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大容量光交叉ROADM技術(shù)最新進展

摘要:5G來臨,數(shù)據(jù)業(yè)務和多媒體業(yè)務發(fā)展迅猛,不僅對帶寬資源的需求大大增加,而且業(yè)務具有更高的動態(tài)特性和不可預測性,要求光傳送網(wǎng)具備更高的靈活性??芍貥?gòu)光分插復用(ROADM)設備可實現(xiàn)波長級業(yè)務智能快速調(diào)度功能,增強光傳送網(wǎng)的靈活性和智能化。其核心器件是波長選擇光開關(guān)(WSS),WSS可使光路系統(tǒng)中每個波長都可以被獨立交換。近年來,ROADM主要朝著增加維度、全光背板、CDC-F、波段擴展、智能化等方向發(fā)展。

  ICCSZ訊 5G來臨,數(shù)據(jù)業(yè)務和多媒體業(yè)務發(fā)展迅猛,不僅對帶寬資源的需求大大增加,而且業(yè)務具有更高的動態(tài)特性和不可預測性,要求光傳送網(wǎng)具備更高的靈活性。以DC為中心的Mesh化組網(wǎng),使得東西向流量五年來增長了四倍,需要光傳送網(wǎng)具備多維度的業(yè)務調(diào)度和控制功能。未來,網(wǎng)絡智能化是重要的網(wǎng)絡發(fā)展趨勢,可編程將是光傳送網(wǎng)的基礎要求。

  可重構(gòu)光分插復用(ROADM)設備可實現(xiàn)波長級業(yè)務智能快速調(diào)度功能,增強光傳送網(wǎng)的靈活性和智能化。其核心器件是波長選擇光開關(guān)(WSS),WSS可使光路系統(tǒng)中每個波長都可以被獨立交換。多端口的WSS模塊能獨立將任意波長分配到任意路徑,實現(xiàn)光層波長級調(diào)度。WSS再結(jié)合放大器、分光器、耦合器等器件,可通過搭積木的方式靈活組網(wǎng),以適應不同的應用場景,增強光傳送網(wǎng)的彈性和智能化。

  近年來,ROADM主要朝著增加維度、全光背板、CDC-F、波段擴展、智能化等方向發(fā)展。下面將分別介紹這幾方面技術(shù)的最新進展。

  32維ROADM

  隨著網(wǎng)絡的進一步Mesh化,ROADM站點的維度要求越來越高。不斷產(chǎn)生的新業(yè)務類型,如多條光路承載業(yè)務、本地多組上下路業(yè)務等,都在一定程度上增加了ROADM維度需求。現(xiàn)在看來20維ROADM將很快難以滿足市場需求。目前,中興通訊已經(jīng)完成了32維ROADM的研發(fā)工作,并在2018年成功通過了中國移動入網(wǎng)測試。網(wǎng)絡整體架構(gòu)支持ROADM的維度還會進一步擴展,在不久的將來會出現(xiàn)可以支持40維、48維甚至更高維度的ROADM系統(tǒng)。

  OXC

  隨著ROADM維度的提升,內(nèi)部連纖呈現(xiàn)指數(shù)級的增加。9維ROADM有72根內(nèi)部連纖,20維ROADM則達到380根,而32維ROADM則可高達992根。對于工程現(xiàn)場人員來講,連接關(guān)系復雜,無法通過手工方式有效梳理,極易出錯,且錯連排查困難,增加了大量的OPEX成本。而通過光纖編織技術(shù),可以固化ROADM內(nèi)部連纖,形成全光背板,省卻紛繁復雜的連纖工作。同時結(jié)合高速光連接器和自動插拔技術(shù),可實現(xiàn)插板即連纖,極大地提升了易用性的同時也有效改善了集成度,可實現(xiàn)一個槽位一塊板卡解決一個線路維度的所有功能。此外,在可靠性方面可有效提升設備的防塵和環(huán)境適應能力。綜合上述技術(shù)研發(fā)的新型無纖化ROADM系統(tǒng)OXC將成為高維度ROADM的最佳解決方案。中興通訊已于2019年發(fā)布OXC子系統(tǒng)并成功商用。

  CDC-F

  CDC是指波長無關(guān)(Colorless)、方向無關(guān)(Directionless)、競爭無關(guān)(Contentionless),實現(xiàn)ROADM站點內(nèi)任意波長調(diào)度到任意方向,且上下路波長競爭沖突時可正常調(diào)度。隨著ROADM維度的增加,上下路波長數(shù)量激增,如果前期網(wǎng)絡設計沒有特意關(guān)注波道規(guī)劃,后期很容易造成上下路波長沖突。而對于CDC功能,業(yè)內(nèi)主要有兩種實現(xiàn)方案。一是MCS,其基于EDFA-Array、分光器和光開關(guān)實現(xiàn),另一種是基于原WSS技術(shù)演進的MxN WSS。兩種方案相比較,MCS技術(shù)更成熟,但是沒有濾波功能,插損大,對信號傳輸性能影響大。而MxN WSS技術(shù)難度大,不成熟,核心元器件集中于個別器件廠商手中,成本高昂。

  二者共同的缺點是都難以把端口數(shù)提高,從而滿足高維度ROADM需求。級聯(lián)使用將導致組網(wǎng)復雜,成本難以接受,故現(xiàn)在大多采用多組上下路方案解決CDC應用場景。

  CDC-F的F是指波道間隔可調(diào)(FlexGrid)。隨著超100G的發(fā)展,信號波特率增加,波道間隔不再局限于50GHz,37.5GHz、62.5GHz、75GHz都逐漸商用,要求ROADM適應新需求,濾波器的濾波窗口彈性可調(diào)。中興通訊已成功商用具備FlexGrid功能的ROADM產(chǎn)品,其可結(jié)合管控系統(tǒng),實現(xiàn)端到端的FlexGrid功能,動態(tài)調(diào)整傳輸管道,充分合理地利用頻譜資源。

  波段擴展

  隨著超100G的發(fā)展,原C波段可容納的波道數(shù)減少,雖然單波速率提升,但是總帶寬提升有限,所以波段擴展成為發(fā)展的趨勢。2019年,中國電信新建的ROADM網(wǎng)絡從C波段擴展到CE波段,中國移動國干網(wǎng)絡亦在探討從C波段擴展到C++波段的技術(shù)路徑,中國聯(lián)通也在進行L波段的應用研究。此背景下,ROADM必須與時俱進,同步超100G技術(shù)進展,進行波段擴展,適應新的發(fā)展趨勢?,F(xiàn)階段ROADM可以支持CE波段,技術(shù)及產(chǎn)品均較成熟,而業(yè)界內(nèi)L波段的ROADM僅有零星的產(chǎn)品,發(fā)貨量非常小,且需要做進一步的改進以適應超100G的應用需求。而C++波段的ROADM還在研發(fā)階段。

  智能化

  智能化是網(wǎng)絡發(fā)展的大趨勢。ROADM作為物理層設備,必須具備可編程功能,同時結(jié)合管控系統(tǒng)、SDN技術(shù)等形成完整的智能化產(chǎn)品。ROADM本身即是實現(xiàn)遠程波長調(diào)度功能的設備,天生適應智能化,CDC功能可進一步增強調(diào)度的靈活性。FlexGrid功能可結(jié)合其它產(chǎn)品做到傳輸管道動態(tài)調(diào)整。ROADM作為光網(wǎng)絡的一部分,同時也是全網(wǎng)智能化光功率自動管理系統(tǒng)的一部分。近年來光標簽技術(shù)廣泛用于ROADM系統(tǒng),該技術(shù)可智能管理ROADM系統(tǒng)內(nèi)成百上千的波道,實現(xiàn)業(yè)務追蹤、錯連檢測、自動調(diào)度等智能化功能。相信隨著技術(shù)的發(fā)展,ROADM系統(tǒng)會引入更多的智能化技術(shù),并與其它設備共同形成更加體系化的智能網(wǎng)絡。

  總結(jié)

  總體來說,ROADM相關(guān)技術(shù)在近幾年發(fā)展較好。32維ROADM結(jié)合超100G可實現(xiàn)每秒P比特級別的交叉容量,遠超現(xiàn)有的電交叉設備的交叉能力。光電混合各自發(fā)揮優(yōu)勢,更好地解決實際應用是未來的趨勢。

  OXC集成近幾年的先進技術(shù),易用性和集成度都有了質(zhì)的提升,大大降低了運營商的OPEX成本,并極大提升了ROADM的商用價值。未來幾年OXC的商用部署將是必然趨勢,其中,防塵、可靠性、運維和智能化等細節(jié)功能會成為各廠商的差異化競爭點,也是進一步的研究方向。

  另外,ROADM作為OTN的一部分,與時俱進地支持CDC-F、波段擴展、智能化等功能,未來幾年ROADM將進一步演進,滿足C+L波段光層調(diào)度、800Gbps業(yè)務等新增需求。相信未來ROADM會有更好的發(fā)展前景。

  作者:中興通訊 盧楠

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