如今我們所處的時(shí)代,，是流量爆炸性增長(zhǎng)的時(shí)代。4K/8K、VR/AR 輪番上陣,，5G、WiFi-6 加速普及,，對(duì)整個(gè)通信承載網(wǎng)絡(luò),，帶來(lái)了巨大的帶寬壓力。

　　想要應(yīng)對(duì)這樣的壓力,，目前看來(lái)只有一個(gè)辦法,，那就是將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)全面光纖化,，建設(shè)大一統(tǒng)的全光網(wǎng)絡(luò)。

　　全光網(wǎng)絡(luò),，也稱全光網(wǎng),，英文名是 All-Optical Network，AON,。這是一種網(wǎng)絡(luò)傳輸和交換過(guò)程全部通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò),，中間不需要進(jìn)行光信號(hào)和電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

　　打個(gè)比方：

　　傳統(tǒng)電網(wǎng)絡(luò),，也就是銅線網(wǎng)線連接的網(wǎng)絡(luò),，我們可以把它看成公共汽車交通網(wǎng)，存在時(shí)間長(zhǎng),，分布廣泛,。

　　而光網(wǎng)絡(luò)，采用的是光纖傳輸,，速率更快,，帶寬更高。我們可以把它看成地鐵交通網(wǎng),。

　　所謂“全光網(wǎng)”,，就是把整個(gè)公交系統(tǒng)，全部替換成地鐵,。

　　怎么樣,？是不是看上去超贊？

　　然鵝,，這么一個(gè)宏大的工程,，是不可能在短期內(nèi)完成的。

　　按行業(yè)大佬們的規(guī)劃,，全光網(wǎng)的演進(jìn)過(guò)程分為三個(gè)階段：第一階段,，骨干和傳輸光纖化；第二階段,，接入網(wǎng)光纖化,；第三階段，傳輸節(jié)點(diǎn)引入光交換,，即引入 ROADM 和 OXC,。

　　哎喲，本文的主角——ROADM,，出現(xiàn)了嘛,。別急，先晾在這,，我們繼續(xù)往下說(shuō),。

　　第一階段的骨干和傳輸光纖化,，很容易理解，就是把網(wǎng)絡(luò)骨干線路的路由器,、交換機(jī)全部換成光通信設(shè)備,，引入 WDM（波分復(fù)用）/OTN（光傳送網(wǎng)），把銅纜網(wǎng)線全部換成光纖,。

　　第二階段的接入網(wǎng)光纖化,，更簡(jiǎn)單，就是使用 PON（無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）系統(tǒng),，把家里的 ADSL 網(wǎng)線（電話線）上網(wǎng),，全部換成光纖寬帶接入。這也就是我們常說(shuō)的 FTTx（例如 FTTH,，F(xiàn)iber To The Home,，光纖入戶），也稱接入網(wǎng)的“光進(jìn)銅退”,。

　　第三階段,，傳輸節(jié)點(diǎn)引入光交換（ROADM 和 OXC）。這一階段很容易被人忽視,，但是重要性不亞于前兩個(gè)階段,。它是我們今天文章討論的重點(diǎn),。

　　大家應(yīng)該知道,，光纖通信有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，就是——“一站到底”,。

　　光纖作為一根“玻璃管道”,，里面?zhèn)鬏數(shù)氖枪庑盘?hào)，很難附加信號(hào)和提取信號(hào),。一條光線路,，通常只能從起點(diǎn)站上車，到終點(diǎn)站才能下車,。

　　光纖的特點(diǎn)：“一站到底”

　　相比之下,，銅線網(wǎng)線里傳輸?shù)氖请娦盘?hào)，電信號(hào)的“上下車”要方便得多,。

　　電信號(hào)的特點(diǎn)：容易交換,，容易“上下車”

　　為了能容納更多“乘客”，光纖通信引入了 WDM 波分復(fù)用技術(shù),，將不同波長(zhǎng)的光,，塞在一根光纖里，然后進(jìn)行傳輸,。

　　WDM,，Wavelength Division Multiplexing

　　WDM 是最常見(jiàn)的光層組網(wǎng)技術(shù),，但它本質(zhì)上仍然是一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的線路系統(tǒng)。

　　那么問(wèn)題來(lái)了,，城市交通（通信網(wǎng)絡(luò)）是復(fù)雜的多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),，有很多的車站，如果地鐵只支持點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸,，那么中間車站的乘客怎么辦呢,？下了地鐵再換乘公交嗎？

　　地鐵：速度快,，但是站點(diǎn)死板

　　公交：速度慢,，但是站點(diǎn)靈活

　　如果采用“地鐵換乘公交”的方式，既增加了復(fù)雜度,，也形成了速率和帶寬瓶頸,。

　　于是，我們就會(huì)想到,，可以建設(shè)更多的地鐵換乘站,，讓乘客實(shí)現(xiàn)中間站點(diǎn)上下車，以及地鐵線路之間的無(wú)縫換乘,。

　　所有站點(diǎn)改造成“地鐵換乘站”

　　而咱們今天要說(shuō)的 ROADM 技術(shù),，就是“地鐵換乘站”的專有技術(shù)。

　　ROADM,，可以念做“肉德姆”,，英文全稱比較長(zhǎng)，也比較燒腦,，是 Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers,，可重構(gòu)光分插復(fù)用器。

　　介紹 ROADM 之前,，我們先看看 FOADM,。FOADM 是 Fixed OADM，固定式光分叉復(fù)用器,。它比 ROADM 更早出現(xiàn),，目的是一樣的，為了實(shí)現(xiàn)乘客的上車,、下車,。

　　FOADM 分為串型和并型。下圖是并型的簡(jiǎn)單原理示意圖：

　　FOADM（并型）結(jié)構(gòu)示意圖

　　很容易看懂,，首先使用 DEMUX（分波器）將所有波長(zhǎng)解復(fù)用（拆分開(kāi)）,，之后根據(jù)需要，將某些波長(zhǎng)直接穿通，同時(shí),，將特定波長(zhǎng)下路至本地（下車）,。

　　要上路（上車）的特定波長(zhǎng)，和其它波長(zhǎng)一起,，再次經(jīng)過(guò) MUX（合波器）復(fù)用,，然后開(kāi)車去下一節(jié)點(diǎn)。

　　這種方式貌似簡(jiǎn)單,，但是有一個(gè)很要命的缺點(diǎn),，就是限制太死——哪些波可以下車，哪些波可以上車,，都是固定死的,，你沒(méi)有辦法動(dòng)態(tài)修改。如果你硬要改,，只能人工維護(hù),。

　　正因?yàn)槿绱耍@種方式才被稱為固定式OADM,。

　　FOADM 過(guò)于死板,，維護(hù)復(fù)雜，無(wú)法滿足網(wǎng)絡(luò)靈活多變的需求,，所以,，取而代之的 ROADM 出現(xiàn)了。

　　ROADM 的特點(diǎn)是可重構(gòu),、可動(dòng)態(tài)配置,，可靈活調(diào)整。它大概出現(xiàn)于 2000 年左右,，至今為止經(jīng)歷 20 年的發(fā)展,。

　　最開(kāi)始的階段，是 2001 年首次實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的基于WB（Wavelength Blocker,，波長(zhǎng)阻斷器）技術(shù)的 ROADM。

　　WB 波長(zhǎng)阻斷器,，可以把指定的波長(zhǎng)通道給“打掉”：

　　完整的 WB-ROADM 實(shí)現(xiàn)原理如下：

　　WB-ROADM

　　當(dāng) WDM 過(guò)來(lái)信號(hào)后,，分光器會(huì)把波長(zhǎng)信號(hào)分為 2 束，一束經(jīng)過(guò) WB 模塊,，一束則送到下行濾波器,。下行濾波器將信號(hào)在本地下車，接收所需要的信號(hào)波長(zhǎng),。

　　WB 把信號(hào)中已經(jīng)下車的波長(zhǎng)“打掉”,，然后匯合本地上車的波長(zhǎng)，進(jìn)行合路，然后再往下一站送,。

　　2003 年左右,，出現(xiàn)了基于平面光波導(dǎo)回路（Planar Lightwave Circuit，PLC）技術(shù)的 ROADM,。

　　PLC 是一種基于硅工藝的集成電路,。采用 PLC 的 ROADM，將解復(fù)用器,、光開(kāi)關(guān),、VOA（可變光衰器）、分光器及復(fù)用器等集成在一塊芯片上,，提高了集成度,，降低了系統(tǒng)成本。

　　PLC-ROADM,，就是統(tǒng)統(tǒng)打包

　　再到后來(lái),，WSS 出現(xiàn)了，ROADM 進(jìn)入了一個(gè)新的階段,。

　　WSS,，就是波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)（Wavelength Selective Switch）。它的端口結(jié)構(gòu)為 1×K（1 進(jìn) K 出）,，擁有一個(gè)輸入端口和 K 個(gè)輸出端口,。WSS 采用光開(kāi)關(guān)陣列，可以將波長(zhǎng)信號(hào)分插到任意通道進(jìn)行傳輸,。

　　WSS 波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)

　　也就是說(shuō),，基于 WSS，可以實(shí)現(xiàn)端口的任意指配,，具有很高的自由度,。

　　WSS 波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)

　　具體來(lái)看 WSS 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：光波通過(guò)準(zhǔn)直透鏡輸入后，采用衍射光柵或 AWG（Arrayed Waveguide Grating,，陣列波導(dǎo)光柵）進(jìn)行濾波,，把不同波長(zhǎng)的光波給分拆出來(lái)，然后各個(gè)波長(zhǎng)的光送到光開(kāi)關(guān),。光開(kāi)關(guān)根據(jù)需要,，把指定的光折返到指定的方向，把不要的光給干掉,，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)波長(zhǎng)的選擇,。

　　WSS 的工作原理

　　大家應(yīng)該看出來(lái)了，WSS 的核心關(guān)鍵,，就在于光開(kāi)關(guān)方案,。

　　目前主流的 WSS 光開(kāi)關(guān)方案有三種，分別是 MEMS、LC 和 LCoS,。

　　限于篇幅,，三種方案的具體原理就不做詳細(xì)解釋了。網(wǎng)上的資料比較多,，搜一下就有,。

　　三種方案中，LCoS（硅基液晶）方案屬于第三代 ROADM 技術(shù),，它和另外兩種方案最大的區(qū)別在于,，它原生支持靈活柵格（Flexi-Grid）功能，支持可變 channel 寬度以及超級(jí)通道,。（LC WSS 經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)之后也能支持靈活帶寬功能,，而 MEMS WSS 則不支持該功能。）

　　這是什么意思呢,？

　　前面我們說(shuō)過(guò)了,，由于 WSS 的出現(xiàn)，使得 ROADM 有了更高的自由度,。它可以從之前的一進(jìn)一出的兩維,，變成多進(jìn)多出的多維。

　　四維 ROADM

　　也就是說(shuō),，我們的換乘站,，變成了中轉(zhuǎn)換乘站，可以去不同的方向,。

　　對(duì)于 ROADM 這個(gè)中轉(zhuǎn)換乘站,，運(yùn)營(yíng)商對(duì)中轉(zhuǎn)換乘能力（光網(wǎng)絡(luò)交叉能力）提出了更高的要求。這些要求歸納起來(lái),，就是四個(gè)字母——C,、D、C,、F,，也就是：

　　Colorless（波長(zhǎng)無(wú)關(guān)）

　　Directionless（方向無(wú)關(guān)）

　　Contentionless（競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān)）

　　Flexi-Grid（波道間隔可調(diào)）

　　我們一個(gè)一個(gè)來(lái)說(shuō)。

　　首先是 Colorless（波長(zhǎng)無(wú)關(guān)）,。

　　波長(zhǎng)無(wú)關(guān)也稱為“無(wú)色”,，是指任何波長(zhǎng)通道都可以從任何端口進(jìn)行上下路。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),，以前這個(gè)站只能上班族上下車，現(xiàn)在變成了學(xué)生,、老人,、兒童、軍人等所有人都可以上下車。

　　然后是 Directionless(方向無(wú)關(guān)),。

　　這個(gè)也很好理解,，是指任何本地業(yè)務(wù)可以配置為發(fā)送到任何方向，或者任何方向的業(yè)務(wù)都可以配置到本地下路,。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),，以前這個(gè)站上車只能去中山陵，現(xiàn)在可以去夫子廟,、總統(tǒng)府,、老門東等所有方向。所有方向來(lái)的乘客,，也都可以在這下車,。

　　再就是 Contentionless（競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān)）。

　　這也稱為“無(wú)沖突”,。它是指支持同樣波長(zhǎng)的多個(gè)業(yè)務(wù)在同一個(gè)本地節(jié)點(diǎn)上下路,。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是來(lái)自不同方向的同一類乘客,，都可以在這個(gè)站下車,。或者,，想去不同方向的同一類乘客,，都可以在這個(gè)站上車。

　　注①：看紅色的線,，相同波長(zhǎng)的波可以同時(shí)上車,、下車

　　最后一個(gè)，就是前面我們提到的靈活柵格（Flexi-Grid）,，也稱為 Gridless,，意思是波道間隔任意可調(diào)。這是一種提高頻譜效率的新技術(shù),，隨著高速大容量 WDM 技術(shù)發(fā)展過(guò)程而出現(xiàn),。

　　在傳統(tǒng) DWDM 技術(shù)中，各種的分合波器件都是基于固定的帶寬柵格定義,，例如 50/100 GHz,。而在可變帶寬光網(wǎng)絡(luò)中，為了支持新型高速和超高速數(shù)據(jù)傳輸并提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率,，系統(tǒng)根據(jù)各信號(hào)需要的頻譜分配不同的帶寬,。這就是靈活柵格（Flexi-Grid）。

　　支持靈活柵格的 ROADM,，就是支持動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)上下和帶寬分配,。

　　基于以上 4 個(gè)字母：

　　方向無(wú)關(guān),、波長(zhǎng)相關(guān)，叫 D-ROADM ,；

　　方向無(wú)關(guān),、波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，叫 CD-ROADM ,；

　　方向無(wú)關(guān),，波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān),，叫 CDC-ROADM ,；

　　方向無(wú)關(guān)，波長(zhǎng)無(wú)關(guān),，競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān),，靈活柵格，叫 CDC-F ROADM ,。

　　Are you clear,？

　　除了功能強(qiáng)大之外，ROADM 還有一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì),，那就是管理運(yùn)維方便,。

　　前面我們就有提到，ROADM 的波長(zhǎng)信號(hào)和通道配置,，都是可以通過(guò)網(wǎng)管軟件遠(yuǎn)程進(jìn)行操作的,，降低了運(yùn)維難度，縮短了部署周期,，也節(jié)約了人力成本,，提高了網(wǎng)絡(luò)管理效率。

　　此外,，基于 ROADM 的網(wǎng)絡(luò)交通管理功能,，大家應(yīng)該很容易會(huì)想到，我們現(xiàn)在非常流行的 SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）技術(shù),，其實(shí)是可以與 ROADM 進(jìn)行結(jié)合的,。

　　現(xiàn)在有行業(yè)企業(yè)發(fā)起成立的Open ROADM，干的就是這個(gè)事,。

　　他們計(jì)劃把 ROADM 按功能模塊進(jìn)行拆分,，然后將廠商私有的 ROADM 軟硬件進(jìn)行解耦，利用 SDN 控制器來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度,。

　　SDN+ROADM

　　最后,，我再總結(jié)一下。

　　ROADM 技術(shù)作為一項(xiàng)重要的“中轉(zhuǎn)換乘站”技術(shù),，可以幫助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電節(jié)點(diǎn)到光節(jié)點(diǎn)的全面升級(jí),，突破網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)容量瓶頸,，實(shí)現(xiàn)全光自動(dòng)調(diào)度,。

　　ROADM 自身也還處于不斷發(fā)展的階段,。ROADM 的器件性能還有待進(jìn)一步提升，成本也有很大的下降空間,。ROADM 的產(chǎn)業(yè)鏈,，還需要持續(xù)推動(dòng)向前發(fā)展。

　　隨著 ROADM 不斷走向高效,、智能,、開(kāi)放，我們最終將會(huì)迎來(lái)真正的終極版“全光網(wǎng)”時(shí)代,。