向無關(guān)和波長(zhǎng)無關(guān)，如圖4所示。同圖3一樣，支路側(cè)兩個(gè)WSS的連接處存在波長(zhǎng)沖突，例如，圖4中A方向和C方向的λ1不能同時(shí)進(jìn)入落地的WSS，即落地側(cè)的兩個(gè)端口不可能都是λ1。這種配置的成本較高，因?yàn)橹髁鞯腤SS維度是1∶8，即使下一個(gè)群路80個(gè)波長(zhǎng)也需要多個(gè)WSS級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)，而AWG一般都是1∶40，兩個(gè)AWG通過奇、偶間插可以很容易地實(shí)現(xiàn)80波的合波與分波。

2.2.4 配置4：方向無關(guān)、波長(zhǎng)無關(guān)、競(jìng)爭(zhēng)無關(guān)

在圖4的基礎(chǔ)上，落地側(cè)采用3×4的多維WSS，可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)無關(guān)、方向無關(guān)和競(jìng)爭(zhēng)無關(guān)，具體實(shí)現(xiàn)如圖5所示。圖中框線內(nèi)的部分就是3×4的WSS，其內(nèi)部由3個(gè)1∶4的WSS加上4個(gè)1∶3的WSS組合而成，此時(shí)群路A側(cè)和群路C側(cè)的λ1可以同時(shí)進(jìn)入3×4的多維WSS，落地側(cè)兩個(gè)不同的端口可以出現(xiàn)相同的波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)無關(guān)、方向無關(guān)和競(jìng)爭(zhēng)無關(guān)（即CDC）。

2.2.5 CDC方案的可擴(kuò)展性

圖5是CDC功能的簡(jiǎn)化示意。實(shí)際系統(tǒng)中典型的WSS一般是1∶n（n=8），n最大可做到20，其n比波長(zhǎng)的數(shù)量小，圖6是一種4方向下20波ROADM的支路側(cè)配置，將此配置看作一個(gè)4×20的WSS單元，如果下滿80波，需要4個(gè)4×20的WSS組 合才能實(shí)現(xiàn)，具體做法是將4×20的WSS連接到群路側(cè)剩余的端口（群路WSS為1∶8，3個(gè)端口用于群路側(cè)的互聯(lián)后還剩下5個(gè)端口），每個(gè)群路側(cè)用4個(gè)端口與4×20的WSS連接，如圖7所示，如果要將4個(gè)方向4×80波全部下完，配置將非常復(fù)雜，事實(shí)上完全具備CDC功能的ROADM目前只存在技術(shù)上的可行性，并不具備商用價(jià)值，運(yùn)營(yíng)商實(shí)際商用的ROADM系統(tǒng)主要采用比較簡(jiǎn)單的方案1或方案2進(jìn)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(diào)度對(duì)速率是透明的，與速率是10 Gbit/s、40 Gbit/s或100 Gbit/s關(guān)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(yōu)勢(shì)。光層調(diào)度的主要缺點(diǎn)體現(xiàn)在以下3點(diǎn)。

·沒有電層的再生功能和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能，當(dāng)距離較長(zhǎng)或穿通的節(jié)點(diǎn)較多時(shí)，需要電層進(jìn)行再生；由于不能實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，各群路之間的波長(zhǎng)直通可能存在沖突。例如，對(duì)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(zhǎng)不同無法在光層做直通連接，必須經(jīng)過電層的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換在電層轉(zhuǎn)接。

·ROADM在上下波長(zhǎng)時(shí)，需要考慮方向、波長(zhǎng)和競(jìng)爭(zhēng)是相關(guān)還是無關(guān)，其配置不同，設(shè)備的復(fù)雜程度也不同。

·光層的保護(hù)恢復(fù)速度一般比電層慢，通常需要結(jié)合控制平面完成路由的恢復(fù)。

電層交叉的優(yōu)勢(shì)是其天然具備信號(hào)再生、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能，群路側(cè)的交叉不需要考慮波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)，落地的支路側(cè)無需考慮方向、波長(zhǎng)和競(jìng)爭(zhēng)是相關(guān)還是無關(guān)的問題，電層交叉的工程設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。從維護(hù)角度看，電層調(diào)度與傳統(tǒng)的SDH調(diào)度類似，比光層調(diào)度更易于理解和掌握。電層交叉的缺點(diǎn)主要有兩個(gè)：一是交叉容量較小，二是功耗較大。目前商用系統(tǒng)的交叉容量大約為10 TB，對(duì)于單波100 Gbit/s系統(tǒng)來說，一個(gè)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(wǎng)常采用分波帶的方式實(shí)現(xiàn)，以減少對(duì)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(yīng)用

國(guó)外ROADM較多的應(yīng)用場(chǎng)景是城域網(wǎng)或區(qū)域較小的干線網(wǎng)，較短的傳輸距離允許較多的光層穿通，采用ROADM可方便網(wǎng)絡(luò)的光層調(diào)度和恢復(fù)；對(duì)于范圍較大的干線網(wǎng)，由于距離較長(zhǎng)，大多數(shù)電路不能直接穿通ROADM，必須進(jìn)行電層的再生，運(yùn)營(yíng)商往往直接選擇熟悉的電層交叉實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度和保護(hù)。目前的ROADM主要有以下兩種應(yīng)用。

采用第1種配置，作為智能配線架在網(wǎng)管上實(shí)現(xiàn)調(diào)度，減少光纖的人工連接，這種配置沒有重路由功能。

目前運(yùn)營(yíng)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(shí)現(xiàn)，當(dāng)群路方向比較多時(shí)，跳纖會(huì)非常多，采用ROADM可以將大量的外部光纖連接變成WSS器件內(nèi)部的連接，具體的連接方向（波長(zhǎng)路由）通過網(wǎng)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(hù)中的故障點(diǎn)數(shù)量，跳纖的接頭故障在維護(hù)中常常占據(jù)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(shí)現(xiàn)光層調(diào)度和光層的重路由恢復(fù)。

這種配置主要應(yīng)用在地域較小的干線或城域網(wǎng)中，國(guó)外的一些運(yùn)營(yíng)商采用ROADM一方面進(jìn)行光層的調(diào)度，減少人工跳纖；另一方面開啟光層的控制平面實(shí)現(xiàn)光層的重路由功能，或者結(jié)合電層的保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)ASON下的永久“1+1”保護(hù)。

5 ROADM未來的應(yīng)用——基于CDC的ROADM節(jié)點(diǎn)

在基于CDC的ROADM成熟商用后，利用CDC結(jié)構(gòu)的ROADM加上電中繼OTU可以實(shí)現(xiàn)各類光層的調(diào)度和保護(hù)恢復(fù)，這種結(jié)構(gòu)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(diào)度/保護(hù)恢復(fù)的CDC ROADM節(jié)點(diǎn)架構(gòu)如圖9所示。

將需要進(jìn)行交叉調(diào)度的波長(zhǎng)分為如下4類：

·群路A的λ1可以在光層利用ROADM的群路側(cè)連接直接在光層穿通至群路B；

·群路A的λ2由于信號(hào)劣化不能直接在光層穿通，需要在光層落地經(jīng)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(jìn)行轉(zhuǎn)換，需要經(jīng)過中繼OTU進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)交叉連接；

·群路A的λ5經(jīng)落地OTU落地后接業(yè)務(wù)層的設(shè)備，也可以轉(zhuǎn)接到其他的波分系統(tǒng)。

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(zhǎng)無關(guān)且不存在波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)，從而可以大大簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)配置，將電層的OTU分為兩類：一類是落地的OTU組，用于波長(zhǎng)的終結(jié)落地；另一類是中繼的OTU組，實(shí)現(xiàn)電層的再生中繼和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的功能。所有OTU都采用80波可調(diào)，在此配置下，λ1直接走光層直通，不經(jīng)過OTU；λ2、λ3、λ4接入全波可調(diào)的中繼OTU組，實(shí)現(xiàn)電層的直通和轉(zhuǎn)接；λ5接入落地的OTU組后直接落地。從網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的角度看，群路之間的波長(zhǎng)直通要么直接在光層進(jìn)行，要么在光層落地后經(jīng)中繼OTU在電層直通，不同波長(zhǎng)的交叉連接在光層落地后經(jīng)OTU實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，此時(shí)無需配置電交叉矩陣，即可實(shí)現(xiàn)各類的調(diào)度；從網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的角度看，這種架構(gòu)結(jié)合光層的控制平面，未來引入具有全

5 結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和通信技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)管理工作也面臨著越來越多的挑戰(zhàn)。本文就網(wǎng)絡(luò)故障的預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了研究，希望基于大數(shù)據(jù)的思想，充分挖掘蘊(yùn)含在大量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中的有用信息，并將之用于網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)。從本文的結(jié)論可以看到，大數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)管理方法的結(jié)合已經(jīng)顯現(xiàn)出越來越大的潛力，隨著兩者結(jié)合的不斷深入，必將為未來網(wǎng)絡(luò)管理的發(fā)展帶來更多的突破。

1 Hanemann A,Sailer M,Sehmitz D.Towards a framework for it service fault management.Proceedings of the European University Information Systems Conference(EUNIS2005),Manehester,England,2010

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