基于可重配置光分插复用器(ROADM)的嵌入式控制应用

　对于城域网络和长途网络来说，如果光传送层具有远程重新配置的能力，则可以极大地降低运营成本。运营商也已经意识到这种潜力，并在最近业务网络的招标中加入了对于可重配置光分插复用器(ROADM)以及多维光开关的要求。

　　对于ROADM这项新技术的关注开始于电信业大滑坡之际，当时，设备商纷纷在新产品开发上减少投资。几乎没有几家公司顾得上认真地研究ROADM带来的机会，而有些公司则争先恐后地以最快的速度、最低廉的成本补全它们的产品线。不过值得庆幸的是：我们还可以通过其它方式来满足ROADM这个新的市场需求。 ROADM是什么?

　　“ROADM”是指一种网络元素(或称节点)，通过远程的重新配置，可以动态上下业务波长，并且，业务波长的功率也是可以管理的。图1是ROADM节点的一个通用模型，如图所示，

　　

 

　　ROADM的组成模块随应用的不同而不同。不过大多数ROADM都具有这里列出的模块。

　　ROADM节点的主要功能模块包括：

　　●前置和后置光放大器。

　　●光业务信道(OSC)的生成和终结。

　　●波长下路。

　　●波长上路。

　　●节点内部聚合信道或单信道的功率监控，可在节点内多处进行。

　　●可用/不可用和可选波长的监测，整个节点内的光信号的信噪比监测。

　　●上下路和直通波长的功率/衰减控制。

　　●色散补偿。

　　●前置和后置放大器的增益均衡。

　　系统集成商所提供的ROADM产品随应用的不同而不同。从相对廉价的基本系统到高度灵活的可扩展平台，系统提供商需要选择不同的系统结构和不同的下层器件技术来满足市场提出的不同的成本和性能要求。

　　通常，系统集成商采用模块化结构，以提高ROADM系统的部署效率，他们希望以最低的价格提供所需要的功能，并提供进一步扩展的空间，以满足网络扩展带来的新的需求。

　　然而，随着配置复杂性的增加，ROADM的控制环境也因为互通的元素数量增加、器件技术种类的增加和系统功能的物理分布等因素而变得越来越复杂。 关键光模块ROADM设计者面临的主要挑战有：可选的技术种类太多，而且这些技术演进太快;另外，市场要求ROADM系统必须是支持多项应用的高性价比的模块化系统。

　　制造ROADM的两种主要器件技术分别是基于体块光学的波长选择开关(WSS)技术和基于平面光路(PLC)的集成复用器/解复用器/光开关/可变光衰减器(VOA)和探测器技术。 在基于WSS技术的设备中，光性能监测器通常是一个分立的设备，一般放在一块单独的封装电路中，前面放置一个N端口的光开关，以便几个待测点共享一个监测器。在这种设备中，只有节点内部能够相互通信，控制电路的功能才能实现。基于PLC的设备通常在每一个信道中集成了一个功率监测器，这样就不需要外部的功率监测设备了。不过，它只在一个点上提供单信道功率监测，这对控制结构有很大的限制。

　　由于这些技术正处于快速演进的过程中，而哪种技术具有绝对优势还无法预见，所以系统 集成商必须进行模块化设计，以便以后用新的器件作替换时，需要重新设计的工作量最小。最后，为了满足一些性能、容量要求较低，而成本要求较高的需求，控制体系必须在去掉某些器件后仍能正常运行。以上所述不仅对接口的一致性提出了一定程度的要求，而且要求尽可能对下层功能进行抽象，以便对其余节点提供统一的接口。

　　图2是ROADM节点处的各种嵌入式控制智能。这里的ROADM是基于WSS技术的。

　　

 

　　嵌入式控制包含几个不同的控制机制和层次。设计者可以自己集成这些功能，不过这样做复杂性和器件成本都很高。

　　所谓“嵌入式控制智能”，顾名思义，它的控制电路对于电路组件和光器件来说是处于本地的。根据光模块提供智能的层次的不同，控制电路可以在电路组件的处理器上工作，也可以在光模块内部的处理器上工作。一共有三种本地控制电路。第一种控制电路，由于所需的所有激励信号都来源于器件，比如激光器的电流和衬底的温度，所以它处于本地。第二种情况是：控制所需的带宽很宽，排除了电路组件之间通信的可能，所以也只能在本地完成控制功能。第三种情况是：控制是在器件层发生的，但是需要高层的合作才能实现控制的功能。比如控制目标的设定，根据系统的状态(如VOA的设置和EDFA的增益)改变控制行为等。
上述的本地控制是在一个单独的光器件或者模块内部进行的，而协调控制层的任务则是把多个不同的模块和控制功能捆绑起来，使之成为一个可以工作的ROADM系统。这一层的具体功能包括：

　　●把远程反馈信息导入本地控制电路。

　　●监测本地控制电路的运行状态是否满足规定。

　　●在启动、关机和故障时协调各个本地电路之间的工作。

　　●根据节点的配置和状态为下层的子系统设定运行任务(如：上下路业务的协调和上路业务的功率控制)

　　●当应用多点控制电路时，协调本节点和其它节点的工作。

　　告警和事件处理层根据运行、管理、维护和业务配给(OAM&P)系统设置的触发点生成事件，聚合本地控制和协调控制功能产生的事件，并负责解除绑定、系统验证、事件屏蔽和优先级设置。

　　OAM&P层提供人机接口的所有必需功能。OAM&P层为本地脚本接口或者远程管理系统提供命令的翻译，它把命令解析成为ROADM节点内部的配置信息和查询操作。OAM&P层还负责由于系统配置改变而引起的通信事件和告警，它通过北向接口把消息发送到管理系统或者本地的脚本接口。另外，这一层还协助完成系统软硬件的在线升级。

　　图2描述的是传统的开发模型，系统集成商使用分立的或者低级的光器件集成一个ROADM系统。系统集成商负责各个层次控制智能的开发工作，包括本地控制、协调控制、告警处理、通信和OAM&P。集成商对于平台开发拥有完全的控制权，通过定制开发每一个光器件的控制程序和接口最有效地实现整个系统。

　　这种开发模型可以降低材料成本，但是因为一个系统中包括各种各样的技术，所以这种开发模型需要在控制系统的开发方面注入相当大的投资。由于资源有限，缩减运营开销的压力也越来越大，所以ROADM的开发工作进行起来非常艰难。现在，希望开发ROADM的设备商(即使曾经有过几家具有这种能力)已没有几家能够支付得起这笔高额的内部开发费用。 向供应链上端转移。尽管存在着种种限制，但是为了不放过ROADM这个机会。一些设备商开始发动他们的合作伙伴帮助他们填充产品线上的这项空白。而另一些设备商则求助于光器件提供商以降低开发的风险。和光网络业外包的趋势相同，设备商们把器件提供商推向价值链的上端，使其分担更多ROADM开发的风险。

　　器件提供商们已做出积极的回应，他们已开始把拥有控制电路和软件的智能光模块提供给设备商，有时，甚至提供完整的线卡。图3所示就是基于目前的电信供应链，实现ROADM控制功能的一个典型模型。

　　

 

　　使用智能模块和集成产品可以简化ROADM的控制。但是现存的很多障碍限制了模块所能提供的智能水平。

　　理想情况下，器件提供商在价值链上的这种上移会为系统集成商带来高度集成化、智能化的现成器件，使他们能够快速而高效地集成出ROADM产品。要使这种开发模型真正有效运作，设备商要求：

　　●关键光器件有多个供应源。

　　●器件具有标准的控制接口，抽象出下层的各种光学特性。
●所有部件的控制接口要具有一致性，这样，才能快速协调地开发出系统。

　　不过，实际情况是，ROADM所需要的光模块距离商用还很远;技术和体系架构的多样性阻碍了产品的及时开发;由于智能模块提供商所提供的模块智能程度不同，而且逻辑接口不一致，所以对于关键器件的二次开发尤其困难。

　　正如图3所示，这样的情况会迫使本地控制和协调控制层的工作量加大，材料成本增加。系统集成商必须根据每个控制器件和模块对协调控制层的要求进行单独的适配工作。同样的，由于需要遵循多个系统提供商的特殊要求，器件提供商能够打包到他们产品中的智能功能的水平也受到很大的限制。 优化外包模式当前ROADM的供应链模式之所以效率不高主要是因为协调控制功能的下层没有标准化。如果系统集成商、器件提供商和签约生产商同意使用标准的通信接口、配置模式、告警处理，那么，产品模块和线卡就可以和高层系统互通，并兼容多系统生产商的要求。这样就可以形成一个通用的协调控制框架，它可以帮助系统集成商及时开发产品，让系统集成商把紧缺的资源用在差异化开发的工作中，以增加系统的附加值。

　　控制标准和协调框架的最终形成当然会落后于第一批ROADM的部署。当前，想要及时开发ROADM的系统集成商可以选择依靠一个器件或者线卡供应商，或者与第三方控制方案提供商合作，由其针对系统集成商看好的器件提供商的产品，开发一致的增值控制方案。

　　不管采用哪种方式，系统集成商都可以利用通用、一致的控制接口和控制行为，把更多的ROADM的功能和开发风险转移到供应商开发的增强型智能模块中去。可以转移到这种增强型的智能模块中的功能包括：

　　●协调控制功能，封装电路内部和封装电路之间的反馈监测

　　●告警和事件处理

　　●在线固件和软件升级

　　●自动配给业务和资源管理 统一结构

　　要实现器件的混和搭配和模块化结构，关键是要设计一个统一的控制系统。这需要系统集成商在单个器件的开发，或者在标准的演进，抑或在使用第三方控制方案的过程中发挥更加积极的作用。第一种方案(系统集成商参与单个器件开发)需要系统集成商投入难得的研发资源，并且常常会导致系统的货源单一，致使材料成本上升。第二种方案(系统集成商参与标准的演进)有可能降低开发成本，但通常标准化工作需要一个很长的时间，对一个快速演进的市场是不适合的。使用第三方控制方案做系统集成是一个可行的思路，不过需要系统集成商规定器件提供商的控制接口。

　　总之，通过标准化光网络节点控制和协调的框架，或者通过把光器件的通用控制外包给第三方，系统集成商可以用更低的成本更快地迎接ROADM这个新机会的到来。通过建立一个通用的控制平台，系统集成商不用花费很长的时间和很高成本，就可以在外包的智能模块或者线卡上添加新的功能。