光网络 - ROADM

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传统光网络部署 SDH/SONET 技术来通过光网络传输数据。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，特别是在城域网络中。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。由于波长被捆绑在组中，并且并非所有组都在每个节点处终止，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，或者至少需要在现有站点中进行功率调整。运营静态 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，每个节点可以根据需要提供尽可能多的带宽。

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纤 SDH/SONET 环连接。

可重新配置的光网络的作用有所不同：可以按需规划带宽，并且由于现在按 WDM 通道管理光功率，因此可以优化覆盖范围。可扩展性显着提高。

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）。只需单击软件，即可将光波长重定向到客户端接口。其他交通不受影响。所有这一切都是在不需要任何上门服务到相应地点安装过滤器或其他设备的情况下实现的。

使用 ROADM 的可重新配置 WDM 网络

静态 WDM 工程规则和可扩展性可能相当复杂（每个节点都有 OADM）。

• 带宽和波长预分配
• 固定过滤器结构的保证金分配
• 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。

• 访问每个 ADM 的整个带宽
• 简单的工程规则（仅限单跳）
• 轻松添加新的网络元素

可重构光学层可实现以下功能。

• 按需带宽规划
• 由于每个 WDM 通道的电源管理，扩大了透明范围
• 无中断的可扩展性

静态光子层由单独的光学环组成。考虑位于每个环上的多个 DWDM 系统。通常，信息或数据只是保留在同一个环上，因此没有问题。但是，当数据需要移交给不同的光环时会发生什么情况呢？

在静态系统中，只要需要环之间的转换，就需要大量转发器。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。这种方法会导致高昂的成本和大量的初始规划，并考虑带宽和信道的分配。

现在让我们想象一个动态可重构光子层。这里，只有一个 DWDM 系统形成两个光环之间的接口。因此，基于转发器的再生消失，并且 DWDM 系统的数量下降。整个网络设计得到简化，波长现在可以从一个环传播到另一个环，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（具有从核心到接入区域的光直通）的关键是 ROADM 和 GMPLS 控制平面。

通过 ROADM 进行简化

ROADM 简化了网络以及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，它们还可以提高客户满意度，进而提高客户忠诚度。

使用 ROADM 可以大大简化网络规划。只需考虑一下需要在仓库中储存的应答器数量显着减少即可。

安装和调试（例如，在为网络设置新波长时）所需的工作量显着减少，复杂性也大大降低。服务技术人员只需访问相应的终端站点即可安装应答器和 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，操作和维护将大大简化。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。可以检测并动态清除损坏，而不是触发到外部站点的上门服务。

随着可调谐激光器和无色 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 -

• 每通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 是如何工作的？让我们看一下一些基本原理。

ROADM通常由两个主要功能元件组成：波长分离器和波长选择开关（WSS）。看一下上面的框图：1号网络接口处的一对光纤与ROADM模块连接。

承载输入数据（来自网络）的光纤被馈送到波长分离器。现在，所有波长在分路器的所有输出端口均可用，在本例中为 8。本地分插流量（波长）可通过阵列波导滤波器 (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) 有选择地加入各种波长并将它们馈送到网络接口 #1 的输出。其余分流器端口与其他网络方向连接，例如4度交接节点处的其他三个方向。

注- 此节点的每个网络方向都需要图示的模块之一（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，需要其中四个模块。

ROADM 的心脏 – WSS 模块

让我们从从左侧进入的 WDM 信号开始。它穿过顶部的光纤并被引导至体衍射光栅。这种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，尽管角度的变化非常小。分离的波长撞击球面镜，球面镜将光线反射到一组简称为微机电系统（MEMS）上。每个微开关受到不同波长的影响，然后被发送回球面镜。

光线从那里返回到体衍射光栅并发送到光纤。但现在这是一种与我们开始使用的不同的纤维。单波长输出信号表明这种情况已经发生。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。

有多种版本可供选择——这里的关键词是无色、无方向等。

ROADM – 度数、无色、无方向等等

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

无色

简单 ROADM 的每个方向包含一个 WSS，也称为“单度”。波长仍被分配并使用固定的分插收发器。无色 ROADM 消除了此限制：使用此类 ROADM，可以将任何波长或颜色分配给任何端口。由于整个设置由软件控制，因此无需上门服务。为了实现无色特性，必须实施滤光器模块。

无方向

这通常与术语“无色”一起出现。无方向的设计消除了进一步的 ROADM 限制。使用无方向 ROADM 消除了物理上重新连接传输光纤的需要，因为方向没有限制，例如南向或北向。

无争

尽管 ROADM 是无色和无方向的，但它已经提供了极大的灵活性，但使用相同频率的两个波长仍然可能在 ROADM 中发生冲突。无争用 ROADM 提供专用的内部结构来避免此类阻塞。

无网格

无网格 ROADM 支持非常密集的波长通道网格，并且可以适应未来的传输速度要求。该功能需要超过 100Gbit/s 的信号速率以及一个网络内的不同调制格式。

当没有方向时

无方向 ROADM 是应用最广泛的 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/分出波长。在仅无方向变体的情况下，分插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恢复目的将波长重新路由到其他端口。其他应用也是可能的，例如在按需带宽的情况下。不支持无方向功能的 ROADM 在灵活性方面会受到一些限制。

当无色时

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 可以重新配置为在任何分插端口上从支持的 ITU 网格中添加/分出任何波长。添加/删除的波长可以改变（可调谐DWDM接口）。这使得 -

• 增强波长配置和波长恢复的灵活性

• 恢复切换、方向切换、颜色切换

• 无色分插端口与可调谐 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的灵活性。自动调谐到请求光路上的下一个空闲波长。

光网络完全自动化的最后一步之一是部署无色 ROADM。使用此类 ROADM 允许在任何分插端口上分插支持的 ITU 网格的任何波长。当可调谐收发器用作光学前端时，端口上的波长可能会发生变化。

波长配置和恢复比以前更加容易。当某个波长繁忙时，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添加/删除功能的选项。

当无争时

无争用 ROADM 可以在任何分插端口上分插任何波长，而不会在任何分插端口上出现任何争用网格。专用波长颜色可以在同一分插分支上多次分插（从不同的 DWDM 线路接口）。如果只配备8个分插端口，则必须能够在8个分插端口上从8个不同的线路方向分出相同的波长。只要有空闲的分插端口可用，ROADM 节点就必须能够从任何线路接口添加/分出任何波长。

无色、无方向和无争用功能 (CDC) 的组合提供了终极的灵活性。

当无网格时

无网格 ROADM 节点支持同一 DWDM 信号内的不同 ITU-T 通道网格。可以为每个通道配置网格带宽。

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，需要无网格功能。它适用于具有相干线路接口的下一代网络。根据调制方案和数据速率，不同的数据速率需要不同的波长要求。

传输速度不断提高，调制方案也变得越来越复杂。现在可以在一根光纤上混合多种调制技术。所有这些都反映回了 ROADM 技术，并产生了对无网格 ROADM 的要求。此类 ROADM 在密集的频率网格上运行，并允许按通道配置带宽。数据通道现在根据其调制方案和数据速率需要不同的波长要求。

典型应用是数据速率超过 100Gbit/s 的网络或并行运行不同的调制方案。例如，在部署相干传输技术时，后一种情况很容易出现。