DWDM 网络设计：线路系统、ROADM、OTN 与可插拔模块

DWDM 网络是分层的：光纤上的彩色光（线路系统）、承载客户信号并纠错的数字封装层（OTN），以及客户信号本身（以太网、FC、SDH）。光模块插入的位置——转发器机框，还是作为 400ZR 模块直接插入路由器——决定了每一层由谁来负责。本页梳理这些层次、构建模块和设计决策，以便将一个彩色可插拔模块放到其所处的背景中理解。

分层

层	组成元素	关注点
客户层	以太网 10/100/400G、FC、SDH/SONET、视频	客户设备与转发器之间的灰光模块，若客户直接使用相干可插拔模块则无需该层
OTN（ITU-T G.709）	包裹 ODU 容器的 OTU 帧、FEC、串接监测	复用、性能监测、保护倒换
光信道层	产生 ITU 栅格波长的转发器/复用转发器或相干可插拔模块	调制格式、OSNR、色散
线路系统/OMS	复用器/解复用器、放大器、ROADM、OSC、DCM	跨段工程设计（放大与 OSNR）
光纤/OTS	光纤对、连接器、熔接点	损耗、色散、PMD、OTDR

线路系统构建模块

模块	功能	说明
复用器/解复用器（AWG 或 TFF）	合并/分离 40–96 个信道	固定信道规划；ITU 栅格
ROADM（可重构 OADM）	在软件控制下对任意信道进行上下路或直通；方向数（degree）= 线路方向的数量（环形节点为 2，网状枢纽为 4–8）	基于 WSS（波长选择开关）；有无色/无方向/无争用（CDC）等变体
放大器	功率放大器、线路放大器、前置放大器	放大与 OSNR
OSC — 光监控信道	使用 1510 或 1625 nm 的带外管理信道	承载 DCN、放大器控制、跨段损耗监测
DCM	色散补偿（直接检测系统）	全相干方案中不使用
OCM / OPM	每信道功率监测器	用于开通和告警
OLP — 光线路保护	跨两条光纤路由的 1+1 分光器/开关	倒换时间约 50 ms

栅格与容量

栅格	C 波段信道数	每信道速率	总容量	说明
100 GHz 固定栅格	40–48	10G / 100G	0.4–4.8 Tb/s	传统方案与简单城域网
50 GHz 固定栅格	80–96	10G / 100G / 200G	最高 19 Tb/s	主流方案
75 GHz	~64	400G（60 GBd）	25 Tb/s	400ZR/ZR+ 信道宽度
Flexgrid（12.5 GHz 槽位）	可变	100G–800G+	30–40+ Tb/s	超级信道；需要 flexgrid ROADM
C + L 波段	×2	—	60–80 Tb/s	L 波段放大器

相干转发器在每个波长上以容量换取传输距离——同一硬件可配置为城域场景的 400G 16QAM、区域场景的 300G 8QAM、长途场景的 200G QPSK——因此设计时需要针对每条路径选定调制格式（相干与长途传输）。

OTN 简介

容器	速率	典型客户信号
ODU0 / ODU1 / ODU2 / ODU2e	1.25 / 2.5 / 10.04 / 10.4 Gb/s	GbE / STM-16 / STM-64 / 10GbE
ODU3 / ODU4	40 / 104 Gb/s	40GbE / 100GbE
ODUflex	n × 1.25 Gb/s	FC、任意速率
OTU2 / OTU4	10.7 / 112 Gb/s	带 FEC 的线路帧
OTUCn / FlexO	n × 100G	200G–800G 相干线路

OTN 增加了以下功能：FEC（GFEC RS(255,239) 增益约 6.2 dB；相干线路板卡上厂商专有 SD-FEC 约 10–11 dB）、按段和按路径的性能监测（BIP-8、串接连接监测）、将多个客户信号复用进一个波长（复用转发器），以及保护（SNCP，约 50 ms）。客户看到的是一条透明管道；OTN 层则能看到每一个比特错误。

可插拔模块所处的位置

架构	OTN/FEC 终结点	光器件	权衡
转发器/复用转发器机框	DWDM 厂商的线路板卡	灰光客户侧光模块 + 集成或 CFP2-DCO 相干线路侧	传输距离和监测能力最佳；两套设备、两个厂商的管理系统
路由器中的相干可插拔模块（QSFP-DD/OSFP 中的 400ZR / ZR+）	模块本身（CFEC/oFEC），以路由器为主机	单一模块，无需客户侧光模块	设备数量与功耗更低；传输距离限于城域/区域；通过 CMIS VDM 监测；线路系统必须是开放的
异厂商波长（alien wavelength）	第三方线路系统上的任意转发器	同上	需要能接受外部信道的开放线路系统和功率管理协议
无源 DWDM + 固定/可调谐 10G SFP+	无（仅客户侧 FEC）	可调谐 DWDM SFP+ 直接插入交换机、无源复用器、可能配一台 EDFA	对于 ≤ 80 km 的 10G × 40 场景成本最低；无 OTN 监测（可调谐光模块）

保护与可靠性

机制	所在层	倒换时间	说明
OLP 1+1	光层	约 50 ms	复用光纤路由；容量减半
OTN SNCP	OTN	约 50 ms	按 ODU 进行；需要 OTN 终结
ROADM 恢复	光控制平面	数秒至数分钟	故障后重新路由波长
客户层（LAG、IP FRR、FC 多路径）	客户层	毫秒至秒级	使用可插拔相干模块时通常已足够

设计决策清单

流量矩阵与增长趋势 → 信道数量、栅格、C 波段或 C+L 波段。
拓扑：点对点、环形、网状 → 每个节点所需的 ROADM 方向数。
每条路径的 OSNR 与非线性预算 → 每个波长的调制格式与传输距离等级。
每个站点选择可插拔相干模块还是转发器，以及开放线路系统的要求。
是否需要 OTN：涉及子波长复用、严格 SLA、串接监测吗？否则客户层保护可能已经足够。
监测：OSC、OCM、每信道 FEC 前误码率、告警阈值（监测）。
开通基准：每信道功率、OSNR、误码率；与模块身份信息一并保存。

在 CodingBox 中

相干与 DWDM 可插拔模块以带有身份信息、信道设置和 VDM/DDM 的模块形式接入该网络。 CodingBox 读取并编程它们的身份信息（可调谐波长映射表、信道栅格），并在 DDM 和 Check transceiver 页面显示线路系统无法看到的模块侧监测量——激光器频率误差、Tx/Rx 功率、FEC 前误码率。

这些网络的光纤基础设施视角——点对点、环形、网状、结构化布线、光纤芯数规划、保护与时延：光纤网络拓扑。

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