基于多种解决方案的ROADM结构

　　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＆times；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＆times；N 端口 WSS 构成，每个上载模块由一个 1＆times；N 端口 WSS 与一个光分路器背靠背连接构成。由 1＆times；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。

　　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＆times；N 端口 WSS 构成，而 UNI 侧由多播光开关 MCS 构成。一个 M＆times；N 端口 MCS 开关有 M 个输入端口和 N 个输出端口，由 M 个 1＆times；N 端口光分路器（PS）和 N 个 M＆times；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＆times；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＆times；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＆times；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＆times；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＆times；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。

　　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＆times；N 端口 WSS 被 M＆times；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。

　　哪种结构更优？

　　所有结构的 NNI 侧均以 1＆times；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＆times；N 端口 WSS 引入 UNI 侧，从而实现 CDC 功能，但 M＆times；N 端口 WSS 目前在全球仅有一家供应商。同时，M＆times；N WSS（典型端口数为 8＆times；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＆times；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。