分組增強型OTN系統中光放大器故障恢復方法

摘要：分組增強型光傳輸網絡（Optical Transport Network，OTN）系統在光通信中的使用越來越廣泛。光放大器是分組增強型OTN的重要部件。一旦光放大器出現故障，在故障機盤到位前通常無法實現系統恢復，對承載業務影響很大。本文通過模擬分組增強型OTN系統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，并進行了初步實體網絡測試，測試結果表明該方法有效壓縮了故障影響時間，為分組增強型OTN系統光放大器故障提供了一種新型解決方案。

關鍵字：分組增強型光傳輸網絡，光放大器，故障分析，快速恢復

一、引言

近年來，隨著數據業務的發展，接口類型日益豐富，而光通信網絡也面臨著往多業務運行方向發展[1-2]。為了適應這一發展趨勢，主流運營商需要在維持現有傳輸網絡結構基本不變的前提下，將網絡范疇向周邊擴展，并進行一系列優化探索和技術創新。分組增強型光傳送網系統可以通過整合OTN、以太網和同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）等多種技術增加信號適配性，提高系統的接入能力[3-5]。

分組增強型OTN系統具有光通路數據單元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，可以統一傳送TDM和分組等業務。分組增強型OTN設備系統架構如圖1所示。傳送平面中的光放大器在傳送主光信號方面起著核心作用[6-8]。

光傳送段中光放大器的作用主要是對復用后的光信號進行放大，使波分系統能進行超長距離傳輸。當系統在運行中出現光放大器故障，在現場無備件的情況下可能無法在短時間內完成業務恢復，甚至可能出現遠程送達光放盤備件上架失效的情況，進一步延長了系統及業務恢復時間。為了快速恢復業務，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，探索不同型號光放大板之間的臨時替代性。研究結果表明，這種方法可以大幅度壓縮光放盤故障對系統的影響時間，提供一種創新型解決方案。

二、光放大器工作原理和故障分析

（一）分組增強型OTN系統中光放大器工作原理

光放大器的主要功能是提供光信號增益，補償光信號在通路中的傳輸衰減，增大系統中繼傳輸距離。目前運營商所使用的分組增強型OTN系統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，在泵浦能量的作用下實現粒子數反轉，并通過受激輻射來實現對入射光信號的放大。該放大器主要用于1550 nm窗口的光信號放大[9-10]。

（二）OTN技術標準和故障分析

當前，OTN系列標準主要包括網絡架構、物理層傳輸、設備功能及保護等內容。隨著OTN技術發展與應用需求的日益增長，OTN系統標準經過多年發展已日趨完善。OTN是通過G.872、G.709、G.798等一系列ITU-T的建議所規范的新一代“數字傳送體系”和“光傳送體系”，是管理電域和光域的統一標準[10]。

目前省際省內波分系統主要使用EDFA光放大器。EDFA類機盤主要接口是輸入光接口和輸出光接口，性能參數包括工作通道帶寬、總輸入功率范圍、總輸出功率、噪聲系數、增益平坦度、增益斜度等。由于振動能階的存在，適當的光信號通過EDFA時，波長并不是單一的，而是一個范圍，典型值1530 nm～1565 nm，即為EDFA的頻譜范圍。

國內傳送設備廠家的光放大器在物理層接口和性能參數上應符合統一標準，當光放大器發生故障時，其他廠家同類型板卡也能完成相同放大功能，在應急恢復中需要考慮的關鍵參數為工作通道帶寬、總輸入功率范圍、總輸出功率等[10]。

三、故障恢復方案及試驗

在一般情況下，光放大器出現故障可以通過更換同型號備件的方式解決。然而，當備件無法及時供應時，這種常規方案就不再適用。因此，本文采用一種新的思路來快速恢復故障。該方案針對短時間內無法獲取同廠家同類型板卡的情況，提出了多種緊急恢復業務的方式，包括同廠家不同型號同類板卡替換、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業務的影響。

目前運營商廣泛采用的板卡設備廠家有華為、中興和烽火等，每個廠家的槽位、機架等有些許區別，但工作原理基本一致。下面將詳細介紹方案，主要以常用的華為TN系列板卡和中興EONA系列板卡為設計基礎。

（一）試驗方案

故障模擬：通過斷纖的方式模擬光放大器的故障，網管同步上報輸入或輸出光丟失告警，如圖2所示。

故障處理：根據現場備件儲備情況的差異，將故障處理方案分為兩種場景：同廠家不同型號和異廠家，并進行詳細的方案制定。

場景一：同廠家不同型號光放大器的恢復

考慮到不同光放大器型號的差異性，可對增強型分組OTN系統上廣泛應用的光放大器進行兩種方案替代：同子框替換和異子框替換。同子框可直接進行單板插拔替代；異子框可通過尾纜連接的方式完成。

場景二：異廠家間光放大器的恢復

異廠家的板卡通過尾纖進行連接，根據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，從中興系統視角來看，從單板IN口的信號光會接到華為光放VI口進行信號處理，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口進行相應位置的替換。

（二）試驗實施內容及結果

故障模擬：通過斷纖的方式模擬光放大器的故障，網管同步上報輸入或輸出光丟失告警。

故障處理：根據現場備件儲備情況的差異，分為同廠家不同型號和異廠家兩種場景進行測試。

根據備件型號不同，采用省內備件庫中數量較多的光放大器替代華為系統中常見的TN1*系列光放大器。光放大器測試情況如表1所示。

試驗一：同廠家不同型號光放大器的恢復

測試步驟：

①現場準備待替換備件。操作前檢查備件硬件外觀，確認備件無倒針、明顯硬傷等情況，檢查現場單板。然后與網管側進行位置、槽位等相關信息確認，現場和網管側皆做好數據記錄（總光功率、衰耗值、單波性能等）。

②待網管側通知后，現場按照操作要求進行單板替換。

③待現場操作后，網管側確認單板正常上線。繼續確認群路增益、光功率無變化后，再確認單波告警、性能等相關數據，如圖4所示。

測試結果顯示：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，光放單板在調整增益及衰耗后，保證輸出光功率的情況下，可以實現同廠家及異廠家單板替代。

試驗二：異廠家間光放大器的恢復

本組異廠家的光放大器替換試驗中，選取了常見的華為廠家TN13系列光放單板，用于替換中興廠家OTN系統的EONA1820光放單板。因異廠家單板構造不同，所以選用拖纖形式將附近OTN系統的TN13系列光放單板的端口與中興板卡的端口進行一一對應連接。

為了保證業務情況也能得到測試，本次試驗選擇對中興OTN系統上一個兩端落地100G波道進行掛表測試。試驗結果顯示：華為TN13系列光放單板在調整增益及衰耗后，需要保證輸出光功率在10dbm左右。如圖5所示，中興側波道性能監測正常，故障得到快速恢復。

同理，繼續完成了華為其他不同型號的光放大器的替換試驗，均可以完成對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降低單波的信噪比，從業務快速恢復的角度考慮，短時間內處理該故障是可行的。

上述試驗基于維護工作的實際情況考慮，根據現有省內機房存量備件和系統維護需求來選擇替代件類型。試驗結果表明，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行替代，以實現故障的短時間恢復。

四、結束語

在光通信網絡維護中，分組增強型OTN系統設備故障但備件卻無法立刻到位的情況時有發生，該類故障對承載業務影響很大。本文通過對光放大器故障的原理和OTN系統標準進行分析，提出了一種新型故障恢復方案，并在實際網絡中進行測試驗證了該方案的可行性。在國家推行的節能減排政策大背景下，通過采用不同類型光放大器來實現應急恢復的新思路，能夠充分利用現有網絡板卡資源，合理配置備品備件，從而有效減少故障持續時間。

作者單位：張青文 中國電信股份有限公司江蘇分公司

參考文獻

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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：光通信網絡。