分组增强型OTN系统中光放大器故障恢复方法

2024-05-16张青文

中国新通信 2024年4期

摘要：分组增强型光传输网络（Optical Transport Network，OTN）系统在光通信中的使用越来越广泛。光放大器是分组增强型OTN的重要部件。一旦光放大器出现故障，在故障机盘到位前通常无法实现系统恢复，对承载业务影响很大。本文通过模拟分组增强型OTN系统中光放大器板卡故障，提出了一种新的思路，即使用增益值和额定光功率类似的同厂家和异厂家光放大器进行替代，探索同厂家和异厂家不同光放大器间的替代可行性，并进行了初步实体网络测试，测试结果表明该方法有效压缩了故障影响时间，为分组增强型OTN系统光放大器故障提供了一种新型解决方案。

关键字：分组增强型光传输网络，光放大器，故障分析，快速恢复

一、引言

近年来，随着数据业务的发展，接口类型日益丰富，而光通信网络也面临着往多业务运行方向发展[1-2]。为了适应这一发展趋势，主流运营商需要在维持现有传输网络结构基本不变的前提下，将网络范畴向周边扩展，并进行一系列优化探索和技术创新。分组增强型光传送网系统可以通过整合OTN、以太网和同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）等多种技术增加信号适配性，提高系统的接入能力[3-5]。

分组增强型OTN系统具有光通路数据单元k（Optical Channel Data Unit k，ODUk）交叉、分组交换、虚容器交叉和光信道交叉等处理能力，可以统一传送TDM和分组等业务。分组增强型OTN设备系统架构如图1所示。传送平面中的光放大器在传送主光信号方面起着核心作用[6-8]。

光传送段中光放大器的作用主要是对复用后的光信号进行放大，使波分系统能进行超长距离传输。当系统在运行中出现光放大器故障，在现场无备件的情况下可能无法在短时间内完成业务恢复，甚至可能出现远程送达光放盘备件上架失效的情况，进一步延长了系统及业务恢复时间。为了快速恢复业务，本文尝试使用不同类型的光放大器模拟替代故障光放大板，探索不同型号光放大板之间的临时替代性。研究结果表明，这种方法可以大幅度压缩光放盘故障对系统的影响时间，提供一种创新型解决方案。

二、光放大器工作原理和故障分析

（一）分组增强型OTN系统中光放大器工作原理

光放大器的主要功能是提供光信号增益，补偿光信号在通路中的传输衰减，增大系统中继传输距离。目前运营商所使用的分组增强型OTN系统主要采用掺铒光纤放大器（Erbium-doped Optical Fiber Amplifier，EDFA）。这种光放大器采用掺铒离子单模光纤作为增益介质，在泵浦能量的作用下实现粒子数反转，并通过受激辐射来实现对入射光信号的放大。该放大器主要用于1550 nm窗口的光信号放大[9-10]。

（二）OTN技术标准和故障分析

当前，OTN系列标准主要包括网络架构、物理层传输、设备功能及保护等内容。随着OTN技术发展与应用需求的日益增长，OTN系统标准经过多年发展已日趋完善。OTN是通过G.872、G.709、G.798等一系列ITU-T的建议所规范的新一代“数字传送体系”和“光传送体系”，是管理电域和光域的统一标准[10]。

目前省際省内波分系统主要使用EDFA光放大器。EDFA类机盘主要接口是输入光接口和输出光接口，性能参数包括工作通道带宽、总输入功率范围、总输出功率、噪声系数、增益平坦度、增益斜度等。由于振动能阶的存在，适当的光信号通过EDFA时，波长并不是单一的，而是一个范围，典型值1530 nm～1565 nm，即为EDFA的频谱范围。

国内传送设备厂家的光放大器在物理层接口和性能参数上应符合统一标准，当光放大器发生故障时，其他厂家同类型板卡也能完成相同放大功能，在应急恢复中需要考虑的关键参数为工作通道带宽、总输入功率范围、总输出功率等[10]。

三、故障恢复方案及试验

在一般情况下，光放大器出现故障可以通过更换同型号备件的方式解决。然而，当备件无法及时供应时，这种常规方案就不再适用。因此，本文采用一种新的思路来快速恢复故障。该方案针对短时间内无法获取同厂家同类型板卡的情况，提出了多种紧急恢复业务的方式，包括同厂家不同型号同类板卡替换、异厂家同类板卡替换、释放余量等，以最大程度地减少故障对业务的影响。

目前运营商广泛采用的板卡设备厂家有华为、中兴和烽火等，每个厂家的槽位、机架等有些许区别，但工作原理基本一致。下面将详细介绍方案，主要以常用的华为TN系列板卡和中兴EONA系列板卡为设计基础。

（一）试验方案

故障模拟：通过断纤的方式模拟光放大器的故障，网管同步上报输入或输出光丢失告警，如图2所示。

故障处理：根据现场备件储备情况的差异，将故障处理方案分为两种场景：同厂家不同型号和异厂家，并进行详细的方案制定。

场景一：同厂家不同型号光放大器的恢复

考虑到不同光放大器型号的差异性，可对增强型分组OTN系统上广泛应用的光放大器进行两种方案替代：同子框替换和异子框替换。同子框可直接进行单板插拔替代；异子框可通过尾缆连接的方式完成。

场景二：异厂家间光放大器的恢复

异厂家的板卡通过尾纤进行连接，根据华为光放大器是否带有可变光衰减器（Variable optical attenuator，VOA）功能可分为两种情况：如果华为单板带VOA功能，如图3所示，从中兴系统视角来看，从单板IN口的信号光会接到华为光放VI口进行信号处理，处理后从OUT口返回中兴单板OUT口连接处；如果华为单板不带VOA功能，则直接将IN口和OUT口进行相应位置的替换。

（二）试验实施内容及结果

故障模拟：通过断纤的方式模拟光放大器的故障，网管同步上报输入或输出光丢失告警。

故障处理：根据现场备件储备情况的差异，分为同厂家不同型号和异厂家两种场景进行测试。

根据备件型号不同，采用省内备件库中数量较多的光放大器替代华为系统中常见的TN1*系列光放大器。光放大器测试情况如表1所示。

试验一：同厂家不同型号光放大器的恢复

测试步骤：

①现场准备待替换备件。操作前检查备件硬件外观，确认备件无倒针、明显硬伤等情况，检查现场单板。然后与网管侧进行位置、槽位等相关信息确认，现场和网管侧皆做好数据记录（总光功率、衰耗值、单波性能等）。

②待网管侧通知后，现场按照操作要求进行单板替换。

③待现场操作后，网管侧确认单板正常上线。继续确认群路增益、光功率无变化后，再确认单波告警、性能等相关数据，如图4所示。

测试结果显示：只要替换光放大器的增益值大于或等于故障光放大器的增益值，光放单板在调整增益及衰耗后，保证输出光功率的情况下，可以实现同厂家及异厂家单板替代。

试验二：异厂家间光放大器的恢复

本组异厂家的光放大器替换试验中，选取了常见的华为厂家TN13系列光放单板，用于替换中兴厂家OTN系统的EONA1820光放单板。因异厂家单板构造不同，所以选用拖纤形式将附近OTN系统的TN13系列光放单板的端口与中兴板卡的端口进行一一对應连接。

为了保证业务情况也能得到测试，本次试验选择对中兴OTN系统上一个两端落地100G波道进行挂表测试。试验结果显示：华为TN13系列光放单板在调整增益及衰耗后，需要保证输出光功率在10dbm左右。如图5所示，中兴侧波道性能监测正常，故障得到快速恢复。

同理，继续完成了华为其他不同型号的光放大器的替换试验，均可以完成对中兴光放大器的替代。但值得注意的是，如果使用大增益光放大器有可能会降低单波的信噪比，从业务快速恢复的角度考虑，短时间内处理该故障是可行的。

上述试验基于维护工作的实际情况考虑，根据现有省内机房存量备件和系统维护需求来选择替代件类型。试验结果表明，只要能满足原光放大器的光放增益和光功率要求，同厂家和异厂家不同光放大器间皆可进行替代，以实现故障的短时间恢复。

四、结束语

在光通信网络维护中，分组增强型OTN系统设备故障但备件却无法立刻到位的情况时有发生，该类故障对承载业务影响很大。本文通过对光放大器故障的原理和OTN系统标准进行分析，提出了一种新型故障恢复方案，并在实际网络中进行测试验证了该方案的可行性。在国家推行的节能减排政策大背景下，通过采用不同类型光放大器来实现应急恢复的新思路，能够充分利用现有网络板卡资源，合理配置备品备件，从而有效减少故障持续时间。

作者单位：张青文中国电信股份有限公司江苏分公司

参考文献

[1]韦乐平.电信网发展的战略趋势与挑战[J].电信科学，2011，27（1）：1-6.

[2]欧阳兴，陈高华，Paul Townsend.光通信网络关键技术及其发展趋势[J].控制与信息技术，2019（1）：12-17.

[3]李小燕.OTN在移动城域网组网中的应用[J].中国新通信，2023，25（06）：47-49，56.

[4]程明，蒋铭，朱俊，等.分组增强型OTN技术现状及其在城域网中的应用[J].电信科学，2013，29（9）：127-131，136.

[5]于涛.分组增强型OTN设备对政企专线承载的应用[J].通信技术，2020，53（8）：2070-2075.

[6]程明，周洲，朱俊，等.分组增强型OTN设备实现及组网研究[J].电信科学，2014，30（11）：159-165.

[7]霍晓莉，荆瑞泉.分组增强型OTN设备在城域传送网中的应用探讨[J]. 现代电信科技，2013，43（04）：70-74，78.

[8]郭晋祥，李洋，张丽霞，等.TDM+分组传送业务隔离度算法研究[J].光通信研究，2016（3）：10-12.

[9]李建国.分组增强型OTN设备实现及级网研究[J].通讯世界，2016（22）：70.

[10]李允博.光传送网（OTN）技术的原理与测试[M].北京：人民邮电出版社，2013.