基于OXC的光電聯(lián)動(dòng)全光網(wǎng)組網(wǎng)方案研究與實(shí)踐

  0 引言

  隨著5G、云計(jì)算、大視頻等業(yè)務(wù)的發(fā)展，多樣化的業(yè)務(wù)需求和爆發(fā)式的流量增長(zhǎng)對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求和挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)以電交叉為主的光傳送網(wǎng)(Optical Transport Network，OTN)網(wǎng)絡(luò)很難滿足日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)調(diào)度需求。隨著可重構(gòu)光分插復(fù)用器(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，ROADM)、集成式光交叉(Optical Cross-Connect，OXC)技術(shù)的發(fā)展和成熟，光網(wǎng)絡(luò)可滿足大容量、遠(yuǎn)距離傳輸和靈活調(diào)度，為傳送網(wǎng)由傳統(tǒng)的電交叉為主的OTN網(wǎng)絡(luò)向以光交叉為主、電交叉為輔的光電聯(lián)動(dòng)全光網(wǎng)轉(zhuǎn)變提供了技術(shù)基礎(chǔ)[1]。光電聯(lián)動(dòng)全光網(wǎng)的核心是光電協(xié)同管控技術(shù)，光電兩層需實(shí)現(xiàn)深度融合、協(xié)同管控才能夠充分發(fā)揮光電兩層技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源和運(yùn)維效率的優(yōu)化。本文首先介紹了全光網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)，之后分析了全光網(wǎng)中電交叉的必要性，并給出光電聯(lián)動(dòng)全光網(wǎng)組網(wǎng)方案以及管控方案，最后介紹了光電聯(lián)動(dòng)全光網(wǎng)具體應(yīng)用場(chǎng)景和案例，分析了光電聯(lián)動(dòng)全光網(wǎng)中光電兩層具體協(xié)同機(jī)制和對(duì)現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)維的價(jià)值。

  1 光電聯(lián)動(dòng)全光網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)

  現(xiàn)有光層技術(shù)雖然具有超大交叉容量、低功耗、低時(shí)延、速率無(wú)關(guān)等優(yōu)勢(shì)，然而缺乏子波長(zhǎng)顆粒調(diào)度、信號(hào)再生、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換等能力。目前，OTN網(wǎng)絡(luò)客戶側(cè)端口包括GE、10GE、100GE，另外OTN專線網(wǎng)絡(luò)還需要接入STM-1、STM-4、STM-16等同步數(shù)字體系(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)業(yè)務(wù)[2]，業(yè)務(wù)帶寬與單波長(zhǎng)線路帶寬差距較大，若端到端通過(guò)全光波長(zhǎng)承載，將造成大量的帶寬浪費(fèi)，資源利用率較低，需要在匯聚層通過(guò)電交叉進(jìn)行業(yè)務(wù)匯聚。另外，干線傳輸網(wǎng)絡(luò)需滿足全國(guó)范圍內(nèi)端到端傳輸，目前滿足工程需求的100G系統(tǒng)最大傳輸距離約1500 km，200G最大傳輸距離為1000 km，需設(shè)置電中繼站點(diǎn)才能滿足干線網(wǎng)絡(luò)傳輸距離。

  相比而言，電層技術(shù)維護(hù)開(kāi)銷豐富，具備倒換速度快、子波長(zhǎng)靈活調(diào)度、信號(hào)再生、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換等能力，在當(dāng)前OTN網(wǎng)絡(luò)中已充分發(fā)揮了電交叉技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。但電層調(diào)度存在容量受限、功耗大、時(shí)延大等缺點(diǎn)，以電交叉為主的組網(wǎng)模式難以滿足下一代傳輸網(wǎng)絡(luò)大容量、低時(shí)延、低功耗的需求。

  結(jié)合光層和電層技術(shù)特點(diǎn)，光電聯(lián)動(dòng)全光網(wǎng)是干線傳輸網(wǎng)的演進(jìn)方向?？紤]到光層技術(shù)能力限制，需在有小顆粒調(diào)度、信號(hào)再生、波長(zhǎng)沖突的節(jié)點(diǎn)部署電交叉能力。同時(shí)，在管控層面需引入光電兩層協(xié)同機(jī)制，實(shí)現(xiàn)光電深度融合的光電聯(lián)動(dòng)全光網(wǎng)。

  2 光電聯(lián)動(dòng)全光網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)及組網(wǎng)方案

  2.1 OTN電交叉關(guān)鍵技術(shù)

  OTN電交叉技術(shù)采用等長(zhǎng)的OTN信元交叉方式，先將OTN業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分成標(biāo)準(zhǔn)信元，通過(guò)交叉芯片對(duì)信元進(jìn)行交叉調(diào)度到對(duì)應(yīng)方向，然后重新封裝為OTN業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并傳送到下一節(jié)點(diǎn)。

  傳統(tǒng)單子架OTN電交叉系統(tǒng)由OTN業(yè)務(wù)接入模塊、切片(Segment)模塊、信元交叉(Fabric)模塊、重組(Regenerate)模塊和OTN出口模塊組成。OTN交叉系統(tǒng)可通過(guò)多平面Fabric級(jí)聯(lián)來(lái)擴(kuò)展交叉容量，目前可實(shí)現(xiàn)的單子架OTN最大交叉容量為64 Tbit/s[3]。受到設(shè)備集成度、功耗、機(jī)房散熱等限制，單子架OTN交叉容量難以進(jìn)一步提升。

  為滿足交叉容量進(jìn)一步提升的需求，業(yè)界提出了集群OTN交叉技術(shù)。集群OTN交叉技術(shù)是把多個(gè)單子架OTN交叉設(shè)備互聯(lián)起來(lái)，形成集群OTN交叉系統(tǒng)，以便提供更大的交叉容量。集群OTN交叉系統(tǒng)的交叉原理與單子架OTN相同，但增加了交叉層級(jí)，信元先在本業(yè)務(wù)子架交叉，如需跨子架交叉，應(yīng)先交叉到中央交叉子架再進(jìn)入其他業(yè)務(wù)網(wǎng)元交叉，然后經(jīng)過(guò)信元重組映射到ODU封裝。集群OTN交叉系統(tǒng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)方式為在OTN子架上的交叉板卡上增加專用于子架間互聯(lián)的光接口，通過(guò)專用光纖和光模塊將兩個(gè)子架之間或多個(gè)子架與中央交叉子架之間的交叉專用光接口進(jìn)行連接。集群OTN交叉系統(tǒng)將站點(diǎn)內(nèi)多個(gè)孤立的OTN設(shè)備的交叉能力池化，形成共享資源池，滿足多維度、大容量、高靈活組網(wǎng)需求，同時(shí)可以有效分散單節(jié)點(diǎn)功耗，提高可靠性。

  2.2 集成式光交叉關(guān)鍵技術(shù)

  由于光存儲(chǔ)、光處理、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵技術(shù)還不夠成熟，現(xiàn)有光交叉技術(shù)主要是采用波長(zhǎng)選擇交叉開(kāi)關(guān)或空間光交叉開(kāi)關(guān)的光線路交換技術(shù)。光交叉設(shè)備主要由光交叉連接矩陣、輸入接口、輸出接口、管理控制單元等模塊組成。光交叉已發(fā)展為集成式光交叉，如圖1所示，集成式光交叉以光背板技術(shù)為核心，分別采用硅基液晶、高密度光連接器、數(shù)字化光層等關(guān)鍵技術(shù)，可大大減少單板堆疊，免除板間連纖，實(shí)現(xiàn)單板即插即用，提高系統(tǒng)的可靠性，構(gòu)建更高維度全光交叉互聯(lián)[4]。

圖1 基于光背板技術(shù)的集成式OXC技術(shù)示意圖

  光背板采用類似電路印刷的方式將多組帶狀光纖封裝在聚合板材中，實(shí)現(xiàn)了N×N的光纖連接網(wǎng)，支持光線路之間、光線路和光支路之間的互聯(lián)，大大降低了人工連纖任務(wù)和難度。光波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)器件是實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)交叉功能的關(guān)鍵器件，近年來(lái)硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)技術(shù)應(yīng)用于光波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)技術(shù)中，利用在液晶上施加不同電壓來(lái)改變液晶折射率，產(chǎn)生不同的空間衍射方向，具有高緯度、高性能、靈活柵格的波長(zhǎng)交叉能力，目前可實(shí)現(xiàn)32維波長(zhǎng)交換[5]。高密度光連接器技術(shù)實(shí)現(xiàn)光背板和光波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)器件的可靠連接，可以實(shí)現(xiàn)光連接器間微米級(jí)高精度對(duì)準(zhǔn)，閉合式防塵門有效阻擋灰塵，采用灰塵不敏感的接口技術(shù)，進(jìn)一步降低灰塵的影響。數(shù)字化光層技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效管理。管控系統(tǒng)利用波長(zhǎng)跟蹤、光纖質(zhì)量監(jiān)控等數(shù)字化技術(shù)，對(duì)光背板、光支路單元、光線路單元等實(shí)現(xiàn)數(shù)字化監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)信息可視及高效光層運(yùn)維。

  2.3 基于OXC的光電聯(lián)動(dòng)全光網(wǎng)組網(wǎng)

  基于OXC的光電聯(lián)動(dòng)全光網(wǎng)組網(wǎng)方案綜合考慮電層、光層兩種調(diào)度技術(shù)，引入光層OAM、SDN管控機(jī)制以協(xié)同電層調(diào)度和光層調(diào)度。光層實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)調(diào)度，電層實(shí)現(xiàn)小顆粒業(yè)務(wù)匯聚、再生或波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，光層和電層互相配合，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模高靈活性Mesh化組網(wǎng)，優(yōu)化了傳輸路徑，提升了動(dòng)態(tài)保護(hù)恢復(fù)能力。

  在干線范圍內(nèi)，可根據(jù)距離或業(yè)務(wù)量劃分區(qū)域，區(qū)域內(nèi)連接以光層直通為主;設(shè)置部分域間對(duì)接節(jié)點(diǎn)，集中進(jìn)行電層調(diào)度和波長(zhǎng)變換;在必要的位置合理部署電交叉功能，滿足長(zhǎng)距離傳輸需求;城域匯聚節(jié)點(diǎn)，應(yīng)具有電交叉調(diào)度能力，實(shí)現(xiàn)小顆粒業(yè)務(wù)匯聚整合。

  3 全光網(wǎng)光電聯(lián)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案

  3.1 總體架構(gòu)

  光電協(xié)同管控對(duì)現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維體系和管控平臺(tái)提出了新的挑戰(zhàn)。在光網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)的配置下，光層波長(zhǎng)連接路徑、業(yè)務(wù)上下節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)等均為人工規(guī)劃，傳輸領(lǐng)域動(dòng)態(tài)調(diào)度均在電層通過(guò)OTN管控實(shí)現(xiàn)。在引入OXC和光層動(dòng)態(tài)管控技術(shù)后，光層具備了波長(zhǎng)級(jí)資源調(diào)度能力，但OTN電層管道調(diào)度機(jī)制和業(yè)務(wù)控制流程并未改變，光層管控僅用于光波長(zhǎng)連接的資源調(diào)度，代替了原有的人工單站配置，波長(zhǎng)路徑仍然由人工規(guī)劃。同時(shí)，傳統(tǒng)的OTN網(wǎng)絡(luò)管控平臺(tái)主要的功能邏輯均基于電層調(diào)度實(shí)現(xiàn)[6]。近年來(lái)，管控系統(tǒng)在電層調(diào)度的基礎(chǔ)上逐步引入了基于OXC的光層調(diào)度能力。雖然光電兩層管控功能被整合在同一套系統(tǒng)上，但兩層網(wǎng)絡(luò)分別獨(dú)立進(jìn)行調(diào)度和管控，光層和電層調(diào)度策略之間并沒(méi)有有效的協(xié)同機(jī)制。此外，光電兩層數(shù)據(jù)庫(kù)缺乏有效關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致光電協(xié)同功能缺少數(shù)據(jù)支撐，無(wú)法實(shí)現(xiàn)光電高效協(xié)同。

  為進(jìn)一步提高全光網(wǎng)業(yè)務(wù)開(kāi)通速度、提升運(yùn)維效率，需要定義自動(dòng)化的光電協(xié)同管控方案，實(shí)現(xiàn)光電管控深度協(xié)同，統(tǒng)一調(diào)度，推動(dòng)光電混合全光網(wǎng)由原本光電分別獨(dú)立控制的兩張網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)為光電協(xié)同管控的一張網(wǎng)絡(luò)(見(jiàn)圖2)。

圖2 光電協(xié)同管控促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)向光電聯(lián)動(dòng)一張網(wǎng)演進(jìn)

  (1)運(yùn)營(yíng)商應(yīng)在業(yè)務(wù)開(kāi)通、資源調(diào)度流程機(jī)制中，引入光電協(xié)同動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制。例如，在光網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段，可在光交叉節(jié)點(diǎn)預(yù)留部分波長(zhǎng)資源，不進(jìn)行預(yù)先規(guī)劃，用于動(dòng)態(tài)創(chuàng)建光波長(zhǎng)連接，推動(dòng)現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)維由傳統(tǒng)的純?nèi)斯ひ?guī)劃光波長(zhǎng)連接逐步向基于光電協(xié)同策略的波長(zhǎng)自動(dòng)配置演進(jìn)。

  (2)需促進(jìn)光電混合光網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)支持并完善光層管控功能及資源調(diào)度能力，光層和電層資源調(diào)度(例如路由計(jì)算、業(yè)務(wù)開(kāi)通等)應(yīng)由統(tǒng)一的功能邏輯或代碼實(shí)現(xiàn)。管控系統(tǒng)應(yīng)支持基于業(yè)務(wù)請(qǐng)求直接打通光層和電層連接、通過(guò)光層實(shí)時(shí)調(diào)度策略實(shí)現(xiàn)故障業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)恢復(fù)等功能。

  (3)光電混合光網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)需進(jìn)行相應(yīng)的升級(jí)改造，在數(shù)據(jù)庫(kù)表中需增加光層和電層資源關(guān)聯(lián)屬性字段，支撐光電協(xié)同功能邏輯高效獲取光電兩層資源關(guān)聯(lián)關(guān)系。

  3.2 光層OAM方案及機(jī)制

  在傳統(tǒng)的OTN技術(shù)中，電層支持多級(jí)開(kāi)銷能力，G.709中詳細(xì)定義了電層開(kāi)銷的類型及幀結(jié)構(gòu)，可提供豐富的帶內(nèi)開(kāi)銷信息。對(duì)于光層開(kāi)銷，目前標(biāo)準(zhǔn)只定義了標(biāo)識(shí)與告警指示的定義、承載方式，沒(méi)有對(duì)幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)定義。在實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，主要使用電層開(kāi)銷，光層開(kāi)銷機(jī)制未被有效利用，只有將業(yè)務(wù)下路到電層才能讀取開(kāi)銷信息，在全光傳輸過(guò)程中隨路開(kāi)銷則無(wú)法發(fā)揮作用。

  為了進(jìn)一步提高全光網(wǎng)運(yùn)維效率，引入光波長(zhǎng)調(diào)頂機(jī)制，實(shí)現(xiàn)光層波長(zhǎng)隨路操作維護(hù)管理(Operation Administration and Maintenance，OAM)?；诠鈱覱AM，使光電混合全光網(wǎng)具備電層 OAM與光層OAM結(jié)合的能力，發(fā)揮光層智能運(yùn)維和調(diào)度的作用。

  如圖3所示，在光電融合交叉設(shè)備的發(fā)送端，即每個(gè)OTU的輸出端，加載低頻調(diào)頂信號(hào)，調(diào)頂信號(hào)頻率與信號(hào)波長(zhǎng)一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)級(jí)調(diào)頂OAM。在光電混合全光網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)調(diào)頂信號(hào)檢測(cè)，在光信號(hào)波長(zhǎng)經(jīng)過(guò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)均可檢測(cè)開(kāi)銷，從而識(shí)別信號(hào)波長(zhǎng)的各種關(guān)鍵特征信息。

圖3 光層OAM實(shí)現(xiàn)原理

  3.3 光電協(xié)同管控方案

  在光電協(xié)同全光網(wǎng)中，由管控系統(tǒng)進(jìn)行總體策略控制，同時(shí)在轉(zhuǎn)發(fā)層面結(jié)合電層開(kāi)銷、光監(jiān)控信道(Optical Supervisory Channel，OSC)、光調(diào)頂OAM等3種開(kāi)銷機(jī)制，實(shí)現(xiàn)光電兩層高效協(xié)同。其中，光電混合設(shè)備之間通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)層開(kāi)銷交互/傳遞相關(guān)配置、資源信息，管控系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行集中式邏輯計(jì)算，并將配置策略下發(fā)至光電混合設(shè)備。

  在轉(zhuǎn)發(fā)層，通過(guò)多級(jí)開(kāi)銷分工協(xié)同，實(shí)現(xiàn)將配置命令下發(fā)至節(jié)點(diǎn)設(shè)備(見(jiàn)圖4)。電層開(kāi)銷繼承G.709標(biāo)準(zhǔn)全部開(kāi)銷功能，提供豐富的子波長(zhǎng)管理、監(jiān)控，針對(duì)小顆粒連接;OSC用于實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間的管控信令通路，實(shí)現(xiàn)鏈路級(jí)的光層監(jiān)控;光層OAM實(shí)現(xiàn)全程波長(zhǎng)級(jí)狀態(tài)監(jiān)控、本地波長(zhǎng)識(shí)別調(diào)度、波長(zhǎng)級(jí)路由標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

圖4 管控系統(tǒng)與多級(jí)開(kāi)銷協(xié)同實(shí)現(xiàn)光電聯(lián)動(dòng)

  4 全光網(wǎng)智能管控功能應(yīng)用實(shí)踐

  4.1 現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)踐

  為了更好地滿足高價(jià)值專線業(yè)務(wù)需求，中國(guó)移動(dòng)建設(shè)了一張“高可靠、高安全、高效率和低時(shí)延”的政企專網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模覆蓋國(guó)內(nèi)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)域，132個(gè)城市節(jié)點(diǎn)，由近1000端OTN設(shè)備組成，構(gòu)建了基于OXC的光電聯(lián)動(dòng)全光網(wǎng)架構(gòu)，結(jié)合100G/200G高速傳輸技術(shù)，通過(guò)集成式OXC的光層調(diào)度實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)調(diào)度，通過(guò)大容量OTN的電層調(diào)度實(shí)現(xiàn)任意顆粒子波長(zhǎng)級(jí)的交叉調(diào)度。

  中國(guó)移動(dòng)政企專網(wǎng)引入SDN管控機(jī)制、 光層OAM以及光電協(xié)同調(diào)度。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)方面，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一整合，電子架節(jié)點(diǎn)與光背板OXC節(jié)點(diǎn)視為同一節(jié)點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行管控;在組網(wǎng)能力方面，光層具備了CDC-F、靈活擴(kuò)維能力，使得政企專網(wǎng)具備較高的可擴(kuò)展性和可調(diào)度能力;在管控方面，具備對(duì)于光層和電層資源的統(tǒng)一調(diào)度能力，能夠?qū)崿F(xiàn)跨層業(yè)務(wù)/連接路由計(jì)算，支持跨層業(yè)務(wù)一鍵開(kāi)通、波長(zhǎng)沖突自動(dòng)變換、自動(dòng)配置中繼等功能;在業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量方面，通過(guò)光電協(xié)同提升業(yè)務(wù)可靠性，并可提供多樣的差異化服務(wù)等級(jí)。

  4.2 光電協(xié)同業(yè)務(wù)控制

  在傳統(tǒng)的OTN網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)開(kāi)通方式通常為：光層光波長(zhǎng)連接預(yù)先規(guī)劃或配置，基于光層波長(zhǎng)連接拓?fù)溆?jì)算電層路由。資源調(diào)度基于電交叉，因此需要占用大量電中繼資源，光層波長(zhǎng)傳輸距離往往較傳輸極限較遠(yuǎn)。

  如圖5所示，引入光電協(xié)同路由計(jì)算后，可基于光電兩層統(tǒng)一拓?fù)溆?jì)算路由，電層拓?fù)淅^承光層拓?fù)鋵傩?如距離、時(shí)延等)，基于路由計(jì)算結(jié)果，自動(dòng)判斷是否存在可用光路;若無(wú)可用光路，可直接驅(qū)動(dòng)光層新建光路，在傳輸性能滿足的前提下，實(shí)現(xiàn)光層一跳直達(dá)。在創(chuàng)建波長(zhǎng)連接時(shí)，若指定的波長(zhǎng)被占用，可在支路板自動(dòng)切換波長(zhǎng);同時(shí)，基于轉(zhuǎn)發(fā)面OSNR計(jì)算可達(dá)性，根據(jù)可達(dá)性信息自動(dòng)選擇、配置電中繼節(jié)點(diǎn)。基于光電協(xié)同業(yè)務(wù)開(kāi)通，在同等業(yè)務(wù)量下，可大幅減少電中繼的資源占用，提升業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)效率，增強(qiáng)全光網(wǎng)的靈活性。

圖5 通過(guò)光電聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)光層直通路由

  4.3 光纖鏈路自動(dòng)識(shí)別

  在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間，各站點(diǎn)存在大量的人工連纖，不可避免地造成部分光纖錯(cuò)連。由于傳統(tǒng)的全光網(wǎng)缺乏有效的波長(zhǎng)標(biāo)記和識(shí)別機(jī)制，因此人為原因造成的光纖錯(cuò)連或配置差錯(cuò)很難被管控系統(tǒng)識(shí)別，需消耗大量人工資源進(jìn)行排查。通過(guò)引入光層OAM，并在開(kāi)銷信息中攜帶波長(zhǎng)和路徑信息，可在光交叉節(jié)點(diǎn)進(jìn)行波長(zhǎng)路徑校驗(yàn)，從而識(shí)別光纖連接是否正確，具體方案如下。

  (1)光波長(zhǎng)路徑由集中式管控系統(tǒng)計(jì)算，并下發(fā)至各個(gè)節(jié)點(diǎn)。

  (2)光波長(zhǎng)發(fā)送端，在調(diào)頂信號(hào)中寫(xiě)入波長(zhǎng)路徑。

  (3)在各個(gè)節(jié)點(diǎn)，校驗(yàn)波長(zhǎng)信號(hào)開(kāi)銷中的波長(zhǎng)路徑，若波長(zhǎng)路徑中包括本地節(jié)點(diǎn)，表示波長(zhǎng)前序光纖連接正確，若波長(zhǎng)路徑中不包括本地節(jié)點(diǎn)，則表示前序光纖連接與管控系統(tǒng)中的邏輯拓?fù)洳灰恢隆?

  (4)檢測(cè)到波長(zhǎng)路徑不一致的節(jié)點(diǎn)向管控系統(tǒng)發(fā)送光纖錯(cuò)連告警，管控系統(tǒng)可根據(jù)發(fā)送告警的節(jié)點(diǎn)，判斷光纖錯(cuò)連發(fā)生的具體位置。

  如圖6所示，針對(duì)由于人為原因造成光纖錯(cuò)連或邏輯拓?fù)滗浫脲e(cuò)誤，導(dǎo)致波長(zhǎng)路徑與規(guī)劃路徑不一致，管控系統(tǒng)實(shí)時(shí)在管控系統(tǒng)顯示告警，并展示原規(guī)劃路徑和實(shí)際路徑，從而精確定位光纖錯(cuò)連位置，快速處理，提高運(yùn)維效率。

圖6 光纖錯(cuò)連原理示意圖

  4.4 光電協(xié)同故障定位

  如圖7所示，當(dāng)光電混合全光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或線路發(fā)生故障時(shí)，將產(chǎn)生大量的衍生告警，其中包括設(shè)備原生告警、鏈路衍生告警、業(yè)務(wù)衍生告警等[7]。大量告警不但造成系統(tǒng)間信令通信阻塞，且需要運(yùn)維人員花費(fèi)大量時(shí)間查找根因告警。

圖7 故障協(xié)同定位原理示意圖

  通過(guò)光層OAM中的光發(fā)送端性能等信息，可自動(dòng)分析、定位光層根因故障。例如，當(dāng)收端OTU功率劣化，通過(guò)開(kāi)銷檢測(cè)功率，可判斷單波劣化問(wèn)題點(diǎn);當(dāng)全部波長(zhǎng)發(fā)生故障，可判斷光纖線路故障。通過(guò)光層OAM協(xié)同故障定位，可定位故障類型包括主光路中斷、主光線路劣化、單波線路中斷、單波線路劣化、光模塊故障、單板故障等。通過(guò)光層OAM進(jìn)行自動(dòng)告警定位，代替人工排查，可快速、高效地定位故障，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率，故障工單數(shù)下降約50%，告警壓縮率可達(dá)90%。

  4.5 光電協(xié)同保護(hù)恢復(fù)

  傳統(tǒng)的OTN網(wǎng)絡(luò)分別在光層提供了OLP保護(hù)和SNCP保護(hù)，同時(shí)可以在電層進(jìn)行預(yù)置和動(dòng)態(tài)重路由恢復(fù)[8]。通過(guò)光層智能控制，在光電混合全光網(wǎng)中引入光層恢復(fù)機(jī)制，結(jié)合原有光層OLP保護(hù)、電層SNCP保護(hù)和電層恢復(fù)，可實(shí)現(xiàn)更多光電協(xié)同保護(hù)恢復(fù)組合，提供更豐富的差異化保護(hù)恢復(fù)等級(jí)(見(jiàn)表1)。

表1 光電協(xié)同保護(hù)恢復(fù)機(jī)制匯總

  通過(guò)配置光層恢復(fù)+電層保護(hù)協(xié)同，可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)永久1+1保障(見(jiàn)圖8)，通過(guò)光層恢復(fù)機(jī)制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電層保護(hù)路徑計(jì)算，可減少永久1+1業(yè)務(wù)資源占用，在保證業(yè)務(wù)抗多次故障且中斷時(shí)間小于50 ms的情況下，相較于電層永久1+1大幅降低網(wǎng)絡(luò)資源占用。

圖8 通過(guò)光電協(xié)同實(shí)現(xiàn)資源高效利用

  傳統(tǒng)的1+1保護(hù)在出現(xiàn)故障后，一方面需要恢復(fù)業(yè)務(wù)，另一方面需要重新計(jì)算并占用端到端資源，在多次故障的情況下，占用的冗余資源成倍增長(zhǎng)。在引入光層恢復(fù)后，當(dāng)工作路徑發(fā)生故障時(shí)，首先通過(guò)電層保護(hù)實(shí)現(xiàn)快速倒換，之后在原工作路徑進(jìn)行光層恢復(fù)作為備用路徑，無(wú)需重復(fù)占用端到端資源。在多次故障情況下，通過(guò)光電協(xié)同實(shí)現(xiàn)永久1+1相對(duì)于傳統(tǒng)永久1+1保護(hù)，節(jié)約資源占比如圖9所示。

圖9 光電協(xié)同保護(hù)節(jié)約資源占比

  5 結(jié)束語(yǔ)

  本文介紹了基于OXC的光電聯(lián)動(dòng)全光網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)，并結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際情況分析了組網(wǎng)需求、應(yīng)用部署原則，提出通過(guò)集中式管控系統(tǒng)與光層OAM、電層開(kāi)銷協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了光電聯(lián)動(dòng)的技術(shù)方案，以及業(yè)務(wù)快速開(kāi)通、故障快速定位，提高了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率和資源利用率。關(guān)于光層OAM具體實(shí)現(xiàn)、光電協(xié)同管控更多擴(kuò)展功能以及如何在光電聯(lián)動(dòng)全光網(wǎng)中引入AI分析能力，還需要進(jìn)一步深入研究分析，并結(jié)合測(cè)試驗(yàn)證，給出下一步演進(jìn)建議。

  參考文獻(xiàn)

  [1] 韋樂(lè)平. 詳解全光網(wǎng)發(fā)展的十大趨勢(shì)[J]. 通信世界, 2021(13):40-41.

  [2] 唐雄燕, 王海軍, 楊宏博. 面向?qū)＞€業(yè)務(wù)的光傳送網(wǎng)(OTN)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[J] . 電信科學(xué), 2020,36(7):18-25.

  [3] 李允博. 光傳送網(wǎng)(OTN)技術(shù)的原理與應(yīng)用[M]. 北京:人民郵電出版社, 2018.

  [4] 逯向軍, 尹輝. 傳送網(wǎng)OXC技術(shù)原理及應(yīng)用分析[J]. 山東通信技術(shù), 2020,40(3):18-22.

  [5] 趙鑫, 湯瑞, 湯曉華. 超大容量全光交叉技術(shù)及應(yīng)用分析[J]. 信息通信技術(shù)與政策, 2021,47(5):86-90.

  [6] 李允博, 李晗, 柳晟. 軟件定義網(wǎng)絡(luò)在光傳送網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用探討[J]. 電信科學(xué), 2013,29(9):187-190.

  [7] 袁方. 光纜割接時(shí)OTN常見(jiàn)告警分析及處理規(guī)范分析[J]. 中國(guó)新通信, 2018,20(22):154.

  [8] 楊順祥. 傳輸OTN自愈保護(hù)研究與應(yīng)用[J]. 電信科學(xué), 2017,33(S2):219-223.

  作者：李允博、趙陽(yáng)、孫將、柳晟、王東、張德朝、李晗