摘要 闡述了可重構型光分插復用設備（ROADM）進入波分網絡的背景，并對ROADM的三種主要技術進行了簡要介紹。最后提出未來ROADM的發展方向，即ROADM光層調度＋OTN電層調度組合解決方案，以及中興通訊推出的適應市場發展的設備功能類型。
1 引言
隨著IPTV、三重播放、VoIP等各種新型電信業務的興起，人們發現這些以IP為承載協議的業務已經迅速遍及電信各個領域，業務網絡的IP化和承載網絡的分組化轉型已經成為一個不可逆轉的潮流。在這種趨勢下，運營商的整個網絡架構也在發生轉變，業務的融合期待著光層作為基礎承載層的融合，使其成為更加適宜于承載IP/MPLS以及電信級以太網業務的分組傳送網。這些新型的電信業務與傳統的電信業務相比，具有更高的動態特性和不可預測性，因此需要傳輸承載網提供更高的靈活性。
超長距密集波分系統的成熟，使得網絡業務的真正瓶頸從帶寬建設轉移到帶寬管理上，在核心的網絡節點上，往往需要處理數十個甚至上百個波長，而超長距的傳輸能力，使得更多的節點需要具備更多的上下波長能力。作為基礎承載網絡，在更為激烈的市場競爭環境下，需要更快的業務提供以及各種層面的網絡保護和恢復能力。
因此，作為傳統物理層的光層組網，也要適應新一代承載網絡的分組化、業務化、帶寬大顆粒化、動態化的組網需求。
DWDM密集波分復用系統是當前最常見的光層組網技術，通過復用/解復用器可以實現數十波甚至上百波的傳送能力，但是當前的波分復用系統，其本質上還是一個點到點的線路系統，大多數的光層組網只能通過終端站(TM)實現的光線路系統構建。稍后出現的OADM光分插復用器，逐漸邁出了從點到點組網向環網的演進。但是由于OADM有限的功能，通常只能上下固定數目和波長的光通道，并沒有真正實現靈活的光層組網。因此，從某種意義上說，早期的波分復用系統并沒有實現真正意義上的光層組網，難以滿足業務網絡IP化和分組化的要求，例如網絡的業務調度能力、可靠性、可維護性、可擴展性、可管理性等。這種情況直到ROADM的出現才得以改善。為了滿足IP網絡的需求，基礎承載網的建設逐漸采用一種以可重構光分插復用設備(ROADM)為代表的光層重構技術，為基礎承載網的建設提供了全新的思路。
2 ROADM的主要技術簡介
ROADM是一種類似于SDH ADM光層的網元，它可以在一個節點上完成光通道的上下路(Add/Drop)，以及穿通光通道之間的波長級別的交叉調度。它可以通過軟件遠程控制網元中的ROADM子系統實現上下路波長的配置和調整。目前，ROADM子系統常見的有三種技術：平面光波電路（Planar Lightwave Circuits，PLC）、波長阻斷器（Wavelength Blocker，WB）、波長選擇開關（Wavelength Selective Switch，WSS）。
2.1 平面光波電路（PLC）
平面光波電路ROADM是一種基于硅工藝的集成電路，可以集成多種器件，如光柵、分路器以及光開關等。它通過集成的陣列光波導(AWG)實現波長復用和解復用，集成的光開關實現波長直通或阻斷并加入(Block-and-Add)，可變光衰耗器(VOA)實現每通道的光功率動態均衡。PLC ROADM上下路的通道是彩色光，這意味著只有預定義的彩色波長可以在每個端口上下，并可配合可調濾波器和可調激光器使用。由于PLC的集成特性，使其成為低成本的ROADM解決方案之一。圖1所示為PLC的結構示意圖。
圖1 PLC結構示意圖
優點：復用器/解復用器技術成熟可靠，節點內部插損較小，上下路波長較多時成本較低，便于升級到OXC。
缺點：模塊化結構差，初期配置成本高，大容量交叉矩陣可靠性有待提高。
2.2 波長阻斷器(WB)
波長阻斷器用阻斷下路波長通過來實現功能，它可以支持較多的光通道數和較小的通道間隔，具有較低的色散，并可實現多個器件的級聯，易于實現光譜均衡。但波長阻斷器需要額外的上下路模塊來構建系統，上下路配合可調濾波器和可調激光器。從本質上講，WB是一個二維器件，通常在構建系統中由多個分立器件構成，體積較大，但可以支持100GHz和50GHz的波道間隔，并且技術成熟，成本較低，因此適合用于LH和ULH系統。圖2所示的是廣播/選取結構示意圖。
圖2 廣播/選取結構示意圖
優點：結構簡單，模塊化程度好，預留升級端口時可支持靈活擴展升級功能，上下路波長較少時成本低，支持廣播業務，具備通道功率均衡能力。
缺點：上下路波長較多時成本較高（獨立的可調諧濾波器成本高），不易過渡至OXC。
2.3 波長選擇開關(WSS)
波長選擇交換器(WSS)是近年來發展迅速的ROADM子系統技術。WSS基于MEMS光學平臺，具有頻帶寬、色散低，并且同時支持10/40Gbit/s光信號的特點和內在的基于端口的波長定義(Colorless)特性。采用自由空間光交換技術，上下路波數少，但可以支持更高的維度，集成的部件較多，控制復雜。基于WSS的ROADM逐漸成為4度以上ROADM的首選技術。圖3、圖4所示的是波長選擇開關上下路結構示意圖。
圖3 波長選擇開關上路結構示意圖
圖4 波長選擇開關下路結構示意圖
優點：結構簡單，端口指配靈活，波長擴展及方向擴展性較好，易于過渡到OXC。
缺點：上路類型節點成本較高，下路類型不支持業務廣播功能。
三種ROADM子系統技術，各具特點，采用何種技術，主要視應用而定。根據對北美運營商的統計，超過70%的需求仍然是2維的應用，而只有約10%的ROADM節點，將會采用4維或以上的節點。因此，基于WB/PLC的ROADM，可以充分利用現有的成熟技術，對網絡的影響最小，易于實現從FOADM到2維ROADM的升級，具有極高的成本效益。而基于WSS的ROADM，可以在所有方向提供波長粒度的信道，遠程可重配置所有直通端口和上下端口，適宜于實現多方向的環間互聯和構建Mesh網絡。因此，三種技術各有所長，在不同的網絡應用中都有相應的地位。
3 ROADM未來的演進方向
基于全光系統的ROADM同樣也有明顯的劣勢：
（1）只能以波長為顆粒進行處理，不能對子波長業務（如波長為10G系統中的GE和2.5G的業務）進行交換/匯聚等處理，網絡靈活性和帶寬利用率受到一定限制。
（2）由于傳輸物理因素，全光傳輸距離受到一定限制，使得在骨干網應用中，業務流量和流向并不能任意變化，仍然需要精確地設計和規劃，增加了網絡規劃的復雜性。德國電信也明確指出，傳輸物理限制是影響ROADM組網的重要原因。
基于ROADM目前存在的這些不足，業界提出增加電交叉領域。于是產生了ROADM＋OTN的設備形態。目前的典型應用是，對于10G以上(含10G)的業務，節點采用全光的方式進行直通或者上下，對于GE/2.5G的業務，節點先將其下路到電域交叉板，再進行基于2.5G顆粒的電域分插和復用。這種分插復用模式有點類似于ADM中的VC-4和VC-12的兩級交叉，只是第一級采用全光的處理。目前，已有設備商推出相關產品，并在城域范圍內有一定應用。
4 中興通訊ROADM產品類型及特點
從技術實現方案來看，波長選擇開關方案具有較好的靈活性，可支持波長及光方向的擴展，受到設備廠商的青睞。但由于目前市場尚未形成規模應用，器件價格較貴，相對于固定波長上/下的OADM來說成本仍較高，這是限制ROADM設備廣泛應用的重要因素。設備智能化的特性與高昂的成本相比較，所帶來的收益還不足以促使所有運營商增加網絡建設投資購買ROADM設備，除非設備成本進一步下降或者運營商在一些高端網絡上進行戰略投資時才有可能真正選用ROADM設備進行組網。因此，低成本的ROADM方案和逐漸過渡的分步實現策略成為比較現實的發展之路。中興通訊在深入分析市場客戶不同層次的智能化需求以及綜合對比現有各種技術優勢的基礎上，規劃了多種ROADM產品類型，以適應不同客戶在功能、成本方面的多種應用需求。圖5是中興通訊ROADM產品類型及演變的趨勢。
圖5 ROADM產品類型及演變趨勢
4.1 低成本ROADM產品
低成本的ROADM產品主要指上下路端口固定或者上路端口固定產品類型，主要應用于需要遠程配置波長上下路來實現業務分布的變化。
ROADM按功能分類有上下路固定端口的WB ROADM和上路固定端口的WSS ROADM兩種類型。WB ROADM采用固定濾波器分波以及固定上路波長業務單板，因省去了高昂的可調諧濾波器和可調諧激光器降低了成本，不支持上下路的端口指配功能；WSS ROADM采用固定上路波長業務單板，下路端口可實現指配。具體使用過程中應根據市場應用的需求靈活選取相應類型，低成本的ROADM產品適用于需要波長上下路配置、對端口指配不做要求的市場應用領域。
4.2 全功能ROADM產品
該類型的產品可實現上下路波長重構并對上下路端口實現指配功能（Any Wavelength to Any Port），功能靈活，可用于組建智能化要求較高的網絡。包括上下路可指配端口WB ROADM類型和上下路可指配端口WSS ROADM類型：WB ROADM類型需要可調諧濾波器和可調諧波長的業務單板配合；WSS ROADM類型需要同時配置可調諧波長的業務單板。全功能ROADM產品的成本降低依賴于WSS、可調諧濾波器等集成器件的成本下降。
基于目前集成器件成本較高導致ROADM設備成本高昂的情況，結合市場實際應用需求，選擇低成本ROADM方案提供智能化網絡的解決方案為當前的最佳方案，隨著器件成本的下降，將來可逐漸過渡到全功能的解決方案。
目前，中興通訊已成功推出了Unitrans系列ROADM設備，包括低成本ROADM產品和全功能ROADM產品，滿配置的情況下可實現40/80波完全上下路，全功能類型可實現 “Any Wavelength to Any Port”。其靈活強大的波長可重構功能可充分滿足客戶對業務進行任意調度的需求，并具有對直通和上路波長進行功率均衡的功能，滿足線路傳輸的需要。秉承多年成熟技術積累，中興通訊ROADM充分考慮運營商的長遠發展需求，具備完善的升級功能，可為客戶真正實現“Pay as Grow”，降低CAPEX。在系統的部署初期、業務分布比較固定的情況下，可先部署固定波長上下路的系統，之后隨業務增長再加入部分波長可調諧的OTU，既可滿足日益增長的新業務需求，又保障了用戶的原有投資，是當前ROADM建網的最佳方案。
4.3 ROADM＋OTN產品
中興通訊順應未來技術發展方向，為彌補ROADM現存缺陷，成功推出了GSS電交叉子系統。
GSS系統全面支持OTN的G.709的接口標準和G.872框架體系。可實現業務的背板交叉，群路可調諧，便于管理；指定入口，指定出口，需求路由自動生成，點擊式配置操作簡單可靠；支持系統的平滑升級；客戶側、線路側可獨立擴容，充分利用帶寬，節省投資；網管的智能化控制；CAPEX，OPEX的成本控制和優化。
如圖6所示，GSS系統與ROADM系統組合，實現了光波長級交叉調度和子波長級交叉調度，極大地方便了網絡的調度靈活性，提高了波長利用率，實現各類數據業務的X-ADM。
圖6 ROADM＋GSS組合平臺
5 結束語
DWDM網絡的發展趨勢是提高網絡的智能化水平，ROADM設備以其靈活強大的波長可重構功能為智能化網絡提供解決方案。本文列舉了目前ROADM設備的主要技術實現方案以及中興通訊提供的多種解決方案，運營商可結合實際市場需求選擇不同的產品類型組建網絡。ROADM設備的價格因素仍是制約其廣泛應用的關鍵點，同時，基于ROADM設備開發具備自動波長調度智能化功能的協議支持將是ROADM設備廠商需重點研究的方向之一。
