可重配置光分插復(fù)用器(ROADM)的嵌入式控制

對(duì)于城域網(wǎng)絡(luò)和長(zhǎng)途網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，如果光傳送層具有遠(yuǎn)程重新配置的能力，則可以極大地降低運(yùn)營(yíng)成本。運(yùn)營(yíng)商也已經(jīng)意識(shí)到這種潛力，并在最近業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的招標(biāo)中加入了對(duì)于可重配置光分插復(fù)用器(ROADM)以及多維光開(kāi)關(guān)的要求。
　　對(duì)于ROADM這項(xiàng)新技術(shù)的關(guān)注開(kāi)始于電信業(yè)大滑坡之際，當(dāng)時(shí)，設(shè)備商紛紛在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上減少投資。幾乎沒(méi)有幾家公司顧得上認(rèn)真地研究ROADM帶來(lái)的機(jī)會(huì)，而有些公司則爭(zhēng)先恐后地以最快的速度、最低廉的成本補(bǔ)全它們的產(chǎn)品線。不過(guò)值得慶幸的是：我們還可以通過(guò)其它方式來(lái)滿足ROADM這個(gè)新的市場(chǎng)需求。 ROADM是什么?
　　“ROADM”是指一種網(wǎng)絡(luò)元素(或稱節(jié)點(diǎn))，通過(guò)遠(yuǎn)程的重新配置，可以動(dòng)態(tài)上下業(yè)務(wù)波長(zhǎng)，并且，業(yè)務(wù)波長(zhǎng)的功率也是可以管理的。圖1是ROADM節(jié)點(diǎn)的一個(gè)通用模型，如圖所示，
　　
 

　　ROADM的組成模塊隨應(yīng)用的不同而不同。不過(guò)大多數(shù)ROADM都具有這里列出的模塊。
　　ROADM節(jié)點(diǎn)的主要功能模塊包括：
　　●前置和后置光放大器。
　　●光業(yè)務(wù)信道(OSC)的生成和終結(jié)。
　　●波長(zhǎng)下路。
　　●波長(zhǎng)上路。
　　●節(jié)點(diǎn)內(nèi)部聚合信道或單信道的功率監(jiān)控，可在節(jié)點(diǎn)內(nèi)多處進(jìn)行。
　　●可用/不可用和可選波長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)，整個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的光信號(hào)的信噪比監(jiān)測(cè)。
　　●上下路和直通波長(zhǎng)的功率/衰減控制。
　　●色散補(bǔ)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(yīng)用的不同而不同。從相對(duì)廉價(jià)的基本系統(tǒng)到高度靈活的可擴(kuò)展平臺(tái)，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(lái)滿足市場(chǎng)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(jià)格提供所需要的功能，并提供進(jìn)一步擴(kuò)展的空間，以滿足網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展帶來(lái)的新的需求。
　　然而，隨著配置復(fù)雜性的增加，ROADM的控制環(huán)境也因?yàn)榛ネǖ脑財(cái)?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(lái)越復(fù)雜。 關(guān)鍵光模塊ROADM設(shè)計(jì)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(jìn)太快;另外，市場(chǎng)要求ROADM系統(tǒng)必須是支持多項(xiàng)應(yīng)用的高性價(jià)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(xué)的波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)(WSS)技術(shù)和基于平面光路(PLC)的集成復(fù)用器/解復(fù)用器/光開(kāi)關(guān)/可變光衰減器(VOA)和探測(cè)器技術(shù)。 在基于WSS技術(shù)的設(shè)備中，光性能監(jiān)測(cè)器通常是一個(gè)分立的設(shè)備，一般放在一塊單獨(dú)的封裝電路中，前面放置一個(gè)N端口的光開(kāi)關(guān)，以便幾個(gè)待測(cè)點(diǎn)共享一個(gè)監(jiān)測(cè)器。在這種設(shè)備中，只有節(jié)點(diǎn)內(nèi)部能夠相互通信，控制電路的功能才能實(shí)現(xiàn)?；赑LC的設(shè)備通常在每一個(gè)信道中集成了一個(gè)功率監(jiān)測(cè)器，這樣就不需要外部的功率監(jiān)測(cè)設(shè)備了。不過(guò)，它只在一個(gè)點(diǎn)上提供單信道功率監(jiān)測(cè)，這對(duì)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(jìn)的過(guò)程中，而哪種技術(shù)具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)還無(wú)法預(yù)見(jiàn)，所以系統(tǒng) 集成商必須進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，以便以后用新的器件作替換時(shí)，需要重新設(shè)計(jì)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(yùn)行。以上所述不僅對(duì)接口的一致性提出了一定程度的要求，而且要求盡可能對(duì)下層功能進(jìn)行抽象，以便對(duì)其余節(jié)點(diǎn)提供統(tǒng)一的接口。
　　圖2是ROADM節(jié)點(diǎn)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(gè)不同的控制機(jī)制和層次。設(shè)計(jì)者可以自己集成這些功能，不過(guò)這樣做復(fù)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(duì)于電路組件和光器件來(lái)說(shuō)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(lì)信號(hào)都來(lái)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(shí)現(xiàn)控制的功能。比如控制目標(biāo)的設(shè)定，根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)(如VOA的設(shè)置和EDFA的增益)改變控制行為等。
　　上述的本地控制是在一個(gè)單獨(dú)的光器件或者模塊內(nèi)部進(jìn)行的，而協(xié)調(diào)控制層的任務(wù)則是把多個(gè)不同的模塊和控制功能捆綁起來(lái)，使之成為一個(gè)可以工作的ROADM系統(tǒng)。這一層的具體功能包括：
　　●把遠(yuǎn)程反饋信息導(dǎo)入本地控制電路。
　　●監(jiān)測(cè)本地控制電路的運(yùn)行狀態(tài)是否滿足規(guī)定。
　　●在啟動(dòng)、關(guān)機(jī)和故障時(shí)協(xié)調(diào)各個(gè)本地電路之間的工作。
　　●根據(jù)節(jié)點(diǎn)的配置和狀態(tài)為下層的子系統(tǒng)設(shè)定運(yùn)行任務(wù)(如：上下路業(yè)務(wù)的協(xié)調(diào)和上路業(yè)務(wù)的功率控制)
　　●當(dāng)應(yīng)用多點(diǎn)控制電路時(shí)，協(xié)調(diào)本節(jié)點(diǎn)和其它節(jié)點(diǎn)的工作。
　　告警和事件處理層根據(jù)運(yùn)行、管理、維護(hù)和業(yè)務(wù)配給(OAM&P)系統(tǒng)設(shè)置的觸發(fā)點(diǎn)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(fù)責(zé)解除綁定、系統(tǒng)驗(yàn)證、事件屏蔽和優(yōu)先級(jí)設(shè)置。
　　OAM&P層提供人機(jī)接口的所有必需功能。OAM&P層為本地腳本接口或者遠(yuǎn)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(diǎn)內(nèi)部的配置信息和查詢操作。OAM&P層還負(fù)責(zé)由于系統(tǒng)配置改變而引起的通信事件和告警，它通過(guò)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(jí)。
　　圖2描述的是傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)模型，系統(tǒng)集成商使用分立的或者低級(jí)的光器件集成一個(gè)ROADM系統(tǒng)。系統(tǒng)集成商負(fù)責(zé)各個(gè)層次控制智能的開(kāi)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(duì)于平臺(tái)開(kāi)發(fā)擁有完全的控制權(quán)，通過(guò)定制開(kāi)發(fā)每一個(gè)光器件的控制程序和接口最有效地實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)。
　　這種開(kāi)發(fā)模型可以降低材料成本，但是因?yàn)橐粋€(gè)系統(tǒng)中包括各種各樣的技術(shù)，所以這種開(kāi)發(fā)模型需要在控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方面注入相當(dāng)大的投資。由于資源有限，縮減運(yùn)營(yíng)開(kāi)銷的壓力也越來(lái)越大，所以ROADM的開(kāi)發(fā)工作進(jìn)行起來(lái)非常艱難?，F(xiàn)在，希望開(kāi)發(fā)ROADM的設(shè)備商(即使曾經(jīng)有過(guò)幾家具有這種能力)已沒(méi)有幾家能夠支付得起這筆高額的內(nèi)部開(kāi)發(fā)費(fèi)用。 向供應(yīng)鏈上端轉(zhuǎn)移。盡管存在著種種限制，但是為了不放過(guò)ROADM這個(gè)機(jī)會(huì)。一些設(shè)備商開(kāi)始發(fā)動(dòng)他們的合作伙伴幫助他們填充產(chǎn)品線上的這項(xiàng)空白。而另一些設(shè)備商則求助于光器件提供商以降低開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。和光網(wǎng)絡(luò)業(yè)外包的趨勢(shì)相同，設(shè)備商們把器件提供商推向價(jià)值鏈的上端，使其分擔(dān)更多ROADM開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。
　　器件提供商們已做出積極的回應(yīng)，他們已開(kāi)始把擁有控制電路和軟件的智能光模塊提供給設(shè)備商，有時(shí)，甚至提供完整的線卡。圖3所示就是基于目前的電信供應(yīng)鏈，實(shí)現(xiàn)ROADM控制功能的一個(gè)典型模型。
　　
 
 
　　使用智能模塊和集成產(chǎn)品可以簡(jiǎn)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(jià)值鏈上的這種上移會(huì)為系統(tǒng)集成商帶來(lái)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(kāi)發(fā)模型真正有效運(yùn)作，設(shè)備商要求：
　　●關(guān)鍵光器件有多個(gè)供應(yīng)源。
　　●器件具有標(biāo)準(zhǔn)的控制接口，抽象出下層的各種光學(xué)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(kāi)發(fā)出系統(tǒng)。
　　不過(guò)，實(shí)際情況是，ROADM所需要的光模塊距離商用還很遠(yuǎn);技術(shù)和體系架構(gòu)的多樣性阻礙了產(chǎn)品的及時(shí)開(kāi)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(duì)于關(guān)鍵器件的二次開(kāi)發(fā)尤其困難。
　　正如圖3所示，這樣的情況會(huì)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(gè)控制器件和模塊對(duì)協(xié)調(diào)控制層的要求進(jìn)行單獨(dú)的適配工作。同樣的，由于需要遵循多個(gè)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(dāng)前ROADM的供應(yīng)鏈模式之所以效率不高主要是因?yàn)閰f(xié)調(diào)控制功能的下層沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)通用的協(xié)調(diào)控制框架，它可以幫助系統(tǒng)集成商及時(shí)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，讓系統(tǒng)集成商把緊缺的資源用在差異化開(kāi)發(fā)的工作中，以增加系統(tǒng)的附加值。
　　控制標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)調(diào)框架的最終形成當(dāng)然會(huì)落后于第一批ROADM的部署。當(dāng)前，想要及時(shí)開(kāi)發(fā)ROADM的系統(tǒng)集成商可以選擇依靠一個(gè)器件或者線卡供應(yīng)商，或者與第三方控制方案提供商合作，由其針對(duì)系統(tǒng)集成商看好的器件提供商的產(chǎn)品，開(kāi)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(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移到供應(yīng)商開(kāi)發(fā)的增強(qiáng)型智能模塊中去?？梢赞D(zhuǎn)移到這種增強(qiáng)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(cè)
　　●告警和事件處理
　　●在線固件和軟件升級(jí)
　　●自動(dòng)配給業(yè)務(wù)和資源管理 統(tǒng)一結(jié)構(gòu)
　　要實(shí)現(xiàn)器件的混和搭配和模塊化結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是要設(shè)計(jì)一個(gè)統(tǒng)一的控制系統(tǒng)。這需要系統(tǒng)集成商在單個(gè)器件的開(kāi)發(fā)，或者在標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)，抑或在使用第三方控制方案的過(guò)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(gè)器件開(kāi)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(huì)導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn))有可能降低開(kāi)發(fā)成本，但通常標(biāo)準(zhǔn)化工作需要一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)間，對(duì)一個(gè)快速演進(jìn)的市場(chǎng)是不適合的。使用第三方控制方案做系統(tǒng)集成是一個(gè)可行的思路，不過(guò)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(guò)標(biāo)準(zhǔn)化光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制和協(xié)調(diào)的框架，或者通過(guò)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(gè)新機(jī)會(huì)的到來(lái)。通過(guò)建立一個(gè)通用的控制平臺(tái)，系統(tǒng)集成商不用花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)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。

STM32/STM8

意法半導(dǎo)體/ST/STM