迈向动态的光层组网
时间：05-10
来源：通信世界网
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随着IPTV，三重播放，VoIP等各种新型的电信业务的兴起，人们发现这些以IP为承载协议的业务已经迅速遍及电信业务的各个领域，业务网络的IP化和承载网络的分组化转型已经成为一个不可逆转的潮流。在这种趋势下，运营商的整个网络架构也在发生着转变，业务的融合期待着光层作为基础承载层的融合，使其成为更加适宜于承载IP/MPLS以及电信级以太网业务的分组传送网。这些新型的电信业务与传统的电信业务相比，具有更高的动态特性和不可预测性，因此需要传输承载网提供更高的灵活性。同时，超长距密集波分系统的成熟，使得网络业务的真正瓶颈从带宽建设转移到带宽管理上，在核心的网络节点上，往往需要处理数十个甚至在某些节点上需要处理上百个波长，而超长距的传输能力，使得更多的节点需要具备更多的上下波长能力。作为基础承载网络，在更为激烈的市场竞争环境下，需要更快的业务提供以及各种层面的网络保护和恢复能力。因此，作为传统物理层的光层组网，也要适应新一代承载网络的分组化、业务化、带宽大颗粒化、动态化的组网需求。
正在兴起的可重构光网络
密集波分复用系统是当前最常见的光层组网技术，通过复用/解复用器可以实现数十波甚至上百波的传送能力，但是当前的波分复用系统，其本质上还是一个点到点的线路系统，大多数的光层组网只能通过终端站（TM）实现的光线路系统来构建。稍后出现的光分插复用器，逐渐迈出了从点到点组网向环网的演进。但是由于OADM有限的功能，通常只能上下固定数目和波长的光通道，并没有真正实现灵活的光层组网。因此，从某种意义上说，早期的波分复用系统并没有实现真正意义上的光层组网，难以满足业务网络IP化和分组化的要求，例如网络的业务调度能力，可靠性，可维护性，可扩展性，可管理性等。这种境况直到ROADM的出现才得以改善。为了满足IP网络的需求，基础承载网的建设逐渐采用一种以可重构光分插复用设备（ROADM）为代表的光层重构技术，为基础承载网的建设提供了全新的思路。
ROADM是一种类似于SDHADM光层的网元，它可以在一个节点上完成光通道的上下路（Add/Drop），以及穿通光通道之间的波长级别的交叉调度。它可以通过软件，远程控制网元中的ROADM子系统实现上下路波长的配置和调整。目前，ROADM子系统常见的有三种技术：
·波长阻断器：wavelength-blocker（WB）
·平面光波电路：Planarlightwavecircuits (PLCs)
·波长选择开关：Wavelength-selectiveswitch(WSS) ROADMs
波长阻断器最常见的是采用液晶或MEMS技术，通过阻断下路波长通过实现功能，它可以支持较多的光通道数和较小的通道间隔，具有较低的色散，并可以实现多个器件的级联，易于实现光谱均衡，但波长阻断器需要额外的上下路模块来构建系统，上下路配合可调滤波器和可调激光器，也可以实现Colorless。从本质上讲，WB是一个二维器件，通常在构建系统中由多个分立器件构成，体积较大，但可以支持64波@100GHz和128波@50G，并且技术成熟，成本较低，因此广泛引用于LH和ULH系统中。
平面光波电路ROADM也是近年来广泛采用的ROADM子系统之一。它是一种基于硅工艺的集成电路，可以集成多种器件，例如,光栅，分路器以及光开关等。它通过集成的阵列光波导（AWG）实现波长复用和解复用，集成的光开关实现波长直通，或阻断并加入（block-and-add)，可变光衰耗器（VOA）实现每通道的光功率动态均衡。PLCROADM上下路的通道是彩色光，这意味着只有预定义的彩色波长可以在每个端口上下，也可以配合可调滤波器和可调激光器使用。由于PLC的集成特性，使其成为低成本的ROADM解决方案之一。广泛应用于城域和区域的WDM系统中。
波长选择交换器（WSS）是近年来发展迅速的ROADM子系统技术。WSS基于MEMS的光学平台，可以支持1x9100GHz或5 x 1 50GHz 器件，具有频带宽，色散低，并且同时支持10 / 40Gbit/s光信号的特点和内在的基于端口的波长定义（Colorless）特性。采用自由空间光交换技术，上下路波数少，但可以支持更高的维度(e.g. Degree 8)，集成的部件较多，控制复杂。基于WSS的ROADM逐渐成为4度以上ROADM的首选技术。
三种ROADM子系统技术，各具特点，采用何种技术，主要视应用而定。HeavyReading对北美运营商的统计，超过70%的需求仍然为2-Degree的应用，而只有大约10%的ROADM节点，将会采用4-Degree或以上的节点。因此，基于WB/PLC的ROADM，可以充分利用现有的成熟技术，对网络的影响最小，易于实现从FOADM到2维ROADM的升级，具有极高的成本效益。而基于WSS的ROADM，可以在所有方向提供波长粒度的信道，远程可重配置所有直通端口和上下端口，适宜于实现多方向的环间互联和构建Mesh网络。因此，三种技术各有所长，在不同的网络应用中都有相应的地位。
可重构光网络需要高效的监控和管理
可重构光网络的需要更高的网络监控和管理能力，需要能够对每条光通道进行独立的监控和故障定位。阿尔卡特-朗讯公司首先采用了一种新型的光通路检查技术（OpticalPathChecking）：一旦某个业务进入网络，将会被加上一个光层标记，从而可以实现对全网的任意一点的任意一个光通道进行实时监控。在网络中需要监控的地方，可以使用一个低成本的解码器来监控标记信息，来获取光功率等信息，而无需昂贵的光测试仪表和专业培训的工程人员。这些监控信息可以通过网管系统远程读取，并以可视化的图表方式显示在网管上，便于维护人员远程操作和全网范围的故障定位。
网管系统为网络和设计工具之间搭起了一座桥梁。设计工具被用来为每个网络定义工程实施时所需的配置光参数，在设计阶段就保证任意到任意点的业务能力，并且在网络开通和配置时，可以直接使用设计参数，自动下载至每个相关网元，减少了开通时的工作量和出错可能，大大节约了运维成本。而光通路检查技术以及网管系统和设计工具之间的内在联系，使得系统的扩容设计和验证就变得非常简单。
向睿智光网络演进
通过引入上述先进的技术，进一步增进了光网络节点的灵活性，并且使其具备进一步演进至新型的睿智光网络节点：
可调ROADM，通过波长上下路端口的可调能力，进一步提升ROADM的灵活性，可以使得任意波长可以和任意客户端口通过简单的命令就可以互连，而上下路的端口就可以变成"无色"，并避免了可能的连接错误和冗长的时间检查。波长下上路的端口数只需要按照正真需要下路的波长数配置，而不是像早期的ROADM需要按照可能的下路波长数来进行预先配置。
N-Port睿智光节点，更多的光方向数使得可以构建网格状的光网络，突破了波分系统只能组建点到点和环网拓扑。这种N-port的光节点就像一台透明的光波路由器简化网络配置，或者是一台光层的交叉连接设备实现波长级别的保护和恢复。
ROADM的强大的节点波长调度能力和这种远程重构能力开启了高度自动化的睿智光网络建设的可能性。随着GMPLS/ASON控制平面的引入，采用ROADM技术的光层组网将体现出更多的智能光网络特性，例如，网络的自动发现能力，网络资源的自动管理能力，业务的自动配置，以及基于网格状组网的波长级的光通路保护和恢复能力。
五、结论
基于ROADM的可重构光网络减少了运营商网络的运维成本，并提供了更加智能化的带宽提供能力。随着三重播放和电信级以太网业务的普及，可重构光网络必将成为运营商下一代传送网络的核心平台。
正在兴起的可重构光网络
密集波分复用系统是当前最常见的光层组网技术，通过复用/解复用器可以实现数十波甚至上百波的传送能力，但是当前的波分复用系统，其本质上还是一个点到点的线路系统，大多数的光层组网只能通过终端站（TM）实现的光线路系统来构建。稍后出现的光分插复用器，逐渐迈出了从点到点组网向环网的演进。但是由于OADM有限的功能，通常只能上下固定数目和波长的光通道，并没有真正实现灵活的光层组网。因此，从某种意义上说，早期的波分复用系统并没有实现真正意义上的光层组网，难以满足业务网络IP化和分组化的要求，例如网络的业务调度能力，可靠性，可维护性，可扩展性，可管理性等。这种境况直到ROADM的出现才得以改善。为了满足IP网络的需求，基础承载网的建设逐渐采用一种以可重构光分插复用设备（ROADM）为代表的光层重构技术，为基础承载网的建设提供了全新的思路。
ROADM是一种类似于SDHADM光层的网元，它可以在一个节点上完成光通道的上下路（Add/Drop），以及穿通光通道之间的波长级别的交叉调度。它可以通过软件，远程控制网元中的ROADM子系统实现上下路波长的配置和调整。目前，ROADM子系统常见的有三种技术：
·波长阻断器：wavelength-blocker（WB）
·平面光波电路：Planarlightwavecircuits (PLCs)
·波长选择开关：Wavelength-selectiveswitch(WSS) ROADMs
波长阻断器最常见的是采用液晶或MEMS技术，通过阻断下路波长通过实现功能，它可以支持较多的光通道数和较小的通道间隔，具有较低的色散，并可以实现多个器件的级联，易于实现光谱均衡，但波长阻断器需要额外的上下路模块来构建系统，上下路配合可调滤波器和可调激光器，也可以实现Colorless。从本质上讲，WB是一个二维器件，通常在构建系统中由多个分立器件构成，体积较大，但可以支持64波@100GHz和128波@50G，并且技术成熟，成本较低，因此广泛引用于LH和ULH系统中。
平面光波电路ROADM也是近年来广泛采用的ROADM子系统之一。它是一种基于硅工艺的集成电路，可以集成多种器件，例如,光栅，分路器以及光开关等。它通过集成的阵列光波导（AWG）实现波长复用和解复用，集成的光开关实现波长直通，或阻断并加入（block-and-add)，可变光衰耗器（VOA）实现每通道的光功率动态均衡。PLCROADM上下路的通道是彩色光，这意味着只有预定义的彩色波长可以在每个端口上下，也可以配合可调滤波器和可调激光器使用。由于PLC的集成特性，使其成为低成本的ROADM解决方案之一。广泛应用于城域和区域的WDM系统中。
波长选择交换器（WSS）是近年来发展迅速的ROADM子系统技术。WSS基于MEMS的光学平台，可以支持1x9100GHz或5 x 1 50GHz 器件，具有频带宽，色散低，并且同时支持10 / 40Gbit/s光信号的特点和内在的基于端口的波长定义（Colorless）特性。采用自由空间光交换技术，上下路波数少，但可以支持更高的维度(e.g. Degree 8)，集成的部件较多，控制复杂。基于WSS的ROADM逐渐成为4度以上ROADM的首选技术。
三种ROADM子系统技术，各具特点，采用何种技术，主要视应用而定。HeavyReading对北美运营商的统计，超过70%的需求仍然为2-Degree的应用，而只有大约10%的ROADM节点，将会采用4-Degree或以上的节点。因此，基于WB/PLC的ROADM，可以充分利用现有的成熟技术，对网络的影响最小，易于实现从FOADM到2维ROADM的升级，具有极高的成本效益。而基于WSS的ROADM，可以在所有方向提供波长粒度的信道，远程可重配置所有直通端口和上下端口，适宜于实现多方向的环间互联和构建Mesh网络。因此，三种技术各有所长，在不同的网络应用中都有相应的地位。
可重构光网络需要高效的监控和管理
可重构光网络的需要更高的网络监控和管理能力，需要能够对每条光通道进行独立的监控和故障定位。阿尔卡特-朗讯公司首先采用了一种新型的光通路检查技术（OpticalPathChecking）：一旦某个业务进入网络，将会被加上一个光层标记，从而可以实现对全网的任意一点的任意一个光通道进行实时监控。在网络中需要监控的地方，可以使用一个低成本的解码器来监控标记信息，来获取光功率等信息，而无需昂贵的光测试仪表和专业培训的工程人员。这些监控信息可以通过网管系统远程读取，并以可视化的图表方式显示在网管上，便于维护人员远程操作和全网范围的故障定位。
网管系统为网络和设计工具之间搭起了一座桥梁。设计工具被用来为每个网络定义工程实施时所需的配置光参数，在设计阶段就保证任意到任意点的业务能力，并且在网络开通和配置时，可以直接使用设计参数，自动下载至每个相关网元，减少了开通时的工作量和出错可能，大大节约了运维成本。而光通路检查技术以及网管系统和设计工具之间的内在联系，使得系统的扩容设计和验证就变得非常简单。
向睿智光网络演进
通过引入上述先进的技术，进一步增进了光网络节点的灵活性，并且使其具备进一步演进至新型的睿智光网络节点：
可调ROADM，通过波长上下路端口的可调能力，进一步提升ROADM的灵活性，可以使得任意波长可以和任意客户端口通过简单的命令就可以互连，而上下路的端口就可以变成"无色"，并避免了可能的连接错误和冗长的时间检查。波长下上路的端口数只需要按照正真需要下路的波长数配置，而不是像早期的ROADM需要按照可能的下路波长数来进行预先配置。
N-Port睿智光节点，更多的光方向数使得可以构建网格状的光网络，突破了波分系统只能组建点到点和环网拓扑。这种N-port的光节点就像一台透明的光波路由器简化网络配置，或者是一台光层的交叉连接设备实现波长级别的保护和恢复。
ROADM的强大的节点波长调度能力和这种远程重构能力开启了高度自动化的睿智光网络建设的可能性。随着GMPLS/ASON控制平面的引入，采用ROADM技术的光层组网将体现出更多的智能光网络特性，例如，网络的自动发现能力，网络资源的自动管理能力，业务的自动配置，以及基于网格状组网的波长级的光通路保护和恢复能力。
五、结论
基于ROADM的可重构光网络减少了运营商网络的运维成本，并提供了更加智能化的带宽提供能力。随着三重播放和电信级以太网业务的普及，可重构光网络必将成为运营商下一代传送网络的核心平台。