第6章 全光通信网-OADM

1、第第 六六 章章光光 分分 插插 复复 用用 器器（OADM） 6.1 OADM1OADM的基本功能的基本功能 OADM是波分复用光传送网的主要节点设备，其主要功能是能从线路传输光信号中将某些波长通道分出和插入 (波长交叉连接、复用) , 并具有操作、管理与维护（OAM）功能 OADM Optical Add-Drop Multiplexer ch31ch33ch35ch37ch31ch33ch37Input portSingle wavelength add portsSingle wavelength drop portsOutput portch352. OADM的主要性能的主要性能 衡

2、量衡量OADM的性能主要有：的性能主要有：1)容量大小容量大小OADM的端口数量（即支持的链路数）、每端口可容纳的波的端口数量（即支持的链路数）、每端口可容纳的波长数量和可以上下路的波长数量。这些参数反映出长数量和可以上下路的波长数量。这些参数反映出OADM节节点的容量。点的容量。2) 业务接入及汇聚能力业务接入及汇聚能力OADM应能开放式的支持多业务应能开放式的支持多业务,对任何厂家的对任何厂家的SDH设备设备STM-N信号进行透明接入，包括信号进行透明接入，包括STM-1/-4/-16/-64-256；还可；还可承载其它格式的光信号，如承载其它格式的光信号，如ATM业务或业务或POS，包括

3、，包括STM-1c/4c/16c/64C；以太网；以太网业务业务，支持，支持100M/GbE/10GbE业务的接业务的接入；企业互联业务入；企业互联业务(ESCON)；光纤通道；光纤通道(FC)。其它业务方面，。其它业务方面，提供灵活的多速率接口，可以承载提供灵活的多速率接口，可以承载45Mbit/s-2.5Gbit/s之间的之间的任意速率业务任意速率业务, 汇聚多个低速率信号为高速率信号，如汇聚多个低速率信号为高速率信号，如4155M、4622M、42.5G等。等。3）多种粒度的业务调度能力）多种粒度的业务调度能力 OADM能否实现波长级和子波级的调度管理，灵活地对上下路的通道进行动态配置。

4、根据此功能，OADM可分成两种：一种是固定上下路的OADM，即只能上下一个或几个固定波长的OADM。另一种是可动态重构的光分插复用设备（ROADM），它可以通过网管软件远程控制网元中的ROADM子系统实现上下路波长的配置和动态调整。早期的ROADM只有波长级的调度管理，新的高端ROADM设备可实现波长级和子波级的调度管理。4)模块性模块性 光网络应有良好的扩展性，因此节点的模块性是衡量OADM升级能力的一个重要标准。波长数的增加，在X（如32）波内可任意增加和配置，没有限制。今后随着网络业务的发展，可根据需要，在不影响现有业务的情况下进行波长的在线升级，以充分满足未来业务发展的需要。5)支持保

5、护倒换的能力支持保护倒换的能力应支持应支持OSC通道。应支持光通道通道。应支持光通道1+1保护、通道共享保护和环网的复保护、通道共享保护和环网的复用段保护倒换等。另外，保护倒换时间也是重要指标，网络运行出用段保护倒换等。另外，保护倒换时间也是重要指标，网络运行出现故障时，环形网应能在现故障时，环形网应能在50ms之内快速恢复所承载的业务。之内快速恢复所承载的业务。6) 色散管理能力色散管理能力在进行在进行40Gb/s传输或传输或2.5Gb/s、10Gb/s混合传输时，要实现长距离传混合传输时，要实现长距离传输或者考虑保护时的较长距离传输，必须考虑色散受限等因素。在输或者考虑保护时的较长距离传输

6、，必须考虑色散受限等因素。在系统中运用色散管理技术，进行宽带色散补偿，可以实现高速长距系统中运用色散管理技术，进行宽带色散补偿，可以实现高速长距离传输，满足信号的系统传输要求。离传输，满足信号的系统传输要求。7）网管能力）网管能力OADM应该具有良好的网元管理能力。网管系统具有友好、易于操应该具有良好的网元管理能力。网管系统具有友好、易于操作的用户界面，支持网元层、网元管理层和网络管理层的多层次管作的用户界面，支持网元层、网元管理层和网络管理层的多层次管理。具有标准的理。具有标准的ITU-T告警管理、性能管理、安全管理、配置管理、告警管理、性能管理、安全管理、配置管理、维护管理和系统管理功能。

7、维护管理和系统管理功能。6.1.1 几种常用的几种常用的OADM结构结构1光开关型光开关型OADM光开关型光开关型OADM的基本结构如图的基本结构如图6-2所示。输入的所示。输入的WDM光信号首先光信号首先由解复用器把各个波长分开，利用光开关可动态地选择上下路波长，由解复用器把各个波长分开，利用光开关可动态地选择上下路波长，最后由复用器将多波长信号复用到同一链路中输出。这种方案的优最后由复用器将多波长信号复用到同一链路中输出。这种方案的优点在于结构简单，可动态重构，上下路的控制比较方便，是应用较点在于结构简单，可动态重构，上下路的控制比较方便，是应用较多的一种结构。多的一种结构。(a)光开关光

8、开关输出信号输出信号输入信号输入信号解解复复用用器器复复用用器器上路波长上路波长下路波长下路波长(b)光开关光开关 矩矩 阵阵输出输出信号信号输入输入信号信号解解复复用用器器复复用用器器上路上路波长波长下路下路波长波长. . . . . . 2. 阵列波导光栅阵列波导光栅(AWG)(AWG)型型 OADM适合静态路由的OADM结构，上下固定波长。信号从AWG左端第一端口输入，经过AWG解复用，需要下路的波长在输出端直接到下路端口，不需要下路的波长环回到AWG对应的输入端，和上路波长一起经AWG和路，从端口输出，完成分插复用功能。 适合动态路由，可以任意选择一个或几个波长上下路。这种结构的最大优

9、点在于AWG既起到了波分解复用的功能，又起到波分复用的功能，使结构紧凑，成本下降。提高AWG的隔离度、降低串扰是这种结构应解决的问题。输入输入输出输出ropAddOutputAddDropInputAWG 单个AWG环回OADM结构 2 2124312342 22 22 2AWG14141243单个单个AWG双向解复用一复用双向解复用一复用OADM方案方案由阵列波导光栅（由阵列波导光栅（AWGAWG）和光滤波器及光环形器组成的）和光滤波器及光环形器组成的一种新颖的一种新颖的双向双向OADMOADM, ,其最大的优点是具有双向传输和其最大的优点是具有双向传输和上下路的功能，上下路的功能，适用于双

10、向自愈环形网。适用于双向自愈环形网。123在光环行器中，光只能沿一个方向传输，从端口在光环行器中，光只能沿一个方向传输，从端口1输入的输入的的信号沿顺（或逆）时针方向传输，到端口的信号沿顺（或逆）时针方向传输，到端口2输出，而端输出，而端口口2入的信号，也只能沿同一方向传输，到下一端口输出。入的信号，也只能沿同一方向传输，到下一端口输出。如图所示，从西到东的多波长信号输入到光环形器，在如图所示，从西到东的多波长信号输入到光环形器，在环行器中沿顺时针方向传输，到端口环行器中沿顺时针方向传输，到端口2输出，进入输出，进入AWG的端口的端口4。在。在AWG中多波长信号被解复用，单波长信号中多波长信号

11、被解复用，单波长信号从右边的输出端口从右边的输出端口1、2. 3输出。然后，需要在本地下路输出。然后，需要在本地下路的信道直接下路，直通的信道环回（如图中的信道直接下路，直通的信道环回（如图中AWG右边的右边的端口端口1环回到端口环回到端口5，端口，端口3环回到端口环回到端口7)，与上路信道，与上路信道（端口（端口6)一起被一起被AWG沿相反方向复用，从左边的端口沿相反方向复用，从左边的端口8输输出，经过光带通滤波器出，经过光带通滤波器(OBPF1)和环行器后进入输出光和环行器后进入输出光纤。从东到西向的传输和分插复用经历类似的过程。纤。从东到西向的传输和分插复用经历类似的过程。3. 光纤光栅

12、和光环形器的光纤光栅和光环形器的OADM光纤光栅和光环形器的光纤光栅和光环形器的OADM结构如图结构如图6-5所示。由光环行所示。由光环行器、光纤布喇格光栅（器、光纤布喇格光栅（FBG）和光开关构成。）和光开关构成。输入的WDM信号经开关选路，送入某FBG。每个每个FBG对准波分复用的一个对准波分复用的一个波长，被波长，被FBG反射的波长经环形器下路到本地，其他的信号波长通过反射的波长经环形器下路到本地，其他的信号波长通过FBG，经环形器跟本地节点的上路信号波长合波后输出。若节点不需要上下路，两个光开关置在最下端，信号直通过去。这个方案同样可以根据开关状态和FBG来任意选择上下话路的波长，但只

13、能选择一个波长下路只能选择一个波长下路。 N 1光开关光开关1N光开关光开关1231-n 多个多个FBG串联构成的串联构成的OADM结构结构可同时上下路多个波长。可同时上下路多个波长。这种结构通过微调光纤光栅的折射这种结构通过微调光纤光栅的折射率来达到调谐反射波长的目的，这样串联率来达到调谐反射波长的目的，这样串联m个光纤光栅，就个光纤光栅，就可实现上下任意数目的波长的能力。可实现上下任意数目的波长的能力。 3123123123123123121221mm12m输入输入输出输出62 ROADM 为了使网络支持新业务和削减运营成本，运营商常希望采用可重构的OADM，即ROADM（Reconfig

14、urable Optical Add/drop Multiplexer）来实现高度灵活的网络，从而保证在线配置单个波长通道时也不中断业务。1.支持波长级业务开展的需要 2.便于进行网络规划，降低运营费用的需要 3.便于维护，降低维护成本的需要 6.2.1 几种主要的几种主要的ROADM 1基于波长阻塞器（基于波长阻塞器（WB）的）的ROADM基于波长阻塞器（Wavelength Blocker ，WB）的ROADM结构，如图6-7所示，它由分光器、WB、光耦合器、接收发送光转发单元、网元管理等部分组成。3dB分光器分光器WB光光耦合器耦合器接收光转发单元发送光转发单元InOutOAM1 N1

15、NDropAdd图6-7 基于波长阻塞器的ROADM WB最常见的是采用液晶或微电子机械系统(MEMS)技术，它可以支持较多的光通道数和较小的通道间隔，具有较低的色散，还可以实现多个器件的级联，易于实现光谱均衡，并且技术成熟，在上/下路波长数目不多时，成本相对较低。基于WB的ROADM产品已成熟商用。 优点优点：结构简单，模块化程度好，预留升级端口时可支持灵活扩展升级功能，上下路波长较少时成本低，支持广播业务，具备通道功率均衡能力。 缺点缺点：上下路波长较多时成本较高（独立的可调谐滤波器成本高），不易过渡至OXC。2基于基于PLC的的ROADM基于集成平面光波导回路PLC（Planar Lig

16、htwave Circuits）的ROADM结构如图6-8所示，它包含下路解复用、上路复用两个部分。下路解复用部分可由阵列波导光栅(AWG）或可调谐滤波器等组成，上路复用部分使用单片PLC。splitter下路解复用下路解复用I n putOutput1 N1 N DropAddPLC N 1上路复用上路复用解复用器复用器光开关3基于基于WSS的的ROADM1N 的WSS(wavelength selective switch) 波长选择开关一般由解复用器、1N 光开关和复用器组成，可以把输入端的任意波长组合输出到WSS 的N个输出端口中的任意一个端口。图6-9所示为15的WSS，输入的波分复

17、用信号M个波长经过解复用器成为单波长信号，然后通过一个15的光开关控制选择输出端口，在端口输出前经波分复用器与其它波长复用后一起输出。WSS光光耦合器耦合器接收光转发单元接收光转发单元InOutOAMDropAdd1-M图6-10 基于基于波长选择开关上路结构的的ROADM下路采用WSS的ROADM设备的基本实现结构如图6-11所示，WSS用于下路。波分复用信号经过WSS在Drop端口实现单波长下路，上路功能通过耦合器在输出端实现。在这种结构中WSS的输出端口除直通端口外其余的端口只选择单波长输出。WSS光光耦合器耦合器发送光转发单元发送光转发单元InOutOAMDropAdd 1-M1-M图

18、图6-11 基于波长选择开关下路结构示意图基于波长选择开关下路结构示意图 优点：结构简单，端口指配灵活，波长扩展及方向扩展 性较好，易于过渡到OXC。 缺点：上路类型节点成本较高，下路类型不支持业务 广播功能。 三种ROADM子系统技术，各具特点，采用何种技术，主要视应用而定。根据北美运营商的统计，超过70%的需求仍然是2维的应用，而只有约10%的ROADM节点，将会采用4维或以上的节点。因此，基于WB/PLC的ROADM，可以充分利用现有的成熟技术，对网络的影响最小，易于实现从FOADM到2维ROADM的升级，具有极高的成本效益。而基于WSS的ROADM，可以在所有方向提供波长粒度的信道，远

19、程可重配置所有直通端口和上下端口，适宜于实现多方向的环间互联和构建Mesh网络。因此，三种技术各有所长，在不同的网络应用中都有相应的位置。 中国高速信息示范网中国高速信息示范网中国高速信息示范网研究开发项目的英文名称正式确定为中国高速信息示范网研究开发项目的英文名称正式确定为CAINONetCAINONet，19991999年年6 6月正式向全国发布课题指南，截止月正式向全国发布课题指南，截止7 7月月2020日，共收到有效申请书日，共收到有效申请书108108份，经过几轮专家评审、答辩，份，经过几轮专家评审、答辩，确定了课题承担单位。确定了课题承担单位。 高速信息示范网项目横跨信息领域三大主

20、题，参研单高速信息示范网项目横跨信息领域三大主题，参研单位四十余家，参研人员近千名，位四十余家，参研人员近千名，研制成功了研制成功了1313个节点的全个节点的全光通信网络光通信网络，在北京海淀区地区连接中科院、北京大学、，在北京海淀区地区连接中科院、北京大学、清华大学、北京邮电大学和信息产业部电信研究院等，成清华大学、北京邮电大学和信息产业部电信研究院等，成为全球规模最大的全光试验网之一。为全球规模最大的全光试验网之一。 自主研究开发自主研究开发6个个3232的光交叉连接设备（的光交叉连接设备（OXC）、）、7个光分插复用设备（个光分插复用设备（OADM）和支持多厂家互操作的网络）和支持多厂家

21、互操作的网络管理系统，标志着我国全面掌握了全光网技术，并取得群管理系统，标志着我国全面掌握了全光网技术，并取得群体突破。体突破。 中国高速信息示范网结构示意图中国高速信息示范网结构示意图中国高速信息示范网总体目标中国高速信息示范网总体目标 到到20012001年年3 3月底将实现以下四个目标：月底将实现以下四个目标： 1. 建立一个基于光互联网技术的高速信息示范网，连建立一个基于光互联网技术的高速信息示范网，连接北京地区部分重要科研院所与著名高等院校。接北京地区部分重要科研院所与著名高等院校。“中中国高速信息示范网国高速信息示范网”将利用自行研制的光交叉连接设将利用自行研制的光交叉连接设备（备

22、（OXC）、光分插复用设备（）、光分插复用设备（OADM）、核心路）、核心路由器（由器（CR）和网络管理系统，以及通信技术主题和）和网络管理系统，以及通信技术主题和智能计算机主题研制的综合接入服务器、边缘路由器、智能计算机主题研制的综合接入服务器、边缘路由器、SDH传输系统等配套设备建设基于传输系统等配套设备建设基于IP/DWDM的示范的示范网，为以光互联网技术为代表的先进网络技术的研究、网，为以光互联网技术为代表的先进网络技术的研究、开发、测试提供一个试验平台；开发、测试提供一个试验平台；2.“2.“中国高速信息示范网中国高速信息示范网”将作为将作为863863信息领域信息领域验收平台，集成

23、验收平台，集成863863信息领域近年来的主要成果；信息领域近年来的主要成果； 3. 3. 开展光互联网关键技术的研究，强调创新，开展光互联网关键技术的研究，强调创新，发展具有自主知识产权的光互联网技术体制及技发展具有自主知识产权的光互联网技术体制及技术标准与建议；术标准与建议； 4. 引导国内研究团体和企业大力开展网络通信技引导国内研究团体和企业大力开展网络通信技术的研究，自主发展我国的高性能路由器、全光术的研究，自主发展我国的高性能路由器、全光网络设备、接入设备等网络设备、接入设备等,研制开发出一批高水平、研制开发出一批高水平、标志性的具有自主知识产权的标志性的具有自主知识产权的863研究

24、成果，并研究成果，并促进这些成果形成产业化。促进这些成果形成产业化。 CAINONET一中国高速信息示范网一中国高速信息示范网单向单向 OADM节点内部结构节点内部结构工作工作光纤光纤光发射接收模块光发射接收模块光上下路模块光上下路模块解解复复用用器器模模块块复复用用器器模模块块光保护模块光保护模块光放光放大器大器模块模块光放光放大器大器模块模块保护光纤保护光纤CAINONETCAINONET一中国高速信息示范网一中国高速信息示范网双向双向OADM节点内部结构节点内部结构 OADM节点工作原理图节点工作原理图1550nm信号信号1510nm信号信号EDFAMUX/DEMUXMUX/DEMUXE

25、DFA光保护版光保护版OPU光保护版光保护版OPU1510nm信号信号分插分插模块模块上上下下传输速率传输速率2048kb/s 1分插复用和直通功能分插复用和直通功能 分插复用和直通功能是一个分插复用和直通功能是一个OADM节点的最关键功能，节点的最关键功能，利用分插和直通功能可以在网络中的每个节点处非常方便利用分插和直通功能可以在网络中的每个节点处非常方便地上下路所需的波长，同时将和本地节点无关的波长直接地上下路所需的波长，同时将和本地节点无关的波长直接从节点从节点中直通而过。中直通而过。 2.节点的信号指配功能节点的信号指配功能 为了增强系统的波长指配灵活性，需要在节点中增加系为了增强系统

26、的波长指配灵活性，需要在节点中增加系统的指配功能。统的指配功能。有的OADM节点不具有可重构的能力，也就是说，在这个节点上下路的信号波长和波长数量都是一定的。如果要在此类节点中下路其他内容的信号，则需要在信号的源节点处将信号变换为此波长的信号，建立一条波长通道。具有建立波长通道的能力是光网络的必然需求，而建立波长通道的关键就是具有灵活的信道变换能力。 OADM1OADM21111 mn上路上路在在OADM节点中实现的信号动态指节点中实现的信号动态指配功能。任一个波长信号（图中虚配功能。任一个波长信号（图中虚线所示）利用信号指配模块，从端线所示）利用信号指配模块，从端口口1入，从端口入，从端口3出，利用端口出，利用端口3外接外接的的OTU将波长转换为几：，并通过将波长转换为几：，并通过上下路模块实现上路，构成了一条上下路模块实现上路，构成了一条波长通道。利用这种结构的信号指波长通道。利用这种结构的信号指配功能，任何波长的光信号都能根配功能，任何波长的光信号都能根据需要变换到所需要的信道上去，据需要变换到所需要的信道上去，可以非常好地实现波长通道的功能，可以非常好