光传送网光通道保护应用分析

随着业务向 10G 以上大颗粒的转变，业务直接用光传送网( Optical Transport Network，OTN) 系统波道承载已在现网中广泛应用，对需要保护的业务，在网络中分别安排一个主用和备用路由波道，根据主备用波道路由的设 备 情 况，目 前 分 别 采 用 1 + 1 光 通 道 保 护( Optical Channel Protection，OCP) 或SNCP 1+1 保护来实现对业务在波道层面的保护，提高业务的安全性。

1、1+1 光通道保护现网应用情况及存在的问题

1+1光通道保护( OCP 1+1 保护) 的对象为一个客户信号，在上下路通过 OCP板卡对客户侧信号进行并发选收，通过功率监控模式，即判断主备用通道是否有信号丢失( Loss of Signal，LOS) 告警来判断是否倒换，此类型保护倒换时间短，通常满足 < 50 ms，配置简单，可以实现波长级别的保护。现网应用的1+1光通道保护设备板卡的连接如图所示。

在现网中，1+1光通道保护的主备用波道分别终端在不同的支路端口，通过 OCP 盘进行业务信号的双发选收，主要在以下情况选用：业务起点和终点的主备用波道配置在不同的OTN设备上；业务的起点和终点分别为不同厂家的设备，在路径中间站通过用户网络侧接口(User Networks Interface，UNI) 支路实现异厂家光通道对接；业务起点和终点为同厂家设备，但主用或备用路径跨越了第三方设备，在路径中间站通过UNI支路实现异厂家光通道对接。

由于1+1光通道保护是通过LOS告警，用功率监控模式来触发倒换，光通路中无需透传上游的信号失效( Signal Fail，SF) 和信号劣化( Signal Degrade，SD) 信息，且现网部分设备支路端口不支持OTUK，因此通常

UNI客户侧及跨架、跨厂家的对接端口采用10 GE/100 GE接口，该接口对OTUK/ODUK 层的开销，如段监视 ( Section Monitoring，SM ) 、 通道监视 ( Path Monitoring，PM) 均已终结。

（1）异厂家支路对接时倒换时间过长。在上述所说的存在异厂家间通过 UNI支路且对接情况时对接端口采用10 GE、100 GE 接口进行对接时。 此时，SM、PM已终结，光通道中间局站收到LOS告警时，采用激光器自动关闭的方式来传递上游的SF信号，激光器关闭通常需要进行多次判决防抖，这样会延长下游的总业务受损时长，导致倒换时间超过 50 ms，现网目前已有此类情况的案例。

（2）信号劣化不能触发保护倒换。由于1+1光通道保护是通过LOS告警，用功率监控模式来触发倒换,对 SD 告警无感知或不传递,这点不同于 SNCP 1+1保护，即信号的劣化并不触发保护倒换。

（3）OCP 单板插损对客户信号的影响。从1+1光通道保护设备连接图可以看到，此类保护需在OTN设备的支路侧和客户侧间接入 OCP 保护倒换板，该单板的插损为1.5 ~ 3dB,在传输设备与客户侧间路径过长或路径的跳接点多时，由于本身传输设备与业务设备间路径衰耗比较大，该板卡插损的引入会进一步加大衰耗，导致OTU和业务网元收光功率降低，引发误码，现网目前已有此类情况的案例。

2、光通道保护改进

近年来,在网络中引入的OTN设备中,大部分设备客户侧端口为IrDI OTUK，早期工程中的设备客户侧端口大部分可以通过网管配置为OTUK或非OTUK接口；基于此，可通过采用OTUk的UNI支路对接，将现网中使用的1+1光通道保护改进为使用SNCP 1+1保护。

端到端路由为同厂家时，在业务端站或中间节点站，存在跨电子架UNI对 接时，将对接端口设置为OTUk或IrDI的OTUk的UNI接口。异厂家对接时，对接端口设置为OTUk或IrDI的OTUk的UNI接口。根据业务颗粒，对10G/100G业务，分别采用OTU2/OTU4的UNI OTUk或IrDI OTUk支路对接。

近期针对这些场景跨机架、跨厂家SNCP保护，现网主流厂家的设备已通过实验室测试，下一步可在现网进行推广应用。

（1）在业务端站，通过同厂家同平台或异平台UNI OTUk或IrDI OTUk支路端口跨架对接。

（2）主备用路由中的电交叉/电中继站，对10G/100G业务，同厂家同平台或异平台的不同电子架通过UNI OTU2/OTU4支路端口或IrDI OTU2/OTU4 支路端口跨架对接。

（3）业务源宿端为不同厂家设备，对10G/100G业务，不同厂家OTN设备通过OTU2/OTU4支路端口对接。

与非OTUk格式的UNI接口互通相比，OTUk或IrDI OTUk格式的UNI接口互通可利用OTN完善的开销，易于实现业务的跨域性能告警采集、故障定位、时延测量等管理功能；支持适用不同的保护场景SNCP/I/N/S 保护类型；且IrDI OTUk接口通过GCC开销，可以实现网管信息的跨域透传。结合上述优点，在现网应用中建议优选OTUk格式的客户侧信号的互通。同时，由于只有IrDI的OTUK的UNI支持小颗粒业务到大带宽波道的复用和解复用,因此当跨机架支路转接用非IrDI的OTUK的UNI对接的场景应用SNCP保护时，应用仅限于业务与支路转接速率一致的情况。在工程应用中，为保证对不同的业务安排灵活的保护式，保证 50 ms 的保护倒换时间，建议新增设备客户侧支路端口采用IrDI 接口，已有设备升级为IrDI接口。现有客户侧支路端口不能支持IrDI 接口时，设置为 OTUK 的UNI对接,保证SM、PM、TCM等告警下传。

来源：中国信息通信研究院

基于OXC技术的超级光放站在Y省省干OTN系统的应用

通信世界网消息 （CWW）随着K市、Y市、C市等市州一体化算力网络省级枢纽节点，以及其他市州次级算力节点等多级算力中心体系的建成，本着“算是核心、存是基石、运是纽带”的理念，Y省运营商结合算力网络建设需求提前进行网络架构优化，提升算力枢纽间的网络能力。在省干OTN（光传送网）系统上率先落地超级光放站技术，全面打造基于“OTM(光复用终端)+OLA(光线路放大)”双重调度的全光算力运力网。

Y省内干线OTN系统面临的挑战和痛点

目前，Y省内干线OTN系统已覆盖全省16个市州，以K市为核心，大部分地州单点环形结构组网，Y省运营商基于OXC（光交叉连接）技术200Gbit/s省干系统，采用ROADM（可重构光分插复用器）+OXC技术组建200Gbit/s系统，保护方式采用OLP（光纤线路自动切换保护）或SNCP（子网连接保护），具体如图1所示。

由于传统的无线与家宽等业务流向固定、清晰，全部为南北向流量，因此传统省干按照“市核心－省核心”传送以及“省核心－省核心”调度架构建设。随着泛在算力应用需求进一步向区域边缘的分布式计算和用户侧智能终端延伸，东西向流量占比越来越大，当前组网架构不能很好地满足算力节点之间跨地域大带宽、低时延、高可靠的确定性运力服务要求。省内干线OTN系统存在以下痛点：一是利用率不均，热点区域业务量大，少量链路带宽占用率高，网络容易拥塞，导致整网波长利用率不均匀；二是调度不灵活，各市州超大环形组网，市州之间业务需全部绕行到K市，导致业务时延高，且跨区域业务调度不灵活；三是可靠性不高，各市州到K市东西向环形组网难以抵抗多次断纤、多点失效，对业务影响较大。

超级光放站技术原理及关键技术概述

在传统省干架构中，网络结构以省会为中心，以区域环网为主，市州之间业务的访问存在高时延、低可靠、联算复杂等一系列问题。为解决此类业务难题，可在现有网络架构上针对光缆汇聚点升级传统光放站，打造超级光放站，增强多方向调度能力，进而打造省干品质连算能力。

如图2所示，超级光放站的应用场景分为以下3类：一是不同环网相同局址，同址OLA站升级OXC，打通跨环调度；二是不同环网相邻局址，异站OLA站升级OXC，增加跨环直连路由，打通跨环调度；三是相同环网不同设备，异站OLA站升级OXC，增加环内直连路由，多方向调度。

OXC是基于光背板技术和高密度光连接器技术的高集成度可重构光分插复用器ROADM设备。OXC光背板使用光纤编织技术，把复杂的光纤集成在一块全光背板上，降低了原有ROADM网状网连纤的复杂程度，其主要功能是完成光波长信号的引导连接。OXC光线路板高度集成了光监控信道（OSC）、合分波、光线路放大器以及线路维度波长选择开关（WSS）的功能，实现１个槽位和１块板卡解决１个线路维度的所有问题，其主要功能是实现方向无关的波长分插、调度和复用。

相较传统ROADM技术，OXC由管理控制单元、光交叉连接矩阵、输入接口、输出接口等模块组成，高集成度的运用使得OXC具有以下优点。

首先，借助高集成和高可靠的全光背板以及极简的架构设计，运用集成式的光背板来构建全光交叉的资源池，免除内部复杂的连纤，节约传统光层建设方式中各路光方向之间的跳纤，保证单板即插即用，大幅降低了运维的难度。

其次，LCOS（液晶覆硅）技术成熟，单个像素失效对波长交换无影响。LCOS是一种相位调制器（由2D像素组成），基于液晶分子的排列，由VLSI芯片提供电压矩阵控制。波分光束通过透镜光路入射到衍射光栅上之后按照波长呈不同角度衍射，衍射过后的空间色散光通过透镜反射到LCOS芯片上，LCOS芯片晶体通过控制每个晶体像素的电压，使得不同区域中的像素形成周期性的相位变化，得到了锯齿形的相位光栅。根据光栅周期不同，不同波长的光+1级衍射角度不同，通过计算不同波长和所需不同+1级衍射角度的对应周期，通过电压控制晶体衍射角度周期，可将不同波长的光衍射到任意需要的端口方向。

最后，OXC通过光背板无源设计、电源分区、主控/风扇/PIU(电源接入单元)“1+1”备份，大幅降低因设备本身问题导致多项业务中断的概率，同时通过合理的供电规划来避免因机房以外掉电导致失效的概率。此外，OXC除了原有的OLP（光线路保护）、ASON（智能光网络）等丰富保护特性外，还增加了WD（波长识别跟踪）、MON（光背板插损检测单元）、OFDR（光学频域反射仪）等故障快速定界特性，能够帮助业务快速恢复。

超级光放站在省内干线OTN系统的应用

超级光放站选点原则

在对省干站点位置以及光缆路径进行分析后，结合算力业务的流向及在最大程度不影响现网业务的前提下，基于最适合省内的选择原则，得出的逻辑选点如图3所示。一是选择多方向的光缆汇接点的OLA站点，出局光方向数≥3，具备多方向灵活调度的基础条件；二是选择区县及以上层级机房的OLA站点，机房条件较好，具备部署安装OXC光层设备条件；三是在不改变现有OMS（光复用段）1+1保护方式及网络架构情况下，所选择的OLA站点可作为分界点，具备OMS分段的条件（可分段配置OMS 1+1保护）。

方案思路

Y省运营商协同4个省级数据中心、14个市级数据中心的建设，科学布局算力网络，构建覆盖全省、绿色集约的“云-边-端”三级算力体系，实现算力资源的跨地域、跨层级、跨场景的灵活调度，持续优化、降低时延，打造全省“5ms时延圈”，整体改造方案思路如图4所示。

在站点分布方面，该方案梳理光缆汇节点，从普通光放站升级到超级光放调度站，打通跨区与省干环网连接路由，实现省干OTN网络架构的立体化和网格化，通过“去行政区化”，让地市之间的连接尽量避免绕行省会城市，减少路由迂回，以降低端到端业务时延。

在调度方面，该方案采用“OTN+OXC”构建全省光电融合业务的大容量资源池，实现多子架间的资源共享、多个线路方向间的业务灵活调度与快速疏导，配合全网升级至ASON，保障故障快速定位与路由恢复，业务可靠度可达99.999%。

现网案例分析

结合算力业务诉求以及省干OXC部署现状，省内提出加速省干优化升级，打破传统调度方式，满足异地企业和各算力中心之间的高效互联。为满足多方向复杂流量流向业务需求，以及支持快速敏捷的算力接入和智能化调度能力，在省内部分光放站节点进行全光交换OXC改造，在国内首次实现光放站具备光层随需调度的能力，CX州超级光放站落地方案如图5所示。

DLMJ站点－KMGX链路：将CX移动五楼、CX移动四楼融合放到CX移动五楼原OXC站点，并扩容2个光线路方向，升级成超级光放站。

DLMJ站点－KMCG链路：将CX移动四图4 Y省内干线OTN系统改造方案图5 CX州超级光放站落地方案楼、CX全球通融合放到CX全球通站点，升级成超级光放站。CX移动五楼新增光方向与CX全球通光层进行打通。

CX移动五楼原P32子架新增3块ON20P；CX全球通新增1台P32C，新增3块ON20P。

该项目实现两大收益：一方面时延降低，实现DL环与CX环的OXC全光交叉打通，“DL-CX”业务无需再到省中心K市绕行，成功实现以算力节点为中心，网络架构极致扁平化，大幅优化端到端跨地市业务时延；另一方面实现资源节省，该方案节省省干重要机房80%的占用面积，并降低50%的光纤资源消耗，在提升网络承载能力的同时，大幅减少整网能耗。

C市超级光放站的落地标志着“数字云南”网络基础底座的联算品质提升走出了关键一步，充分验证了在算力网络时代传输网骨干底座为匹配算力业务灵活发展而持续演进。为将全光运力网络和云算资源充分融合，达到“网络‘传得稳、传得快’，数据‘存得好’，计算才能‘算得快’”的目标，Y省运营商将持续在省干关键节点进行超级光放站的布局，真正实现全业务的灵活调度。全省超级光放站落地方案如图6所示。

在算力接入广覆盖和流量/流向多样性的挑战下，承载网骨干层需要更灵活泛在的连接能力。Y省运营商通过将传统光放站升级至超级光放调度站，打通跨环调度，优化网络架构，夯实全省5ms时延全光运力网络，真正提供算力枢纽之间低时延、高可靠、大带宽的全光调度网络服务，让算力如水电一样按需取用，打造“一点接入、即取即用”的社会级服务。

*本文刊载于《通信世界》

总第942期 2024年4月25日 第8期

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