第6章 全光通信網(wǎng)-OADM

章光分插復(fù)用器（OADM）2021/5/916.1OADM

1．OADM的基本功能OADM是波分復(fù)用光傳送網(wǎng)的主要節(jié)點(diǎn)設(shè)備，其主要功能是能從線路傳輸光信號(hào)中將某些波長(zhǎng)通道分出和插入(波長(zhǎng)交叉連接、復(fù)用),并具有操作、管理與維護(hù)（OAM）功能2021/5/92OADMOpticalAdd-DropMultiplexer

ch31ch33ch35ch37ch31ch33ch37InputportSinglewavelengthaddportsSinglewavelengthdropportsOADMunit(set#1)Outputportch352021/5/932.OADM的主要性能

衡量OADM的性能主要有：

1)容量大小

OADM的端口數(shù)量（即支持的鏈路數(shù)）、每端口可容納的波長(zhǎng)數(shù)量和可以上下路的波長(zhǎng)數(shù)量。這些參數(shù)反映出OADM節(jié)點(diǎn)的容量。

2)業(yè)務(wù)接入及匯聚能力

OADM應(yīng)能開(kāi)放式的支持多業(yè)務(wù),對(duì)任何廠家的SDH設(shè)備STM-N信號(hào)進(jìn)行透明接入，包括STM-1/-4/-16/-64-256；還可承載其它格式的光信號(hào)，如ATM業(yè)務(wù)或POS，包括STM-1c/4c/16c/64C；以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，支持100M/GbE/10GbE業(yè)務(wù)的接入；企業(yè)互聯(lián)業(yè)務(wù)(ESCON)；光纖通道(FC)。其它業(yè)務(wù)方面，提供靈活的多速率接口，可以承載45Mbit/s-2.5Gbit/s之間的任意速率業(yè)務(wù),匯聚多個(gè)低速率信號(hào)為高速率信號(hào)，如4×155M、4×622M、4×2.5G等。2021/5/94

3）多種粒度的業(yè)務(wù)調(diào)度能力OADM能否實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)級(jí)和子波級(jí)的調(diào)度管理，靈活地對(duì)上下路的通道進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置。根據(jù)此功能，OADM可分成兩種：一種是固定上下路的OADM，即只能上下一個(gè)或幾個(gè)固定波長(zhǎng)的OADM。另一種是可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的光分插復(fù)用設(shè)備（ROADM），它可以通過(guò)網(wǎng)管軟件遠(yuǎn)程控制網(wǎng)元中的ROADM子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上下路波長(zhǎng)的配置和動(dòng)態(tài)調(diào)整。早期的ROADM只有波長(zhǎng)級(jí)的調(diào)度管理，新的高端ROADM設(shè)備可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)級(jí)和子波級(jí)的調(diào)度管理。4)模塊性光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有良好的擴(kuò)展性，因此節(jié)點(diǎn)的模塊性是衡量OADM升級(jí)能力的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。波長(zhǎng)數(shù)的增加，在X（如32）波內(nèi)可任意增加和配置，沒(méi)有限制。今后隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的發(fā)展，可根據(jù)需要，在不影響現(xiàn)有業(yè)務(wù)的情況下進(jìn)行波長(zhǎng)的在線升級(jí)，以充分滿足未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。2021/5/955)支持保護(hù)倒換的能力

應(yīng)支持OSC通道。應(yīng)支持光通道1+1保護(hù)、通道共享保護(hù)和環(huán)網(wǎng)的復(fù)用段保護(hù)倒換等。另外，保護(hù)倒換時(shí)間也是重要指標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，環(huán)形網(wǎng)應(yīng)能在50ms之內(nèi)快速恢復(fù)所承載的業(yè)務(wù)。

6)色散管理能力

在進(jìn)行40Gb/s傳輸或2.5Gb/s、10Gb/s混合傳輸時(shí)，要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸或者考慮保護(hù)時(shí)的較長(zhǎng)距離傳輸，必須考慮色散受限等因素。在系統(tǒng)中運(yùn)用色散管理技術(shù)，進(jìn)行寬帶色散補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)高速長(zhǎng)距離傳輸，滿足信號(hào)的系統(tǒng)傳輸要求。

7）網(wǎng)管能力

OADM應(yīng)該具有良好的網(wǎng)元管理能力。網(wǎng)管系統(tǒng)具有友好、易于操作的用戶界面，支持網(wǎng)元層、網(wǎng)元管理層和網(wǎng)絡(luò)管理層的多層次管理。具有標(biāo)準(zhǔn)的ITU-T告警管理、性能管理、安全管理、配置管理、維護(hù)管理和系統(tǒng)管理功能。2021/5/966.1.1幾種常用的OADM結(jié)構(gòu)

1．光開(kāi)關(guān)型OADM

光開(kāi)關(guān)型OADM的基本結(jié)構(gòu)如圖6-2所示。輸入的WDM光信號(hào)首先由解復(fù)用器把各個(gè)波長(zhǎng)分開(kāi)，利用光開(kāi)關(guān)可動(dòng)態(tài)地選擇上下路波長(zhǎng)，最后由復(fù)用器將多波長(zhǎng)信號(hào)復(fù)用到同一鏈路中輸出。這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可動(dòng)態(tài)重構(gòu)，上下路的控制比較方便，是應(yīng)用較多的一種結(jié)構(gòu)。

(a)光開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)輸入信號(hào)解復(fù)用器復(fù)用器上路波長(zhǎng)下路波長(zhǎng)(b)光開(kāi)關(guān)矩陣輸出信號(hào)輸入信號(hào)解復(fù)用器復(fù)用器上路波長(zhǎng)下路波長(zhǎng)......2021/5/972.

陣列波導(dǎo)光柵(AWG)型

OADM

適合靜態(tài)路由的OADM結(jié)構(gòu)，上下固定波長(zhǎng)。信號(hào)從AWG左端第一端口輸入，經(jīng)過(guò)AWG解復(fù)用，需要下路的波長(zhǎng)在輸出端直接到下路端口，不需要下路的波長(zhǎng)環(huán)回到AWG對(duì)應(yīng)的輸入端，和上路波長(zhǎng)一起經(jīng)AWG和路，從端口輸出，完成分插復(fù)用功能。

適合動(dòng)態(tài)路由，可以任意選擇一個(gè)或幾個(gè)波長(zhǎng)上下路。這種結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)在于AWG既起到了波分解復(fù)用的功能，又起到波分復(fù)用的功能，使結(jié)構(gòu)緊湊，成本下降。提高AWG的隔離度、降低串?dāng)_是這種結(jié)構(gòu)應(yīng)解決的問(wèn)題。輸入輸出ＡＷＧＳＷＳＷＳＷＤropAddOutputAddDropInputAWG2021/5/98

單個(gè)AWG環(huán)回OADM結(jié)構(gòu)

22λ1λ2λ4λ3λ1λ2λ3λ4222222AWGλ1λ4λ1λ4λ1λ2λ4λ32021/5/99單個(gè)AWG雙向解復(fù)用一復(fù)用OADM方案2021/5/910由陣列波導(dǎo)光柵（AWG）和光濾波器及光環(huán)形器組成的一種新穎的雙向OADM,其最大的優(yōu)點(diǎn)是具有雙向傳輸和上下路的功能，適用于雙向自愈環(huán)形網(wǎng)。

1232021/5/911在光環(huán)行器中，光只能沿一個(gè)方向傳輸，從端口1輸入的的信號(hào)沿順（或逆）時(shí)針?lè)较騻鬏?，到端?輸出，而端口2入的信號(hào)，也只能沿同一方向傳輸，到下一端口輸出。如圖所示，從西到東的多波長(zhǎng)信號(hào)輸入到光環(huán)形器，在環(huán)行器中沿順時(shí)針?lè)较騻鬏?，到端?輸出，進(jìn)入AWG的端口4。在AWG中多波長(zhǎng)信號(hào)被解復(fù)用，單波長(zhǎng)信號(hào)從右邊的輸出端口1、2.3輸出。然后，需要在本地下路的信道直接下路，直通的信道環(huán)回（如圖中AWG右邊的端口1環(huán)回到端口5，端口3環(huán)回到端口7)，與上路信道（端口6)一起被AWG沿相反方向復(fù)用，從左邊的端口8輸出，經(jīng)過(guò)光帶通濾波器(OBPF1)和環(huán)行器后進(jìn)入輸出光纖。從東到西向的傳輸和分插復(fù)用經(jīng)歷類似的過(guò)程。

2021/5/9123.光纖光柵和光環(huán)形器的OADM

光纖光柵和光環(huán)形器的OADM結(jié)構(gòu)如圖6-5所示。由光環(huán)行器、光纖布喇格光柵（FBG）和光開(kāi)關(guān)構(gòu)成。

輸入的WDM信號(hào)經(jīng)開(kāi)關(guān)選路，送入某FBG。每個(gè)FBG對(duì)準(zhǔn)波分復(fù)用的一個(gè)波長(zhǎng)，被FBG反射的波長(zhǎng)經(jīng)環(huán)形器下路到本地，其他的信號(hào)波長(zhǎng)通過(guò)FBG，經(jīng)環(huán)形器跟本地節(jié)點(diǎn)的上路信號(hào)波長(zhǎng)合波后輸出。若節(jié)點(diǎn)不需要上下路，兩個(gè)光開(kāi)關(guān)置在最下端，信號(hào)直通過(guò)去。這個(gè)方案同樣可以根據(jù)開(kāi)關(guān)狀態(tài)和FBG來(lái)任意選擇上下話路的波長(zhǎng)，但只能選擇一個(gè)波長(zhǎng)下路。

N×1光開(kāi)關(guān)1×N光開(kāi)關(guān)λ1λ2λ3λλλ1-n2021/5/913多個(gè)FBG串聯(lián)構(gòu)成的OADM結(jié)構(gòu)

可同時(shí)上下路多個(gè)波長(zhǎng)。這種結(jié)構(gòu)通過(guò)微調(diào)光纖光柵的折射率來(lái)達(dá)到調(diào)諧反射波長(zhǎng)的目的，這樣串聯(lián)m個(gè)光纖光柵，就可實(shí)現(xiàn)上下任意數(shù)目的波長(zhǎng)的能力。

312312312312312312λ1λ2λ2λ1λmλm…λ1λ2λm輸入輸出2021/5/9146．2ROADM

為了使網(wǎng)絡(luò)支持新業(yè)務(wù)和削減運(yùn)營(yíng)成本，運(yùn)營(yíng)商常希望采用可重構(gòu)的OADM，即ROADM（ReconfigurableOpticalAdd/dropMultiplexer）來(lái)實(shí)現(xiàn)高度靈活的網(wǎng)絡(luò)，從而保證在線配置單個(gè)波長(zhǎng)通道時(shí)也不中斷業(yè)務(wù)。支持波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)開(kāi)展的需要便于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的需要便于維護(hù)，降低維護(hù)成本的需要

2021/5/9156.2.1幾種主要的ROADM

1．基于波長(zhǎng)阻塞器（WB）的ROADM

基于波長(zhǎng)阻塞器（WavelengthBlocker，WB）的ROADM結(jié)構(gòu)，如圖6-7所示，它由分光器、WB、光耦合器、接收／發(fā)送光轉(zhuǎn)發(fā)單元、網(wǎng)元管理等部分組成。3dB分光器WB光耦合器接收光轉(zhuǎn)發(fā)單元發(fā)送光轉(zhuǎn)發(fā)單元InOutOAM1

N1

NDropAdd圖6-7基于波長(zhǎng)阻塞器的ROADM2021/5/916WB最常見(jiàn)的是采用液晶或微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)，它可以支持較多的光通道數(shù)和較小的通道間隔，具有較低的色散，還可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)器件的級(jí)聯(lián)，易于實(shí)現(xiàn)光譜均衡，并且技術(shù)成熟，在上/下路波長(zhǎng)數(shù)目不多時(shí)，成本相對(duì)較低?；赪B的ROADM產(chǎn)品已成熟商用。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模塊化程度好，預(yù)留升級(jí)端口時(shí)可支持靈活擴(kuò)展升級(jí)功能，上下路波長(zhǎng)較少時(shí)成本低，支持廣播業(yè)務(wù)，具備通道功率均衡能力。缺點(diǎn)：上下路波長(zhǎng)較多時(shí)成本較高（獨(dú)立的可調(diào)諧濾波器成本高），不易過(guò)渡至OXC。2021/5/9172．基于PLC的ROADM

基于集成平面光波導(dǎo)回路PLC（PlanarLightwaveCircuits）的ROADM結(jié)構(gòu)如圖6-8所示，它包含下路解復(fù)用、上路復(fù)用兩個(gè)部分。下路解復(fù)用部分可由陣列波導(dǎo)光柵(AWG）或可調(diào)諧濾波器等組成，上路復(fù)用部分使用單片PLC。

splitter下路解復(fù)用InputOutput1N1NDropAddPLC

N

1上路復(fù)用解復(fù)用器復(fù)用器光開(kāi)關(guān)2021/5/9183．基于WSS的ROADM

1×N的WSS(wavelengthselectiveswitch)波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)一般由解復(fù)用器、1×N光開(kāi)關(guān)和復(fù)用器組成，可以把輸入端的任意波長(zhǎng)組合輸出到WSS的N個(gè)輸出端口中的任意一個(gè)端口。圖6-9所示為1×5的WSS，輸入的波分復(fù)用信號(hào)M個(gè)波長(zhǎng)經(jīng)過(guò)解復(fù)用器成為單波長(zhǎng)信號(hào)，然后通過(guò)一個(gè)1×5的光開(kāi)關(guān)控制選擇輸出端口，在端口輸出前經(jīng)波分復(fù)用器與其它波長(zhǎng)復(fù)用后一起輸出。2021/5/919

WSS光耦合器接收光轉(zhuǎn)發(fā)單元InOutOAMDropAddλ1-M圖6-10基于波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)上路結(jié)構(gòu)的ROADM2021/5/920下路采用WSS的ROADM設(shè)備的基本實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖6-11所示，WSS用于下路。波分復(fù)用信號(hào)經(jīng)過(guò)WSS在Drop端口實(shí)現(xiàn)單波長(zhǎng)下路，上路功能通過(guò)耦合器在輸出端實(shí)現(xiàn)。在這種結(jié)構(gòu)中WSS的輸出端口除直通端口外其余的端口只選擇單波長(zhǎng)輸出。

WSS光耦合器發(fā)送光轉(zhuǎn)發(fā)單元InOutOAMDropAddλ1-M圖6-11

基于波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)下路結(jié)構(gòu)示意圖2021/5/921

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，端口指配靈活，波長(zhǎng)擴(kuò)展及方向擴(kuò)展性較好，易于過(guò)渡到OXC。缺點(diǎn)：上路類型節(jié)點(diǎn)成本較高，下路類型不支持業(yè)務(wù)廣播功能。三種ROADM子系統(tǒng)技術(shù)，各具特點(diǎn)，采用何種技術(shù)，主要視應(yīng)用而定。根據(jù)北美運(yùn)營(yíng)商的統(tǒng)計(jì)，超過(guò)70%的需求仍然是2維的應(yīng)用，而只有約10%的ROADM節(jié)點(diǎn)，將會(huì)采用4維或以上的節(jié)點(diǎn)。因此，基于WB/PLC的ROADM，可以充分利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響最小，易于實(shí)現(xiàn)從FOADM到2維ROADM的升級(jí)，具有極高的成本效益。而基于WSS的ROADM，可以在所有方向提供波長(zhǎng)粒度的信道，遠(yuǎn)程可重配置所有直通端口和上下端口，適宜于實(shí)現(xiàn)多方向的環(huán)間互聯(lián)和構(gòu)建Mesh網(wǎng)絡(luò)。因此，三種技術(shù)各有所長(zhǎng)，在不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中都有相應(yīng)的位置。2021/5/922

中國(guó)高速信息示范網(wǎng)

中國(guó)高速信息示范網(wǎng)研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的英文名稱正式確定為CAINONet，1999年6月正式向全國(guó)發(fā)布課題指南，截止7月20日，共收到有效申請(qǐng)書(shū)108份，經(jīng)過(guò)幾輪專家評(píng)審、答辯，確定了課題承擔(dān)單位。

高速信息示范網(wǎng)項(xiàng)目橫跨信息領(lǐng)域三大主題，參研單位四十余家，參研人員近千名，研制成功了13個(gè)節(jié)點(diǎn)的全光通信網(wǎng)絡(luò)，在北京海淀區(qū)地區(qū)連接中科院、北京大學(xué)、清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)和信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院等，成為全球規(guī)模最大的全光試驗(yàn)網(wǎng)之一。

自主研究開(kāi)發(fā)6個(gè)32×32的光交叉連接設(shè)備（OXC）、7個(gè)光分插復(fù)用設(shè)備（OADM）和支持多廠家互操作的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，標(biāo)志著我國(guó)全面掌握了全光網(wǎng)技術(shù)，并取得群體突破。

2021/5/923中國(guó)高速信息示范網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖2021/5/9242021/5/925

中國(guó)高速信息示范網(wǎng)總體目標(biāo)

到2001年3月底將實(shí)現(xiàn)以下四個(gè)目標(biāo)：

1.建立一個(gè)基于光互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速信息示范網(wǎng)，連接北京地區(qū)部分重要科研院所與著名高等院校?！爸袊?guó)高速信息示范網(wǎng)”將利用自行研制的光交叉連接設(shè)備（OXC）、光分插復(fù)用設(shè)備（OADM）、核心路由器（CR）和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，以及通信技術(shù)主題和智能計(jì)算機(jī)主題研制的綜合接入服務(wù)器、邊緣路由器、SDH傳輸系統(tǒng)等配套設(shè)備建設(shè)基于IP/DWDM的示范網(wǎng)，為以光互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)、測(cè)試提供一個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)；2021/5/9262.“中國(guó)高速信息示范網(wǎng)”將作為863信息領(lǐng)域驗(yàn)收平臺(tái)，集成863信息領(lǐng)域近年來(lái)的主要成果；

3.開(kāi)展光互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體制及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與建議；

4.引導(dǎo)國(guó)內(nèi)研究團(tuán)體和企業(yè)大力開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的研究，自主發(fā)展我國(guó)的高性能路由器、全光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、接入設(shè)備等,研制開(kāi)發(fā)出一批高水平、標(biāo)志性的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的863研究成果，并促進(jìn)這些成果形成產(chǎn)業(yè)化。

2021/5/927CAINONET一中國(guó)高速信息示范網(wǎng)

單向OADM節(jié)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

工作光纖光發(fā)射接收模塊光上下路模塊解復(fù)用器模塊復(fù)用器模塊光保護(hù)模塊光保護(hù)模塊光放大器模塊光放大器模塊保護(hù)光纖2021/5/928CAINONET一中國(guó)高速信息示范網(wǎng)

雙向OADM節(jié)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2021/5/929OADM節(jié)點(diǎn)工作原理圖

1550nm信號(hào)1510nm信號(hào)EDFAMUX/DEMUXMUX/DEMUXEDFA光保護(hù)版OPU光保護(hù)版OPU1510nm信號(hào)分插模塊上下傳輸速率2048kb/s2021/5/930

1．分插復(fù)用和直通功能

分插復(fù)用和直通功能是一個(gè)OADM節(jié)點(diǎn)的最關(guān)鍵功能，利用分插和直通功能可以在網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)處非常方便地上下路所需的波長(zhǎng)，同時(shí)將和本地節(jié)點(diǎn)無(wú)關(guān)的波長(zhǎng)直接從節(jié)點(diǎn)中直通而過(guò)。

2021/5/9312.節(jié)點(diǎn)的信號(hào)指配功能

為了增強(qiáng)系統(tǒng)的波長(zhǎng)指配靈活性，需要在節(jié)點(diǎn)中增加系統(tǒng)的指配功能。

有的OADM節(jié)點(diǎn)不具有可重構(gòu)的能力，也就是說(shuō)，在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上下路的信號(hào)波長(zhǎng)和波長(zhǎng)數(shù)量都是一定的。如果要在此類節(jié)點(diǎn)中下路其他內(nèi)容的信號(hào)，則需要在信號(hào)的源節(jié)點(diǎn)處將信號(hào)變換為此波長(zhǎng)的信號(hào)，建立一條波長(zhǎng)通道。具有建立波長(zhǎng)通道的能力是光網(wǎng)絡(luò)的必然需求，而建立波長(zhǎng)通道的關(guān)鍵就是具有靈活的信道變換能力。

OADM1OADM2λ1λ1λ1λ1λmλn上路2021/5/932

在OADM節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)的信號(hào)動(dòng)態(tài)指配功能。任一個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)（圖中虛線所示）利用信號(hào)指配模塊，從端口1入，從端口3出，利用端口3外接的OTU將波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為幾：