ROADM技術應用研究

王 挺，李文濤，何新衛

（1.天元瑞信通信技術股份有限公司，陜西 西安 710075；2.中國移動通信集團 青海有限公司，青海 西寧 810000）

0 引 言

近年來，隨著寬帶提速和5G網絡的快速發展，大數據、視頻業務對傳送網絡帶寬的需求出現了大幅增長，傳輸網逐漸向100G及超100G方向演進發展。依據網絡的發展趨勢，業務流量逐漸由原來的“南北向”轉變為“南北向”與“東西向”同時發展，這對傳輸網的靈活性，特別是大帶寬電路的靈活調度提出了新的要求。對于承載大帶寬電路的光傳送網（Optical Transport Network，OTN）系統來說，可構光分插 復 用 器（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，ROADM）技術逐漸成為主流選擇。相較于傳統的靜態波分，ROADM方式可以實現波長級的自動光交換功能，通過網關系統實現波長調度，很好地打破了傳統靜態OTN網絡的局限性[1]。

1 現階段ROADM的主要技術實現方式

關于ROADM的實現，發展初期主要有波長阻斷器（Wavelength Blocker，WB）、平面波導電路（Planar Lightwave Circuit，PLC）2種方式。這2種技術分別通過波長的阻斷和集成光開關的方式實現簡單波長的調度與擴展性交叉，僅適用于二維場景，無法滿足現階段Mesh組網的需求。現階段的ROADM技術主要通過波長選擇開關（Wavelength Selective Switch，WSS）和光交叉連接（Optical Cross-Connect，OXC）2種方式實現，最多可以滿足32維的組網需求[2]。

WSS采用空間光交換技術，支持多個維度。WSS器件包括上下路解復用及穿通控制部分，各方向之間全連接。基于WSS技術的ROADM可以在全部方向提供波長級的信道，支持波長重構，適用于多方向的不同環路互聯和網狀網絡構建。現階段，WSS與OXC光背板的結合已經成為ROADM發展的主流方向。

基于光背板的OXC是采用光背板的光纖連接矩陣，可以使內部任意端口間互聯，無需手工連纖。通過網管系統可按需配置波長，實現波長的快速調度，同時減少設備體積，極大簡化運維。OXC由光線路板、光背板和光支路板組成，在線路側實現1個方向配備1個槽位，光支路單板可實現1個槽位多個維度，從而實現多方向、多維度、無阻塞的自由波長上下。OXC基于波長級別交換，通過光背板的引入解決了傳統WSS技術的復雜連纖關系，提高可靠性，使得網絡運維化繁為簡[3]。

2 主流ROADM配置方式分析

ROADM發展到現階段，主要有波長無關、方向無關以及沖突無關3種模式。波長無關指任意一個上下路端口可以通過網管遠程配置任意波長，無需現場人工操作，目前主要使用可調波長的光線路板配合WSS的可調波長上下路濾波器來實現。方向無關指本地上下波可以去任意的線路方向，上下波接入同一個WSS單板且方向可變，實現重路由和真正的波長無阻塞[4]。沖突無關指ROADM不同線路維度的同一波長在本地上下路時不會受到波長沖突的限制，可以實現來自任意方向的波長在任意端口上下，并且可以使用同一波長[5]。

現階段主流ROADM配置方式對比如表1所示。

表1 ROADM配置方式對比分析

3 OTN系統部署ROADM方案建議

3.1 網絡節點設置

ROADM在網絡節點部署時，主要按以下原則進行。從業務調度需求出發，ROADM節點應設置在網絡的樞紐節點和多個系統、多個平面的交匯節點，滿足業務的靈活調度需求。從完善網絡架構考慮，ROADM節點應設置在具有多個光纜方向的網絡節點。從確保業務質量考慮，各光放段長度盡量均勻，長度設置在80 km左右為宜。

3.2 光纜路由選擇

ROADM最大的優勢在于Mesh型組網結構，可以提供大于2個的不同業務路由，具備靈活的業務調度能力。此外，在部署光層自動交換網絡（Automatically Switched Optical Network，ASON）的情況下，可以實現光層業務的自動倒換，大大提升網絡生存能力。豐富的光纜路由是部署ROADM的基本前提，對于光纜路由的選擇需要從多個方向綜合考慮。

基于光纜物理結構，以光復用段保護（Optical Multiplex Section Protect，OMSP）為依據進行光纜路由選擇，充分利用不同路由光纜發揮ROADM的靈活調度能力。同段落設置有多個路由，采用不同的物理路由光纜，以盡可能提升業務安全性。對于2個節點之間具備不同路由的情況，建議部署OMSP保護，而非光纖線路保護（Optical Line Protection，OLP）。由于網絡的實際物理拓撲結構和邏輯組網結構存在一定差異，Mesh型網絡擴容到一定階段后會出現局部段落波道緊張的情況，可以通過增加光層維度的方式解決[6]。

3.3 業務系統規劃

雖然ROADM技術有諸多優勢，但是現階段僅有少量網絡部署，原因主要與網絡特性有關。骨干網主要承載省際及省內業務，復用段長、跨距段多，對系統的光信噪比（Optical Signal Noise Ratio，OSNR）要求較為嚴格。由于ROADM的波道調度、波長重構要在滿足系統OSNR指標的前提下實現，多數OTN網絡尤其是長距離的骨干網不具備引入ROADM的條件，因此現階段應用仍然較少[7]。從網絡的結構特點出發，對業務的規劃路徑、業務保護策略等進行分析，結合業務需求及網絡物理拓撲結構確定ROADM系統的應用方案。

骨干ROADM網絡采用網狀組網，具有業務量大、節點多以及業務流向復雜的特點。相較于傳統的點對點組網，ROADM網絡各節點間存在大量不同路由，通過人工進行業務調度的困難較大。現階段IP類業務是傳輸的主要業務，網絡時延是關鍵指標，要求業務路徑長度盡量短、電層的處理節點盡量少，從而縮短時間、降低建設成本。基于此，建議統一采用電層處理節點最少、路徑最短的策略進行業務路由安排。

ROADM系統設計中，對于網絡規模較大、業務規劃復雜的情況，通常采用專用軟件進行業務路徑及波長規劃，同時需要提前確定路由策略。現階段，主流廠家支持的基本業務路由策略主要包括最少轉發節點、最短業務路徑長度、最優OSNR指標以及OMSP負載均衡4種方式。最少轉發節點策略中，業務經過的電層轉發節點越少，時延越小，成本越低。最短業務路徑長度策略中，業務經過的光纖長度越短，業務的時延就越小。最優OSNR指標策略中，選擇業務路徑的OSNR指標越大，誤碼率越小，業務質量越高。OMSP負載均衡策略中，業務路由規劃時盡量在各OMSP段落均勻規劃，盡量避免過于集中，降低波長沖突的可能性。

基于上述4種策略，根據當前承載的業務情況，針對不同的業務特征、業務重要性，路由策略選取建議如下。對于網絡時延性能要求高的業務，建議選取最短業務路徑+最少轉發節點策略；對于帶寬需求大、時延性能要求一般的業務，建議選取最短業務路徑+OMSP負載均衡策略；對于有其他特殊要求的業務，可以自定義路由約束策略或將幾種策略混合使用。

ROADM網絡需要具備靈活的波長級業務調度能力，滿足多處故障及應急情況下的業務快速恢復和開通需求。通過上述分析，在部署時可以采用CD-ROADM或CDC-ROADM模式進行建設。考慮到現階段多芯片同步（MultiChip Synchronization，MCS）器件的成熟性問題，暫時采用CD-ROADM方式建設[8]。由于超長距的前向糾錯（Forward Error Correction，FEC）具有更低的 OSNR門限要求，因此建議在ROADM網絡部署時全部采用超長距FEC板卡，在光通道路由變化時可以保證系統的OSNR指標符合要求。

4 某省骨干傳送網ROADM部署案例

4.1 部署方案

某省在省內骨干核心層引入基于光背板的ROADM，考慮到MCS器件的成熟性問題，采用CDROADM技術。光層采用OXC光背板互聯，實現任意互聯。采用光線路板及光支路板，3個省干核心節點由光終端復用（Optical Terminal Multiplexing，OTM）背靠背方式改造為基于OXC的ROADM方式[9]。省干核心層引入ROADM組網如圖1所示，核心節點2的ROADM改造連接如圖2所示。

圖1 省干核心層引入ROADM組網

圖2 核心節點2的ROADM改造連接

4.2 割接方案

省內骨干OTN系統的3個核心節點由OTM背靠背方式改造為基于OXC的ROADM方式，網絡割接步驟如下。首先，將OXC設備光線路板通過直通接口替換原有光線路板，將待割接的各方向的主通道線路接口由原有的光線路接口割接至OXC光線路板的直通方向，完成所有方向的波長穿通。其次，以波道為單位，逐個割接本地上下業務。將本地上下的所有波道割接至OXC設備的光支路板上，穿通交叉保持不變。最后，通過光背板完成割接穿通業務，刪除穿通方向光交叉，添加OXC光線路板至光線路板的交叉，調整單波衰耗。

5 ROADM部署注意事項

5.1 OSNR值預算

ROADM組網顛覆了傳統WDM通過各波道的電層再生來保證OSNR的方式，對于不上下業務的串通波道只在WSS中進行功率補償，沒有電層的調整功能。在應用中，要根據串通波道的實際路徑情況進行OSNR預算。

5.2 多廠家問題

OTN系統可能由多個廠家共同組網，單個ROADM站點的不同業務方向可能接入不同廠家的設備。在這種場景下要部署ROADM網絡，需要各廠家實現線路側接口對接，實現的技術難度較大，業務部署、管控方面都存在問題，暫不具備部署條件。具體應用中，根據開放式OTN架構的技術推進情況而定。

5.3 波道使用規劃

ROADM系統的波道安排相對靈活，特別是在復雜的多維度組網情況下，對于串通波道和本地業務上下波道需要全局考慮，并結合業務發展情況合理進行波道規劃，避免出現局部擁塞、業務路徑過長等問題[10]。

6 結 論

綜上所述，ROADM部署通常在路由豐富的省干核心節點間或者中大型城域網的核心及匯聚層OTN網絡中應用。隨著5G等新型業務的不斷發展，ROADM技術作為光交叉的主要實現手段，可以降低建設成本，提高業務調度的靈活性，實現業務調度的自動化，降低運維成本。