ROADM技术在本地传送网络的应用研究

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1 引言

随着各类互联网应用、移动视频、IDC、IPTV等业务的迅猛增长，对传输速率和通信容量需求不断增加，传统点对点 OTN 链路的网络结构难以满足未来和业务发展的需要。如何以更低成本建设传输承载网络来满足带宽需求，同时保障时延敏感业务的时延要求，成为所有运营商共同面对的问题。可重构光分叉复用器（ROADM）技术的发展成熟及应用为上述问题提供了解决方案。本文介绍了ROADM技术的特点，以及与传统OTN对比，提出了ROADM技术在本地传送网络的应用策略，并给出了山东某市城域ROADM网络部署案例。

2 ROADM主要技术及特点

ROADM (Reconfigurable optical add/drop multiplexer)全称为可重构的光分插复用器，是一种使用在密集波分复用(DWDM)系统中的器件或设备，其作用是通过远程的重新配置，可以动态上路或下路业务波长，无需手工跳纤，就可以实现对WDM系统的波长重构。多维ROADM 设备还支持波长通道在各个维度（方向）之间灵活调度。

目前，ROADM常见的有三种技术：波长阻断器（Wavelength Blocker，WB）、平面光波电路（Planar Lightwave Circuit，PLC）和波长选择开关（Wavelength Selective Switch，WSS）。波长阻断器（WB）是一种可以调整特定波长衰耗的光器件，通过调大指定波长通道的衰耗，达到阻断该波道的目的。平面波导电路（PLC）技术是一种基于硅工艺的光子集成技术，它可以将分波器（DMUX）、合波器（MUX）、光开关等器件集成在一起，从而提高了ROADM设备的集成度，通常基于PLC的ROADM设备只能支持两方向。波长选择开关（WSS）是随着ROADM设备的应用而发展起来一种新型技术，通常是一进多出或多进一出的形态，称为1×N WSS和N×1 WSS，两种WSS的内部结构完全一致，区别仅在于光信号传输方向。它可以将输入端口的N个波长任意分配到M个输出端口。WSS方式的ROADM可以任意改变波长的上下和穿通状态，并且处理过程中不会出现中断。WSS允许任意一个波长从任意一个端口输出，WSS的每个端口既可以作为本地波长上下使用，也可以作为多向复用段端口使用，用户可以通过网管完成波长上下和穿通状态的设置，实现远程动态波长状态调整，实现业务的快速开通。此外，WSS与WB和PLC相比，最大的差异是可以支持多个方向的波长调度，支持多维ROADM结构，具备良好的可扩展性，因此基于WSS的方案成为主流商用方案。通过各类WSS、耦合器组件进行搭建可实现波长无关（Colorless）、方向无关（Directionless）、竞争无关（Contentionless）等功能的各种组合。

3 ROADM技术与传统OTN技术优缺点

与传统OTN 网络不同，ROADM 的网络模式为区域化的网状网，其技术优点主要体现在以下几个方面：

（1）ROADM 技术的应用把OTN系统间的业务调度从人工方式变成自动方式，实现了光网络在光层面的自动调度和恢复。

（2）利用多种保护方式如OMSP保护、OCH 保护、光电协调保护等建立基于传送层的保护和基于控制层的重路由恢复机制，实现网络级的保护恢复能力，提升网络可靠性及业务生存性。

（3）可以根据业务流向优化传输路由，减少低效转接，降低时延，实现传输距离与物理距离的无限接近。

（4）通过网管系统自动远程进行波道的调度，代替人工跳纤的方式，节省人工成本。

（5）实现了波长级业务的一跳直达与最低时延传送，缩短了业务的开通周期，提升了传输网络的运行维护效率。

（6）业务适应性强，可以低成本快速扩展网络容量。容量不受背板限制，减少了大量OTU设备，对机房空间占用少，功耗低，降低了对机房电源和空调系统的消耗。

同时受限于光传送的特性和 ROADM技术的架构，ROADM在应用上目前还有一些待改进的问题：

（1）只能对波长进行调度，无法对每个波长内的子时隙和业务进行调度，无法实现更小颗粒业务的汇聚和调度。

（2）目前再生技术在光层暂未实现应用，导致光信号在进行长距离传输时，仍需要进行电中继。

（3）ROADM网络，受到光信噪比、色散、PMD等物理传输性能限制对系统长距离传输能力、可管理性和可调度性影响较大，网络传输距离受限。

（4）网络调度和规划、维护比较复杂，需要功能完善的软件辅助应用，否则其优点难以体现。包括在线业务规划和调度辅助工具、自动实现端到端WSS 交叉连接配置等。

4 ROADM技术在本地传输承载网的应用策略

本地传输承载网网络结构层次清晰，自上而下分别为核心层、汇聚层、接入层。核心层位于本地传送网的顶层，传输容量大，节点的重要性高，核心层一般采用网状网结构。

汇聚层位于核心层与接入层之间，对接入层上传的业务进行汇聚整合，并向核心层节点进行转接传送。汇聚层一般采用环网结构。

接入层位于网络末端，网络结构易变，根据光缆资源情况采用环形、链形、星形等组网结构。

ROADM技术主要应用在核心层和汇聚层，可应用于链型、环形和网状网结构。可根据具体情况选择合适的网络结构。由于光放站的成本非常低，因此在光缆资源具备条件的情况下，应优选网状网结构，提高网络路由丰富度。ROADM 网状网组网结构示意图见图1，在网状网结构中，为保证所有节点间业务的性能，需要对可能出现的所有路由均进行光层传输性能的仿真计算和优化，网络规划和优化比较复杂。同时一条业务经过的ROADM 节点数量不宜太多，以提高每个节点的设备利用率，原则上建议每条业务经过的ROADM 节点应不超过3个（不包括业务上下节点）。

图1 ROADM 网状网组网结构示意图

在网状网组网的结构中，核心节点业务上下比较多，波道利用率比较高，容易出现波长冲突的情况，可通过增加核心节点互联方向数提高网络的能力。如图2 ROADM网状网网络扩容示意图所示，图2中A、B 节点都是业务核心节点，其他节点的业务都向这两个节点汇聚， 容易出现到A、B 节点的波道冲突或波道利用率比较高，可以如图上绿色虚线所示，增加几个路由方向，可提高整个网络的利用率。

图2 ROADM 网状网网络扩容示意图

同时，随着业务发展，网状网中的核心节点还有可能出现初期配置的网络方向数不足的问题。可通过在该站点增加一端ROADM 设备的方式，对网络进行扩容。如图3所示（图中A’和B’节点为新增节点）。一般来说核心层ROADM 节点需要提供较多的光交叉维度，汇聚节点ROADM 设备的维度和容量要求相对不高，一般只需要2-4 维。

图3 ROADM 网状网业务核心节点扩容示意图

5 ROADM技术在山东某市城域ROADM网络部署案例

山东某市城域ROADM网络主要定位于市区城域汇聚至核心节点以及城域汇聚节点之间的业务上下。主要满足市区PTN上行业务承载、市区交换机到BRAS的业务承载以及市区集客大颗粒业务和IDC等业务的承载需求。本工程具体组网结构如图4所示，本工程充分利用某市城域光缆网丰富的光缆资源，建设城域ROADM网络，每个节点至少有2个及以上物理路由与其他节点汇聚光缆直达，且系统路由与光缆路由完全重合，避免使用中继光缆跳接，整个网络采用WSON功能，ROADM设备采用方向无关、波长无关（CD-ROADM）结构的设备型态，整个系统速率配置为100Gb/s，全网共设置ROADM节点25个，其中核心节点（FS、DH、NJ、FZ、JS、SJZX）采用20维WSS，并支持flexgrid功能，其余汇聚节点采用9维WSS，共设置复用段33段。

6 结束语

随着各类互联网应用、移动视频、IPTV等新兴业务的迅猛发展，对本地传送承载网络容量提出了更高要求，传统 OTN 网络已经难以满足本地承载网络的发展要求，基于ROADM技术的移动承载网络部署成为解决问题的重要手段。本文对ROADM技术的特点及其技术优势，结合本地承载网的网络特性，提出了ROADM技术在本地传送网络的应用策略，可以预见，ROADM 技术将在本地传输承载网得到越来越广泛的应用。

图4 某市城域ROADM 网络结构示意图