一文了解什么是ROADM的五种结构与特性？

2020-09-03 11:25

ROADM（Reconfigurable Optical Add－Drop Multiplexer）是可重构光分插复用器，一种使用在密集波分复用（DWDM）系统中的器件或设备，通过远程的重新配置，可以动态上路或下路业务波长，实现业务的灵活调度。

每个ROADM节点包含一个网络节点接口（NNI）和一个用户网络接口（UNI）。NNI互连来自／去往多个传输方向的DWDM信号，这些DWDM信号以波长粒度在各传输方向之间切换。UNI以波长粒度下载目的地为本节点的信号，并从本节点上传信号。为了实现无阻塞的波长交换和上／下载，新一代ROADM节点要求具有无色、无方向性和无竞争（CDC ROADM）的特点。

ROADM节点通常由波长选择开关（WSS）和其他模块组成，CDC功能取决于ROADM节点的结构，而灵活带宽功能则取决于其中的关键模块WSS。目前主流的WSS技术方案有三种：MEMS、液晶（LC）和硅基液晶（LCOS），其中LCOS WSS源生性支持灵活带宽功能，LC WSS经优化设计之后也能支持灵活带宽功能，而MEMS WSS则不支持该功能。以下为五种ROADM结构。

CD ROADM结构

图1所示ROADM结构＃1，其NNI侧由1×N端口WSS构成，一个M维（图中仅画出三维）ROADM节点需要2M个WSS。UNI侧包含数个上／下载模块（图中仅画出了两个），每个下载模块由两个背靠背连接的1×N端口WSS构成，每个上载模块由一个1×N端口WSS与一个光分路器背靠背连接构成。由1×N端口WSS的功能可知，此ROADM结构可支持信号的无色、无方向性上／下载。然而，当ROADM节点的维度大于UNI侧上／下载模块数量时，将会中图中红色圈中位置发生波长竞争。或许我们可以通过增加上／下载模块数量来解决波长竞争问题，但代价不菲。因此这种ROADM结构不能完全满足CDC ROADM功能，只能确定为CD ROADM。

图1． ROADM结构＃1

基于组播开关MCS的ROADM结构

第二种ROADM结构如图2所示，与ROADM＃1一样的是，其UNI侧也是由1×N端口WSS构成，而UNI侧由多播光开关MCS构成。一个M×N端口MCS开关有M个输入端口和N个输出端口，由M个1×N端口光分路器（PS）和N个M×1端口光开关（OSW）构成。光信号从其中一个输入端口输入，首先被光分路器分成N份，向所有N个光开关广播；然后由对应目标输出端口的光开关选择接收到的光信号，而其他光开关而忽略该信号。

根据1×N端口WSS和MCS的功能，ROADM结构＃2可实现CDC功能，然而，MCS中的光分路器在分光广播时，产生的损耗太大，因此需要光放大器阵列来补充光功率。配置光放大器阵列，其代价不菲。

图2． ROADM结构＃2

基于WSS的CDC－ROADM

图3所示为ROADM结构＃3，与前述结构的差异还是在UNI侧，它以两个M×N端口WSS实现信号的CDC（无色、无方向性、无竞争）上／下载。一个M×N端口WSS有M个输入端口和N个输出端口，它可以将任意输入端口中的任意波长组合，交换到任意输出端口。M×N端口WSS的损耗远小于MCS，因此无需配置光放大器。

图3． ROADM结构＃3

基于WSS＋AWG的ROADM结构

ROADM结构＃4如图4所示，其UNI侧采用了阵列波导光栅（AWG）和大规模矩阵开关。大规模矩阵开关一般通过3D MEMS微镜阵列和自由空间光学结构实现，因此也被称为3D MEMS光开关。3D MEMS光开关可实现非常大的规模，如512×512端口。

在ROADM结构＃4的下载模块中，所有波长首先被AWG解复用，然后所有解复用端口被3D MEMS光开关交换至下载端口。上载模块的工作原理与下载模块相似。此ROADM结构可实现CDC功能，并未所有达到或者发自此节点的波长提供100％的备用端口。

图4． ROADM结构＃4

基于adWSS的ROADM结构

第五种ROADM结构如图5所示，它与图5结构有点相似，差别是M×N端口WSS被M×N端口adWSS替代。adWSS是上／下载波长选择开关的简写，它有M个输入端口和N个输出端口，所有输入端口都是DWDM端口，而所有输出端口都是单波长端口。adWSS可将任意一个波长，从任意输入端口交换至任意输出端口。

图5． ROADM结构＃5

哪种结构更优？

所有结构的NNI侧均以1×N端口WSS构建，差别在UNI侧。ROADM ＃1仅支持无色和无方向性功能，确定为CD ROADM。ROADM ＃2属于CDC ROADM，但是因光分路器损耗大，需配置光放大器阵列，成本较高。ROADM ＃3将M×N端口WSS引入UNI侧，从而实现CDC功能，但M×N端口WSS目前在全球仅有一家供应商。同时，M×N WSS（典型端口数为8×24）提供的下载端口数，对高维度ROADM节点远远不够。ROADM ＃4具有CDC功能，并提供100％上／下载端口备用。然而，100％备用收发模块（Rx和Tx），从成本角度考虑，并不合算。ROADM ＃5的UNI侧需要用到adWSS，一个典型的adWSS有8×128个端口，意味着一个8维ROADM节点中配置两个adWSS就够了。然而，adWSS技术尚未成熟，离商用还有距离。

基于上述考虑，ROADM ＃2是当前主流的CDC ROADM解决方案；ROADM ＃3是一个潜在竞争者，前提是成本下降和出现更多供应商；ROADM ＃5在技术成熟时，将会是最有竞争力的解决方案。