分組增強(qiáng)型OTN系統(tǒng)中光放大器故障恢復(fù)方法

摘要：分組增強(qiáng)型光傳輸網(wǎng)絡(luò)（Optical Transport Network，OTN）系統(tǒng)在光通信中的使用越來(lái)越廣泛。光放大器是分組增強(qiáng)型OTN的重要部件。一旦光放大器出現(xiàn)故障，在故障機(jī)盤到位前通常無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恢復(fù)，對(duì)承載業(yè)務(wù)影響很大。本文通過(guò)模擬分組增強(qiáng)型OTN系統(tǒng)中光放大器板卡故障，提出了一種新的思路，即使用增益值和額定光功率類似的同廠家和異廠家光放大器進(jìn)行替代，探索同廠家和異廠家不同光放大器間的替代可行性，并進(jìn)行了初步實(shí)體網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明該方法有效壓縮了故障影響時(shí)間，為分組增強(qiáng)型OTN系統(tǒng)光放大器故障提供了一種新型解決方案。

關(guān)鍵字：分組增強(qiáng)型光傳輸網(wǎng)絡(luò)，光放大器，故障分析，快速恢復(fù)

一、引言

近年來(lái)，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，接口類型日益豐富，而光通信網(wǎng)絡(luò)也面臨著往多業(yè)務(wù)運(yùn)行方向發(fā)展[1-2]。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，主流運(yùn)營(yíng)商需要在維持現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本不變的前提下，將網(wǎng)絡(luò)范疇向周邊擴(kuò)展，并進(jìn)行一系列優(yōu)化探索和技術(shù)創(chuàng)新。分組增強(qiáng)型光傳送網(wǎng)系統(tǒng)可以通過(guò)整合OTN、以太網(wǎng)和同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）等多種技術(shù)增加信號(hào)適配性，提高系統(tǒng)的接入能力[3-5]。

分組增強(qiáng)型OTN系統(tǒng)具有光通路數(shù)據(jù)單元k（Optical Channel Data Unit k，ODUk）交叉、分組交換、虛容器交叉和光信道交叉等處理能力，可以統(tǒng)一傳送TDM和分組等業(yè)務(wù)。分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。傳送平面中的光放大器在傳送主光信號(hào)方面起著核心作用[6-8]。

光傳送段中光放大器的作用主要是對(duì)復(fù)用后的光信號(hào)進(jìn)行放大，使波分系統(tǒng)能進(jìn)行超長(zhǎng)距離傳輸。當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)光放大器故障，在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)備件的情況下可能無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)完成業(yè)務(wù)恢復(fù)，甚至可能出現(xiàn)遠(yuǎn)程送達(dá)光放盤備件上架失效的情況，進(jìn)一步延長(zhǎng)了系統(tǒng)及業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間。為了快速恢復(fù)業(yè)務(wù)，本文嘗試使用不同類型的光放大器模擬替代故障光放大板，探索不同型號(hào)光放大板之間的臨時(shí)替代性。研究結(jié)果表明，這種方法可以大幅度壓縮光放盤故障對(duì)系統(tǒng)的影響時(shí)間，提供一種創(chuàng)新型解決方案。

二、光放大器工作原理和故障分析

（一）分組增強(qiáng)型OTN系統(tǒng)中光放大器工作原理

光放大器的主要功能是提供光信號(hào)增益，補(bǔ)償光信號(hào)在通路中的傳輸衰減，增大系統(tǒng)中繼傳輸距離。目前運(yùn)營(yíng)商所使用的分組增強(qiáng)型OTN系統(tǒng)主要采用摻鉺光纖放大器（Erbium-doped Optical Fiber Amplifier，EDFA）。這種光放大器采用摻鉺離子單模光纖作為增益介質(zhì)，在泵浦能量的作用下實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，并通過(guò)受激輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光信號(hào)的放大。該放大器主要用于1550 nm窗口的光信號(hào)放大[9-10]。

（二）OTN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和故障分析

當(dāng)前，OTN系列標(biāo)準(zhǔn)主要包括網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、物理層傳輸、設(shè)備功能及保護(hù)等內(nèi)容。隨著OTN技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用需求的日益增長(zhǎng)，OTN系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已日趨完善。OTN是通過(guò)G.872、G.709、G.798等一系列ITU-T的建議所規(guī)范的新一代“數(shù)字傳送體系”和“光傳送體系”，是管理電域和光域的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[10]。

目前省際省內(nèi)波分系統(tǒng)主要使用EDFA光放大器。EDFA類機(jī)盤主要接口是輸入光接口和輸出光接口，性能參數(shù)包括工作通道帶寬、總輸入功率范圍、總輸出功率、噪聲系數(shù)、增益平坦度、增益斜度等。由于振動(dòng)能階的存在，適當(dāng)?shù)墓庑盘?hào)通過(guò)EDFA時(shí)，波長(zhǎng)并不是單一的，而是一個(gè)范圍，典型值1530 nm～1565 nm，即為EDFA的頻譜范圍。

國(guó)內(nèi)傳送設(shè)備廠家的光放大器在物理層接口和性能參數(shù)上應(yīng)符合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)光放大器發(fā)生故障時(shí)，其他廠家同類型板卡也能完成相同放大功能，在應(yīng)急恢復(fù)中需要考慮的關(guān)鍵參數(shù)為工作通道帶寬、總輸入功率范圍、總輸出功率等[10]。

三、故障恢復(fù)方案及試驗(yàn)

在一般情況下，光放大器出現(xiàn)故障可以通過(guò)更換同型號(hào)備件的方式解決。然而，當(dāng)備件無(wú)法及時(shí)供應(yīng)時(shí)，這種常規(guī)方案就不再適用。因此，本文采用一種新的思路來(lái)快速恢復(fù)故障。該方案針對(duì)短時(shí)間內(nèi)無(wú)法獲取同廠家同類型板卡的情況，提出了多種緊急恢復(fù)業(yè)務(wù)的方式，包括同廠家不同型號(hào)同類板卡替換、異廠家同類板卡替換、釋放余量等，以最大程度地減少故障對(duì)業(yè)務(wù)的影響。

目前運(yùn)營(yíng)商廣泛采用的板卡設(shè)備廠家有華為、中興和烽火等，每個(gè)廠家的槽位、機(jī)架等有些許區(qū)別，但工作原理基本一致。下面將詳細(xì)介紹方案，主要以常用的華為TN系列板卡和中興EONA系列板卡為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

（一）試驗(yàn)方案

故障模擬：通過(guò)斷纖的方式模擬光放大器的故障，網(wǎng)管同步上報(bào)輸入或輸出光丟失告警，如圖2所示。

故障處理：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)備件儲(chǔ)備情況的差異，將故障處理方案分為兩種場(chǎng)景：同廠家不同型號(hào)和異廠家，并進(jìn)行詳細(xì)的方案制定。

場(chǎng)景一：同廠家不同型號(hào)光放大器的恢復(fù)

考慮到不同光放大器型號(hào)的差異性，可對(duì)增強(qiáng)型分組OTN系統(tǒng)上廣泛應(yīng)用的光放大器進(jìn)行兩種方案替代：同子框替換和異子框替換。同子框可直接進(jìn)行單板插拔替代；異子框可通過(guò)尾纜連接的方式完成。

場(chǎng)景二：異廠家間光放大器的恢復(fù)

異廠家的板卡通過(guò)尾纖進(jìn)行連接，根據(jù)華為光放大器是否帶有可變光衰減器（Variable optical attenuator，VOA）功能可分為兩種情況：如果華為單板帶VOA功能，如圖3所示，從中興系統(tǒng)視角來(lái)看，從單板IN口的信號(hào)光會(huì)接到華為光放VI口進(jìn)行信號(hào)處理，處理后從OUT口返回中興單板OUT口連接處；如果華為單板不帶VOA功能，則直接將IN口和OUT口進(jìn)行相應(yīng)位置的替換。

（二）試驗(yàn)實(shí)施內(nèi)容及結(jié)果

故障模擬：通過(guò)斷纖的方式模擬光放大器的故障，網(wǎng)管同步上報(bào)輸入或輸出光丟失告警。

故障處理：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)備件儲(chǔ)備情況的差異，分為同廠家不同型號(hào)和異廠家兩種場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試。

根據(jù)備件型號(hào)不同，采用省內(nèi)備件庫(kù)中數(shù)量較多的光放大器替代華為系統(tǒng)中常見(jiàn)的TN1*系列光放大器。光放大器測(cè)試情況如表1所示。

試驗(yàn)一：同廠家不同型號(hào)光放大器的恢復(fù)

測(cè)試步驟：

①現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備待替換備件。操作前檢查備件硬件外觀，確認(rèn)備件無(wú)倒針、明顯硬傷等情況，檢查現(xiàn)場(chǎng)單板。然后與網(wǎng)管側(cè)進(jìn)行位置、槽位等相關(guān)信息確認(rèn)，現(xiàn)場(chǎng)和網(wǎng)管側(cè)皆做好數(shù)據(jù)記錄（總光功率、衰耗值、單波性能等）。

②待網(wǎng)管側(cè)通知后，現(xiàn)場(chǎng)按照操作要求進(jìn)行單板替換。

③待現(xiàn)場(chǎng)操作后，網(wǎng)管側(cè)確認(rèn)單板正常上線。繼續(xù)確認(rèn)群路增益、光功率無(wú)變化后，再確認(rèn)單波告警、性能等相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖4所示。

測(cè)試結(jié)果顯示：只要替換光放大器的增益值大于或等于故障光放大器的增益值，光放單板在調(diào)整增益及衰耗后，保證輸出光功率的情況下，可以實(shí)現(xiàn)同廠家及異廠家單板替代。

試驗(yàn)二：異廠家間光放大器的恢復(fù)

本組異廠家的光放大器替換試驗(yàn)中，選取了常見(jiàn)的華為廠家TN13系列光放單板，用于替換中興廠家OTN系統(tǒng)的EONA1820光放單板。因異廠家單板構(gòu)造不同，所以選用拖纖形式將附近OTN系統(tǒng)的TN13系列光放單板的端口與中興板卡的端口進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)連接。

為了保證業(yè)務(wù)情況也能得到測(cè)試，本次試驗(yàn)選擇對(duì)中興OTN系統(tǒng)上一個(gè)兩端落地100G波道進(jìn)行掛表測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果顯示：華為TN13系列光放單板在調(diào)整增益及衰耗后，需要保證輸出光功率在10dbm左右。如圖5所示，中興側(cè)波道性能監(jiān)測(cè)正常，故障得到快速恢復(fù)。

同理，繼續(xù)完成了華為其他不同型號(hào)的光放大器的替換試驗(yàn)，均可以完成對(duì)中興光放大器的替代。但值得注意的是，如果使用大增益光放大器有可能會(huì)降低單波的信噪比，從業(yè)務(wù)快速恢復(fù)的角度考慮，短時(shí)間內(nèi)處理該故障是可行的。

上述試驗(yàn)基于維護(hù)工作的實(shí)際情況考慮，根據(jù)現(xiàn)有省內(nèi)機(jī)房存量備件和系統(tǒng)維護(hù)需求來(lái)選擇替代件類型。試驗(yàn)結(jié)果表明，只要能滿足原光放大器的光放增益和光功率要求，同廠家和異廠家不同光放大器間皆可進(jìn)行替代，以實(shí)現(xiàn)故障的短時(shí)間恢復(fù)。

四、結(jié)束語(yǔ)

在光通信網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中，分組增強(qiáng)型OTN系統(tǒng)設(shè)備故障但備件卻無(wú)法立刻到位的情況時(shí)有發(fā)生，該類故障對(duì)承載業(yè)務(wù)影響很大。本文通過(guò)對(duì)光放大器故障的原理和OTN系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，提出了一種新型故障恢復(fù)方案，并在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證了該方案的可行性。在國(guó)家推行的節(jié)能減排政策大背景下，通過(guò)采用不同類型光放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急恢復(fù)的新思路，能夠充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)板卡資源，合理配置備品備件，從而有效減少故障持續(xù)時(shí)間。

作者單位：張青文 中國(guó)電信股份有限公司江蘇分公司

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張青文（1989.07-），女，漢族，湖北黃岡，碩士研究生，工程師，研究方向：光通信網(wǎng)絡(luò)。