一文了解ROADM的五種結構與特性

  ICC訊 ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)是可重構光分插復用器，一種使用在密集波分復用(DWDM)系統中的器件或設備，通過(guò)遠程的重新配置，可以動(dòng)態(tài)上路或下路業(yè)務(wù)波長(cháng)，實(shí)現業(yè)務(wù)的靈活調度。

  每個(gè)ROADM節點(diǎn)包含一個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)接口(NNI)和一個(gè)用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )接口(UNI)。NNI互連來(lái)自/去往多個(gè)傳輸方向的DWDM信號，這些DWDM信號以波長(cháng)粒度在各傳輸方向之間切換。UNI以波長(cháng)粒度下載目的地為本節點(diǎn)的信號，并從本節點(diǎn)上傳信號。為了實(shí)現無(wú)阻塞的波長(cháng)交換和上/下載，新一代ROADM節點(diǎn)要求具有無(wú)色、無(wú)方向性和無(wú)競爭(CDC ROADM)的特點(diǎn)。

  ROADM節點(diǎn)通常由波長(cháng)選擇開(kāi)關(guān)(WSS)和其他模塊組成，CDC功能取決于ROADM節點(diǎn)的結構，而靈活帶寬功能則取決于其中的關(guān)鍵模塊WSS。目前主流的WSS技術(shù)方案有三種：MEMS、液晶(LC)和硅基液晶(LCOS)，其中LCOS WSS源生性支持靈活帶寬功能，LC WSS經(jīng)優(yōu)化設計之后也能支持靈活帶寬功能，而MEMS WSS則不支持該功能。 以下為五種ROADM結構。

  CD ROADM結構

  圖1所示ROADM結構#1，其N(xiāo)NI側由1×N端口WSS構成，一個(gè)M維(圖中僅畫(huà)出三維)ROADM節點(diǎn)需要2M個(gè)WSS。UNI側包含數個(gè)上/下載模塊(圖中僅畫(huà)出了兩個(gè))，每個(gè)下載模塊由兩個(gè)背靠背連接的1×N端口WSS構成，每個(gè)上載模塊由一個(gè)1×N端口WSS與一個(gè)光分路器背靠背連接構成。由1×N端口WSS的功能可知，此ROADM結構可支持信號的無(wú)色、無(wú)方向性上/下載。然而，當ROADM節點(diǎn)的維度大于UNI側上/下載模塊數量時(shí)，將會(huì )中圖中紅色圈中位置發(fā)生波長(cháng)競爭?；蛟S我們可以通過(guò)增加上/下載模塊數量來(lái)解決波長(cháng)競爭問(wèn)題，但代價(jià)不菲。因此這種ROADM結構不能完全滿(mǎn)足CDC ROADM功能，只能確定為CD ROADM。

圖1. ROADM結構#1

  基于組播開(kāi)關(guān)MCS的ROADM結構

  第二種ROADM結構如圖2所示，與ROADM#1一樣的是，其UNI側也是由1×N端口WSS構成，而UNI側由多播光開(kāi)關(guān)MCS構成。一個(gè)M×N端口MCS開(kāi)關(guān)有M個(gè)輸入端口和N個(gè)輸出端口，由M個(gè)1×N端口光分路器(PS)和N個(gè)M×1端口光開(kāi)關(guān)(OSW)構成。光信號從其中一個(gè)輸入端口輸入，首先被光分路器分成N份，向所有N個(gè)光開(kāi)關(guān)廣播;然后由對應目標輸出端口的光開(kāi)關(guān)選擇接收到的光信號，而其他光開(kāi)關(guān)而忽略該信號。

  根據1×N端口WSS和MCS的功能，ROADM結構#2可實(shí)現CDC功能，然而，MCS中的光分路器在分光廣播時(shí)，產(chǎn)生的損耗太大，因此需要光放大器陣列來(lái)補充光功率。配置光放大器陣列，其代價(jià)不菲。

圖2. ROADM結構#2

  基于WSS的CDC-ROADM

  圖3所示為ROADM結構#3，與前述結構的差異還是在UNI側，它以?xún)蓚€(gè)M×N端口WSS實(shí)現信號的CDC(無(wú)色、無(wú)方向性、無(wú)競爭)上/下載。一個(gè)M×N端口WSS有M個(gè)輸入端口和N個(gè)輸出端口，它可以將任意輸入端口中的任意波長(cháng)組合，交換到任意輸出端口。M×N端口WSS的損耗遠小于MCS，因此無(wú)需配置光放大器。

圖3. ROADM結構#3

  基于WSS+AWG的ROADM結構

  ROADM結構#4如圖4所示，其UNI側采用了陣列波導光柵(AWG)和大規模矩陣開(kāi)關(guān)。大規模矩陣開(kāi)關(guān)一般通過(guò)3D MEMS微鏡陣列和自由空間光學(xué)結構實(shí)現，因此也被稱(chēng)為3D MEMS光開(kāi)關(guān)。3D MEMS光開(kāi)關(guān)可實(shí)現非常大的規模，如512×512端口。

  在ROADM結構#4的下載模塊中，所有波長(cháng)首先被AWG解復用，然后所有解復用端口被3D MEMS光開(kāi)關(guān)交換至下載端口。上載模塊的工作原理與下載模塊相似。此ROADM結構可實(shí)現CDC功能，并未所有達到或者發(fā)自此節點(diǎn)的波長(cháng)提供100%的備用端口。

圖4. ROADM結構#4

  基于adWSS的ROADM結構

  第五種ROADM結構如圖5所示，它與圖5結構有點(diǎn)相似，差別是M×N端口WSS被M×N端口adWSS替代。adWSS是上/下載波長(cháng)選擇開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)寫(xiě)，它有M個(gè)輸入端口和N個(gè)輸出端口，所有輸入端口都是DWDM端口，而所有輸出端口都是單波長(cháng)端口。adWSS可將任意一個(gè)波長(cháng)，從任意輸入端口交換至任意輸出端口。

圖5. ROADM結構#5

  哪種結構更優(yōu)?

  所有結構的NNI側均以1×N端口WSS構建，差別在UNI側。ROADM #1僅支持無(wú)色和無(wú)方向性功能，確定為CD ROADM。ROADM #2屬于CDC ROADM，但是因光分路器損耗大，需配置光放大器陣列，成本較高。ROADM #3將M×N端口WSS引入UNI側，從而實(shí)現CDC功能，但M×N端口WSS目前在全球僅有一家供應商。同時(shí)，M×N WSS(典型端口數為8×24)提供的下載端口數，對高維度ROADM節點(diǎn)遠遠不夠。ROADM #4具有CDC功能，并提供100%上/下載端口備用。然而，100%備用收發(fā)模塊(Rx和Tx)，從成本角度考慮，并不合算。ROADM #5的UNI側需要用到adWSS，一個(gè)典型的adWSS有8×128個(gè)端口，意味著(zhù)一個(gè)8維ROADM節點(diǎn)中配置兩個(gè)adWSS就夠了。然而，adWSS技術(shù)尚未成熟，離商用還有距離。

  基于上述考慮，ROADM #2是當前主流的CDC ROADM解決方案;ROADM #3是一個(gè)潛在競爭者，前提是成本下降和出現更多供應商;ROADM #5在技術(shù)成熟時(shí)，將會(huì )是最有競爭力的解決方案。

  關(guān)于作者

  億源通，是一家專(zhuān)注于光通信無(wú)源基礎器件研發(fā)、制造、銷(xiāo)售與服務(wù)于一體的無(wú)源光通信器件OEM/ODM廠(chǎng)商，主要生產(chǎn)和銷(xiāo)售光纖連接類(lèi)產(chǎn)品(光纖連接器、適配器、跳線(xiàn))，WDM波分復用器，PLC光分路器，MEMS光開(kāi)關(guān)等核心光無(wú)源基礎器件，廣泛應用于光纖到戶(hù)、4G/5G移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)數據中心、國防通信等領(lǐng)域。