ROADM技術在本地傳送網絡的應用研究

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1 引言

隨著各類互聯網應用、移動視頻、IDC、IPTV等業務的迅猛增長，對傳輸速率和通信容量需求不斷增加，傳統點對點 OTN 鏈路的網絡結構難以滿足未來和業務發展的需要。如何以更低成本建設傳輸承載網絡來滿足帶寬需求，同時保障時延敏感業務的時延要求，成為所有運營商共同面對的問題。可重構光分叉復用器（ROADM）技術的發展成熟及應用為上述問題提供了解決方案。本文介紹了ROADM技術的特點，以及與傳統OTN對比，提出了ROADM技術在本地傳送網絡的應用策略，并給出了山東某市城域ROADM網絡部署案例。

2 ROADM主要技術及特點

ROADM (Reconfigurable optical add/drop multiplexer)全稱為可重構的光分插復用器，是一種使用在密集波分復用(DWDM)系統中的器件或設備，其作用是通過遠程的重新配置，可以動態上路或下路業務波長，無需手工跳纖，就可以實現對WDM系統的波長重構。多維ROADM 設備還支持波長通道在各個維度（方向）之間靈活調度。

目前，ROADM常見的有三種技術：波長阻斷器（Wavelength Blocker，WB）、平面光波電路（Planar Lightwave Circuit，PLC）和波長選擇開關（Wavelength Selective Switch，WSS）。波長阻斷器（WB）是一種可以調整特定波長衰耗的光器件，通過調大指定波長通道的衰耗，達到阻斷該波道的目的。平面波導電路（PLC）技術是一種基于硅工藝的光子集成技術，它可以將分波器（DMUX）、合波器（MUX）、光開關等器件集成在一起，從而提高了ROADM設備的集成度，通常基于PLC的ROADM設備只能支持兩方向。波長選擇開關（WSS）是隨著ROADM設備的應用而發展起來一種新型技術，通常是一進多出或多進一出的形態，稱為1×N WSS和N×1 WSS，兩種WSS的內部結構完全一致，區別僅在于光信號傳輸方向。它可以將輸入端口的N個波長任意分配到M個輸出端口。WSS方式的ROADM可以任意改變波長的上下和穿通狀態，并且處理過程中不會出現中斷。WSS允許任意一個波長從任意一個端口輸出，WSS的每個端口既可以作為本地波長上下使用，也可以作為多向復用段端口使用，用戶可以通過網管完成波長上下和穿通狀態的設置，實現遠程動態波長狀態調整，實現業務的快速開通。此外，WSS與WB和PLC相比，最大的差異是可以支持多個方向的波長調度，支持多維ROADM結構，具備良好的可擴展性，因此基于WSS的方案成為主流商用方案。通過各類WSS、耦合器組件進行搭建可實現波長無關（Colorless）、方向無關（Directionless）、競爭無關（Contentionless）等功能的各種組合。

3 ROADM技術與傳統OTN技術優缺點

與傳統OTN 網絡不同，ROADM 的網絡模式為區域化的網狀網，其技術優點主要體現在以下幾個方面：

（1）ROADM 技術的應用把OTN系統間的業務調度從人工方式變成自動方式，實現了光網絡在光層面的自動調度和恢復。

（2）利用多種保護方式如OMSP保護、OCH 保護、光電協調保護等建立基于傳送層的保護和基于控制層的重路由恢復機制，實現網絡級的保護恢復能力，提升網絡可靠性及業務生存性。

（3）可以根據業務流向優化傳輸路由，減少低效轉接，降低時延，實現傳輸距離與物理距離的無限接近。

（4）通過網管系統自動遠程進行波道的調度，代替人工跳纖的方式，節省人工成本。

（5）實現了波長級業務的一跳直達與最低時延傳送，縮短了業務的開通周期，提升了傳輸網絡的運行維護效率。

（6）業務適應性強，可以低成本快速擴展網絡容量。容量不受背板限制，減少了大量OTU設備，對機房空間占用少，功耗低，降低了對機房電源和空調系統的消耗。

同時受限于光傳送的特性和 ROADM技術的架構，ROADM在應用上目前還有一些待改進的問題：

（1）只能對波長進行調度，無法對每個波長內的子時隙和業務進行調度，無法實現更小顆粒業務的匯聚和調度。

（2）目前再生技術在光層暫未實現應用，導致光信號在進行長距離傳輸時，仍需要進行電中繼。

（3）ROADM網絡，受到光信噪比、色散、PMD等物理傳輸性能限制對系統長距離傳輸能力、可管理性和可調度性影響較大，網絡傳輸距離受限。

（4）網絡調度和規劃、維護比較復雜，需要功能完善的軟件輔助應用，否則其優點難以體現。包括在線業務規劃和調度輔助工具、自動實現端到端WSS 交叉連接配置等。

4 ROADM技術在本地傳輸承載網的應用策略

本地傳輸承載網網絡結構層次清晰，自上而下分別為核心層、匯聚層、接入層。核心層位于本地傳送網的頂層，傳輸容量大，節點的重要性高，核心層一般采用網狀網結構。

匯聚層位于核心層與接入層之間，對接入層上傳的業務進行匯聚整合，并向核心層節點進行轉接傳送。匯聚層一般采用環網結構。

接入層位于網絡末端，網絡結構易變，根據光纜資源情況采用環形、鏈形、星形等組網結構。

ROADM技術主要應用在核心層和匯聚層，可應用于鏈型、環形和網狀網結構。可根據具體情況選擇合適的網絡結構。由于光放站的成本非常低，因此在光纜資源具備條件的情況下，應優選網狀網結構，提高網絡路由豐富度。ROADM 網狀網組網結構示意圖見圖1，在網狀網結構中，為保證所有節點間業務的性能，需要對可能出現的所有路由均進行光層傳輸性能的仿真計算和優化，網絡規劃和優化比較復雜。同時一條業務經過的ROADM 節點數量不宜太多，以提高每個節點的設備利用率，原則上建議每條業務經過的ROADM 節點應不超過3個（不包括業務上下節點）。

圖1 ROADM 網狀網組網結構示意圖

在網狀網組網的結構中，核心節點業務上下比較多，波道利用率比較高，容易出現波長沖突的情況，可通過增加核心節點互聯方向數提高網絡的能力。如圖2 ROADM網狀網網絡擴容示意圖所示，圖2中A、B 節點都是業務核心節點，其他節點的業務都向這兩個節點匯聚， 容易出現到A、B 節點的波道沖突或波道利用率比較高，可以如圖上綠色虛線所示，增加幾個路由方向，可提高整個網絡的利用率。

圖2 ROADM 網狀網網絡擴容示意圖

同時，隨著業務發展，網狀網中的核心節點還有可能出現初期配置的網絡方向數不足的問題。可通過在該站點增加一端ROADM 設備的方式，對網絡進行擴容。如圖3所示（圖中A’和B’節點為新增節點）。一般來說核心層ROADM 節點需要提供較多的光交叉維度，匯聚節點ROADM 設備的維度和容量要求相對不高，一般只需要2-4 維。

圖3 ROADM 網狀網業務核心節點擴容示意圖

5 ROADM技術在山東某市城域ROADM網絡部署案例

山東某市城域ROADM網絡主要定位于市區城域匯聚至核心節點以及城域匯聚節點之間的業務上下。主要滿足市區PTN上行業務承載、市區交換機到BRAS的業務承載以及市區集客大顆粒業務和IDC等業務的承載需求。本工程具體組網結構如圖4所示，本工程充分利用某市城域光纜網豐富的光纜資源，建設城域ROADM網絡，每個節點至少有2個及以上物理路由與其他節點匯聚光纜直達，且系統路由與光纜路由完全重合，避免使用中繼光纜跳接，整個網絡采用WSON功能，ROADM設備采用方向無關、波長無關（CD-ROADM）結構的設備型態，整個系統速率配置為100Gb/s，全網共設置ROADM節點25個，其中核心節點（FS、DH、NJ、FZ、JS、SJZX）采用20維WSS，并支持flexgrid功能，其余匯聚節點采用9維WSS，共設置復用段33段。

6 結束語

隨著各類互聯網應用、移動視頻、IPTV等新興業務的迅猛發展，對本地傳送承載網絡容量提出了更高要求，傳統 OTN 網絡已經難以滿足本地承載網絡的發展要求，基于ROADM技術的移動承載網絡部署成為解決問題的重要手段。本文對ROADM技術的特點及其技術優勢，結合本地承載網的網絡特性，提出了ROADM技術在本地傳送網絡的應用策略，可以預見，ROADM 技術將在本地傳輸承載網得到越來越廣泛的應用。

圖4 某市城域ROADM 網絡結構示意圖