基于多种解决方案的ROADM结构

出处:互联网 发布于:2020-06-18 14:35:02

  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。


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