3. 光交换节点硬件架构
一个可重构光分插复用（ROADM）节点或光交叉连接（OXC）节点，本质上是一台“在光域里做路由的交换机”。它不解析业务比特，只处理波长通道的位置与功率。要理解它的工作方式，最有效的方法是沿着一条光信号从线路侧进入、经过交换、再到线路侧或本地支路出去的路径，逐一识别每个硬件模块承担的职责。本节以典型的 CDC（无色、无方向、无阻塞）ROADM 节点为例，说明其硬件组成与信号流。
一、节点硬件的基本分工
一个完整的 ROADM/OXC 节点通常包含五类硬件：
- 波长选择开关（WSS）：核心交换器件，把输入端口中的多个波长按需分配到任意输出端口，同时完成功率均衡。
- 光分插复用器（OADM）：负责本地业务的上下路，把指定波长从线路中“摘”下来送给本地接收机，或把本地发射的波长“插”进线路。
- 光交叉连接矩阵（OXC Matrix）：在多方向节点中，把各方向 WSS 的输出按目标方向重新汇聚，实现方向间的波长级交叉。
- EDFA 光放大器：补偿线路损耗、WSS 插损和分插损耗，维持各通道功率在接收机灵敏度之上。
- 监控与保护模块：包括光通道监控（OCM）、光时域反射（OTDR）、光功率检测、1+1 保护倒换控制等，负责状态感知与故障响应。
这些模块不是简单串联，而是按“线路侧—交换侧—支路侧”三层组织。线路侧负责长距离传输与放大，交换侧完成波长级路由，支路侧完成本地上下路。
二、信号流：从线路到线路
假设节点有东、西两个线路方向，以及一个本地上下路方向。一条从西向东穿通的波长信号，其路径如下：
- 西向线路光纤进入节点，先经过前置 EDFA（预放）提升功率，补偿线路衰减。
- 放大后的信号进入西向 WSS 的公共输入端口。WSS 内部由衍射光栅或硅基液晶（LCoS）将波分解复用到不同空间位置，再通过可编程相位掩模把每个波长反射到指定输出端口。
- 若该波长需要穿通到东向，WSS 将其路由到连接东向 OXC 矩阵的端口；若需要在本地下路，则路由到支路端口。
- 东向 OXC 矩阵把来自西向 WSS 的该波长与来自本地插入的波长汇聚，送入东向 WSS 的输入端口。
- 东向 WSS 再次完成波长选择与功率均衡，输出到东向线路 EDFA（功放），最后送入东向光纤。
整个过程中，波长始终保持在光域，没有经过光电转换，因此时延极低、速率透明。WSS 的滤波带宽通常为 50 GHz 或 100 GHz 栅格，插损约 4～7 dB，端口隔离度可达 30 dB 以上。
三、本地上下路与 OADM 的角色
本地上下路模块通常由一组固定或可调滤波器、耦合器与 WSS 组合实现。下路时，WSS 把目标波长导向本地接收机前的分波器；上路时，本地可调激光器发出的波长经过合波器进入 WSS 的支路输入端口，再由 WSS 插入到目标线路方向。CDC 节点的关键特征是：任一支路端口可以上下路任意波长，且可以指向任意线路方向，这依赖 WSS 与 OXC 矩阵的联合配置。
四、EDFA 的配置与功率管理
EDFA 在节点中通常出现在三个位置：线路输入预放、线路输出功放、以及上下路支路的功率补偿。预放工作在低噪声系数状态，噪声系数典型值 5～6 dB；功放工作在高输出功率状态，输出功率可达 17～23 dBm。节点内部需要维持“功率预算平衡”：
接收功率 = 发射功率 - 线路损耗 - WSS插损 - OXC插损 + EDFA增益
目标：接收功率 ≥ 接收机灵敏度 + 余量（通常 3 dB）例如，发射功率 0 dBm，线路损耗 20 dB，WSS 插损 6 dB，OXC 插损 3 dB，若 EDFA 增益为 25 dB，则接收功率约为 -4 dBm，满足典型相干接收机 -20 dBm 灵敏度的要求。实际工程中还需考虑通道间功率均衡，避免某些波长因增益竞争被压制。
五、监控与保护模块
监控模块通过分光器（通常 1%～5% 分光比）从主光路抽取少量光功率，送入 OCM 或 OTDR。OCM 可测量每个波长的功率与中心频率，用于判断波长是否丢失、功率是否越限。OTDR 则用于检测光纤断裂或连接器劣化。保护模块通常采用 1+1 线路保护：当主用线路光功率低于阈值时，光开关在 10～50 ms 内切换到备用线路。控制平面（如 GMPLS 或 SDN 控制器）根据监控数据下发 WSS 与 OXC 的配置，实现波长重路由。
六、配置与观察要点
在实际开局或扩容时，工程师需要关注几个可观察量。第一，WSS 的每个输出端口应配置正确的波长集合，避免同一波长被同时分配到两个方向造成冲突。第二，EDFA 的增益应逐段调整，使各通道功率差异控制在 1～2 dB 以内。第三，OCM 读数应显示每个波长的功率在预期范围内，若某波长功率骤降，可能是 WSS 端口配置错误或激光器失效。第四，保护倒换的阈值和延时需要根据线路质量设定，通常光功率低于 -25 dBm 触发，倒换时间不超过 50 ms。
理解这些硬件模块的组成与信号流，是后续进行波长规划、功率预算和故障定位的基础。节点内部的光路虽然复杂，但只要沿着“线路侧—交换侧—支路侧”三层结构逐段追踪，就能快速定位问题所在。