一文了解ROADM的五種結(jié)構(gòu)與特性

ROADM（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)是可重構(gòu)光分插復(fù)用器，一種使用在密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)中的器件或設(shè)備，通過(guò)遠(yuǎn)程的重新配置，可以動(dòng)態(tài)上路或下路業(yè)務(wù)波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度。

每個(gè)ROADM節(jié)點(diǎn)包含一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)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(hào)，這些DWDM信號(hào)以波長(zhǎng)粒度在各傳輸方向之間切換。UNI以波長(zhǎng)粒度下載目的地為本節(jié)點(diǎn)的信號(hào)，并從本節(jié)點(diǎn)上傳信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)阻塞的波長(zhǎng)交換和上/下載，新一代ROADM節(jié)點(diǎn)要求具有無(wú)色、無(wú)方向性和無(wú)競(jìng)爭(zhēng)（CDC ROADM）的特點(diǎn)。

ROADM節(jié)點(diǎn)通常由波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)（WSS）和其他模塊組成，CDC功能取決于ROADM節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)。

CD ROADM結(jié)構(gòu)

圖1所示ROADM結(jié)構(gòu)#1，其N(xiāo)NI側(cè)由1×N端口WSS構(gòu)成，一個(gè)M維（圖中僅畫(huà)出三維）ROADM節(jié)點(diǎn)需要2M個(gè)WSS。UNI側(cè)包含數(shù)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(gòu)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(gòu)成。由1×N端口WSS的功能可知，此ROADM結(jié)構(gòu)可支持信號(hào)的無(wú)色、無(wú)方向性上/下載。然而，當(dāng)ROADM節(jié)點(diǎn)的維度大于UNI側(cè)上/下載模塊數(shù)量時(shí)，將會(huì)中圖中紅色圈中位置發(fā)生波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)。或許我們可以通過(guò)增加上/下載模塊數(shù)量來(lái)解決波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，但代價(jià)不菲。因此這種ROADM結(jié)構(gòu)不能完全滿(mǎn)足CDC ROADM功能，只能確定為CD ROADM。

圖1. ROADM結(jié)構(gòu)#1

基于組播開(kāi)關(guān)MCS的ROADM結(jié)構(gòu)

第二種ROADM結(jié)構(gòu)如圖2所示，與ROADM#1一樣的是，其UNI側(cè)也是由1×N端口WSS構(gòu)成，而UNI側(cè)由多播光開(kāi)關(guān)MCS構(gòu)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(gòu)成。光信號(hào)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(duì)應(yīng)目標(biāo)輸出端口的光開(kāi)關(guān)選擇接收到的光信號(hào)，而其他光開(kāi)關(guān)而忽略該信號(hào)。

根據(jù)1×N端口WSS和MCS的功能，ROADM結(jié)構(gòu)#2可實(shí)現(xiàn)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(bǔ)充光功率。配置光放大器陣列，其代價(jià)不菲。

圖2. ROADM結(jié)構(gòu)#2

基于WSS的CDC-ROADM

圖3所示為ROADM結(jié)構(gòu)#3，與前述結(jié)構(gòu)的差異還是在UNI側(cè)，它以?xún)蓚�(gè)M×N端口WSS實(shí)現(xiàn)信號(hào)的CDC（無(wú)色、無(wú)方向性、無(wú)競(jìng)爭(zhēng)）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(zhǎng)組合，交換到任意輸出端口。M×N端口WSS的損耗遠(yuǎn)小于MCS，因此無(wú)需配置光放大器。

圖3. ROADM結(jié)構(gòu)#3

基于WSS+AWG的ROADM結(jié)構(gòu)

ROADM結(jié)構(gòu)#4如圖4所示，其UNI側(cè)采用了陣列波導(dǎo)光柵（AWG）和大規(guī)模矩陣開(kāi)關(guān)。大規(guī)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(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，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(xiàn)非常大的規(guī)模，如512×512端口。

在ROADM結(jié)構(gòu)#4的下載模塊中，所有波長(zhǎng)首先被AWG解復(fù)用，然后所有解復(fù)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(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)CDC功能，并未所有達(dá)到或者發(fā)自此節(jié)點(diǎn)的波長(zhǎng)提供100%的備用端口。

圖4. ROADM結(jié)構(gòu)#4

基于adWSS的ROADM結(jié)構(gòu)

第五種ROADM結(jié)構(gòu)如圖5所示，它與圖5結(jié)構(gòu)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(zhǎng)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(zhǎng)端口。adWSS可將任意一個(gè)波長(zhǎng)，從任意輸入端口交換至任意輸出端口。

圖5. ROADM結(jié)構(gòu)#5

哪種結(jié)構(gòu)更優(yōu)？

所有結(jié)構(gòu)的NNI側(cè)均以1×N端口WSS構(gòu)建，差別在UNI側(cè)。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U(xiǎn)NI側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)CDC功能，但M×N端口WSS目前在全球僅有一家供應(yīng)商。同時(shí)，M×N WSS（典型端口數(shù)為8×24）提供的下載端口數(shù)，對(duì)高維度ROADM節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(cè)需要用到adWSS，一個(gè)典型的adWSS有8×128個(gè)端口，意味著一個(gè)8維ROADM節(jié)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(dāng)前主流的CDC ROADM解決方案；ROADM #3是一個(gè)潛在競(jìng)爭(zhēng)者，前提是成本下降和出現(xiàn)更多供應(yīng)商；ROADM #5在技術(shù)成熟時(shí)，將會(huì)是最有競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。

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億源通，是一家專(zhuān)注于光通信無(wú)源基礎(chǔ)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），WDM波分復(fù)用器，PLC光分路器，MEMS光開(kāi)關(guān)等核心光無(wú)源基礎(chǔ)器件，廣泛應(yīng)用于光纖到戶(hù)、4G/5G移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、國(guó)防通信等領(lǐng)域。