光網路 - ROADM

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傳統光網路採用SDH/SONET技術在光網路上傳輸資料。這些網路相對易於規劃和設計。新的網路元件可以很容易地新增到網路中。靜態WDM網路可能需要較少的裝置投資，尤其是在都會網路中。然而，這些網路的規劃和維護可能是一場噩夢，因為工程規則和可擴充套件性通常非常複雜。

頻寬和波長必須預先分配。由於波長被捆綁成組，並且並非所有組都在每個節點終止，因此在某些站點可能無法訪問特定波長。網路擴充套件可能需要新的光電光再生放大器，或者至少需要調整現有站點中的功率。操作靜態WDM網路需要大量人力。

網路和頻寬規劃應該像過去SDH/SONET網路一樣容易。例如，在給定的環路頻寬內，STM-16或OC-48每個節點都可以提供所需的頻寬。

每個ADM都可以訪問整個頻寬。網路擴充套件，例如在現有環路中引入新的節點，相對容易，不需要對現有節點進行任何現場訪問。左側的網路圖說明了這一點：數字交叉連線系統連線到多個光SDH/SONET環路。

可重構光網路的工作方式不同：頻寬可以按需規劃，並且由於現在每個WDM通道都管理光功率，因此可以最佳化覆蓋範圍。可擴充套件性顯著提高。

實現這種可重構光網路的關鍵元件是**可重構光新增/刪除複用器(ROADM)**。它只需點選軟體即可將光波長重定向到客戶端介面。其他流量不受此影響。所有這一切都無需對各個站點進行現場勘察以安裝過濾器或其他裝置。

具有ROADM的可重構WDM網路

靜態WDM工程規則和可擴充套件性可能非常複雜（每個節點中的OADM）。

• 頻寬和波長預分配
• 固定濾波器結構的裕度分配
• 功率管理不足
• 網路擴充套件需要光電光(OEO)再生

SDH/SONET網路易於規劃。

• 每個ADM都能訪問整個頻寬
• 簡單的工程規則（僅單跳）
• 易於新增新的網路元素

可重構光層可以實現以下功能。

• 按需頻寬規劃
• 由於每個WDM通道的功率管理，擴充套件了透明傳輸距離
• 無中斷可擴充套件性

靜態光層由獨立的光環組成。考慮一下位於這些環路中的許多DWDM系統。通常，資訊或資料只是停留在同一個環路中，因此沒有問題。但是，如果資料需要轉移到不同的光環會發生什麼情況呢？

在靜態系統中，每當需要在環路之間進行轉換時，都需要大量的轉發器。實際上，每個從一個環路傳遞到另一個環路的波長都需要兩個轉發器：一個位於網路的每一側。考慮到頻寬和通道的分配，這種方法會產生高昂的成本和大量的初始規劃。

現在讓我們想象一個動態可重構的光層。這裡只有一個DWDM系統構成兩個光環之間的介面。因此，基於轉發器的再生消失了，DWDM系統的數量減少了。整個網路設計得到了簡化，波長現在可以毫無阻礙地從一個環路傳播到另一個環路。

任何波長都可以傳播到任何環路和任何埠。這種完全靈活且可擴充套件的網路設計的關鍵，其光學直通從核心一直延伸到接入區域，是ROADM和GMPLS控制平面。

透過ROADM進行簡化

ROADM簡化了網路和服務提供商或運營商的流程。這種互動總結了其中一些簡化。畢竟，我們需要記住，所有這些優勢都導致了時間成本的降低。但更重要的是，它們也導致了客戶滿意度的提高，進而提高了客戶忠誠度。

使用ROADM可以極大地簡化網路規劃。只需考慮需要儲存在倉庫中的轉發器數量大大減少。

安裝和除錯——例如，當將新的波長設定到網路時——需要更少的努力，而且複雜程度要低得多。服務技術人員只需要訪問各自的最終站點來安裝轉發器和ROADM即可。以前使用的固定光新增/刪除複用器(FOADM)需要訪問每個中間站點，以便進行安裝工作和補丁。

當部署動態光網路時，運營和維護得到了極大的簡化。光學診斷可以在幾分鐘內完成，而不是像以前那樣需要幾小時。可以檢測到損傷並動態清除，而不是觸發對外部站點的現場勘察。

隨著可調諧雷射器和無色ROADM的部署，光纖裝置的維護更加容易。使用這些功能，服務配置比以往任何時候都更容易。與安裝和除錯工作一樣，執行網路維護和任何潛在的升級也變得更加容易。

ROADM架構

前面幾節介紹了ROADM為網路設計和運營帶來的許多優勢。這裡還有一些——

• 逐通道功率監控和均衡，以均衡整個DWDM訊號
• 來自遠端網路運營中心的完全流量控制

然而，到目前為止，還有一個問題沒有得到解答：ROADM是如何工作的？讓我們來看一些基本原理。

ROADM通常由兩個主要的函式元件組成：波長分束器和波長選擇開關(WSS)。請檢視上面的框圖：網路介面1處的纖光對連線到ROADM模組。

攜帶傳入資料（來自網路）的光纖被饋送到波長分束器。現在，所有波長都在分束器的所有輸出埠（在本例中為8個）可用。本地新增/刪除流量（波長）可以使用陣列波導濾波器(AWG)進行復用/解複用。使用AWG意味著固定的波長分配和方向。

波長選擇開關(WSS)選擇性地連線各種波長並將它們饋送到網路介面1的輸出。剩餘的分束器埠連線到其他網路方向，例如4度結點處的三個其他方向。

**注意**——此節點每個網路方向都需要一個所示模組（完全灰色的盒子）。更準確地說：在服務於四個方向（4度）的結點中，需要四個這樣的模組。

ROADM的核心——WSS模組

讓我們從左側傳入的WDM訊號開始。它穿過頂部的光纖，並指向體衍射光柵。這種體衍射光柵就像一種稜鏡。它將各種波長分離到不同的方向，儘管角度變化很小。分離的波長照射到一個球面鏡上，球面鏡將射線反射到一組微機電系統(MEMS)上。每個微型開關都被不同的波長擊中，然後被髮送回球面鏡。

從那裡，射線返回到體衍射光柵併發送到光纖。但這現在與我們開始使用的光纖不同。單波長輸出訊號表明發生了這種情況。然後可以將此訊號與其他單波長訊號組合起來，以填充另一根傳輸光纖。

有各種版本可用——這裡的關鍵詞是無色、無方向等。

ROADM——度數、無色、無方向等等

為了理解這種分級的ROADM方法，以下是與ROADM相關的常用術語。

無色

簡單的ROADM每個方向包含一個WSS，也稱為“一度”。波長仍然是分配的，並使用固定的新增/刪除轉發器。無色ROADM消除了這種限制：使用這種ROADM，任何波長或顏色都可以分配到任何埠。不需要現場勘察，因為整個設定都是軟體控制的。必須實現濾波器模組才能實現無色功能。

無方向

這通常與“無色”一詞一起出現。無方向設計消除了另一個ROADM限制。使用無方向ROADM消除了物理重新連線傳輸光纖的需要，因為對方向沒有限制，例如南向或北向。

無競爭

儘管ROADM是無色且無方向的，但它們仍然提供了很大的靈活性，但使用相同頻率的兩個波長仍然可能在ROADM中發生碰撞。無競爭ROADM提供了一個專用的內部結構來避免這種阻塞。

無網格

無網格ROADM支援非常密集的波長通道網格，並且可以適應未來的傳輸速度要求。此功能是訊號速率超過100 Gbit/s以及在一個網路內使用不同的調製格式所必需的。

無方向時

無方向ROADM是最廣泛傳播的ROADM設計，因為它們允許從支援的ITU網格上的任何線路介面新增/刪除波長。在僅無方向變體的情況下，新增/刪除埠特定於定義的波長。使用無色選項，埠也可以是非波長特定的。

無方向技術主要用於根據需要將波長重新路由到其他埠，例如用於恢復目的。其他應用程式也是可能的，例如在按需頻寬的情況下。不支援無方向功能的ROADM在靈活性方面受到一些限制。

無色時

無色ROADM允許更改特定光通道的波長，而無需任何物理重新佈線。無色ROADM可以重新配置為從支援的ITU網格上的任何新增/刪除埠新增/刪除任何波長。新增/刪除的波長可以改變（可調諧DWDM介面）。這使得——

• 增強了波長配置和波長恢復的靈活性

• 恢復切換、方向切換和顏色切換

• 無色增益/衰減埠結合可調諧DWDM線路介面的關鍵優勢在於增強了波長配置和波長恢復的靈活性。可自動調諧到請求的光路上下一個空閒波長。

完全自動化光網路的最後一步之一是部署無色ROADM。使用這種ROADM允許在任何增益/衰減埠上新增/刪除任何受支援的ITU網格波長。由於使用可調諧收發器作為光前端，埠上的波長可以改變。

波長配置和恢復比以往任何時候都更容易。當波長繁忙時，系統可以自動將收發器調諧到下一個可用的空閒波長。ROADM提供在同一ROADM節點內使用固定和無色增益/衰減功能的選項。

無爭用時

無爭用ROADM可以在任何增益/衰減埠上新增/刪除任何波長，而不會在任何增益/衰減埠上產生任何爭用網格。一個專用的波長顏色可以多次新增到/從不同的DWDM線路介面)新增到相同的增益/衰減分支上。如果只配備8個增益/衰減埠，則必須能夠從8個不同的線路方向在8個增益/衰減埠上刪除相同的波長。只要有空閒的增益/衰減埠可用，ROADM節點必須能夠從/向任何線路介面新增/刪除任何波長。

無色、無方向和無爭用功能(CDC)的組合提供了最高的靈活性。

無網格時

無網格ROADM節點支援同一DWDM訊號內的不同ITU-T通道網格。網格頻寬可以按通道配置。

無網格功能是用於資料速率超過100Gbit/s的網路或使用不同調制方案執行的網路所必需的。它適用於具有相干線路介面的下一代網路。不同的資料速率根據調製方案和資料速率的需求不同的波長要求。

傳輸速度越來越快，調製方案也越來越複雜。現在可以在一根光纖上混合使用幾種調製技術。所有這些都反映回ROADM技術，併產生對無網格ROADM的需求。這種ROADM在密集的頻率網格上執行，並允許按通道配置頻寬。資料通道現在根據其調製方案和資料速率的需求不同的波長要求。

典型的應用包括資料速率超過100Gbit/s的網路或並行執行不同調制方案的網路。例如，在部署相干傳輸技術時，後一種情況很容易存在。