OTN智能光网络关键技术研究

2020-01-10陈越

通信电源技术 2020年18期

陈越

（公诚管理咨询有限公司，广东广州 510610）

0 引言

在以光传送网（OTN）技术为支持的智能光网络建设中，通过应用控制平面技术能够实现OCh和ODUk之间的连接配备与管理。OTN网络能够实现带宽资源的动态分配与灵活控制，而且具有生成业务速度快、能够实现Mesh网的保护与恢复以及存在多个服务等级的作用和优势，在实际应用中可以实现向可运营业务网络的转换[1]。此外，智能光网络的关键技术对智能光网络性能的高低有着决定性的影响，在智能光网络建设中具有非常重要的作用[2]。

1 OTN技术的结构组成和特点分析

OTN智能光网络中，利用波分复用技术进行信息传送。在光层组织网络传输数据过程中通过引进并应用ROADM、G.709封装、OTH以及控制平面等技术，有效解决其存在的组网能力和保护能力较差以及WDM网络无波长/子波长业务调度能力较弱等问题[3]。此外，以GE/10GE的G.709映射机制为基础，通过研究和应用GEADM/GEMADM与GE交叉调度等有关的技术理论，为OTN设备多层面调度能力地实现提供了较好的支持。其调度能力包含波长调度、ODUK调度以及GE调度等[4]。同时，在上述技术理论的支持下也能够实现以太帧的二层处理，从而满足有关光通信网络构建中对VLAN/MAC二层汇聚与交换的需求。

分析OTN技术特点可知，全光组网过程中会受一些关键技术不够成熟等条件的限制。随着OTN技术的研究与发展，使其逐渐成为传送网组网建设中应用的主要技术手段之一。以OTN技术为支持的光传送网建设是以全光组网为最终目标，通过对子网内部进行全光处理和在子网的边界进行光电混合处理等手段来满足全光组网的目标需求[5]。对OTN技术进行网络分层设置，主要包含光通道层、光复用段层以及光传送段层3个结构层面[6]。其中，光通道层面又可以划分出光通道传送单元（OTUK）和光通道数据单元（ODUK）两个子结构层，该子层划分与SDH技术中段层和通道层的结构功能较为相似。从技术本质层面看，OTN技术是对SDH技术与WDM技术的有效继承与组合设计，并在实现与业务传送需求相适应的组网功能扩展基础上，形成了OTN技术现有的结构和功能特征。

2 OTN智能光网络的关键技术研究

分析OTN技术的结构组成与特点可知，OTN智能光网络组网的关键技术主要包括智能控制平面技术、多业务透明映射技术、光通路路由状态监测技术、波长变换技术、OTN生存性技术、传输技术、光放大技术以及OTN管理技术等[7]。

2.1 智能控制平面技术

OTN智能光网络组网中，由于OTN设备具有波长与子波长级光信号交叉连接功能，因此需要通过加载应用控制平面来实现光传送网络的智能化。控制平面在OTN智能光网络组网设计中的引入应用，不仅能够促进IP业务在OTN中的灵活传送，还能够促使ASON/GMPLS控制平面技术逐渐向OTN甚至是分组传送的多层统一可扩展技术方向发展。其中，OTN技术支持的智能光网络控制平面是一种能够实现电层与光层等多层之间相互统一的控制技术。此外，控制平面技术在OTN智能光网络组网设计中的引入应用，使其在具体应用中围绕光层智能控制及与光和电的统一控制等核心问题进行研究和设计。OTN智能光网络中的智能控制平面技术应用和实现，是以自动发现、路由计算、信令控制、业务调度以及多层保护恢复协调机制等为关键技术[8]。

2.2 多业务透明映射技术

OTN技术的主要映射方式包含ATM over OTN、SDH over OTN以及ATM over SDH over OTN等[9]。其中，SDH over OTN作为OTN技术的一种映射方式，不仅具有SDH所具有的OA&M功能，而且具有较高的保护与恢复能力，以SDH为基础进行各种业务的综合处理和分析应用，在实际应用中也能够结合波长的发展需求进行容量扩展。但该映射方式的缺陷也比较突出，使其在实际中应用存在一定的局限性影响，主要表现为进入SDH的各种业务信号并不具备ATM中的QoS保证。而ATM over OTN作为OTN技术的一种主要映射方式，虽然在实际应用中具备ATM与OTN的优势，能够实现端与端之间的QoS保证，但由于缺少SDH技术的支持，再加上其中的OTN技术本身所存在的局限性，导致缺乏相应的保护、恢复以及网管能力。目前，在OTN智能光网络组网设计中，ATM over SDH over OTN是现阶段最为完善的映射方式。在实际应用中为满足各项具体需求，可以通过将以太网信号直接映射至OTN来满足广域网、局域网以及城域网之间的有效连接组网，从而降低其组网设备的复杂性，控制组网设计的成本。但值得注意的是，这种方法在实际应用对故障检测与性能管理功能的支持存在一定的不足，同时也缺少相应的倒换保护能力。

2.3 光通路路由状态监测技术

OTN智能光网络中，光通路路由状态的监测是指监测进入节点的光通路路由状态，包含对光通路连通状态的判断、根据要求进行光通路路由正确配置、对光通路未连通情况下的故障点进行判断以及对配置不合理问题的具体表现进行识别等。由于光通路路由状态监测对OTN存在较大的影响，因此在OTN智能光网络组网设计中，对光通路路由状态监测技术的合理设计和应用十分重要。

现阶段，OTN智能光网络组网设计中所应用的光通路路由状态监测技术，主要包含间接监测技术、全网范围的标记与监测技术以及节点内标记、监测与去标记方法等。由于各监测技术在具体应用中均具有各自不同的特征和优势，因此需要结合实际情况进行合理选择与应用，从而有效满足OTN智能光网络的光通路路由状态监测需求。

2.4 波长变换技术

波长变换技术在OTN智能光网络中的应用，能够针对不同链路通过对不同波长的光通道创建来实现波长的再利用。通过更加灵活的选择路由，来减少光传送网的网络阻塞情况，避免光通道中发生波长冲突，从而促进光传送网的灵活性与可扩充性得到有效改善和提升。现阶段，实际应用中比较常见的波长变换技术主要包括光/电/光型波长变换技术、利用半导体光放大器的交叉增益调制特性所实现的波长变换技术、以光控激光器为支持的全光波长变换技术、采用半导体光放大器的交叉相位调制特征所实现的波长变换技术以及以半导体激光器或者是光纤四波混频效应/不同频率产生的全光为基础的波长变换技术等多种不同类型。

2.5 OTN生存性技术

OTN智能光网络中，随着各业务信号要求的不断提高，对OTN智能光网络的可生存性要求也更高。为满足这一要求，通过在OTN智能光网络中采用光信号保护与恢复技术，逐渐实现了对OTN生存性技术的引进和应用。OTN生存性技术在OTN智能光网络中的应用，不仅能够满足光传输段层、光通路层以及光复用段层等不同层次的保护需求，而且通过对子网连接保护与路径保护两种保护方案的特点，在具体应用中能够有效满足OTN生存性要求中的恢复与保护需求。OTN的两种保护方案中，光路径保护是一种端与端之间的保护机制，在各网络结构中均有较高的适用性，其工作开展形式包含单向与双向两种，在OTN光复用段层与光通道层保护中均能够应用。OTN生存性技术中的恢复技术是以光通道交叉连接为基础，其网络恢复原理和SDH技术原理具有较高的相似性，但具有更快的恢复速度与更大的容量。

2.6 传输技术

OTN智能光网络中，最为适宜的传输技术即为WDM传输技术。现阶段，主要通过提升各通道的基础速率、采用波段进行扩展以及减小通道间隔同时增加复用通道数量3种方法和措施，增加WDM传输技术支持的传输系统容量。

在上述3种方法中，通过提升各通道的基础速率，来提升WDM传输系统容量的设计中，各通道的基础速率可由开始的2.5 Gb/s与10.0 Gb/s提升至40 Gb/s，利用波段实现WDM传输系统的容量扩展，则是通过从C波段向L波段扩展来实现，通过通道间隔的减小和复用通道数量增加来实现WDM传输系统容量扩展中，通道间隔可以从200 GHz和100 GHz逐渐减小到50 GHz和25 GHz上，而复用通道数则可以从16与32增加至80、100以及200个上[10]。此外，OTN中所采用的全光再生中继与光电变换再生中继两种方式中，光电变换再生中继只能在光通道层中应用，而全光再生中继则能够在光通道层、光复用段层以及光传输段层中应用。

2.7 光放大技术

OTN智能光网络中，光放大技术也是一种非常关键的技术形式，OTN中所采用的光放大技术是通过光放大器实现的。在具体设计应用中，为保障系统的传输质量，需要通过应用增益预均衡技术或宽频带和低噪声光放大器等技术设备来实现。现阶段，OTN智能光网络中所采用的宽频带和低噪声光放大器类型较为多样，包括以光纤光栅为滤波器进行串接以实现与双芯光纤相类似作用的光放大器、双芯光纤放大器、采用光滤波器以实现增益不平坦性抑制的光放大器以及光纤拉曼放大器等。各放大器的具体性能和作用均存在一定的差异，因此在具体设计和应用中，需要结合实际情况进行合理选择，以确保其应用效果。

2.8 OTN管理技术

OTN智能光网络中，OTN的网络管理功能，在结构和功能层面与SDH存在较大的相似性，二者均是以分布处理与面向目标的技术为基础。但是，与SDH技术的网络管理相比，OTN管理更需要具有独立的管理信息结构与开销方案，而且要求与光层管理特点相互对应。此外，OTN的网络管理还能够实现SDH、ATM以及IP网络支持，并与电路层信号进行独立设计等，更能满足OTN智能光网络的管理需求。