ROADM在光层组网中的配置及应用

赵春华

（广东省电信规划设计院有限公司 广州510630）

1 引言

可重构光分插复用器（ROADM）是波分复用（WDM）系统中实现光层调度和恢复的重要器件，在WDM网络规划建设中合理使用ROADM可以减少波长转换器（OTU）的使用，降低工程造价；ROADM使得WDM由点对点系统演化为具有光层交叉连接功能的网络系统，借助ROADM，维护人员可以在网管上调度部分光波长，减少人工入站跳纤的次数，从而降低运维成本，目前以波长选择开关（WSS）为组件的ROADM正得到越来越广泛的应用。

2 ROADM的几种配置方案

ROADM的配置分为群路直通侧配置和落地侧配置。群路直通侧让波长从一个方向的群路侧直通到另一个方向，中间不经过电的再生，对于目前1∶8的WSS来说，一个方向的波长可以直通到其他任意7个方向，与电层直通不同，光层没有波长转换，故必须在相同波长之间进行，两个不同群路的相同波长不能同时进入同一个群路，存在波长竞争；另外，光层没有再生功能，其传输信号的性能劣化（ONSR、PMD等）是累积的，性能劣化的程度决定了无电中继距离。

落地侧（支路侧）的波长经ROADM在光层落地后，要么经过收发OTU终结落地，要么通过中继OTU继续上路，通过中继OTU的波长可以认为是波长在电层的直通或转接，电层的直通和转接分别是对光层信号再生功能和波长转换功能的弥补。落地侧可以配置电交叉，也可以不配，电交叉可以在电层实现电路的调度和保护，但会带来较大的功耗。

2.1 ROADM群路直通侧的配置

ROADM群路直通侧的配置一般是把各个群路方向连接成网状网[1]，具体可以采用3种配置方式：一是合路器和分路器都用WSS；二是合路器用耦合器，分路器用WSS；三是合路器用WSS，分路器用耦合器。这3种配置方式都可以实现群路的网状连接，实际使用较多的是方式二，即合路器用耦合器、分路器用WSS的方式，如图1所示。后文的图示采用方式一，即合路器和分路器都用WSS的方式，这种方式的上路和下路是完全对称的，图示起来比较方便。

2.2 ROADM落地侧的配置

落地侧的配置需要考虑方向、波长和竞争是相关还是无关，方向无关（directionless）指落地的波长可以连接到不同的群路；波长无关（colorless）指落地光器件的端口与波长没有固定的对应关系；竞争无关（contentionless）是指在方向无关时，落地波长之间不存在波长冲突。不同的需求导致不同的配置，分以下几种情况分别考虑。

2.2.1 配置1：方向相关、波长相关

这是最简单的配置，每对阵列波道光栅（AWG）直接连在各自的群路方向上，如图2所示，A、B、C 3个群路侧连成网状网，对于落地的支路侧，每个AWG连接一个群路方向，只分离该群路方向上的波长，为方向相关；由于AWG器件的端口与波长是固定对应的，因此波长相关；这种配置没有波长竞争，因为波长竞争是在配置为方向无关时才可能出现。这是ROADM一种比较常用的配置方式，成本最低。

2.2.2 配置2：方向无关、波长相关、竞争相关

方向无关的配置[2]需要增加一个WSS将各群路方向的波长合并到落地侧的AWG，使得AWG可以分离来自不同群路方向的波长，以实现方向无关，如图3所示。同样地，由于AWG的端口与波长是固定对应的，是波长相关的；这种配置在AWG与WSS之间的连接处，来自不同方向的相同波长存在竞争（如不能同时出现λ1）。这也是一种较常采用的配置方式，成本也比较低，图3可以下80个波长，如果需要下超过一个群路（80波）的波长，则支路侧需要增加WSS+AWG的组合。

2.2.3 配置3：方向无关、波长无关、竞争相关

将图3中落地的AWG换成WSS，由于WSS的端口与波长不存在固定的对应关系，这样的配置可以实现方向无关和波长无关，如图4所示。同图3一样，支路侧两个WSS的连接处存在波长冲突，例如，图4中A方向和C方向的λ1不能同时进入落地的WSS，即落地侧的两个端口不可能都是λ1。这种配置的成本较高，因为主流的WSS维度是1∶8，即使下一个群路80个波长也需要多个WSS级联实现，而AWG一般都是1∶40，两个AWG通过奇、偶间插可以很容易地实现80波的合波与分波。

2.2.4 配置4：方向无关、波长无关、竞争无关

在图4的基础上，落地侧采用3×4的多维WSS，可以实现波长无关、方向无关和竞争无关，具体实现如图5所示。图中框线内的部分就是3×4的WSS，其内部由3个1∶4的WSS加上4个1∶3的WSS组合而成，此时群路A侧和群路C侧的λ1可以同时进入3×4的多维WSS，落地侧两个不同的端口可以出现相同的波长，实现了波长无关、方向无关和竞争无关（即CDC）。

2.2.5 CDC方案的可扩展性

图5是CDC功能的简化示意。实际系统中典型的WSS一般是1∶n（n=8），n最大可做到20，其n比波长的数量小，图6是一种4方向下20波ROADM的支路侧配置，将此配置看作一个4×20的WSS单元，如果下满80波，需要4个4×20的WSS组 合才能实现，具体做法是将4×20的WSS连接到群路侧剩余的端口（群路WSS为1∶8，3个端口用于群路侧的互联后还剩下5个端口），每个群路侧用4个端口与4×20的WSS连接，如图7所示，如果要将4个方向4×80波全部下完，配置将非常复杂，事实上完全具备CDC功能的ROADM目前只存在技术上的可行性，并不具备商用价值，运营商实际商用的ROADM系统主要采用比较简单的方案1或方案2进行配置，方案3因成本较高而较少采用，基于CDC的方案4则完全没有商用化。

3 光层交叉与电层交叉

光层调度对速率是透明的，与速率是10 Gbit/s、40 Gbit/s或100 Gbit/s关系不大，因此其交叉容量比较大，功耗比电层交叉低，这是光层最突出的优势。光层调度的主要缺点体现在以下3点。

·没有电层的再生功能和波长转换功能，当距离较长或穿通的节点较多时，需要电层进行再生；由于不能实现波长转换，各群路之间的波长直通可能存在冲突。例如，对于三维的ROADM（如图8所示），群路C方向的前40波和后40波分别与群路B和群路A方向的前40波和后40波光层直通，群路A方向剩余的前40波和群路B方向剩余的后40波由于波长不同无法在光层做直通连接，必须经过电层的波长转换在电层转接。

·ROADM在上下波长时，需要考虑方向、波长和竞争是相关还是无关，其配置不同，设备的复杂程度也不同。

·光层的保护恢复速度一般比电层慢，通常需要结合控制平面完成路由的恢复。

电层交叉的优势是其天然具备信号再生、波长转换功能，群路侧的交叉不需要考虑波长竞争，落地的支路侧无需考虑方向、波长和竞争是相关还是无关的问题，电层交叉的工程设计比较简单。从维护角度看，电层调度与传统的SDH调度类似，比光层调度更易于理解和掌握。电层交叉的缺点主要有两个：一是交叉容量较小，二是功耗较大。目前商用系统的交叉容量大约为10 TB，对于单波100 Gbit/s系统来说，一个群路方向的80波就占用了8 TB的容量，消耗了电交叉的大部分容量，故电交叉的组网常采用分波带的方式实现，以减少对交叉容量的需求；另外，电层交叉的功耗也随着单波道速率的提升而升高。

4 ROADM目前的主要应用

国外ROADM较多的应用场景是城域网或区域较小的干线网，较短的传输距离允许较多的光层穿通，采用ROADM可方便网络的光层调度和恢复；对于范围较大的干线网，由于距离较长，大多数电路不能直接穿通ROADM，必须进行电层的再生，运营商往往直接选择熟悉的电层交叉实现网络的调度和保护。目前的ROADM主要有以下两种应用。

采用第1种配置，作为智能配线架在网管上实现调度，减少光纤的人工连接，这种配置没有重路由功能。

目前运营商干线中采用的固定ROADM通常是利用合、分波器之间直接的跳纤实现，当群路方向比较多时，跳纤会非常多，采用ROADM可以将大量的外部光纤连接变成WSS器件内部的连接，具体的连接方向（波长路由）通过网管指配完成，这一方面减少了工程施工中的人工连纤，另一方面也减少了维护中的故障点数量，跳纤的接头故障在维护中常常占据较大的比例。

采用第2种或第3种配置（主要是第2种配置），实现光层调度和光层的重路由恢复。

这种配置主要应用在地域较小的干线或城域网中，国外的一些运营商采用ROADM一方面进行光层的调度，减少人工跳纤；另一方面开启光层的控制平面实现光层的重路由功能，或者结合电层的保护功能实现ASON下的永久“1+1”保护。

5 ROADM未来的应用——基于CDC的ROADM节点

在基于CDC的ROADM成熟商用后，利用CDC结构的ROADM加上电中继OTU可以实现各类光层的调度和保护恢复，这种结构可以替代容量偏小、功耗偏大的电交叉矩阵。

一种基于光层调度/保护恢复的CDC ROADM节点架构如图9所示。

将需要进行交叉调度的波长分为如下4类：

·群路A的λ1可以在光层利用ROADM的群路侧连接直接在光层穿通至群路B；

·群路A的λ2由于信号劣化不能直接在光层穿通，需要在光层落地经过中继OTU后再上路到群路C；

·群路A的λ3由于与群路C的λ4无法在光层进行转换，需要经过中继OTU进行波长转换，以实现交叉连接；

·群路A的λ5经落地OTU落地后接业务层的设备，也可以转接到其他的波分系统。

如果配备具有CDC功能的ROADM，则落地的端口可以与任意群路连接，与波长无关且不存在波长竞争，从而可以大大简化网络配置，将电层的OTU分为两类：一类是落地的OTU组，用于波长的终结落地；另一类是中继的OTU组，实现电层的再生中继和波长转换的功能。所有OTU都采用80波可调，在此配置下，λ1直接走光层直通，不经过OTU；λ2、λ3、λ4接入全波可调的中继OTU组，实现电层的直通和转接；λ5接入落地的OTU组后直接落地。从网络调度的角度看，群路之间的波长直通要么直接在光层进行，要么在光层落地后经中继OTU在电层直通，不同波长的交叉连接在光层落地后经OTU实现波长转换，此时无需配置电交叉矩阵，即可实现各类的调度；从网络保护的角度看，这种架构结合光层的控制平面，未来引入具有全

5 结束语

随着网络规模的扩大和通信技术的发展，网络管理工作也面临着越来越多的挑战。本文就网络故障的预测和监测方法进行了研究，希望基于大数据的思想，充分挖掘蕴含在大量网络数据中的有用信息，并将之用于网络故障发现和预测。从本文的结论可以看到，大数据和网络管理方法的结合已经显现出越来越大的潜力，随着两者结合的不断深入，必将为未来网络管理的发展带来更多的突破。

1 Hanemann A,Sailer M,Sehmitz D.Towards a framework for it service fault management.Proceedings of the European University Information Systems Conference(EUNIS2005),Manehester,England,2010

2 Steindler M,Sethi A S.Probabilities fault diagnosis in communication systems through incremental hypothesis updating.Computer Networks,2011,45(4):537～562

3 Box E P,Jenkins G M,Reinsel G C.时间序列分析—预测与控制.顾岚，范金减译.北京：中国统计出版社,2011

4 Basu S,Mukherjee A,Klivansky S.Time series models for internet traffic.http://hdl.handle.net/1853/6696,1996

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