2.6.5 竞争无关（Contentionless）
波长无关与方向无关组网方式，已经足够应对一般的ROADM 组网应用，比如“十三五”时期，国内运营商在一二干部署的一些ROADM 网络，基本都是波长无关叠加方向无关（CD）网络。
但CD 网络并不是完全无阻塞的。CD 网络每一个本地上下话WSS 对同一个波长只能上下话一次，当一条OCh 业务占用了一个波长时，其他上下话的业务就无法再使用相同的波长，因此，这两条业务针对同一个目标波长形成了竞争关系，如图2-33 所示。此时，要解决这种场景，达到多个业务无须通过竞争波长的使用来完成上下话，就需要竞争无关组网了。
图2-33 上下话的WSS 中产生多业务波长竞争
竞争无关组网的核心技术要求相同波长可以同时上下话，为了达到这个目标，几种不同器件可以使用不同的组合方式，它们的效果也有一些差异。
1．多个WSS 本地组构建竞争无关网络
传统CD 网络架构的ROADM 网络随着波长业务的增多，会遇到上述波长竞争的场景。这种既存网络不会进行大规模的改造，因此最简单的方法就是通过扩容去增加本地上下话方向，由早期的一个本地上下话WSS 组变为多个，如图2-34 所示。
图2-34 多个WSS 本地组构建竞争无关网络
这种方式的最大优点是可以平滑演进和扩容，根据需要不断增加上下话的维度数和波长数。但这种组网方式的缺点也较明显，严格来说只是采用一种变通的方式来解决部分竞争问题，并非完全无竞争的网络。比如同一个波长最多的上下话次数仍然受限于WSS 本地组的维度数目，并且同一个WSS 本地组下仍然只能上下话一次相同的波长。
2．MCS 器件构建竞争无关网络
一个m×n 端口多播交换光开关（MCS）有m 个输入端口和n 个输出端口，由m 个
1×n 端口光分路器和n 个m×1 端口光开关构成。光信号从其中一个输入端口输入，首先被光分路器分成n 份，向所有n 个光开关广播，然后由对应目标输出端口的光开关选择接收到的光信号，而其他光开关可以选择忽略该信号，如图2-35 所示。
图2-35 MCS 器件构建竞争无关网络
通过MCS 器件组成竞争无关网络时，功能上可以完全满足要求，即可以任意上下话若干个相同的波长，但性能上仍有较大的缺点。
一方面是MCS 没有滤波功能，因此在合波时，相邻信道的功率会互相串扰，使各信道的OSNR 降低，BER 增大。
另一方面是因为MCS 使用光开关和光分路器件，8 路或16 路的MCS 器件的插损就高达20dB 左右。因此必须使用EDFA 进行信号放大和补偿，对系统整体的传输质量和功耗都
有较大影响。
3．m ×n 的WSS 器件构建竞争无关网络
在无源WDM 器件章节中，我们介绍了m×n 的WSS 器件的技术原理，这种器件非常适合同WSS 配合完成构建竞争无关的ROADM 网络，具备插损小、切换业务时间快、光谱影响小、整体功耗优异、抗震性好、多种光接口类型兼容等诸多优点。
4．竞争无关网络方案发展趋势
ROADM 网络竞争无关的技术特征，是智慧光网络泛在和随需特性的基础条件之一。上述的几种方案各有优势。
通过多个WSS 本地组和MCS 的方式有约束地使用竞争无关特性，是当前ROADM 网络持续扩容业务的首选方案，其成熟度高、成本可控，并且可以做到平滑升级和演进。m×n 方案在技术上无疑是最完美的，但其产业成熟度还有待观察，成本较高，尺寸大、端口少，且需要对现有ROADM 网络进行改造和业务割接。
2.6.6 灵活栅格（Flexible Grid）
传统的40 波、80 波、96 波的DWDM 系统采用固定波长光谱的方式，波长间隔固定为100GHz 或者50GHz，并且波长的中心频率也是固定的。随着高速、大容量WDM 技术的发展，尤其是超100Gbit/s 传输速率的应用，当多速率混合组网时，选择各速率信号时，如果按照最大频谱带宽作为固定的频率间隔，会导致频谱资源浪费严重，此时就需要灵活栅格技术，也被称为无栅格。在灵活栅格网络中，每个波长占用的频谱并不再是固定的50GHz 间隔或是100GHz 间隔，而是将频谱划分为更小宽度的频谱单位，如6.25GHz、12.5GHz 等，波长的中心频率也可以根据需要变换。高速信号可以占用一个或多个频谱单位，实现通道带宽的灵活可调，从而提高整网的频谱利用率，如图2-36所示。
图2-36 光波长频谱间隔示意
2.6.7 OXC 系统
OXC 和ROADM 类似，也是在全光领域中对不同方向路径来的不同波长光信号进行交叉调度。
OXC 系统大体是由OXC 矩阵、输入和输出端口、其他光器件（放大器件、保护开关等）组成，其中OXC 矩阵是OXC 设备的技术核心点，其作用就是一个完成所有端口全Mesh 互联的矩阵“盒子”，如图2-37 所示。
1．OXC 技术特性
从设备物理结构来看，OXC 设备主要由光线路板卡、柔性光背板、光支路板卡组成，其中与普通ROADM 设备有较大区别的是柔性光背板技术和光连接器技术的使用。
图2-37 OXC 背板连接示意
柔性光背板是OXC 设备中技术含量最高的器件，它是将许多光纤“印刷”在一张柔性的底板上，用来替代普通ROADM 设备中人工连接的所有WSS 内部互联尾纤，做到光交叉
矩阵的零跳纤，从而达到极高的调度能力和纳秒级的时延。再通过光连接器，将光线路或支路板卡的内部端口与光背板进行连接，光连接器需要具备低插损、多次反复插拔稳定性、防尘、可清洁等技术特性。普通ROADM 组网和OXC 组网的网络特性对比如表2-3 所示。
表2-3 普通ROADM 组网和OXC 组网的网络特性对比
2．OXC 组网的应用
OXC 在保留ROADM 网络的所有优势外，还具备无纤化的全光交叉、高度集成化、网络运维成本低三大核心特点。因此在引入OXC 之后，在两个方面有着非常明显的技术势。
（1）极大地节省资源，包括节省空间、能耗、投资成本。
空间方面，基本可以将传统的20 ～ 30 个子框（等于8 ～ 10 个ROADM 机架）所完成的光层调度功能，集中在一个32 维的OXC 子架完成，如图2-38 所示。这对于运营商或者互联网公司来说，在节省机房资源上无疑是革命性的。
能耗方面，光交叉类的设备本身功耗并不高，公共单元（如电源、控制板卡、风扇等）的能耗占比较高。在使用OXC 之后，因为子框机架减少后，整个OXC 只需要一套公共单i元，因此网元整体能耗明显下降。
空间和能耗的降低，直接降低了网络运营商或者互联网公司的初期投资和运维投资。
（2）OXC 设备减少了所有板卡之间的尾纤互联，基本实现了光交叉矩阵内部各个方向之间的零跳纤，包括各个方向光监测、光放大器件等器件之间的零跳纤。这可以带来3 个方面的直接优势。
图2-38 一个OXC 机架可以顶替8 ～ 10 个ROADM 机架
① 优化机房内的物理光纤部署结构，传统ROADM 节点的光纤连接数在1000 根以上，这些尾纤有的是跨子框的，有些是跨机架的，而尾纤本身在持续维护中，也有损坏和更换的需求，此时需要从已经排布好的光纤中替换特定光纤的复杂度非常高。使用OXC 之后的ROADM 节点，面板上将几乎没有多余的光纤，所有光纤就剩下直接连接各个方向光线路的光纤了。
② 极大地简化了运维人员的开通和维护工作，并极大地提高了开通运维效率。以往ROADM 站点的开通，运维人员在完成设备安装并插入板卡后，还需要进行尾纤连接，这项工作一般需要耗费数天。而在OXC 设备上完成基本安装上电后，几乎不需要任何多余的工作。
③ 避免内部连纤错误的情况发生。以往使用人工方式进行各种光器件的连接难免出错。光交叉所有的光纤连接都是工业化的，印制在光背板上，在完成出厂检测之后就完全避免了后期进行光纤连接出现错误的可能。
2.6.8 ROADM 新技术和发展趋势
ROADM 器件和组网已经在行业中广泛应用，为智慧光网络灵活可控、随需可用提供了坚实的技术基础，各种技术的创新和发展也层出不穷。
1．宽谱ROADM 网
随着超100Gbit/s 光传输技术的广泛使用，频谱带宽成为又一个被不断挖掘能力的网络
资源，如何在有限的频谱带宽资源上充分利用或是扩展可以使用的频谱带宽，是ROADM 网络发展的新方向。如从前几年的C 波段（80 波×50GHz 间隔）到C+ 波段（96 波×50GHz间隔），单纤容量仅提升20%。
一方面，因为200Gbit/s QPSK 码型（占用75GHz 频谱带宽）的出现，人们希望仍保持C 波段的80 波系统，提出了C++ 波段的具体目标，即80 波×75GHz 间隔，频谱带宽提升了50%，单波长速率提升了一倍，系统整体容量提升到之前的3 倍。C++ 波段对应的
ROADM 系统，主要是发光单元、放大器件、开关等各种有源、无源器件扩大波长范围，并不涉及系统搭建逻辑的改变。
另一方面，人们除深度挖掘C 波段的传输能力外，也在同步考虑L 波段的使用。因为两个波段传输的波长数目更多，光功率增大引起的非线性效应也成为C+L 双波段传输的技
术瓶颈。增加光纤的有效面积，或是使用C 波段、L 波段同纤双向传输等技术手段，可以有效避免非线性效应的累加。
如图2-39 所示，目前发光单元、放大器件、WSS 等器件都是分别针对C 波段和L 波的，
因此需要逐站点地将C 波段和L 波段进行分波调度、放大，再合波传输。
图2-39 C++ 波段扩展和向L++ 波段扩展的光系统示意
2．波长标签技术及应用
波长标签技术是利用调顶方式实现波长的监控及传输的一种技术。具体是指通过调顶的方式来生成一个低速的光随路信号，并加载在波长通道的主信号上，有时也叫导频音、低频微扰信号、过调制信号等。调顶信号具有全光性和与系统光信号的天然捆绑性，因此业界习惯将其称为波长标签、光标识、光标记等。波长标签的示意图及信号调制前后的情况如图2-40所示。
图2-40 波长标签示意
对波长标签，业界通常的做法是在发射机端的光信号上，叠加一个小幅度的低频幅度调制作为标识，在光信号上叠加的调顶信号一般采用正弦信号。对于多波长的通信系统而言，一般是采用频分技术，在不同的波长叠加不同的导频。
波长标签的解调通常布放在光放大站点，通过放大器的MON 口分出的一小部分光，到达光标签的光电检测单元，经过光电转化变为电信号，再经过滤波及运放电路的放大，到模数转换器（ADC，Analog to Digital Converter）进行模数转换后送给数据处理单元进行数据的提取和处理，解调出光标签所携带的信息。光标签在系统中的位置如图2-41 所示。
图2-41 光标签在系统中的位置
光纤通信系统的发展，对系统的可靠性和稳定性提出了更高的要求，系统的运营和维护的作用显得尤为重要。为保证光纤通信系统可靠稳定地运行，需要对光链路中的各类参数，包括信号的光功率、波长，以及光信号的源地址、宿地址加以监测。波长标签技术是一种可以满足上述参数监测需求的技术，在光纤通信系统和网络的运营、管理和维护中发挥着极其重要的作用。
（1）业务规划透明、便利及波长资源回收
利用波长标签技术可以获取全网的波道图，统计出占用波道及空余波道，可以输出全网波道图，实现全网波道资源的统计分析，进一步实现各路径上波长使用度的分析，助力业务规划及扩容时选择短的，以及波道资源丰富的路径。利用波长标签技术还可以识别每个波长是否承载了业务，做到闲置波长的安全回收。
（2）光纤错连识别
随着网络复杂度的提升，人为因素导致的光纤错连时有发生。而利用波长标签技术可以识别波长信息及波长的源、宿路径，并与配置的路径进行比对校验，当实际检测的路径信息与配置的路径信息不一致时，上报光纤错连的告警进行提示，并给出当前检测的实际路径与配置的路径，能够准确定位到光纤错连点，提高故障定位效率。
（3）助力业务的智能开通
波长标签技术能够端到端地告知到业务路径，可以实现波长的自动发现，并能够提供单波长的光功率信息，辅助OSNR 预算进行业务可达性分析。并且波长标签技术能够实时感知业务路由的动态变化，可以实现主动排障功能。
（4）实现快速故障定位
光标签携带有业务波长的部分性能信息，以及业务波长的路径信息，当线路发生故障时，可利用光标签携带的这些信息结合故障时的衍生告警信息进行综合分析，从而实现快速故障定位的功能。
（5）网络性能优化
光标签携带业务波长的单波光功率信息，可以结合此性能来进行光系统的调优。比如当判断各波长之前的平坦度超过设定门限时，给出提示进行系统均衡调节或者是光放的增益斜率调整。另外，由于波长标签携带了业务波长的波长信息及源、宿路径信息，这在一定程度上可以减少波长冲突的发生，使得波长资源得到优化。
光标签技术虽然有着诸多应用，但在技术层面上还面临着一些挑战。
一方面是光标签携带的信息量非常有限，另一方面是由于光标签是对业务信道的强度进
行直接调制，不可避免地会对业务信道带来一定影响。不过，通常光标签的调制深度很浅，控制在5% 调制深度以内，加上对光标签调制频率的合理选择，对业务信道的性能影响通常可以控制在0.5dB 以内（OSNR 代价）。
