算力時代城域OTN的發展方向研究

摘要：在數字經濟高速發展的今天，算力網絡對傳送網絡承載能力提出了更高的要求。傳統的城域OTN網絡架構以環形為主，環路之間相互獨立，鏈路利用率低，業務交叉調度能力差。該文依托WSS和ROADM技術提出的新一代城域網OTN技術架構，具有更低的組網成本、更靈活的調度能力、更簡易的運維和更快捷的部署等特征，可以全面滿足算力用戶高品質需求。

關鍵詞：算力網；OTN；WSS；ROADM

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.10.011

中圖分類號：TN 915 文獻標志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）10-00-03

Research on the Development Direction of Urban OTN in the Era of Computing Power

Abstract： With the rapid development of the digital economy today， computing power networks have put forward higher requirements for the transmission network to carry. The traditional urban OTN network architecture is mainly based on rings， which are independent of each other， have low link utilization， and poor business cross scheduling capabilities. This article proposes a new generation of urban area network OTN technology architecture based on WSS and ROADM technologies， which has the characteristics of lower networking costs， more flexible scheduling capabilities， simpler operation and maintenance， and faster deployment， and can fully meet the high-quality needs of computing power users.

Keywords： computing power network; OTN; WSS; ROADM

0 引言

隨著云計算、邊緣計算等新型業務的飛速發展，業務流量高速增長，城域網的匯聚層和接入層已經開始大量部署OTN/WDM設備。但底層光網絡傳輸的仍然是光模擬信號，復雜性高。為適配新業務發展，OTN急需升級轉型。

本文面向算力網絡發展新需求并結合運營商城域光傳送網技術發展，提出新一代城域OTN技術架構設計，通過多環共享、波長資源池化等技術，減少對機房配套條件的需求，大幅降低城域網部署OTN/WDM的難度和成本。

1 城域光傳送網發展趨勢與面臨的挑戰

面向算力網絡、東數西算樞紐算力連接，構建基于OXC（Optical Cross-connect，全光交叉連接）的光電聯動新型全光網架構已成為發展趨勢。與此同時，城域網絡在為萬千行業提供品質算力時，需要具備低時延、高靈活性、高可靠等入算能力，面對算力時代新的網絡定位和升級轉型，需深入研究新型城域光傳送網組網架構和技術。

算力網絡需要構建提供確定性運力的OTN全光運力底座，城域OTN組網需要更加經濟高效，向著低復雜、低成本和高靈活、高智能的方向發展[1]。

（1）低成本：緊湊的設計、高資源利用率。如果繼續采用獨立多環的組網方式，環間完全獨立，每個環按照滿波40波系統容量設計，這樣接入環的平均波道利用率只有20%左右，導致資源浪費。匯聚站點到每個接入環每個光方向必須有一套獨立的光層，部署一個獨立的子架，會占用一定的機房空間。城域OTN下沉到匯聚接入層級站點數量將呈現10倍以上增加，城域OTN需要考慮采用更緊湊的設計和更高資源利用率的方案。

（2）低復雜：簡便的規劃、設計和交付。波分系統設計階段需要分析線路插損、光功率預算、入纖光功率、濾波代價、色散、PMD容限和非線性效應等多個參數。每個光方向基本由分合波板、光監控信道板和光放單板等獨立單板組成，需要大量的人工連纖，必須由專業人員進行交付。為了更好地滿足快速部署要求，需要考慮如何簡化規劃、設計和交付流程，縮短業務上線時間，同時站點配置最好是可以歸一，這樣可以減少備件數量、降低站點維護難度[2]。

（3）高靈活：更高的靈活性和更好的長期演進能力。采用FOADM，部署后每個端口接入的波長是固定的，無法根據后續流量和流向需求進行波道動態調整。如果前期出現規劃設計錯誤，就需要重新上站更換單板、進行人工跳纖等操作。隨著流量的增加，為了持續降低單Bit成本，需要考慮采用更高的單波速率，更高的單波速率，如400G+，要求光層支持更寬和可調的波道間隔。

（4）高智能：資源自動分配、自動調測和智能故障定位等能力。當前波分網絡基本上采用的都是離線規劃的方式，規劃和部署并非實時無縫銜接。如果交付過程中出現業務調整，就需要重新人工錄入規劃工具，可能需要花費數天才能完成調整。在光電協同方面，如果可以直接檢測識別波長信號的各種關鍵特征信息，這樣光層就可以與電層形成聯動，光電資源可以實現更高效的融合。同時需要考慮不斷提升故障定位效率，改變被動運維的方式，實現對光纖質量、業務健康度的提前預測。

2 新一代城域OTN理念與技術架構

2.1 新一代城域OTN網絡理念

在算力網絡中，業務將由原來的固定/半固定式點對點連接轉向靈活的任務式調度連接，業務需求時間不確定，業務顆粒大小不確定，業務源宿方向不確定。因此，傳送網將從純電層OTN固定式組網走向光電聯動靈活組網。

面向城域網絡，為提供一流的入算連接服務，實現廣泛的用戶快速接入，下一代城域OTN網絡需要具備如下特征。

（1）更低的建網成本。在滿足業務發展需求、保障承載底座品質的前提下，通過組網架構創新、站點模型創新以及光/電器件創新釋放創新紅利，實現更低的成本投入。

（2）更靈活的調度能力。在電層和光層方面具備全顆粒的業務交叉調度能力，小顆粒業務通過電層調度，大顆粒業務通過光層波長調度，互相協調，高效運作。

（3）更簡易的運維。傳送網絡正在逐步向自動化、智能化演進，通過光層數字化與AI技術的融合，提升傳送網絡的自我管理和優化能力，減輕了運維人員的工作壓力，為高效便捷的運維工作提供有力保障[3]。

2.2 城域OTN技術架構演進

面對新的業務發展需求，結合城域網絡發展與變化趨勢，從技術架構、城域演進、網絡自動化和可重構等4個維度出發，基于共享式理念提出了全新城域OTN技術架構，全面提升網絡資源利用效率。

（1）根據城域網絡傳送帶寬呈現非對稱分布、逐層匯聚的特點，采用創新型多環共享網絡架構，以提升資源利用效率和實現更低的建網成本。匯聚節點由每方向獨占一套光層升級為多個方向共享一套ROADM光層，頻譜資源由每個環路獨占48波/96波演進到多個匯聚環共享48波/96波，大幅度提升核心節點之間的波長利用率。大幅節省機房空間，降低設備購置成本和能耗。

（2）面向城域的低成本相干組網，全業務承載，支撐帶寬/業務長期演進。采用OTN和ROADM作為全光網絡基礎技術，既支持電層2 Mbps～100 Gbps帶寬的匯聚和靈活調度，也可面向100 Gbps及以上的帶寬提供光層波長級動態調度能力，滿足TOC/TOB/ToH全業務、全帶寬的綜合承載。面向城域推進低成本相干技術，免除配置DCM模塊，實現傳統10 Gbps非相干網絡升級，推動網絡向100 Gbps/200 Gbps/400 Gbps演進。

（3）自動波長分配，自動光層調測，自動業務發放。支持全網波長的自動分配，網元自動上線，并引入數字光標簽技術實現光層自動調節，構建網元和網絡級的自動化軟能力。無須波長人工規劃設計環節，開局時不需要軟調工程師進站操作。支持遠程故障快速定界和處理，全面提升網絡運維效率，并通過管控層面進一步智能化，支持光電聯動和智能算路，實現業務的端到端自動發放[4]。

（4）光層ROADM化，連接可重構，波長無感知，站點典配實現去專業化快速部署。光層由FOADM升級為ROADM，支持光層Colorless和Flexgrid。其中，光層Colorless支持上下波端口波長可調。同時可采用光層集成設計實現極簡典配，支持光層1板1方向。

3 城域OTN關鍵技術

3.1 新型城域ROADM技術

當前城域匯聚層以下網絡以FOADM組網方式為主，需要采用ROADM組網方式滿足未來算力網絡靈活調度新需求。傳統ROADM應用于城域網面臨成本較高、空間較大、功耗較高等挑戰，需要在多環匯聚節點和環上接入節點引入新的技術方案。

3.1.1 基于多環共享架構的新型WSS技術

在OTN中，WSS不可或缺，它是實現ROADM波長調度功能的核心，傳統WSS為1×N設計，僅處理單向光信號，并將其按照特定的波長調度到多個方向。針對城域網的多接入環路匯聚至一組匯聚節點的場景，采用新型的M×N WSS。這一新型WSS支持多環路共享，不僅優化了設備空間，還顯著降低了功耗和成本，為網絡布局帶來了更高效、經濟的解決方案。

3.1.2 基于多器件合封的邊緣極簡ROADM技術

面對城域OTN接入環的二維組網需求，傳統的ROADM顯得造價較高且實施復雜。為解決這一難題，新型極簡ROADM技術應運而生。它依托光耦合器、分路器和相干接收器，無須WSS器件，即可實現波長路由選擇，同時保留ROADM的Colorless/Flexgrid特性。

3.2 基于硅光技術的新型城域相干模塊技術

隨著各種新型業務的發展，城域接入容量不斷增長，城域大帶寬需求亟待解決。當前業界大容量傳輸方案有相干100 Gbps/200 Gbps技術、非相干100 Gbps技術、點到多點（P2MP）相干技術等。

采用53GBaud PAM4調制格式的O波段非相干100 Gbps技術，由于傳輸距離短（10～40 km）無法全覆蓋城域傳輸場景，當前主要應用在客戶端連接；點到多點（P2MP）相干技術當前正處于研究階段，短期內無法達到成熟，需要產業鏈長期共同培育。

3.3 基于類MCM的光層數字化標簽技術

傳統的光層OAM信息通過外置高速VOA來調節單波的光功率從而實現模擬信號承載，對單波信號性能會產生比較大的影響。光層數字標簽利用創新的類MCM調制技術，巧妙地將高速數字信號作為載波，疊加多載波低速調制信息。在oDSP內部，這一技術直接對碼流電信號進行調制，實現了精確的控制調節。在接收端，通過先進的技術將子載分離，進行單獨監控，有效避免了載波間的干擾和信號碼間串擾，增強了數字信號的糾錯能力。

光層數字標簽信息包括波長值、發端光功率、編制碼型、通道帶寬、源宿站點等。在每一個監測點，實現對每個波長光標簽的檢測，識別不同波長業務的中心波長、業務速率、源節點信息等，并根據識別出的信息，實現波長資源可視化、單波功率檢測功能，提升業務規劃透明度和便利性，提升網絡的智能化運維水平。

4 下一代城域OTN組網場景分析

算力時代，為提供一流的連接服務，打造全生命周期高效網絡，采用全光運力底座已成為行業共識。以OXC、400 Gbps為代表的新技術蓬勃發展，推動光傳送網向光電聯動、扁平化、低時延的智慧全光網方向發展。當前骨干網和城域核心層正基于光電聯動OTN和OXC技術進行新一輪的網絡架構演進，實現高效的算力互聯。

以某核心匯聚層城域網絡為例，核心層由4個節點構成，其中樞紐一/樞紐三兩個核心節點下掛8個匯聚環，每個匯聚環上有1～3個業務接入點，單個匯聚節點需求2～4個波長，8個匯聚環共約30波。該網絡可通過城域OTN實現樞紐一/樞紐三兩個核心節點共享同一個ROADM單板，完成8個匯聚環接入；匯聚節點采用極簡ROADM實現業務上下，基于數字化標簽實現100 Gbps/200 Gbps波長自動分配。

上述網絡可以通過采用OTN方案，全網實現ROADM功能，增強智慧運維能力，滿足算力網絡靈活調度的需求，支持網絡長期演進。初步估算，基于新一代OTN方案，建網帶寬提升，單Bit成本下降。波長資源共享提升波長利用效率，促使平臺成本下降。端到端ROADM化帶來空間、功耗約下降。基于創新光標簽實現運維自動化，降低OPEX開銷。

5 結束語

結合城域匯聚環特點，在城域網中采用新一代OTN組網架構，具有更低的組網成本、更靈活的調度能力、更簡易的運維和更快捷的部署特征，可全面滿足算力用戶高品質需求，具有顯著的應用價值。

參考文獻

[1] 陸源，白立武，張立明，等．城域池化波分解決方案及工程試點研究[J]．山東通信技術，2024，44（1）：20-23．

[2] 逯向軍．基于OTN的算力網絡承載技術研究[J]．長江信息通信，2023，36（10）：204-206．

[3] 范璐璐，于嘉．基于ROADM技術的本地OTN網絡部署策略研究[J]．通信技術，2018，51（5）：1132-1135．

[4] 陳城．基于WSS的ROADM技術研究以及在光傳送網中的應用[D]．武漢郵電科學研究院，2019．