光网络 - ROADM

传统光网络部署 SDH/SONET 技术，用于在光网络上传输数据。这些网络相对容易规划和设计。新的网络元素可以轻松添加到网络中。静态 WDM 网络可能需要较少的设备投资，尤其是在城域网中。但是，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。由于波长是分组捆绑的，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和放大器，或者至少在现有站点进行功率调整。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的 SDH/SONET 网络一样简单。在给定的环带宽内，例如 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，在现有环中引入新节点）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：数字交叉连接系统与多个光学 SDH/SONET 环相连接。

可重构光纤网络的行为方式不同：可以按需规划带宽，并且由于现在每个 WDM 通道都管理光功率，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要素是可重构光分插复用器 (ROADM)。它使光波长只需在软件中单击一下即可重定向到客户端接口。其他流量不会受到影响。实现所有这些功能无需卡车到相应站点安装过滤器或其他设备。

使用 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（每个节点都有 OADM）。

• 带宽和波长预分配
• 固定过滤器结构的裕度分配
• 电源管理不足
• 网络扩展需要光电光 (OEO) 再生

SDH/SONET 网络易于规划。

• 在每个 ADM 上访问整个带宽
• 简单的工程规则（仅单跳）
• 轻松添加新网络元素

可重构光层可实现以下功能。

• 按需带宽规划
• 通过每个 WDM 通道的功率管理来扩大透明范围
• 无中断可扩展性

静态光子层由单独的光环组成。考虑位于每个环上的多个 DWDM 系统。信息或数据通常只保留在同一个环上，因此不存在任何问题。但是，如果需要将数据移交给不同的光环，会发生什么情况？

在静态系统中，当需要环之间的转换时，需要大量的转发器。实际上，从一个环传递到另一个环的每个波长都需要两个转发器：网络的每一侧各一个。考虑到带宽和通道的分配，这种方法需要高成本和大量的初始规划。

现在让我们想象一个动态可重构光子层。在这里，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 系统的数量也减少了。整个网络设计得到了简化，波长现在可以从一个环传输到另一个环，而不会受到任何进一步的阻碍。

任何波长都可以传播到任何环和任何端口。这种完全灵活且可扩展的网络设计的关键是 ROADM 和 GMPLS 控制平面，从核心到接入区域都有光直通。

通过 ROADM 实现简化

ROADM 简化了网络和服务提供商或运营商的流程。此交互总结了其中一些简化。毕竟，我们需要记住，所有这些优势都会减少时间、精力和成本。但更重要的是，它们还能提高客户满意度，进而提高客户忠诚度。

使用 ROADM 可以大大简化网络规划。只需考虑一下仓库中需要存放的转发器数量显著减少的情况。

安装和调试（例如，在为网络设置新波长时）所需的工作量显著减少，而且复杂度大大降低。服务技术人员只需访问相应的终端站点即可安装转发器和 ROADM。固定光分插复用器 (FOADM) 过去需要访问每个中间站点，以便进行安装工作和修补。

部署动态光网络后，操作和维护大大简化。光学诊断可以在几分钟内完成，而不是像以前那样需要几个小时。可以检测到并动态清除故障，而无需触发上门服务。

随着可调激光器和无色 ROADM 的部署，光纤设备的维护变得更加容易。使用这些功能，服务配置现在比以往任何时候都更加容易。与安装和调试工作一样，执行网络维护和任何潜在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诸多优势。下面再介绍几个 −

• 每通道功率监控和均衡，以均衡整个 DWDM 信号
• 从远程网络运营中心进行全面流量控制

然而，到目前为止，有一个问题尚未得到解答：ROADM 如何工作？让我们来看看一些基本原理。

ROADM 通常由两个主要功能元件组成：波长分路器和波长选择开关 (WSS)。请看上面的框图：网络接口 1 处的光纤对与 ROADM 模块相连。

携带传入数据（来自网络）的光纤被馈送到波长分路器。现在，所有波长都可在分路器的所有输出端口上使用，在本例中为 8 个。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。其余的分路器端口与其他网络方向相连，例如，4 度连接节点处的其他三个方向。

注意 − 此节点的每个网络方向都需要一个图示模块（完全灰色框）。或者更准确地说：在服务于四个方向（4 度）的连接节点中，需要四个这样的模块。

ROADM 核心 – WSS 模块

让我们从左侧进入的 WDM 信号开始。它穿过顶部的光纤，并被导向体衍射光栅。该体衍射光栅充当一种棱镜。它将各种波长分离到不同的方向，尽管角度变化很小。分离的波长撞击球面镜，球面镜将光线反射到一组微机电系统 (MEMS) 上。每个微开关都会受到不同波长的撞击，然后被送回球面镜。

从那里，光线返回到体衍射光栅并发送到光纤。但现在这与我们开始使用的光纤不同。单波长输出信号表明已经发生了这种情况。然后，该信号可以与其他单波长信号组合，以填充另一根传输光纤。

有各种版本可用 - 这里的关键字是无色、无方向等。

ROADM - 度、无色、无方向等等

为了理解这种分级 ROADM 方法，以下是一些经常与 ROADM 相关的关键术语。

无色

简单 ROADM 包含每个方向的一个 WSS，也称为"一度"。波长仍被分配，并使用固定的添加/删除收发器。无色 ROADM 消除了这一限制：使用此类 ROADM，可以将任何波长或颜色分配给任何端口。无需上门服务，因为完整的设置由软件控制。必须实施滤波器模块才能实现无色功能。

无方向性

这通常与术语"无色"一起出现。无方向性设计消除了 ROADM 的进一步限制。使用无方向 ROADM 无需物理重新连接传输光纤，因为没有方向限制，例如向南或向北。

无争用

尽管无色无方向，ROADM 已经提供了极大的灵活性，但使用相同频率的两个波长仍可能在 ROADM 中发生冲突。无争用 ROADM 提供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通道网格，可以适应未来的传输速度要求。该功能对于超过 100Gbit/s 的信号速率和同一网络内的不同调制格式必不可少。

无方向性

无方向性 ROADM 是最广泛使用的 ROADM 设计，因为它们允许在任何线路接口上从支持的 ITU 网格添加/删除波长。如果是仅无方向性变体，则添加/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。

无方向性技术主要用于根据需要将波长重新路由到其他端口以进行恢复。其他应用也是可能的，例如，在按需带宽的情况下。不支持无方向性的 ROADM 在灵活性方面受到一些限制。

无色性

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 可以重新配置为在任何添加/删除端口上从支持的 ITU 网格添加/删除任何波长。添加/删除的波长可以改变（可调 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、定向切换和颜色切换

• 无色添加/删除端口与可调 DWDM 线路接口相结合的主要优势是增强了波长配置和波长恢复目的的灵活性。自动调整到请求光路上的下一个空闲波长。

完全自动化光网络的最后一项是部署无色 ROADM。使用此类 ROADM 允许在任何添加/删除端口上添加/删除受支持的 ITU 网格的任何波长。由于可调收发器用作光学前端，端口上的波长可以改变。

波长配置和恢复比以前更加容易。当波长繁忙时，系统可以自动将收发器调整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添加/删除功能的选项。

无争用时

无争用 ROADM 可以在任何添加/删除端口添加/删除任何波长，而无需在任何添加/删除端口上进行任何争用网格。专用波长颜色可以在同一个添加/删除分支上多次添加/删除（来自不同的 DWDM 线路接口）。如果只配备 8 个添加/删除端口，则必须能够从 8 个添加/删除端口上的 8 个不同线路方向删除相同的波长。只要有空闲的添加/删除端口，ROADM 节点就必须能够从任何线路接口添加/删除任何波长。

无色、无方向和无争用功能 (CDC) 的组合提供了最高级别的灵活性。

无网格时

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

对于运行数据速率超过 100Gbit/s 的网络或使用不同调制方案运行的网络，无网格功能必不可少。它适用于具有相干线路接口的下一代网络。不同的数据速率需要不同的波长要求，具体取决于调制方案和数据速率。

传输速度正在提高，调制方案也变得越来越复杂。现在，几种调制技术可能会混合在一根光纤上。所有这些都反映在 ROADM 技术上，并产生了对无网格 ROADM 的要求。此类 ROADM 在密集频率网格上运行，并允许按通道配置带宽。数据通道现在需要不同的波长要求，具体取决于其调制方案和数据速率。

典型的应用是运行数据速率超过 100Gbit/s 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，后一种情况很容易出现。