光波通信

作者：Steve Robinson，Meriton NetworksZRW光波通信
对网络运营商来说，如今正是激动人心又富有挑战性的时代：宽带的影响力无所不在、日益增长，网络期待着翻天覆地的变化；使用宽带业务的人越来越多，网络流量持续增长；随着话音和视频等对抖动和时延敏感的三重业务不断增多，网络流量的特性也在发生着变化。为了适应这些要求，网络必须加强处理各种“点播”类突发业务流的能力，如视频点播、视频会议等（这类业务对带宽和响应时间都有严苛的要求，需要最高的服务等级）。ZRW光波通信

WSS ROADM模块同时具有动态增益均衡和光性能
监测的功能，能最大限度地提高网络性能。

但是，仅仅通过“添加带宽”是无法迎接上述挑战的。其原因首先是带宽价格受网络竞争的剧烈影响，自2001年以来持续下降；其次，运营支出（opex）占到了总成本的70%到80%。因此，网络运营商只有在大幅地提高速率的同时大幅降低opex，才能获取利润。

为了保证各项业务的生存能力，网络运营商需要进行细致的分析，人力和网络两种资源都必须达到最优化，才能使网络效率达到最高，并及时应变和保持增长。在光传送层面，可重构光分插复用器（ROADM）比固定波长OADM更能够提高网络容量，并促使网络效率达到最高。

网络的总体成本

传统的固定波长OADM采用固定波长滤波器进行波长下路，同时将不需要下路的波长进行直通。

搭建或者重构一个采用固定波长OADM的网络可能需要几个星期的时间，因为专家们必须辗转于各地之间并进行精确的手工作业，包括配置各个节点、分析和均衡光功率、调谐激光器等。多数情况下，这类手工调节需要反复进行。显然，这个过程既耗费财力又限制了网络开展业务的速度。而且，还有可能中断正在运行的业务。

另外，固定波长OADM缺乏灵活性也导致了网络带宽利用率低的问题。采用固定波长OADM时，运营商在建网初期就必须做出一些业务发展的预测，而当业务流量没有按预想的方向发展时，这样的假设最终可能导致网络系统被废弃。而且，由于固定波长的OADM只能对预定的波长组进行上下路，无法以波长为粒度分配带宽，因此，有可能导致在带宽匮乏时，还存在部分波长闲置的情况。

鉴于以上原因，全球的网络运营商都开始意识到ROADM的价值。最近有报告指出，65%的网络运营商都打算在自己的城域网中应用ROADM。ROADM正在以65%的年均增长率（CAGR）发展。1

ROADM的上下路波长和直通波长不需要进行光电变换，支持任意端口之间的连接，不需要重新设计网络结构。ROADM提供光层级别的灵活性，类似于ADM在SONET/SDH中提供子波长级别的灵活性。

ROADM非常适合于当前的网络。通过降低opex、提高网络运营商开展业务的能力和速度，ROADM降低了网络的整体成本，并为网络带来了以下特性：

光层全自动，简单、快速地开展业务。

灵活的网络配置，及时适应需求的变化。

避免带宽匮乏和波长闲置同时存在的情况，提高带宽利用率。

整合SONET/SDH和WDM层，简化网络。

ROADM能够同时增强服务提供商网络和专用网。
图中也显示了ROADM能够同时支持以太网和SONET。

ROADM的结构ZRW光波通信

在决定采用ROADM之前，网络运营商应该对各种ROADM进行仔细的研究和比较。ROADM的类型通常根据其滤波和交换功能分为：分立器件型，波长阻挡器型，采用集成平面光波导（IPLC）的波长阻挡器型，以及波长选择开关型。

早期的ROADM技术基于分立的光机械开关、滤波器和各种光衰减器（VOA）。由于其中大部分技术都已经商用化，因此很容易实现。但是，这种方式所使用的光部件非常多，导致插入损耗很高、成本很高、体积巨大——阻碍了它的广泛应用。

波长阻挡器型ROADM将DWDM输入信号进行功率分光，分为下路和直通两部分。其核心——波长阻挡器，由DWDM解复用器、VOA和复用器构成，一般由微机电系统（MEMS）或者液晶来实现。

尽管这种结构减少了分立器件的数量，但也迫使网络运营商在购买时一次性买下多个波长。另外，大部分这种结构采用非常不灵活的固定波长滤波器进行波长上、下路，无法重构上、下路波长，只可对直通波长进行重构。因此，这种结构只能称为“半可重构”OADM。

另一种波长阻挡器采用IPLC。这种“阻挡器和IPLC”的结构将波长阻挡器和上路复用器进行了集成，因此省去了单独的上路复用器，但是，代价是需要额外的光开关。另外，这种结构中的上路波长是固定的，尽管节省了可调谐激光器，但却因此无法进行动态波长配置。

基于IPLC的方案由于受自身特性限制，无法支持双向应用，而这是构建环网的基本要求。

目前来讲，最好的ROADM是第三代ROADM系统。这种系统基于多端口波长选择开关（WSS）（见图1），真正做到了ROADM的“可重构”，使网络运营商可以对网络的运行要求及时应变。其波长开关能够在任意DWDM输入、输出端口之间进行倒换，没有位置和数量的限制，并且能够通过动态增益均衡（DGE）滤波器，实现类似于VOA的单波长光功率控制。

一块基于WSS的ROADM模块能够实现以下四个功能：

1.完全灵活的任意端口光上/下路；

2.动态管理接收光功率；

3.动态功率均衡；

4.连续的光通道监测。

WSS ROADM使光层在波长级实现了完全自动化，同时节约了opex和capex（资本支出）。与固定配置的OADM相比，WSS ROADM的插入损耗低三倍、外形小三倍、成本低四倍。

除了WSS ROADM模块，基于第三代ROADM的理想网络系统还应该具备：

全C波段可调谐的激光器，支持动态波长管理，减少备用波长成本。

增益可变的瞬态控制放大器，确保网络健壮性。

全自动GMPLS控制平台，保证不中断业务地运行和预配置。

端口全波长可预置，减少手工搭建的时间和出错的几率。

多业务接口，能够将多个低速率业务复用到单一波长上（例如，将9个多业务千兆以太网信号复用到一个10Gb/S波长上）。

智能光交换和电交换，使带宽利用率达到最大。

一次就绪的网络规划工具，无需对已有的网元布局进行再设计，就能够满足未来的业务增长。

模块化的结构，降低初始建设成本并保证扩容时不影响业务运行。

应用实例

自2003以来，ROADM在光网络中获得了有效应用，以下就是一些通过ROADM提高收益的例子。

某大型高校原有的光网络无法支持不断增长的语音和数据业务，但是学校的网络运营商又不希望再铺设光纤。他们希望有一种方法能够继续挖掘原有网络的容量。通过利用ROADM，该学校以最低的成本惊人地提高了网络的容量和业务融合能力。

该大学目前的ROADM网络优势如下：

结构灵活——新的多业务融合能力使一个网络能够同时承载SONET和以太网业务（见图2）。

带宽利用率高——通过使用DWDM，网络容量得到了显著的提高，使学校不需要重新敷设光纤就可以满足不断增长的用户需求。

开设业务速度快——WSS ROADM使网络能够在不中断当前业务的前提下添加新业务，由于研究机构的项目此起彼伏，业务变化剧烈，这一点非常重要。

另外一个例子：某基础业务提供商为了满足不断增长的用户需求，希望扩展其城域传送网的带宽。在业务方面，除了SONET业务平缓增长外，还有千兆以太网业务在急剧增长。因此该业务提供商需要一种方案，能够在控制运行成本的同时满足业务增长需求（见图3）。

如图中的互联网业务交换形式所示，ROADM
网络能够帮助业务提供商高效率、低成本地满足不同用户的不同业务需求。

通过采用ROADM，其网络得到了以下改善：能够将多个千兆以太网业务流复用到一个10Gb/s的波长，提高了网络利用率；由于该ROADM采用了多业务/多速率、可热插拔板卡，因而以最少的单板投资获得了单端口业务灵活性；另外，由于网络波长实现了SONET电路一样的自动远程配置，因此，降低了运行维护成本；最后，ROADM简化了网络操作，业务提供商不需要重新设计光环路，就可以向网络添加容量、波长，甚至节点。

如果仅从最初的设备成本来看，采用第三代全功能的ROADM不一定是性价比最高的方案。但是，由于网络成本的绝大部分来自网络构成后的运行维护，因此，考虑网络的整体成本才更合理。而当同时权衡capex和opex的时候，ROADM的性价比优势就立刻脱颖而出。从安装到日常运行、扩展和更新，第三代ROADM都能够确保网络运营商不断盈利。

参考文献

Determined from data sources that include Infonetics Research, Heavy Reading, and Meriton Networks.

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