ROADM技术的应用

ZTE TECHNOLOGY JOURNAL专题李俊杰ROADM技术的应用DOI:10.3969issm.10096868.201303.006网络出版地址:hpe/www.cnki.net/kcms/detail341228TN201304211607.001hmlROADM技术的应用Applications of ROADM Technology李俊杰/ /Junjie(中国电信股份有限公司北京研究院,北摘要:对可重构光分插入复用器( ROADM)设备在中国运营商网络中的应用提出100035(China Telecom Co Ltd Beijing Research组网方案:在城域/本地传送网中, ROADM采用层次化组网,提高设备方向数和cDc(波长无关、方向无关、竞争无关)能力,通过汇聚层设备分摊压力的方式减轻对核心层设备的维度要求;在骨干传送网中, ROADM设备组网根据情况,可采用局部 ROADM子网与点到点波分复用(WDM)系统相结合、区域 ROADM子网、全网ROADM组网等3种组网结构,为客户直接提供灵活的波道出租业务,为|P网波道提供灵活、低成本的动态恢复能力,在故障条件下为维护部门提供灵活的波道调度能力。关键词:波分复用;可重构光复用器;光复用器;光交叉连接;波长选择光开关;光的成熟和单波速率的持续提高,单纯传送网网络带宽从技术上已经没有了“瓶Abstract: In this paper, we suggest some applications of reconfigurable optical颈”,但是带宽的管理成为新的“瓶add-drop multiplexer(ROADM)in China. In metro/local ROADM networks, hierarchical颈”所在:一方面波长通道数量的急networking can be used to increase the number of devices and improve CDC capacity剧增长引发网络运维部门提出针对Requirements on core-layer devices can be reduced through pressure allocation by波长的维护管理和调度等需求;另convergence layer Three application scenarios are proposed for backbone ROADMnetworks: 1)combining fragmented ROADM sub-networks and point-to-point方面随着电信业务的宽带化发展,其wavelength division multiplexing(WDM)transmission systems; 2)ROADI颗粒度也将不断提升,波长颗粒出租sub-networks for each area, and 3 ) unified roadm network for the whole network.电路已经成为了一种新兴业务模式,With ROADM, operators can provide flexible wavelength leasing; dynamic, low-cost凸显了对基于波长的调度、管理、保estoration capacity for wavelength paths carrying IP circuits; and quick wavelengt护恢复等方面的功能和性能要求path reconstruction when there are failures在上述背景下,可重构光分插入ords:wavelength division multiplexing; reconfigurable optical add-drop复用器( ROADM)设备应运而生并取iplexer; optical add-drop multiplexer; optical cross-connect; wavelength selectiveswitch; optical transport networks得了长足的进步。据OVUM统计,北美地区销售的WDM设备(不含OA)35%以上采用了 ROADM。但是在中国, ROADM尚不够普及。1 ROADM设备和技术近年来电信业最显著的发展趋势(1)宽带化。近年来网络带宽持ROADM设备的全称翻译是可重是以语音为代表的传统电信业续以超摩尔定律速度高速增长。构光分插入复用器。顾名思义,其定务的下降和以网络电视(IPTV)、(2)分组化。IP分组技术已经取是光波分复用(WDM)系统中的0TT、三重播放、云计算、物联网等为代时分复用(TDM)技术成为电信网种具备在波长层面远程控制光信号代表的新型电信业务的兴起。这种络新的架构和技术核心。分插复用状态能力的设备形态。早变化对电信网络的影响可以归纳为(3)动态化。快速响应业务的高在2000年前后,全球对基于波长的光如下几点度灵活性和不可预测性。层上下路和调度设备进行了深入研(4)低成本。业务收入的增长速究,中国“863”计划还专项资助了光收稿日期:2013-03-06度与带宽流量增长速度的剪刀差中国煤化工和光分插复用网络出版时间:2013-04-21发降低网络成本的压力。建技术的研究,研基金项目:国家高技术研究发展(“863”)CNMH计划(2012AA011303随着光纤波分复用(WDM)技列科研成果2。中兴通讯技术/26/2030年6月第1卷第3期208dps3ZTE TECHNOLOGY JOURNALROADM技术的应用李俊杰专题ROADM设备从名称上很容易被层面的全光调度,光信噪比(OSNR)、 ROADM设备应用中还不够突出,但理解为OADM设备增加了可重构特色散、偏振模色散(PMD)、非线性等是在多维 ROADM设备组网时将会极性,但实际上目前 ROADM设备不仅各种物理损耗因素会逐渐累积,影响大影响光层调度功能的发挥体现在具OADM设备的全部功能,还兼备了信号的传输距离。这种距离和物理业务上下路节点和光电光(OEO)再OXC设备的部分功能。具体来讲,限制在骨干传送网中尤其突出。波生节点需要大量的人工干预,无法实ROADM设备支持波长通道上下路状长和物理限制是 ROADM光网络规划现真正的端到端配置。态的灵活配置,多维 ROADM设备还设计、电路调度复杂性的重要因素。目前业界将增强上下路端口灵支持波长通道在各个维度(方向)之(4)上下路端口灵活性受限。普活性的 ROADM设备统称为CDC间灵活调度。相对于电信网络应用通 ROADM设备上下路波道的波长、 ROADM,C、D、C3个字母分别是波长的其他交换或交叉连接技术相比,端口和方向均不具备灵活性,目前业无关、方向无关和竞争无关3个英文ROADM提供的波长层面最大的优势界已经出现不同程度解决该限制的单字的首字母,即 CDC ROADM能够是低成本、高效率,图1给出了各层新型 ROADM设备,即所谓CDC(波长提供的3种灵活性网络交换技术的成本对比关系。无关、方向无关、竞争无关) ROADM。波长无关是最容易理解、也是最(5)调度颗粒的唯一性和粗放容易实现的一种灵活性。其实现需成本性。 ROADM设备调度的基本颗粒是配置波长可调谐的上下路波长转换波长,一方面精细度不够,无法实现器(OTU)板卡和上下路滤波器,其中P路由更低维度的业务调度,一般采用结合最常见的可调谐滤波器就是WssROADM技术和光传送网(OTN)电交目前常见WSs,可支持9个波长无关L2交换叉技术的光电混合交叉设备,以弥补上下路端口,同时也很容易通过级联精细度的局限;另一方面为了适应未方式进行扩展。但是为了改善性能TDM交换来光通道颗粒的灵活性, ROADM设倾向于采用一级WSS实现上下路功备已经开始支持灵活格栅能,目前商用WSS器件的最大维度已( Flexi-Grid),即光通道的谱宽灵活可经扩展到20~30维,基本可满足80变(目前rU-T定义的 Flexi-Gid粒度波WDM系统的上下路要求。在相干▲图1各层网络交换技术成本比较为125GHz)。光通信时代,通过接收机本振光源的与SDH、OTN电层组网一样,波长选择,可以选定特定的接收信ROADM设备发展过程中出现了 ROADM光层组网同样可以增强智能号,因此在上下路波长数目较少的情多种技术方案,其中比较有代表性的控制平面功能。目前该领域的标准况下,可以通过简单的分光器实现波是波长阻隔器(WB)、平面波导化工作在ITF通用控制和管理平面长无关下路,降低设备成本,这是相(PLC)和波长选择光开关(WSs)等3( CCAMP)工作组进行。 CCAMP将千光通信带来的意外惊喜。种方案,其中WSS凭借其光学性能和此类网络命名为波长交换光网络方向无关是实现光层调度,特别可扩展性,已成为主流商用方案。( WSON),主要通过对通用多协议标是保护恢复的基本要求。端到端保ROADM设备的局限性也很明签交换( GMPLS)协议的扩展完成护恢复的基本前提是上下路波道支显,主要有如下几点:wsON的路由、信令等控制平面功持在多维 ROADM设备不同群路方向(1)波长连续性限制。由于没有能。此外,IU-TSG1506在WSON物之间自动切换,否则还需要人工更换商用的全光再生技术,光通道在理限制因素方面也推进了一部分标上下路端口,极大限制实用性。方向ROADM网络中必须保持波长一致,准化工作。WSON控制平面标准化无关最常用的实现方式是通过分光除非中间节点采用光电光(OEO)再工作进展比较缓慢,特别是物理损耗器/耦合器使得多个方向共享上下路生方式进行波长转换。東条件的一直无法找到合适的解端口,如图2所示(2)波长唯一性限制。无论支持决方案,成为主要“瓶颈”因素。竞争无关是伴随方向无关而出多少方向,对于某个特定波长,每个现的一种新特性。目前商用 ROADM方向只能容纳来自一个方向(含本2 ROADM设备的发展设备通常采用扩展上下路端口的方地)的该波长信号,否则需要进行波式在方向无关基础上实现一定程度长转换。2.1 CDC ROADM音鲁于兰图?中每个群路方向采3)传输距离和物理损耗限制。ROADM设备上下路端口在灵中国煤化工维度ws,多余ROADM的低成本优势来源于在波长性方面受到限制,这种限制在二维CNMHG;其中所有方向Jn.2013vo1№N32013年6月第19卷第3期27、兴通讯技术ZTE TECHNOLOGY JOURNAL专题李俊杰ROADM技术的应用的解决方案、设备形态。近年来,城域/本地传送网WDM系统建设模式从早期的环网逐渐向1:N耦合器网格网(Msh)演进。同时随着业务的快速增长,WDM系统和波道数量持续上升,对自动化的波道配置和业务提供能力的需求也越来越迫切上述因素为 ROADM设备在城域网的波长无参的模数转换模块应用提供了良好的外部条件。大型城域/本地传送网可以分成核心、汇聚和接入3层,中小型网络1:N耦合器可能是两层。总体来讲,城域/本地ROADM网络的层次化结构是相当清晰的,如图3所示,A、B、C分别代表网络的核心层、汇聚层和接入层。城域/本地 ROADM网络的业务模BA:功率放大器PA:预置放大器Wss:波长选择光开关波长无参的模数转换模块式绝大多数都是汇聚型业务,即从接▲图2 ROADM设备方向无关、竞争无关上下路功能实现人/汇聚节点向核心节点集中;只有少数经济发达地区存在少量非核心各一个WSS上下路端口组成一个方的生动案例。mU-TG.6941定义了节点之间的直达业务,主要是一些政向无关上下路端口组,在组内一个波基本颗粒为25GHz的灵活格栅,企客户本地大带宽组网带来的出租长只能被一个方向使用;多个方向无领先元器件厂商也已推出可商用的电路。图3中,绝大多数业务都从B关上下路端口组之间的波长可以复支持灵活格栅的滤波器、WSs等元器C节点向A节点汇聚。这对核心用,从而实现一定程度的方向无关。件,标志着灵活格栅在技术上已经具 ROADM设备带来的巨大的压力综上所述, CDC ROADM扩展了备了实用条件。(1)维度的压力。由于早期城域ROADM设备上下路端口的灵活性,灵活格栅技术给 ROADM设备和环网建设的惯性思维和城域光缆的有利于实现光波道灵活调度能力的组网应用均带来了新的挑战:首先需实际拓扑的限制,汇聚层节点通常倾开放,极大地提高了业务开放过程中要WSs等关键元器件支持灵活格栅向于与核心层节点直连,造成对核心的自动化程度和效率,降低了人工干技术,这方面进展比较顺利,领先器 ROADM设备维度要求极高。预的强度,提高了可靠性。但是件厂商已经具备了一定的供货能力;(2)上下路灵活性的压力。为了CDC ROADM的实现需要增加大量新其次需要组网管理、控制平面等方面发挥Mesh组网带来的多方向调度优型光学器件,不仅带来 ROADM设备增加一系列新的属性,包括信号谱势,核心 ROADM设备通常需要一定成本的提高,而且也会增加光信号经宽、速率以及对功率、OSNR、色散、的CDC特性,特别是方向无关特性,过 ROADM节点的性能劣化。因此在PMD等物理参数的容限范围等等。同时核心 ROADM设备连接的方向数现网应用中需要根据实际业务需要,灵活格栅技术在100Gbs及以下也很大,必须具备一定的竞争无关特选择合理的设备形态。 CDC ROADM速率的WDM系统中应用需求尚不迫性才能提高波道资源的利用率。汇设备的各种特性符合模块化设计原切,目前灵活格栅 ROADM设备还公聚层设备要求与核心层设备类似,但则,也为其灵活选择提供了条件。开报道的商用案例。未来随着单波是维度要求较低。接入层设备一般400Gbs、1Ths超高速WDM系统的用二维 ROADM设备,以环网形式22灵活格栅 ROADM发展,灵活格栅WDM和 ROADM技术连接汇聚层或核心层设备。灵活格栅(Fexi-Grd)是在高速和设备可能获得长足发展和应用。综上所述,城域/本地 ROADM组大容量WDM技术发展过程中出现的网的设备“瓶颈”在于核心层设备,主种提高频谱效率的新技术,适用于3 ROADM设备在城域/要挑战是维度能力和方向无关、竞争波长速率、调制方式多样化的WDM本地传送网中的应用性,图2所示的系统,而且具备灵活调整能力,是光本节主要探讨 ROADM设备在城中国煤化较适合城域核网络适应软件定义网络(SDN)演进域/本地传送网中的应用场景和相应CNMHG形态。近期来中兴通讯技术/28/203年6月第卷第3期Mz8ah3ZTE TECHNOLOGY JOURNALROADM技术的应用李俊杰专题可以减少大量的不必要再生波长转换器(REG),降低成本;相对于固定OADM( FOADM)设备, ROADM可以解决 FOADM维度扩展性难题和人工干预内部连纤的风险问题;此外基于ROADM设备的多方向转接可以通过网管系统进行监控和配置,极大降低后期维护工作的难度。(2)波长灵活调度模式波长灵活调度模式适用于波长通道具备灵活配置、保护恢复等功能需求的场景,类似于 ROADM设备在象菌影c城域网中的应用模式;由于需要业务波长需要在不同方向之间切换,因此▲图3城域/本地 ROADM层次化组上下路端口必须具备方向无关灵活性,对于多维 ROADM设备,为了提高讲,有两种可行的方式来解决维度(2)业务模式的差异。城域/本波长利用率,还须具备一定的竞争无瓶颈地网的业务以汇聚型为主,层次化结关性;在波长重路由的 ROADM网络(1)在采用大维度WSs期间,同构清晰,而受P网络结构扁平化的影中,由于需要预留波道资源用于重路时提高方向数和方向竞争无关上下响,骨干传送网“去层次化”,带来对由和方向无关特性带来的波长浪费,路能力。ROADM设备形态和功能的影响。对于80波WDM系统,各段落上可利(2)降低核心层设备与汇聚层设(3)组网环境的差异。城域/本用的波长数量一般不超过40~50备之间的连接密度,减少核心地网通常能够实现单厂商组网,至少波,具体情况与具体网络拓扑和业务ROADM设备的方向数,部分汇聚层在一个平面内不需要考虑互联互通分布有关;由于物理限制, ROADM设节点通过其他节点转接到核心层设问题,而骨干网由于网络规模大,多备光学倒换速率无法达到50ms的电备,通过汇聚层设备分摊压力的方式厂商的互联互通必须要考虑的问题信级保护要求,因此光层一般只能提减轻对核心层设备的维度要求。由于骨干网的上述特点,骨干供恢复功能;而且特殊的波长连续性此外城域/本地传送网面临的业 ROADM功能、性能要求以及设备形限制和全光传输性能限制,基于务类型非常多样化,无论是业务服务态都与城域 ROADM设备存在明显差 ROADM的波长重路由需要智能的选质量要求、颗粒度都存在较大差异,异,而且多样性更明显。路方式,例如WSON控制平面。通常需要更细的调度颗粒满足业务发展需求。因此通常采用集成OTN42骨干 ROADM应用模式4.3骨干 ROADM的再生方式电层交叉能力和 ROADM光层交叉能ROADM设备在骨干网中的应用骨干网由于地理范围大,且节点力的广电混合调度节点,未来还有可可以简单归纳为如下两种模式,下面分布不均匀, ROADM设备必须考虑能进一步增强分组调度能力。就这两种模型进行详细介绍,并分析OEO再生问题,而且对于多维它们对 ROADM设备形态的需求ROADM设备,普遍存在部分方向对4 ROADM设备在骨干(1)智能配线架模式之间需要再生,其余方向对不需要再传送网中的应用智能配线架模式利用 ROADM具生的情况。一方面在网络规划中需备的波长通道在各个方向之间的灵要考虑全光域范围的问题,将全网分4.1骨干 ROADM特点活配置能力,完成枢纽节点的波长通成若干个子网,子网内部业务连接尽骨干网与城域/本地网存在较大道多方向调度问题,但是波长通道一量不需要OEO再生,发挥 ROADM组的差异,主要体现在:旦完成配置后基本固定,不需要频繁网的低成本优势;另一方面也需要(1)传输距离的差异。对中国这调整,特别适合目前中国运营商广泛 ROADM设备在必要的情况以低成本样地理跨度大的国家,骨干网全光传采用的基于提前规划的网络建设输距离限制尤为突出,骨干 ROADM运维模式;相对于传统的背靠背光中国煤化工再生能力。通过下路→OEO组网必须考虑OEO再生问题。线架(ODF)转接方式, ROADM设CNMHG实现,需要占据上M20882306月第9卷第3期29兴通讯技术ZTE TECHNOLOGY JOURNAL专题ROADM技术的应用下路端口:在智能配线架模式下,如果波道数量和走向预先规划并保持稳定,上下路端口可以不需要灵活性;但是在波长灵活调度模式下,须再生的波长和数量都可能发生变化,建议采用上下路端口具备波长无关特性。图4显示了采用再生OTU或者OTN电交叉方式实现再生的方案东该方案配置了上下路端口的CDC特性。随着OTN电交叉设备的成熟,骨干 ROADM设备的OEO再生推荐通过TIT TTTTTTmTIITOTN电交叉模块实现,此时不同方oTN电交叉或REG再生板卡阵列向、不同波长均可共享电交叉资源,而且即使光层不具备方向无关特性AD:模数变换AWG:阵列波道光mL:梳状滤波器OTN:光传送网REG:再生波长转换器也可以通过统一的OTN电交叉实现▲图4骨干 ROADM设备OEO再生功能示意图不同方向之间再生波长的相互连接。此外OEO再生还可以同时提供(3)全网 ROADM组网,在目前技传送网中 ROADM设备的应用需求、波长变换功能,在某些情况下可以利术发展水平线之下,全网需要统一厂场景和设备形态,对 ROADM设备在用波长一致性限制导致的波长碎片,商和设备型号,可以通过全网建设多中国运营商网络中的应用提出了建优化资源利用率。个 ROADM网络平面的方式引入多厂设性建议。可以预见, ROADM光交骨干网同样存在子波长级别的商的竞争叉与OTN电交叉技术相结合,将成为业务调度需求,而且由于光层倒换时其中第一种组网结构可以延续光传送网组网技术的主要方式,推进间的物理限制,业务中断时间要求运营商目前基于规划的WDM系统建光传送网面向业务发展的成功转型。50ms以内的业务保护只能通过电层设和资源开放管理模式,只能适用于参考文献交叉来实现;此外前面也提到通过智能配线架”模式,可以作为近期的YD/T2003-2009.可重构的光分插复用OIN电交叉来实现骨干 ROADM的建设模式。第二、三种组网结构可以( ROADM)设备技术要求|S].2009余建国,何建明易河清.OXC及OADM网络OEO再生。因此骨干传送网中同时适用于“智能配线架”和“波长灵节点的研究光通信研究,199901):1-4ROADM光交叉也需要同OTN电交叉活调度”两种模式,不仅可以为客户i3]何建明. OXC/OADM关键技术及其发展中兴通讯技术,200284):10-12技术相结合: ROADM完成波长调度直接提供灵活的波道出租业务,而且秦涛郑小平,张汉一,等. OXC/OADM节点中功率均衡技术的研究].光电子·激光,和恢复,降低务必要的光电光再生,可以为IP网波道提供灵活的动态恢2001,1210:1061-1063发挥光层的高效低成本优势;OTN完复能力,以极低的成本应对线路故[5] Common Control and measurement PlaneCcamP)ieb/ol]12011-09-27].http://成子波长调度、汇聚和保护恢复,发障,保证上层P网络结构的稳定性,datatracker. ietf. org/wg/ccamp/charter/.挥电层的精细化和快速倒换优势。减少P网络重路由带来的网络震荡, systems for terrestrial transport networks代表了未来的发展方向。Eb/ol].12011-06-22].http://www.itu.int/en/ITU-T/studygroups/2013-2016/15/Pages/q644骨干 ROADM的组网结构骨干 ROADM组网可采用3种组5结束语Recommendation G 694. 1(06/2012)ral grids for WDM applications: DWDM网结构随着信息社会的深入发展和电uency grid [S]. 2012(1)局部 ROADM子网与点到点信网络转型的持续进行,未来光承载WDM系统相结合,这里 ROADM子网网络将引来重大的变化,一方面将深作者简介可以是一个或者邻近几个 ROADM设挖掘光纤的带宽潜力,另一方面底李俊杰,清华大学博士毕备,特别适合于某些转接业务远大于层本、高效率的光层组网技术将逐渐业;中国电信股份有限公司北京研究院高级工程炻,中落地业务的节点。得到应用。 ROADM设备作为最成熟国通信学会高级会员、青年(2)区域 ROADM子网,子网内部的光层组网设备,已经北美和欧洲等工作委员会委员;研究领域为高速光传输和光网络技采用单厂商 ROADM设备,子网之间发达地区得到了广泛应用。通过网关设备或者光纤直连采用白本文结合中国运营商网络特中国煤化工家科技进步二等奖1光口对接。深入分析了城域/本地传送网和骨CNMH部级科技奖励2项。兴通讯技术3年6月第1卷第3期Jn.203vol