基于可重配置光分插復用器(ROADM)的嵌入式控制應用

　對于城域網(wǎng)絡和長途網(wǎng)絡來說，如果光傳送層具有遠程重新配置的能力，則可以極大地降低運營成本。運營商也已經(jīng)意識到這種潛力，并在最近業(yè)務網(wǎng)絡的招標中加入了對于可重配置光分插復用器(ROADM)以及多維光開關(guān)的要求。

　　對于ROADM這項新技術(shù)的關(guān)注開始于電信業(yè)大滑坡之際，當時，設備商紛紛在新產(chǎn)品開發(fā)上減少投資。幾乎沒有幾家公司顧得上認真地研究ROADM帶來的機會，而有些公司則爭先恐后地以最快的速度、最低廉的成本補全它們的產(chǎn)品線。不過值得慶幸的是：我們還可以通過其它方式來滿足ROADM這個新的市場需求。 ROADM是什么?

　　“ROADM”是指一種網(wǎng)絡元素(或稱節(jié)點)，通過遠程的重新配置，可以動態(tài)上下業(yè)務波長，并且，業(yè)務波長的功率也是可以管理的。圖1是ROADM節(jié)點的一個通用模型，如圖所示，

　　ROADM的組成模塊隨應用的不同而不同。不過大多數(shù)ROADM都具有這里列出的模塊。

　　ROADM節(jié)點的主要功能模塊包括：

　　●前置和后置光放大器。

　　●光業(yè)務信道(OSC)的生成和終結(jié)。

　　●波長下路。

　　●波長上路。

　　●節(jié)點內(nèi)部聚合信道或單信道的功率監(jiān)控，可在節(jié)點內(nèi)多處進行。

　　●可用/不可用和可選波長的監(jiān)測，整個節(jié)點內(nèi)的光信號的信噪比監(jiān)測。

　　●上下路和直通波長的功率/衰減控制。

　　●色散補償。

　　●前置和后置放大器的增益均衡。

　　系統(tǒng)集成商所提供的ROADM產(chǎn)品隨應用的不同而不同。從相對廉價的基本系統(tǒng)到高度靈活的可擴展平臺，系統(tǒng)提供商需要選擇不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和不同的下層器件技術(shù)來滿足市場提出的不同的成本和性能要求。

　　通常，系統(tǒng)集成商采用模塊化結(jié)構(gòu)，以提高ROADM系統(tǒng)的部署效率，他們希望以最低的價格提供所需要的功能，并提供進一步擴展的空間，以滿足網(wǎng)絡擴展帶來的新的需求。

　　然而，隨著配置復雜性的增加，ROADM的控制環(huán)境也因為互通的元素數(shù)量增加、器件技術(shù)種類的增加和系統(tǒng)功能的物理分布等因素而變得越來越復雜。 關(guān)鍵光模塊ROADM設計者面臨的主要挑戰(zhàn)有：可選的技術(shù)種類太多，而且這些技術(shù)演進太快;另外，市場要求ROADM系統(tǒng)必須是支持多項應用的高性價比的模塊化系統(tǒng)。

　　制造ROADM的兩種主要器件技術(shù)分別是基于體塊光學的波長選擇開關(guān)(WSS)技術(shù)和基于平面光路(PLC)的集成復用器/解復用器/光開關(guān)/可變光衰減器(VOA)和探測器技術(shù)。 在基于WSS技術(shù)的設備中，光性能監(jiān)測器通常是一個分立的設備，一般放在一塊單獨的封裝電路中，前面放置一個N端口的光開關(guān)，以便幾個待測點共享一個監(jiān)測器。在這種設備中，只有節(jié)點內(nèi)部能夠相互通信，控制電路的功能才能實現(xiàn)?；赑LC的設備通常在每一個信道中集成了一個功率監(jiān)測器，這樣就不需要外部的功率監(jiān)測設備了。不過，它只在一個點上提供單信道功率監(jiān)測，這對控制結(jié)構(gòu)有很大的限制。

　　由于這些技術(shù)正處于快速演進的過程中，而哪種技術(shù)具有絕對優(yōu)勢還無法預見，所以系統(tǒng) 集成商必須進行模塊化設計，以便以后用新的器件作替換時，需要重新設計的工作量最小。最后，為了滿足一些性能、容量要求較低，而成本要求較高的需求，控制體系必須在去掉某些器件后仍能正常運行。以上所述不僅對接口的一致性提出了一定程度的要求，而且要求盡可能對下層功能進行抽象，以便對其余節(jié)點提供統(tǒng)一的接口。

　　圖2是ROADM節(jié)點處的各種嵌入式控制智能。這里的ROADM是基于WSS技術(shù)的。

　　嵌入式控制包含幾個不同的控制機制和層次。設計者可以自己集成這些功能，不過這樣做復雜性和器件成本都很高。

　　所謂“嵌入式控制智能”，顧名思義，它的控制電路對于電路組件和光器件來說是處于本地的。根據(jù)光模塊提供智能的層次的不同，控制電路可以在電路組件的處理器上工作，也可以在光模塊內(nèi)部的處理器上工作。一共有三種本地控制電路。第一種控制電路，由于所需的所有激勵信號都來源于器件，比如激光器的電流和襯底的溫度，所以它處于本地。第二種情況是：控制所需的帶寬很寬，排除了電路組件之間通信的可能，所以也只能在本地完成控制功能。第三種情況是：控制是在器件層發(fā)生的，但是需要高層的合作才能實現(xiàn)控制的功能。比如控制目標的設定，根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)(如VOA的設置和EDFA的增益)改變控制行為等。
上述的本地控制是在一個單獨的光器件或者模塊內(nèi)部進行的，而協(xié)調(diào)控制層的任務則是把多個不同的模塊和控制功能捆綁起來，使之成為一個可以工作的ROADM系統(tǒng)。這一層的具體功能包括：

　　●把遠程反饋信息導入本地控制電路。

　　●監(jiān)測本地控制電路的運行狀態(tài)是否滿足規(guī)定。

　　●在啟動、關(guān)機和故障時協(xié)調(diào)各個本地電路之間的工作。

　　●根據(jù)節(jié)點的配置和狀態(tài)為下層的子系統(tǒng)設定運行任務(如：上下路業(yè)務的協(xié)調(diào)和上路業(yè)務的功率控制)

　　●當應用多點控制電路時，協(xié)調(diào)本節(jié)點和其它節(jié)點的工作。

　　告警和事件處理層根據(jù)運行、管理、維護和業(yè)務配給(OAM&P)系統(tǒng)設置的觸發(fā)點生成事件，聚合本地控制和協(xié)調(diào)控制功能產(chǎn)生的事件，并負責解除綁定、系統(tǒng)驗證、事件屏蔽和優(yōu)先級設置。

　　OAM&P層提供人機接口的所有必需功能。OAM&P層為本地腳本接口或者遠程管理系統(tǒng)提供命令的翻譯，它把命令解析成為ROADM節(jié)點內(nèi)部的配置信息和查詢操作。OAM&P層還負責由于系統(tǒng)配置改變而引起的通信事件和告警，它通過北向接口把消息發(fā)送到管理系統(tǒng)或者本地的腳本接口。另外，這一層還協(xié)助完成系統(tǒng)軟硬件的在線升級。

　　圖2描述的是傳統(tǒng)的開發(fā)模型，系統(tǒng)集成商使用分立的或者低級的光器件集成一個ROADM系統(tǒng)。系統(tǒng)集成商負責各個層次控制智能的開發(fā)工作，包括本地控制、協(xié)調(diào)控制、告警處理、通信和OAM&P。集成商對于平臺開發(fā)擁有完全的控制權(quán)，通過定制開發(fā)每一個光器件的控制程序和接口最有效地實現(xiàn)整個系統(tǒng)。

　　這種開發(fā)模型可以降低材料成本，但是因為一個系統(tǒng)中包括各種各樣的技術(shù)，所以這種開發(fā)模型需要在控制系統(tǒng)的開發(fā)方面注入相當大的投資。由于資源有限，縮減運營開銷的壓力也越來越大，所以ROADM的開發(fā)工作進行起來非常艱難?，F(xiàn)在，希望開發(fā)ROADM的設備商(即使曾經(jīng)有過幾家具有這種能力)已沒有幾家能夠支付得起這筆高額的內(nèi)部開發(fā)費用。 向供應鏈上端轉(zhuǎn)移。盡管存在著種種限制，但是為了不放過ROADM這個機會。一些設備商開始發(fā)動他們的合作伙伴幫助他們填充產(chǎn)品線上的這項空白。而另一些設備商則求助于光器件提供商以降低開發(fā)的風險。和光網(wǎng)絡業(yè)外包的趨勢相同，設備商們把器件提供商推向價值鏈的上端，使其分擔更多ROADM開發(fā)的風險。

　　器件提供商們已做出積極的回應，他們已開始把擁有控制電路和軟件的智能光模塊提供給設備商，有時，甚至提供完整的線卡。圖3所示就是基于目前的電信供應鏈，實現(xiàn)ROADM控制功能的一個典型模型。

　　使用智能模塊和集成產(chǎn)品可以簡化ROADM的控制。但是現(xiàn)存的很多障礙限制了模塊所能提供的智能水平。

　　理想情況下，器件提供商在價值鏈上的這種上移會為系統(tǒng)集成商帶來高度集成化、智能化的現(xiàn)成器件，使他們能夠快速而高效地集成出ROADM產(chǎn)品。要使這種開發(fā)模型真正有效運作，設備商要求：

　　●關(guān)鍵光器件有多個供應源。

　　●器件具有標準的控制接口，抽象出下層的各種光學特性。
●所有部件的控制接口要具有一致性，這樣，才能快速協(xié)調(diào)地開發(fā)出系統(tǒng)。

　　不過，實際情況是，ROADM所需要的光模塊距離商用還很遠;技術(shù)和體系架構(gòu)的多樣性阻礙了產(chǎn)品的及時開發(fā);由于智能模塊提供商所提供的模塊智能程度不同，而且邏輯接口不一致，所以對于關(guān)鍵器件的二次開發(fā)尤其困難。

　　正如圖3所示，這樣的情況會迫使本地控制和協(xié)調(diào)控制層的工作量加大，材料成本增加。系統(tǒng)集成商必須根據(jù)每個控制器件和模塊對協(xié)調(diào)控制層的要求進行單獨的適配工作。同樣的，由于需要遵循多個系統(tǒng)提供商的特殊要求，器件提供商能夠打包到他們產(chǎn)品中的智能功能的水平也受到很大的限制。 優(yōu)化外包模式當前ROADM的供應鏈模式之所以效率不高主要是因為協(xié)調(diào)控制功能的下層沒有標準化。如果系統(tǒng)集成商、器件提供商和簽約生產(chǎn)商同意使用標準的通信接口、配置模式、告警處理，那么，產(chǎn)品模塊和線卡就可以和高層系統(tǒng)互通，并兼容多系統(tǒng)生產(chǎn)商的要求。這樣就可以形成一個通用的協(xié)調(diào)控制框架，它可以幫助系統(tǒng)集成商及時開發(fā)產(chǎn)品，讓系統(tǒng)集成商把緊缺的資源用在差異化開發(fā)的工作中，以增加系統(tǒng)的附加值。

　　控制標準和協(xié)調(diào)框架的最終形成當然會落后于第一批ROADM的部署。當前，想要及時開發(fā)ROADM的系統(tǒng)集成商可以選擇依靠一個器件或者線卡供應商，或者與第三方控制方案提供商合作，由其針對系統(tǒng)集成商看好的器件提供商的產(chǎn)品，開發(fā)一致的增值控制方案。

　　不管采用哪種方式，系統(tǒng)集成商都可以利用通用、一致的控制接口和控制行為，把更多的ROADM的功能和開發(fā)風險轉(zhuǎn)移到供應商開發(fā)的增強型智能模塊中去。可以轉(zhuǎn)移到這種增強型的智能模塊中的功能包括：

　　●協(xié)調(diào)控制功能，封裝電路內(nèi)部和封裝電路之間的反饋監(jiān)測

　　●告警和事件處理

　　●在線固件和軟件升級

　　●自動配給業(yè)務和資源管理 統(tǒng)一結(jié)構(gòu)

　　要實現(xiàn)器件的混和搭配和模塊化結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是要設計一個統(tǒng)一的控制系統(tǒng)。這需要系統(tǒng)集成商在單個器件的開發(fā)，或者在標準的演進，抑或在使用第三方控制方案的過程中發(fā)揮更加積極的作用。第一種方案(系統(tǒng)集成商參與單個器件開發(fā))需要系統(tǒng)集成商投入難得的研發(fā)資源，并且常常會導致系統(tǒng)的貨源單一，致使材料成本上升。第二種方案(系統(tǒng)集成商參與標準的演進)有可能降低開發(fā)成本，但通常標準化工作需要一個很長的時間，對一個快速演進的市場是不適合的。使用第三方控制方案做系統(tǒng)集成是一個可行的思路，不過需要系統(tǒng)集成商規(guī)定器件提供商的控制接口。

　　總之，通過標準化光網(wǎng)絡節(jié)點控制和協(xié)調(diào)的框架，或者通過把光器件的通用控制外包給第三方，系統(tǒng)集成商可以用更低的成本更快地迎接ROADM這個新機會的到來。通過建立一個通用的控制平臺，系統(tǒng)集成商不用花費很長的時間和很高成本，就可以在外包的智能模塊或者線卡上添加新的功能。