如今我們所處的時代，是流量爆炸性增長的時代,。4K/8K,、VR/AR 輪番上陣，5G,、WiFi-6 加速普及,，對整個通信承載網(wǎng)絡，帶來了巨大的帶寬壓力,。

　　想要應對這樣的壓力,，目前看來只有一個辦法，那就是將整個網(wǎng)絡全面光纖化,，建設大一統(tǒng)的全光網(wǎng)絡,。

　　全光網(wǎng)絡，也稱全光網(wǎng),，英文名是 All-Optical Network,，AON。這是一種網(wǎng)絡傳輸和交換過程全部通過光纖實現(xiàn)的網(wǎng)絡,，中間不需要進行光信號和電信號的轉(zhuǎn)換,。

　　打個比方：

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

　　而光網(wǎng)絡,，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)的演進過程分為三個階段：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。

　　第一階段的骨干和傳輸光纖化,，很容易理解,，就是把網(wǎng)絡骨干線路的路由器、交換機全部換成光通信設備,，引入 WDM（波分復用）/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,，更簡單,，就是使用 PON（無源光網(wǎng)絡）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,。這也就是我們常說的 FTTx（例如 FTTH，F(xiàn)iber To The Home,，光纖入戶）,，也稱接入網(wǎng)的“光進銅退”。

　　第三階段,，傳輸節(jié)點引入光交換（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階段。它是我們今天文章討論的重點,。

　　大家應該知道,，光纖通信有一個很重要的特點,，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?，很難附加信號和提取信號,。一條光線路，通常只能從起點站上車,，到終點站才能下車,。

　　光纖的特點：“一站到底”

　　相比之下，銅線網(wǎng)線里傳輸?shù)氖请娦盘?，電信號的“上下車”要方便得多?/p>

　　電信號的特點：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 波分復用技術(shù),，將不同波長的光,，塞在一根光纖里，然后進行傳輸,。

　　WDM,，Wavelength Division Multiplexing

　　WDM 是最常見的光層組網(wǎng)技術(shù)，但它本質(zhì)上仍然是一個點到點的線路系統(tǒng),。

　　那么問題來了,，城市交通（通信網(wǎng)絡）是復雜的多節(jié)點網(wǎng)絡，有很多的車站,，如果地鐵只支持點到點的傳輸,，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,，但是站點死板

　　公交：速度慢，但是站點靈活

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

　　于是,，我們就會想到,，可以建設更多的地鐵換乘站，讓乘客實現(xiàn)中間站點上下車,，以及地鐵線路之間的無縫換乘,。

　　所有站點改造成“地鐵換乘站”

　　而咱們今天要說的 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，也比較燒腦,，是 Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers,，可重構(gòu)光分插復用器。

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

　　FOADM 分為串型和并型。下圖是并型的簡單原理示意圖：

　　FOADM（并型）結(jié)構(gòu)示意圖

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

　　要上路（上車）的特定波長,，和其它波長一起,，再次經(jīng)過 MUX（合波器）復用，然后開車去下一節(jié)點,。

　　這種方式貌似簡單,，但是有一個很要命的缺點，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，你沒有辦法動態(tài)修改,。如果你硬要改,，只能人工維護。

　　正因為如此,，這種方式才被稱為固定式OADM,。

　　FOADM 過于死板，維護復雜，無法滿足網(wǎng)絡靈活多變的需求,，所以,，取而代之的 ROADM 出現(xiàn)了。

　　ROADM 的特點是可重構(gòu),、可動態(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,。

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

　　WB 波長阻斷器,，可以把指定的波長通道給“打掉”：

　　完整的 WB-ROADM 實現(xiàn)原理如下：

　　WB-ROADM

　　當 WDM 過來信號后,，分光器會把波長信號分為 2 束，一束經(jīng)過 WB 模塊,，一束則送到下行濾波器,。下行濾波器將信號在本地下車，接收所需要的信號波長,。

　　WB 把信號中已經(jīng)下車的波長“打掉”,，然后匯合本地上車的波長，進行合路,，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,，將解復用器,、光開關(guān)、VOA（可變光衰器）,、分光器及復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，WSS 出現(xiàn)了,，ROADM 進入了一個新的階段,。

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

　　WSS 波長選擇開關(guān)

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

　　WSS 波長選擇開關(guān)

　　具體來看 WSS 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：光波通過準直透鏡輸入后，采用衍射光柵或 AWG（Arrayed Waveguide Grating,，陣列波導光柵）進行濾波,，把不同波長的光波給分拆出來，然后各個波長的光送到光開關(guān),。光開關(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,，就實現(xiàn)了對波長的選擇,。

　　WSS 的工作原理

　　大家應該看出來了，WSS 的核心關(guān)鍵,，就在于光開關(guān)方案,。

　　目前主流的 WSS 光開關(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 寬度以及超級通道,。（LC WSS 經(jīng)優(yōu)化設計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,？

　　前面我們說過了，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一出的兩維,，變成多進多出的多維。

　　四維 ROADM

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

　　對于 ROADM 這個中轉(zhuǎn)換乘站,，運營商對中轉(zhuǎn)換乘能力（光網(wǎng)絡交叉能力）提出了更高的要求。這些要求歸納起來,，就是四個字母——C,、D、C,、F,，也就是：

　　Colorless（波長無關(guān)）

　　Directionless（方向無關(guān)）

　　Contentionless（競爭無關(guān)）

　　Flexi-Grid（波道間隔可調(diào)）

　　我們一個一個來說。

　　首先是 Colorless（波長無關(guān)）,。

　　波長無關(guān)也稱為“無色”,，是指任何波長通道都可以從任何端口進行上下路。

　　簡單來說,，以前這個站只能上班族上下車,，現(xiàn)在變成了學生、老人,、兒童、軍人等所有人都可以上下車,。

　　然后是 Directionless(方向無關(guān)),。

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

　　簡單來說，以前這個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,。所有方向來的乘客,，也都可以在這下車。

　　再就是 Contentionless（競爭無關(guān)）,。

　　這也稱為“無沖突”,。它是指支持同樣波長的多個業(yè)務在同一個本地節(jié)點上下路。

　　簡單來說,，就是來自不同方向的同一類乘客,，都可以在這個站下車。或者,，想去不同方向的同一類乘客,，都可以在這個站上車。

　　注①：看紅色的線,，相同波長的波可以同時上車,、下車

　　最后一個，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)絡資源利用率,，系統(tǒng)根據(jù)各信號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,，就是支持動態(tài)波長上下和帶寬分配,。

　　基于以上 4 個字母：

　　方向無關(guān)、波長相關(guān),，叫 D-ROADM ,；

　　方向無關(guān)、波長無關(guān),，叫 CD-ROADM ,；

　　方向無關(guān)，波長無關(guān),，競爭無關(guān),，叫 CDC-ROADM ；

　　方向無關(guān),，波長無關(guān),，競爭無關(guān)，靈活柵格,，叫 CDC-F ROADM ,。

　　Are you clear？

　　除了功能強大之外,，ROADM 還有一個巨大的優(yōu)勢,，那就是管理運維方便,。

　　前面我們就有提到，ROADM 的波長信號和通道配置,，都是可以通過網(wǎng)管軟件遠程進行操作的,，降低了運維難度，縮短了部署周期,，也節(jié)約了人力成本,，提高了網(wǎng)絡管理效率。

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

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

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

　　SDN+ROADM

　　最后,，我再總結(jié)一下。

　　ROADM 技術(shù)作為一項重要的“中轉(zhuǎn)換乘站”技術(shù),，可以幫助網(wǎng)絡實現(xiàn)電節(jié)點到光節(jié)點的全面升級,，突破網(wǎng)絡節(jié)點容量瓶頸，實現(xiàn)全光自動調(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)推動向前發(fā)展,。

　　隨著 ROADM 不斷走向高效,、智能、開放,，我們最終將會迎來真正的終極版“全光網(wǎng)”時代,。