光网络 - ROADM

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传统光网络采用SDH/SONET技术在光网络上传输数据。这些网络相对易于规划和设计。新的网络元件可以很容易地添加到网络中。静态WDM网络可能需要较少的设备投资，尤其是在城域网中。然而，这些网络的规划和维护可能是一场噩梦，因为工程规则和可扩展性通常非常复杂。

带宽和波长必须预先分配。由于波长被捆绑成组，并且并非所有组都在每个节点终止，因此在某些站点可能无法访问特定波长。网络扩展可能需要新的光电光再生放大器，或者至少需要调整现有站点中的功率。操作静态WDM网络需要大量人力。

网络和带宽规划应该像过去SDH/SONET网络一样容易。例如，在给定的环路带宽内，STM-16或OC-48每个节点都可以提供所需的带宽。

每个ADM都可以访问整个带宽。网络扩展，例如在现有环路中引入新的节点，相对容易，不需要对现有节点进行任何现场访问。左侧的网络图说明了这一点：数字交叉连接系统连接到多个光SDH/SONET环路。

可重构光网络的工作方式不同：带宽可以按需规划，并且由于现在每个WDM信道都管理光功率，因此可以优化覆盖范围。可扩展性显著提高。

实现这种可重构光网络的关键元件是**可重构光添加/删除复用器(ROADM)**。它只需点击软件即可将光波长重定向到客户端接口。其他流量不受此影响。所有这一切都无需对各个站点进行现场勘察以安装过滤器或其他设备。

具有ROADM的可重构WDM网络

静态WDM工程规则和可扩展性可能非常复杂（每个节点中的OADM）。

• 带宽和波长预分配
• 固定滤波器结构的裕度分配
• 功率管理不足
• 网络扩展需要光电光(OEO)再生

SDH/SONET网络易于规划。

• 每个ADM都能访问整个带宽
• 简单的工程规则（仅单跳）
• 易于添加新的网络元素

可重构光层可以实现以下功能。

• 按需带宽规划
• 由于每个WDM信道的功率管理，扩展了透明传输距离
• 无中断可扩展性

静态光层由独立的光环组成。考虑一下位于这些环路中的许多DWDM系统。通常，信息或数据只是停留在同一个环路中，因此没有问题。但是，如果数据需要转移到不同的光环会发生什么情况呢？

在静态系统中，每当需要在环路之间进行转换时，都需要大量的转发器。实际上，每个从一个环路传递到另一个环路的波长都需要两个转发器：一个位于网络的每一侧。考虑到带宽和信道的分配，这种方法会产生高昂的成本和大量的初始规划。

现在让我们想象一个动态可重构的光层。这里只有一个DWDM系统构成两个光环之间的接口。因此，基于转发器的再生消失了，DWDM系统的数量减少了。整个网络设计得到了简化，波长现在可以毫无阻碍地从一个环路传播到另一个环路。

任何波长都可以传播到任何环路和任何端口。这种完全灵活且可扩展的网络设计的关键，其光学直通从核心一直延伸到接入区域，是ROADM和GMPLS控制平面。

通过ROADM进行简化

ROADM简化了网络和服务提供商或运营商的流程。这种交互总结了其中一些简化。毕竟，我们需要记住，所有这些优势都导致了时间成本的降低。但更重要的是，它们也导致了客户满意度的提高，进而提高了客户忠诚度。

使用ROADM可以极大地简化网络规划。只需考虑需要储存在仓库中的转发器数量大大减少。

安装和调试——例如，当将新的波长设置到网络时——需要更少的努力，而且复杂程度要低得多。服务技术人员只需要访问各自的最终站点来安装转发器和ROADM即可。以前使用的固定光添加/删除复用器(FOADM)需要访问每个中间站点，以便进行安装工作和补丁。

当部署动态光网络时，运营和维护得到了极大的简化。光学诊断可以在几分钟内完成，而不是像以前那样需要几小时。可以检测到损伤并动态清除，而不是触发对外部站点的现场勘察。

随着可调谐激光器和无色ROADM的部署，光纤设备的维护更加容易。使用这些功能，服务配置比以往任何时候都更容易。与安装和调试工作一样，执行网络维护和任何潜在的升级也变得更加容易。

ROADM架构

前面几节介绍了ROADM为网络设计和运营带来的许多优势。这里还有一些——

• 逐信道功率监控和均衡，以均衡整个DWDM信号
• 来自远程网络运营中心的完全流量控制

然而，到目前为止，还有一个问题没有得到解答：ROADM是如何工作的？让我们来看一些基本原理。

ROADM通常由两个主要的函数元件组成：波长分束器和波长选择开关(WSS)。请查看上面的框图：网络接口1处的纤光对连接到ROADM模块。

携带传入数据（来自网络）的光纤被馈送到波长分束器。现在，所有波长都在分束器的所有输出端口（在本例中为8个）可用。本地添加/删除流量（波长）可以使用阵列波导滤波器(AWG)进行复用/解复用。使用AWG意味着固定的波长分配和方向。

波长选择开关(WSS)选择性地连接各种波长并将它们馈送到网络接口1的输出。剩余的分束器端口连接到其他网络方向，例如4度结点处的三个其他方向。

**注意**——此节点每个网络方向都需要一个所示模块（完全灰色的盒子）。更准确地说：在服务于四个方向（4度）的结点中，需要四个这样的模块。

ROADM的核心——WSS模块

让我们从左侧传入的WDM信号开始。它穿过顶部的光纤，并指向体衍射光栅。这种体衍射光栅就像一种棱镜。它将各种波长分离到不同的方向，尽管角度变化很小。分离的波长照射到一个球面镜上，球面镜将射线反射到一组微机电系统(MEMS)上。每个微型开关都被不同的波长击中，然后被发送回球面镜。

从那里，射线返回到体衍射光栅并发送到光纤。但这现在与我们开始使用的光纤不同。单波长输出信号表明发生了这种情况。然后可以将此信号与其他单波长信号组合起来，以填充另一根传输光纤。

有各种版本可用——这里的关键词是无色、无方向等。

ROADM——度数、无色、无方向等等

为了理解这种分级的ROADM方法，以下是与ROADM相关的常用术语。

无色

简单的ROADM每个方向包含一个WSS，也称为“一度”。波长仍然是分配的，并使用固定的添加/删除转发器。无色ROADM消除了这种限制：使用这种ROADM，任何波长或颜色都可以分配到任何端口。不需要现场勘察，因为整个设置都是软件控制的。必须实现滤波器模块才能实现无色功能。

无方向

这通常与“无色”一词一起出现。无方向设计消除了另一个ROADM限制。使用无方向ROADM消除了物理重新连接传输光纤的需要，因为对方向没有限制，例如南向或北向。

无竞争

尽管ROADM是无色且无方向的，但它们仍然提供了很大的灵活性，但使用相同频率的两个波长仍然可能在ROADM中发生碰撞。无竞争ROADM提供了一个专用的内部结构来避免这种阻塞。

无网格

无网格ROADM支持非常密集的波长信道网格，并且可以适应未来的传输速度要求。此功能是信号速率超过100 Gbit/s以及在一个网络内使用不同的调制格式所必需的。

无方向时

无方向ROADM是最广泛传播的ROADM设计，因为它们允许从支持的ITU网格上的任何线路接口添加/删除波长。在仅无方向变体的情况下，添加/删除端口特定于定义的波长。使用无色选项，端口也可以是非波长特定的。

无方向技术主要用于根据需要将波长重新路由到其他端口，例如用于恢复目的。其他应用程序也是可能的，例如在按需带宽的情况下。不支持无方向功能的ROADM在灵活性方面受到一些限制。

无色时

无色ROADM允许更改特定光通道的波长，而无需任何物理重新布线。无色ROADM可以重新配置为从支持的ITU网格上的任何添加/删除端口添加/删除任何波长。添加/删除的波长可以改变（可调谐DWDM接口）。这使得——

• 增强了波长配置和波长恢复的灵活性

• 恢复切换、方向切换和颜色切换

• 无色增益/衰减端口结合可调谐DWDM线路接口的关键优势在于增强了波长配置和波长恢复的灵活性。可自动调谐到请求的光路上下一个空闲波长。

完全自动化光网络的最后一步之一是部署无色ROADM。使用这种ROADM允许在任何增益/衰减端口上添加/删除任何受支持的ITU网格波长。由于使用可调谐收发器作为光前端，端口上的波长可以改变。

波长配置和恢复比以往任何时候都更容易。当波长繁忙时，系统可以自动将收发器调谐到下一个可用的空闲波长。ROADM提供在同一ROADM节点内使用固定和无色增益/衰减功能的选项。

无争用时

无争用ROADM可以在任何增益/衰减端口上添加/删除任何波长，而不会在任何增益/衰减端口上产生任何争用网格。一个专用的波长颜色可以多次添加到/从不同的DWDM线路接口)添加到相同的增益/衰减分支上。如果只配备8个增益/衰减端口，则必须能够从8个不同的线路方向在8个增益/衰减端口上删除相同的波长。只要有空闲的增益/衰减端口可用，ROADM节点必须能够从/向任何线路接口添加/删除任何波长。

无色、无方向和无争用功能(CDC)的组合提供了最高的灵活性。

无网格时

无网格ROADM节点支持同一DWDM信号内的不同ITU-T信道网格。网格带宽可以按信道配置。

无网格功能是用于数据速率超过100Gbit/s的网络或使用不同调制方案运行的网络所必需的。它适用于具有相干线路接口的下一代网络。不同的数据速率根据调制方案和数据速率的需求不同的波长要求。

传输速度越来越快，调制方案也越来越复杂。现在可以在一根光纤上混合使用几种调制技术。所有这些都反映回ROADM技术，并产生对无网格ROADM的需求。这种ROADM在密集的频率网格上运行，并允许按信道配置带宽。数据信道现在根据其调制方案和数据速率的需求不同的波长要求。

典型的应用包括数据速率超过100Gbit/s的网络或并行运行不同调制方案的网络。例如，在部署相干传输技术时，后一种情况很容易存在。