ROADM技术白皮书.doc

Product Type Technical ProposalROADM技术白皮书ZTE Confidential Proprietary© 2010 ZTE Corporation. All rights reserved.9(21)ROADM技术白皮书ROADM技术白皮书版本日期作者审核者备注V1.02010-6-18何漪不对第三方开放目录1 概要 12 市场驱动力 13 ROADM关键技术 23.1 ROADM的技术实现 33.2 上下路单元的设计 64 ROADM的组网应用 74.1 ROADM组网 74.2 ROADM组网的限制因素 94.3 加载WASON的ROADM网络 105 ROADM技术的发展 106 缩略语 11图目录图 31 WB的原理 3图 32 基于WB的2维ROADM 4图 33 PLC的原理 5图 34 WSS的原理 5图 35 基于WSS的4维ROADM 6图 41 基于WB/PLC的ROADM在环网的应用 8图 42 基于WSS的多维ROADM在网状网中的应用 9 第I页ROADM技术白皮书1 概要随着ALL-IP化的趋势和IPTV、三重播放、P2P等业务带来的带宽飞速增长，运营商对于底层的波分网络的智能调度功能的需求越来越迫切，这导致ROADM逐渐为越来越多的高端运营商的网络所采用。

网络中引入ROADM后好处很多，运营商可以快速的提供波长级的业务，便于进行网络规划，降低运营费用，便于维护，降低维护成本本文分析了ROADM应用的市场驱动力，简述了ROADM的关键技术，分析了ROADM的组网应用和ROADM技术的发展2 市场驱动力随着ALL-IP化的趋势，IPTV、三重播放、P2P等业务的带宽容量在按照摩尔定律增长，中继带宽膨胀，这些新兴业务的风起云涌让电信运营商看到了商机，也给运营商带来了难题带宽的增长使得原有的SDH技术不堪负荷，SDH在运营商的网络中开始逐渐淡出和边缘化，在骨干网和城域核心网，IP化的业务通过路由器直接在DWDM上承载成为主流早期的DWDM在网络中一般只做为刚性大管道出现，起到延伸传输距离和节省光纤的作用，设备类型主要是背靠背OTM和固定波长上下的OADM，这种固定连接的方式组网能力弱，业务的开通和调度全部需要在现场人工进行而作为一种典型的DWDM设备的节点结构，ROADM本身并不是一个新鲜事物早在2001年，在863的组织下，CANONET（中国高速信息示范网）就部署了国内厂家和高校研制的OXC（Optical Cross-Connect光交叉连接器）和ROADM设备。

但那时的设备还不够成熟，更重要的是市场应用环境还不具备，而且成本高昂，因此未得到广泛应用，而是由背靠背OTM和固定波长上下的OADM占据了市场主流的位置随着市场形势的发展，尤其是前述的业务的IP化和带宽的飞速增长，ROADM的应用，又一次引起业内特别是高端运营商的关注与传统的DWDM技术相比，ROADM具有如下优势：1. 支持链形、环形、格形、多环的拓扑结构；2. 支持线性（支持2个光收发线路和本地上下）和多维（至少支持3个以上光收发线路和本地上下）的节点结构；3. 波长调度的最小颗粒度为1个波长，可支持任意波长组合的调度和上下，及任意方向和任意波长组合的调度和上下；4. 支持上下波长端口的通用性（即改变上下路业务的波长分配时，不需要人工重新配置单板或连接尾纤）；5. 业务的自动配置功能；6. 支持功率自动管理；7. 支持WASON功能的物理实现可以看到，ROADM节点相对于传统的DWDM设备，在功能方面有了很大的提升，可以看作是DWDM网络向真正的智能化网络演进的重要阶梯一个主要由ROADM节点构建的本地/城域DWDM网络，极大的改变当前DWDM网络的面貌上述这些技术优势应用后带给运营商的好处是巨大的，ROADM技术的市场驱动力主要体现在如下几个方面：1. 波长级业务的快速提供；面对大客户提供波长级业务，只能依托DWDM网络，而传统的DWDM设备配置主要通过人工进行，费时费力，直接影响业务的开通及对客户新需求的反应速度。

而如果网络中主要的节点设备是ROADM，则在硬件具备的条件下，仅需通过网管系统进行远端配置即可，极大的方便了这种新类型业务的开展另一方面，随着竞争的白热化，快速开通业务快速占领市场，也可以大大提高运营商自营业务的收益2. 便于进行网络规划，降低运营费用的需要；在正确预测业务分布及其发展的基础上，进行合理的网络规划，对于降低网络建设成本、提升网络利用效率和延长升级扩容的间隔有重要影响但由于对业务分布及其发展进行预测的难度，特别是由于某些特殊事件所引起突发业务的情况的大量存在，网络规划是很困难的，甚至在不少情况下，网络如果不具备灵活重构的能力，则很难高效运行而ROADM正解决了这些问题，它通过提供节点的重构能力，使得DWDM网络也可以方便的重构，因此对网络规划的要求就可以大大降低，而且应付突发情况的能力也大大增强，使整个网络的效率有很大的提升3. 便于维护，降低维护成本的需要；在对网络进行日常维护的过程中，增开业务及进行线路调整，如果采用人工手段，不但费时费力，而且容易出错而采用ROADM，绝大多数操作（除必要的插拔单板）通过网管进行，可极大的提高工作效率，从而降低维护成本3 ROADM关键技术为解决以上技术挑战，同时必须考虑到与目前10G DWDM系统的前向兼容性，在继承10G超长传输的拉曼光放大技术、遥泵光放大技术、超强纠错编码技术、光纤色散补偿技术、系统优化均衡技术等基础上，40G DWDM系统还需新的技术突破，主要有新型光调制技术、动态色散补偿技术以及偏振模式色散补偿等问题。

3.1 ROADM的技术实现现阶段ROADM主要通过三种技术来实现，WB、PLC和WSS通过WB来实现ROADM功能，主要是基于对信号广播/选取的思路WB即波长阻断器，原理如图 31，它通过分波器将输入的群路光信号分成波长信号，然后对每一路波长信号进行阻断或选通，同时还具备功率调整的功能，然后再通过合波器将选通的信号合成在一个群路端口中输出图 31 WB的原理WB器件本身只能实现波长的通断选择，要实现ROADM的功能还必须与耦合器型功率分配单元等广器件配合使用，如下图所示：图 32 基于WB的2维ROADM （a）仅支持直通/上下调度 （b）支持直通/上下调度 和端口指配 节点收到的群路光信号首先通过耦合器型功率分配单元广播成两份，一份下路，一份传到WB，下路的光信号可以通过本节点的OTU来选收，传到WB的光信号通过WB的阻断功能来决定需要通过的波长直通，直通后的波长再与本地上路波长合在一起传往下一站点，这样就实现了不同光信号在本地的上下路和直通的配置。

通过对上下路OTU配置可调谐激光器和可调谐滤波器的方式，如图（b），还可以实现本地上下路业务的端口指配功能，实现业务的无色上下PLC光器件的原理如图 33，它通过分波器将输入的群路光信号分成各个单个的波长，在器件中集成了多个1X2的光开关，每一个波长和本地上路的波长通过光开关进行选择，选择后的波长经过合波器合成群路输出与WB类似，通过与耦合器型功率分配单元的配合，通过广播/选取的方式，PLC也可以实现对于经过节点各个波长的直通/上下路的调度图 33 PLC的原理通过WB和PLC来实现ROADM原理简单，成本也相对较低，但都存在着一个问题，即只适用二维节点的波长调度，要想升级到支持多维节点的调度则相当困难因此，目前业界更多的是采用WSS的方式来实现ROADM功能，因此，本文也将用大部分篇幅讨论基于WSS的ROADM技术和应用WSS光器件的种类很多，根据实现技术可以分为基于Mems的WSS和基于LCoS的WSS等，根据支持的端口数量可以分为1X2WSS、1X4WSS、1X9WSS等，根据支持的波长间隔又可以分为100G WSS和50G WSS等，此处以100G间隔的1X9 Mems WSS为例，原理如图 34：图 34 WSS的原理群路光信号输入后，首先通过分波器分成40路单波长信号，这些单波长信号经过可调衰减器进行通道功率均衡后进入40个1X9的Mems光开关，光开关，将这些单波长信号选择到9个不同的合波器上合波后输出，这样就实现了群路输入信号中的任意波长到9个任意输出端口的灵活调度。

通过WSS和耦合器型功率分配单元（PDU）的组合，可以实现光波长信号在多维站点的灵活调度，以一个4个光方向的站点为例如图 35所示：图 35 基于WSS的4维ROADM对于任意一个光方向输入的群路光信号，以H方向为例，首先通过PDU将光信号广播到其他几个光方向和下路单元，对于本地下路波长，通过下路单元选收，对于需要从H传到B向的波长，则通过B向的WSS选通，其他方向的WSS设为不通过，同理，从D向传到B向的波长也是通过D向的PDU先广播，然后在B向的WSS选通，其他方向不通过，本地上路的波长则通过上路单元上路，然后由相应的WSS选通，这样，就实现了任意方向的任意波长往任意方向的灵活调度此外，由图 35我们还可以看出，只要PDU配备了足够的端口，那么未来网络拓扑发生变化，站点由4维升级为4维以上时，只需要在新增加的线路光方向上增加新的WSS即可实现站点的平滑扩容，这也体现了基于WSS的多维ROADM的灵活性3.2 上下路单元的设计引入ROADM后可以在网络中进行业务的重构，与此同时，通过对于ROADM上下路单元的设计，还可以实现业务在站点内的重构业务在站点内的重构可以提高站点的灵活性，减少站点内的维护工作，提高安全性和可靠性，这种重构主要涉及3个方面的特性：Colorless（波长无关性）：Colorless是指站点内同一上下路端口可以重构为不同波长的特性。

上下路具备了Colorless功能的好处主要有两个方面，一是本地上下的业务在进行波长变换时不需要现场的人工干预，这可以为WASON的RWA提供物理实现，同时降低了维护成本；二是降低了同一光方向业务的规划难度Directionless（方向无关性）：Directionless是指站点内同一上下路端口可以重构到不同线路光方向的特性上下路具备了Directionless功能的好处主要有两个方面，一是本地上下的业务在不同线路光方向之间切换时不需要现场的人工干预，这可以为WASON的保护恢复功能提供物理实现，同时降低了维护成本；二是降低了站点不同光方向业务的规划难度Contentionless（波长连续无关性）：Contentionless是指站点内不同上下路端口在重构到不同方向的相同波长时没有限制上下路具备了Contentionless功能的可以提高全网规划的灵活性，不同方向的同一个波长可以在本站点灵活的上下路通过采用可调谐滤波器、可调谐激光器、功率分配器、WSS等光器件的不同方式的组合设计，可以实现上下路单元的Colorless、Directionless和Contentionless，总的来看，实现的功能越少，上下路单元的设计越。