随着互联网化经济的快速发展，通信网络的传送带宽持续保持高速增长态势。波分复用技术已从早期的单波2.5Gb/s发展到现今规模应用的100Gb/s速率，传送容量方面已能够和业务需求相匹配，但由于采用固定端口的合分波器进行波长穿通和上下，存在着业务开通周期长、调度灵活性低等问题，难以适应竞争日益激烈的市场化需求。
ROADM（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer）即可重构的光分插复用设备，其主要特点是能够通过软件设定实现基于波长和路由的选择和调度，相比采用传统合分波器配置的FOADM（Fixed Optical Add-Drop Multiplexer）固定上下光分插复用设备，减少了光层信号在业务上下、波长穿通、路由选择等方面的人工现场操作，缩短了业务的开通周期，提升了传输网络的运行维护效率。
ROADM设备具有灵活的波长和路由选择能力，不仅能够提供传统的线路、波长和端口级别的保护，还能够结合ASON控制平面，实现波长和路由资源的自动发现、动态重路由，业务的保护和恢复策略更加完善，运行维护更加便捷，能够很好地适应业务发展所需的快速开通和可靠传送，推动波分网络由传统容量扩展为主向大容量的智能化光网络方向发展。
1. ROADM设备的实现方式ROADM设备的实现，主要经历了WB（Wavelength Blocker）波长阻断器、PLC（Planar Lightwave Circuits）平面光波导和WSS（Wavelength Selective Switch）波长选择开关三个阶段。WB和PLC由于是基于固定波长和频谱带宽的二维光器件，在网络部署时需要对网络组织做预先规划，后期扩展灵活性低。WSS由于具有波长无关的特性，且插损小、集成度高，目前已成为主流的ROADM实现方式。
1.1 WB技术
波长阻断器的实现原理是对波分系统的线路输入信号通过耦合器进行下路和穿通两部分的分光，一路进入WB功能模块，控制信号的穿通和阻断；另一路光信号通过分波器实现业务波长的下路。对于业务波长的上路信号经合波器合路进耦合器后汇同穿通波长一起输出线路侧波分信号，向下游站点传输，功能实现原理见下图。
图1.1 WB技术原理图
1.2 PLC技术平面光波导技术是在WB的基础上，集成了合波器和光开关，实现了业务的上路信号和穿通信号的合并，提高了设备的集成度。业务下路信号处理方式同WB一样，线路信号经耦合器分光后通过分波器实现标准波长的业务信号输出，功能实现原理见下图。
图1.2 PLC技术原理图
1.3 WSS技术波长选择开关技术和WB不同，不再采用波长阻断的方式，而是通过多维度的光开关和复用/解复用器组合，实现线路信号输入的任意波长到任意方向的输出端口的调度，每个波长都可以被独立的交换，具有波长无关的特性，功能实现原理见下图。
图1.3 WSS技术原理图
通过以上三种实现方式的原理可以看出，组网能力方面，WB和PLC方式，由于采用的是波长阻断的原理，最大只能支持2个线路方向，主要使用在环形网络的中间站点；当线路方向增多时，难以满足各方向间的业务调度，仅适用简单环形网络。而采用WSS方式则无以上限制，适合于2维及以上维度的网络使用，具有良好的扩展性。调度灵活性方面，由于WB和PLC采用固定波长的合分波器进行业务波长的上下，只能够对穿通波长进行重构，而WSS通过多通路光开关和多组合波器组合，能够实现任意输入波长到端口的调度，灵活性更加。因此WSS方式是当前ROADM设备采用的主流技术。
2. 基于WSS的ROADM设备典型配置目前主流ROADM设备以采用波长选择开关WSS进行配置为主，主要包括以下四种典型模型。
2.1 方向相关、波长相关（传统ROADM设备）采用线路侧WSS+业务侧合分波器进行配置。在各线路方向分别配置一组WSS用于实现波长的穿通和上下，业务侧配置合分波器进行波长转换板的接入。该种方式配置下所需的WSS板卡最少，但由于采用固定端口的合分波器上下波长，仅能实现穿通波长的重构。
图2.1 方向相关、波长相关
2.2方向相关、波长无关（C-ROADM设备）线路侧和业务上下全部采用WSS进行配置，各线路方向均对应一组WSS。该该种方式相比传统ROADM，在业务上下时不再使用固定端口的合分波器，而是通过WSS进行业务上下，实现任意波长的任意端口使用，即波长无关，但业务波长的方向受限。
图2.2 方向相关、波长无关
2.3 方向无关、波长相关（D-ROADM设备）线路侧配置WSS，业务侧配置和各线路方向全互联的WSS+AWG器件。该种方式相比传统ROADM，在业务上下时通过增加业务侧WSS来互联各线路方向，以实现波长向任意线路方向的调度，即方向无关。由于采用合分波器上下业务，波长和端口相关。且由于WSS仅有一个合波口，该种方式下存在同一块WSS无法上下相同波长的冲突问题。如需解决波长冲突，则需堆叠多组业务侧WSS+AWG模块。
图2.3 方向无关、波长相关
2.4 方向无关、波长无关（CD-ROADM设备）线路侧和业务上下全部采用WSS进行配置，业务上下部分和各线路方向互联，OTU板块通过WSS接入，以实现方向无关和波长无关。由于业务上下路采用WSS配置，同样存在同一组WSS无法上下相同波长的冲突问题，解决办法是配置多组业务上下部分和线路方向互联，但同时带来了WSS板卡增多、内部光纤连接复杂的问题。
图2.4 方向无关、波长无关
3. ROADM设备部署时的关注重点ROADM设备的光交叉技术结合AOSN控制平面，是波分网络由传统的背靠背连接方式向Mesh化的智能光网络发展的基础。由于ROADM设备的核心技术是对光信号的处理，因此会受到光缆和器件的限制，在具体应用时有以下几方面需要加以关注。
3.1 传输距离
光信号的传输受到光纤色散、光纤衰减、非线性效应以及光放大器噪声等多方面因素影响，传输距离受到限制。随着光传输技术和器件的发展，目前100Gb/s相干接收技术通过DSP信号处理，已能够减少色散、非线性效应和累积噪声对系统的影响，光纤衰减成为了影响光信号传输距离的主要因素，对于高衰减跨段或超长距离的传输就需要增加中继进行解决。目前主要有以下应对举措：
1）光缆网布局由环形向网格化演进，增加节点间直达路由，减少传输距离；
2）ROADM设备组网尽量选用低损耗纤芯，延长业务传输距离；
3）波长组织尽量选择最短路由、最少跳数，减少光缆和器件对系统的影响。
3.2 波长冲突
ROADM设备的核心器件是WSS波长选择开关，但WSS板卡只有一个合波口，存在同一块板卡无法上下相同波长的问题，制约了业务调度和网络部署的灵活性。对于这一问题，需要通过增加多组业务侧上下模块解决。
通过增加上下路波长使用的WSS虽然能够解决波长冲突的问题，但也带来了WSS堆叠后存在大量的系统内部连纤，系统复杂、维护困难。
3.3 恢复时间
ROADM设备加载ASON控制平面后，能够对业务提供多种保护和恢复策略，提升业务的安全性。但由于光层信号的传输距离受限以及光交叉器件的切换时间影响，目前通过重路由方式的波长恢复时间还无法满足50ms的要求。
对于以上问题，在ROADM部署时要综合考虑路由的组织和波长的安排，缩短业务的恢复时间；同时结合不同的业务重要性等级，采用不同的保护和恢复策略，提供差异化的服务。根据业务重要性的从高到低有以下应对策略：
1）永久1+1保护：预置主备业务路由，同时叠加重路由机制，主备路由障碍均能触发重路由恢复，业务安全等级最高，可实现50ms倒换；
2）1+1保护+重路由：预置主备业务路由，主备路由全部障碍时触发重路由恢复，可实现50ms倒换；
3）1+1保护：预置主备业务路由，现网WDM和OTN也可配置，实现基于波长和客户信号的1+1保护，可实现50ms倒换；
4）重路由恢复：业务路由故障后，触发ASON重路由机制，通过软件内部算法实现波长自动恢复，但时间超过50ms，仅适用于对恢复时间要求不高的业务。
4. ROADM设备的发展方向随着光交叉技术的发展，WSS方式的ROADM设备由于具有低插损和高灵活性的特点，已得到了较为广泛的应用。其中方向无关和波长无关的CD-ROADM设备能够结合ASON控制平面的加载，使得网络由传统点到点方式向智能化的Mesh网发展。但由于WSS板件的固有特性，在具体应用时尤其是高业务量上下的站点将会出现多组WSS上下路模块堆叠，带来网络建设成本高、内部连纤复杂、后期维护难度大等影响。
为了解决波长冲突带来的网络配置复杂的问题，CDC-ROADM（方向无关、波长无关、冲突无关）方式的N×M交叉器件日益成熟，其实现原理是分光器+光放+光开关的阵列组合，用以实现任意N个线路方向的M个波长上下，能够缓解冲突、简化网络。CDC-ROADM设备在技术发展的同时结合了波长间隔可调技术，通过采用更高的波特率、多种调制方式和多载波传输，能够允许同一系统存在不同波长间隔的业务并存，实现波长资源的最大化利用。
无论CD-ROADM设备还是CDC-ROADM设备，其光交叉功能都基于分离器件组合实现，结构复杂、运维不便。ROADM技术的下一阶段发展方向是集成了光开关、光放和光监控的光背板方式交叉，对外只有线路和业务侧端口，所有波长调度均通过光背板实现，无需光纤互联，调度效率高、运维简便。光背板交叉方式对器件、工艺和连接等均有较高的要求，目前尚处于研究阶段。
