ROADM技术应用研究

王 挺，李文涛，何新卫

（1.天元瑞信通信技术股份有限公司，陕西 西安 710075；2.中国移动通信集团 青海有限公司，青海 西宁 810000）

0 引 言

近年来，随着宽带提速和5G网络的快速发展，大数据、视频业务对传送网络带宽的需求出现了大幅增长，传输网逐渐向100G及超100G方向演进发展。依据网络的发展趋势，业务流量逐渐由原来的“南北向”转变为“南北向”与“东西向”同时发展，这对传输网的灵活性，特别是大带宽电路的灵活调度提出了新的要求。对于承载大带宽电路的光传送网（Optical Transport Network，OTN）系统来说，可构光分插 复 用 器（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，ROADM）技术逐渐成为主流选择。相较于传统的静态波分，ROADM方式可以实现波长级的自动光交换功能，通过网关系统实现波长调度，很好地打破了传统静态OTN网络的局限性[1]。

1 现阶段ROADM的主要技术实现方式

关于ROADM的实现，发展初期主要有波长阻断器（Wavelength Blocker，WB）、平面波导电路（Planar Lightwave Circuit，PLC）2种方式。这2种技术分别通过波长的阻断和集成光开关的方式实现简单波长的调度与扩展性交叉，仅适用于二维场景，无法满足现阶段Mesh组网的需求。现阶段的ROADM技术主要通过波长选择开关（Wavelength Selective Switch，WSS）和光交叉连接（Optical Cross-Connect，OXC）2种方式实现，最多可以满足32维的组网需求[2]。

WSS采用空间光交换技术，支持多个维度。WSS器件包括上下路解复用及穿通控制部分，各方向之间全连接。基于WSS技术的ROADM可以在全部方向提供波长级的信道，支持波长重构，适用于多方向的不同环路互联和网状网络构建。现阶段，WSS与OXC光背板的结合已经成为ROADM发展的主流方向。

基于光背板的OXC是采用光背板的光纤连接矩阵，可以使内部任意端口间互联，无需手工连纤。通过网管系统可按需配置波长，实现波长的快速调度，同时减少设备体积，极大简化运维。OXC由光线路板、光背板和光支路板组成，在线路侧实现1个方向配备1个槽位，光支路单板可实现1个槽位多个维度，从而实现多方向、多维度、无阻塞的自由波长上下。OXC基于波长级别交换，通过光背板的引入解决了传统WSS技术的复杂连纤关系，提高可靠性，使得网络运维化繁为简[3]。

2 主流ROADM配置方式分析

ROADM发展到现阶段，主要有波长无关、方向无关以及冲突无关3种模式。波长无关指任意一个上下路端口可以通过网管远程配置任意波长，无需现场人工操作，目前主要使用可调波长的光线路板配合WSS的可调波长上下路滤波器来实现。方向无关指本地上下波可以去任意的线路方向，上下波接入同一个WSS单板且方向可变，实现重路由和真正的波长无阻塞[4]。冲突无关指ROADM不同线路维度的同一波长在本地上下路时不会受到波长冲突的限制，可以实现来自任意方向的波长在任意端口上下，并且可以使用同一波长[5]。

现阶段主流ROADM配置方式对比如表1所示。

表1 ROADM配置方式对比分析

3 OTN系统部署ROADM方案建议

3.1 网络节点设置

ROADM在网络节点部署时，主要按以下原则进行。从业务调度需求出发，ROADM节点应设置在网络的枢纽节点和多个系统、多个平面的交汇节点，满足业务的灵活调度需求。从完善网络架构考虑，ROADM节点应设置在具有多个光缆方向的网络节点。从确保业务质量考虑，各光放段长度尽量均匀，长度设置在80 km左右为宜。

3.2 光缆路由选择

ROADM最大的优势在于Mesh型组网结构，可以提供大于2个的不同业务路由，具备灵活的业务调度能力。此外，在部署光层自动交换网络（Automatically Switched Optical Network，ASON）的情况下，可以实现光层业务的自动倒换，大大提升网络生存能力。丰富的光缆路由是部署ROADM的基本前提，对于光缆路由的选择需要从多个方向综合考虑。

基于光缆物理结构，以光复用段保护（Optical Multiplex Section Protect，OMSP）为依据进行光缆路由选择，充分利用不同路由光缆发挥ROADM的灵活调度能力。同段落设置有多个路由，采用不同的物理路由光缆，以尽可能提升业务安全性。对于2个节点之间具备不同路由的情况，建议部署OMSP保护，而非光纤线路保护（Optical Line Protection，OLP）。由于网络的实际物理拓扑结构和逻辑组网结构存在一定差异，Mesh型网络扩容到一定阶段后会出现局部段落波道紧张的情况，可以通过增加光层维度的方式解决[6]。

3.3 业务系统规划

虽然ROADM技术有诸多优势，但是现阶段仅有少量网络部署，原因主要与网络特性有关。骨干网主要承载省际及省内业务，复用段长、跨距段多，对系统的光信噪比（Optical Signal Noise Ratio，OSNR）要求较为严格。由于ROADM的波道调度、波长重构要在满足系统OSNR指标的前提下实现，多数OTN网络尤其是长距离的骨干网不具备引入ROADM的条件，因此现阶段应用仍然较少[7]。从网络的结构特点出发，对业务的规划路径、业务保护策略等进行分析，结合业务需求及网络物理拓扑结构确定ROADM系统的应用方案。

骨干ROADM网络采用网状组网，具有业务量大、节点多以及业务流向复杂的特点。相较于传统的点对点组网，ROADM网络各节点间存在大量不同路由，通过人工进行业务调度的困难较大。现阶段IP类业务是传输的主要业务，网络时延是关键指标，要求业务路径长度尽量短、电层的处理节点尽量少，从而缩短时间、降低建设成本。基于此，建议统一采用电层处理节点最少、路径最短的策略进行业务路由安排。

ROADM系统设计中，对于网络规模较大、业务规划复杂的情况，通常采用专用软件进行业务路径及波长规划，同时需要提前确定路由策略。现阶段，主流厂家支持的基本业务路由策略主要包括最少转发节点、最短业务路径长度、最优OSNR指标以及OMSP负载均衡4种方式。最少转发节点策略中，业务经过的电层转发节点越少，时延越小，成本越低。最短业务路径长度策略中，业务经过的光纤长度越短，业务的时延就越小。最优OSNR指标策略中，选择业务路径的OSNR指标越大，误码率越小，业务质量越高。OMSP负载均衡策略中，业务路由规划时尽量在各OMSP段落均匀规划，尽量避免过于集中，降低波长冲突的可能性。

基于上述4种策略，根据当前承载的业务情况，针对不同的业务特征、业务重要性，路由策略选取建议如下。对于网络时延性能要求高的业务，建议选取最短业务路径+最少转发节点策略；对于带宽需求大、时延性能要求一般的业务，建议选取最短业务路径+OMSP负载均衡策略；对于有其他特殊要求的业务，可以自定义路由约束策略或将几种策略混合使用。

ROADM网络需要具备灵活的波长级业务调度能力，满足多处故障及应急情况下的业务快速恢复和开通需求。通过上述分析，在部署时可以采用CD-ROADM或CDC-ROADM模式进行建设。考虑到现阶段多芯片同步（MultiChip Synchronization，MCS）器件的成熟性问题，暂时采用CD-ROADM方式建设[8]。由于超长距的前向纠错（Forward Error Correction，FEC）具有更低的 OSNR门限要求，因此建议在ROADM网络部署时全部采用超长距FEC板卡，在光通道路由变化时可以保证系统的OSNR指标符合要求。

4 某省骨干传送网ROADM部署案例

4.1 部署方案

某省在省内骨干核心层引入基于光背板的ROADM，考虑到MCS器件的成熟性问题，采用CDROADM技术。光层采用OXC光背板互联，实现任意互联。采用光线路板及光支路板，3个省干核心节点由光终端复用（Optical Terminal Multiplexing，OTM）背靠背方式改造为基于OXC的ROADM方式[9]。省干核心层引入ROADM组网如图1所示，核心节点2的ROADM改造连接如图2所示。

图1 省干核心层引入ROADM组网

图2 核心节点2的ROADM改造连接

4.2 割接方案

省内骨干OTN系统的3个核心节点由OTM背靠背方式改造为基于OXC的ROADM方式，网络割接步骤如下。首先，将OXC设备光线路板通过直通接口替换原有光线路板，将待割接的各方向的主通道线路接口由原有的光线路接口割接至OXC光线路板的直通方向，完成所有方向的波长穿通。其次，以波道为单位，逐个割接本地上下业务。将本地上下的所有波道割接至OXC设备的光支路板上，穿通交叉保持不变。最后，通过光背板完成割接穿通业务，删除穿通方向光交叉，添加OXC光线路板至光线路板的交叉，调整单波衰耗。

5 ROADM部署注意事项

5.1 OSNR值预算

ROADM组网颠覆了传统WDM通过各波道的电层再生来保证OSNR的方式，对于不上下业务的串通波道只在WSS中进行功率补偿，没有电层的调整功能。在应用中，要根据串通波道的实际路径情况进行OSNR预算。

5.2 多厂家问题

OTN系统可能由多个厂家共同组网，单个ROADM站点的不同业务方向可能接入不同厂家的设备。在这种场景下要部署ROADM网络，需要各厂家实现线路侧接口对接，实现的技术难度较大，业务部署、管控方面都存在问题，暂不具备部署条件。具体应用中，根据开放式OTN架构的技术推进情况而定。

5.3 波道使用规划

ROADM系统的波道安排相对灵活，特别是在复杂的多维度组网情况下，对于串通波道和本地业务上下波道需要全局考虑，并结合业务发展情况合理进行波道规划，避免出现局部拥塞、业务路径过长等问题[10]。

6 结 论

综上所述，ROADM部署通常在路由丰富的省干核心节点间或者中大型城域网的核心及汇聚层OTN网络中应用。随着5G等新型业务的不断发展，ROADM技术作为光交叉的主要实现手段，可以降低建设成本，提高业务调度的灵活性，实现业务调度的自动化，降低运维成本。