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科普:什么是 ROADM?

2020-08-11 22:54:24 鲜枣课堂 小枣君 编辑:丽丽 浏览数:43摩信网

如今我们所处的时代,是流量爆炸性增长的时代。4K/8K、VR/AR 轮番上阵,5G、WiFi-6 加速普及,对整个通信承载网络,带来了巨大的带宽压力。想要应对这样的压力,目前看来只有一个办法,那就是将整个网络全面光纤化,...

如今我们所处的时代,是流量爆炸性增长的时代。4K/8K、VR/AR 轮番上阵,5G、WiFi-6 加速普及,对整个通信承载网络,带来了巨大的带宽压力。

想要应对这样的压力,目前看来只有一个办法,那就是将整个网络全面光纤化,建设大一统的全光网络。

全光网络,也称全光网,英文名是 All-Optical Network,AON。这是一种网络传输和交换过程全部通过光纤实现的网络,中间不需要进行光信号和电信号的转换。

打个比方:

传统电网络,也就是铜线网线连接的网络,我们可以把它看成公共汽车交通网,存在时间长,分布广泛。

而光网络,采用的是光纤传输,速率更快,带宽更高。我们可以把它看成地铁交通网。

所谓 “全光网”,就是把整个公交系统,全部替换成地铁。

怎么样?是不是看上去超赞?

然鹅,这么一个宏大的工程,是不可能在短期内完成的。

按行业大佬们的规划,全光网的演进过程分为三个阶段:第一阶段,骨干和传输光纤化;第二阶段,接入网光纤化;第三阶段,传输节点引入光交换,即引入 ROADM 和 OXC。

哎哟,本文的主角——ROADM,出现了嘛。别急,先晾在这,我们继续往下说。

第一阶段的骨干和传输光纤化,很容易理解,就是把网络骨干线路的路由器、交换机全部换成光通信设备,引入 WDM(波分复用)/OTN(光传送网),把铜缆网线全部换成光纤。

第二阶段的接入网光纤化,更简单,就是使用 PON(无源光网络)系统,把家里的 ADSL 网线(电话线)上网,全部换成光纤宽带接入。这也就是我们常说的 FTTx(例如 FTTH,Fiber To The Home,光纤入户),也称接入网的 “光进铜退”。

第三阶段,传输节点引入光交换(ROADM 和 OXC)。这一阶段很容易被人忽视,但是重要性不亚于前两个阶段。它是我们今天文章讨论的重点。

大家应该知道,光纤通信有一个很重要的特点,就是——“一站到底”。

光纤作为一根 “玻璃管道”,里面传输的是光信号,很难附加信号和提取信号。一条光线路,通常只能从起点站上车,到终点站才能下车。

光纤的特点:“一站到底”

相比之下,铜线网线里传输的是电信号,电信号的 “上下车”要方便得多。

电信号的特点:容易交换,容易 “上下车”

为了能容纳更多 “乘客”,光纤通信引入了 WDM 波分复用技术,将不同波长的光,塞在一根光纤里,然后进行传输。

WDM,Wavelength Division Multiplexing

WDM 是最常见的光层组网技术,但它本质上仍然是一个点到点的线路系统。

那么问题来了,城市交通(通信网络)是复杂的多节点网络,有很多的车站,如果地铁只支持点到点的传输,那么中间车站的乘客怎么办呢?下了地铁再换乘公交吗?

地铁:速度快,但是站点死板

公交:速度慢,但是站点灵活

如果采用 “地铁换乘公交”的方式,既增加了复杂度,也形成了速率和带宽瓶颈。

于是,我们就会想到,可以建设更多的地铁换乘站,让乘客实现中间站点上下车,以及地铁线路之间的无缝换乘。

所有站点改造成 “地铁换乘站”

而咱们今天要说的 ROADM 技术,就是 “地铁换乘站”的专有技术。

ROADM,可以念做 “肉德姆”,英文全称比较长,也比较烧脑,是 Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers,可重构光分插复用器。

介绍 ROADM 之前,我们先看看 FOADM。FOADM 是 Fixed OADM,固定式光分叉复用器。它比 ROADM 更早出现,目的是一样的,为了实现乘客的上车、下车。

FOADM 分为串型和并型。下图是并型的简单原理示意图:

FOADM(并型)结构示意图

很容易看懂,首先使用 DEMUX(分波器)将所有波长解复用(拆分开),之后根据需要,将某些波长直接穿通,同时,将特定波长下路至本地(下车)。

要上路(上车)的特定波长,和其它波长一起,再次经过 MUX(合波器)复用,然后开车去下一节点。

这种方式貌似简单,但是有一个很要命的缺点,就是限制太死——哪些波可以下车,哪些波可以上车,都是固定死的,你没有办法动态修改。如果你硬要改,只能人工维护。

正因为如此,这种方式才被称为固定式 OADM。

FOADM 过于死板,维护复杂,无法满足网络灵活多变的需求,所以,取而代之的 ROADM 出现了。

ROADM 的特点是可重构、可动态配置,可灵活调整。它大概出现于 2000 年左右,至今为止经历 20 年的发展。

最开始的阶段,是 2001 年首次实现商业化的基于 WB(Wavelength Blocker,波长阻断器)技术的 ROADM。

WB 波长阻断器,可以把指定的波长通道给 “打掉”:

完整的 WB-ROADM 实现原理如下:

WB-ROADM

当 WDM 过来信号后,分光器会把波长信号分为 2 束,一束经过 WB 模块,一束则送到下行滤波器。下行滤波器将信号在本地下车,接收所需要的信号波长。

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