基于ROADM的全光网结构以及什么是CDC-F ROADM?

近两年来，5G成为全世界的聚焦点，它以高速率、广连接和低时延为特征。无线通信技术已经成就了5G的前两项特征，然而，5G通信的时延与支撑无线基站的光纤网络有关。终端设备的高速率和广连接，耗尽了光纤通信系统的带宽，导致更多的时延。光纤网络有待升级，重点在城域网的升级。基于成本考虑，现有的城域网主要是基于CWDM和FOADM（固定光分叉复用器）技术，为了升级网络，之前应用于骨干网中的DWDM和ROADM（可重构光分叉复用器）技术，有望下沉至城域网。

全光网结构
为了提高光纤网络的效率和运营成本，新一代的全光网AON应具有SDN（软件定义网络）功能，SDN网络可通过软件设置来重构，免于人工操作。ROADM是实现SDN网络的关键设备，如图1所示。基于ROADM的全光网包括三层架构：长途网、城域网和接入网。长途网实现大城市之间的连接，通常建设成MESH（网状网）结构。城域网则通常采用光纤环网结构，随着电信业务的多样化和复杂化，城域网演进成多环结构，包括一个核心环网和多个边缘环网。接入网由城域环网提供支持，并延伸到终端用户附近。接入网与用户之间的最后连接方式包括FTTx（光纤到商务楼宇、学校和家庭，等等）和无线基站。

CDC-F ROADM是什么?
每个ROADM节点包含一个网络节点接口（NNI）和一个用户网络接口（UNI）。NNI互连来自/去往多个传输方向的DWDM信号，这些DWDM信号以波长粒度在各传输方向之间切换。UNI以波长粒度下载目的地为本节点的信号，并从本节点上传信号。为了实现无阻塞的波长交换和上/下载，新一代ROADM节点要求具有无色、无方向性和无竞争（CDC ROADM）的特点。
考虑一个8维ROADM节点，每个传输方向有80个DWDM信道，因此节点处需要处理的总波长数为8×80=640个。然而根据统计，在每个ROADM节点的UNI侧需要上/下载处理的波长数一般小于总数的20%，大多数波长仅在NNI侧进行交换。因此UNI侧配置640×20%=128个上/下载端口数就足够了。然而，只准备20%的上/下载端口，要求每个端口都是多面手，意味着每个上载或者下载端口能够根据控制系统的安排，上载或者下载去往或者来自不同方向的不同波长（无色和无方向性），同时要求UNI侧能够同时下载来自不同方向的相同波长（无竞争）。
光纤中传输的信号，可能存在不同比特率。在高速传输系统中，因调制产生边带，不同比特率的信号需要不同的信道宽度。如图2所示，比特率为100G、400G和1T的信号，分别需要50GHz、75GHz和150GHz的信道宽度，这与低速信号（≤25G）大不相同。低速信号通常占用信道宽度为50GHz或者100GHz，取决于DWDM系统的设计，而非受限于信号的调制速率。

为了适应即将到来的高速传输，DWDM系统应具有超信道功能，信道宽度应该是可变的，可根据需要动态调整为50GHz、75GHz、100GHz、150GHz，等等。超信道功能是系统设计语言，光学模块设计人员通常用另一个词“灵活带宽”表述相同意思。
一个具备无色、无方向性和无竞争功能的ROADM节点，称为CDC ROADM，如果节点进一步支持灵活带宽功能，则称为CDC-F ROADM。
即将到来的5G应用促进全光网的升级，作为全光网中的关键部分，ROADM市场有望迎来快速增长，特别是在城域网中的应用。