算力时代城域OTN的发展方向研究

摘要：在数字经济高速发展的今天，算力网络对传送网络承载能力提出了更高的要求。传统的城域OTN网络架构以环形为主，环路之间相互独立，链路利用率低，业务交叉调度能力差。该文依托WSS和ROADM技术提出的新一代城域网OTN技术架构，具有更低的组网成本、更灵活的调度能力、更简易的运维和更快捷的部署等特征，可以全面满足算力用户高品质需求。

关键词：算力网；OTN；WSS；ROADM

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.10.011

中图分类号：TN 915 文献标志码：A 文章编码：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

随着云计算、边缘计算等新型业务的飞速发展，业务流量高速增长，城域网的汇聚层和接入层已经开始大量部署OTN/WDM设备。但底层光网络传输的仍然是光模拟信号，复杂性高。为适配新业务发展，OTN急需升级转型。

本文面向算力网络发展新需求并结合运营商城域光传送网技术发展，提出新一代城域OTN技术架构设计，通过多环共享、波长资源池化等技术，减少对机房配套条件的需求，大幅降低城域网部署OTN/WDM的难度和成本。

1 城域光传送网发展趋势与面临的挑战

面向算力网络、东数西算枢纽算力连接，构建基于OXC（Optical Cross-connect，全光交叉连接）的光电联动新型全光网架构已成为发展趋势。与此同时，城域网络在为万千行业提供品质算力时，需要具备低时延、高灵活性、高可靠等入算能力，面对算力时代新的网络定位和升级转型，需深入研究新型城域光传送网组网架构和技术。

算力网络需要构建提供确定性运力的OTN全光运力底座，城域OTN组网需要更加经济高效，向着低复杂、低成本和高灵活、高智能的方向发展[1]。

（1）低成本：紧凑的设计、高资源利用率。如果继续采用独立多环的组网方式，环间完全独立，每个环按照满波40波系统容量设计，这样接入环的平均波道利用率只有20%左右，导致资源浪费。汇聚站点到每个接入环每个光方向必须有一套独立的光层，部署一个独立的子架，会占用一定的机房空间。城域OTN下沉到汇聚接入层级站点数量将呈现10倍以上增加，城域OTN需要考虑采用更紧凑的设计和更高资源利用率的方案。

（2）低复杂：简便的规划、设计和交付。波分系统设计阶段需要分析线路插损、光功率预算、入纤光功率、滤波代价、色散、PMD容限和非线性效应等多个参数。每个光方向基本由分合波板、光监控信道板和光放单板等独立单板组成，需要大量的人工连纤，必须由专业人员进行交付。为了更好地满足快速部署要求，需要考虑如何简化规划、设计和交付流程，缩短业务上线时间，同时站点配置最好是可以归一，这样可以减少备件数量、降低站点维护难度[2]。

（3）高灵活：更高的灵活性和更好的长期演进能力。采用FOADM，部署后每个端口接入的波长是固定的，无法根据后续流量和流向需求进行波道动态调整。如果前期出现规划设计错误，就需要重新上站更换单板、进行人工跳纤等操作。随着流量的增加，为了持续降低单Bit成本，需要考虑采用更高的单波速率，更高的单波速率，如400G+，要求光层支持更宽和可调的波道间隔。

（4）高智能：资源自动分配、自动调测和智能故障定位等能力。当前波分网络基本上采用的都是离线规划的方式，规划和部署并非实时无缝衔接。如果交付过程中出现业务调整，就需要重新人工录入规划工具，可能需要花费数天才能完成调整。在光电协同方面，如果可以直接检测识别波长信号的各种关键特征信息，这样光层就可以与电层形成联动，光电资源可以实现更高效的融合。同时需要考虑不断提升故障定位效率，改变被动运维的方式，实现对光纤质量、业务健康度的提前预测。

2 新一代城域OTN理念与技术架构

2.1 新一代城域OTN网络理念

在算力网络中，业务将由原来的固定/半固定式点对点连接转向灵活的任务式调度连接，业务需求时间不确定，业务颗粒大小不确定，业务源宿方向不确定。因此，传送网将从纯电层OTN固定式组网走向光电联动灵活组网。

面向城域网络，为提供一流的入算连接服务，实现广泛的用户快速接入，下一代城域OTN网络需要具备如下特征。

（1）更低的建网成本。在满足业务发展需求、保障承载底座品质的前提下，通过组网架构创新、站点模型创新以及光/电器件创新释放创新红利，实现更低的成本投入。

（2）更灵活的调度能力。在电层和光层方面具备全颗粒的业务交叉调度能力，小颗粒业务通过电层调度，大颗粒业务通过光层波长调度，互相协调，高效运作。

（3）更简易的运维。传送网络正在逐步向自动化、智能化演进，通过光层数字化与AI技术的融合，提升传送网络的自我管理和优化能力，减轻了运维人员的工作压力，为高效便捷的运维工作提供有力保障[3]。

2.2 城域OTN技术架构演进

面对新的业务发展需求，结合城域网络发展与变化趋势，从技术架构、城域演进、网络自动化和可重构等4个维度出发，基于共享式理念提出了全新城域OTN技术架构，全面提升网络资源利用效率。

（1）根据城域网络传送带宽呈现非对称分布、逐层汇聚的特点，采用创新型多环共享网络架构，以提升资源利用效率和实现更低的建网成本。汇聚节点由每方向独占一套光层升级为多个方向共享一套ROADM光层，频谱资源由每个环路独占48波/96波演进到多个汇聚环共享48波/96波，大幅度提升核心节点之间的波长利用率。大幅节省机房空间，降低设备购置成本和能耗。

（2）面向城域的低成本相干组网，全业务承载，支撑带宽/业务长期演进。采用OTN和ROADM作为全光网络基础技术，既支持电层2 Mbps～100 Gbps带宽的汇聚和灵活调度，也可面向100 Gbps及以上的带宽提供光层波长级动态调度能力，满足TOC/TOB/ToH全业务、全带宽的综合承载。面向城域推进低成本相干技术，免除配置DCM模块，实现传统10 Gbps非相干网络升级，推动网络向100 Gbps/200 Gbps/400 Gbps演进。

（3）自动波长分配，自动光层调测，自动业务发放。支持全网波长的自动分配，网元自动上线，并引入数字光标签技术实现光层自动调节，构建网元和网络级的自动化软能力。无须波长人工规划设计环节，开局时不需要软调工程师进站操作。支持远程故障快速定界和处理，全面提升网络运维效率，并通过管控层面进一步智能化，支持光电联动和智能算路，实现业务的端到端自动发放[4]。

（4）光层ROADM化，连接可重构，波长无感知，站点典配实现去专业化快速部署。光层由FOADM升级为ROADM，支持光层Colorless和Flexgrid。其中，光层Colorless支持上下波端口波长可调。同时可采用光层集成设计实现极简典配，支持光层1板1方向。

3 城域OTN关键技术

3.1 新型城域ROADM技术

当前城域汇聚层以下网络以FOADM组网方式为主，需要采用ROADM组网方式满足未来算力网络灵活调度新需求。传统ROADM应用于城域网面临成本较高、空间较大、功耗较高等挑战，需要在多环汇聚节点和环上接入节点引入新的技术方案。

3.1.1 基于多环共享架构的新型WSS技术

在OTN中，WSS不可或缺，它是实现ROADM波长调度功能的核心，传统WSS为1×N设计，仅处理单向光信号，并将其按照特定的波长调度到多个方向。针对城域网的多接入环路汇聚至一组汇聚节点的场景，采用新型的M×N WSS。这一新型WSS支持多环路共享，不仅优化了设备空间，还显著降低了功耗和成本，为网络布局带来了更高效、经济的解决方案。

3.1.2 基于多器件合封的边缘极简ROADM技术

面对城域OTN接入环的二维组网需求，传统的ROADM显得造价较高且实施复杂。为解决这一难题，新型极简ROADM技术应运而生。它依托光耦合器、分路器和相干接收器，无须WSS器件，即可实现波长路由选择，同时保留ROADM的Colorless/Flexgrid特性。

3.2 基于硅光技术的新型城域相干模块技术

随着各种新型业务的发展，城域接入容量不断增长，城域大带宽需求亟待解决。当前业界大容量传输方案有相干100 Gbps/200 Gbps技术、非相干100 Gbps技术、点到多点（P2MP）相干技术等。

采用53GBaud PAM4调制格式的O波段非相干100 Gbps技术，由于传输距离短（10～40 km）无法全覆盖城域传输场景，当前主要应用在客户端连接；点到多点（P2MP）相干技术当前正处于研究阶段，短期内无法达到成熟，需要产业链长期共同培育。

3.3 基于类MCM的光层数字化标签技术

传统的光层OAM信息通过外置高速VOA来调节单波的光功率从而实现模拟信号承载，对单波信号性能会产生比较大的影响。光层数字标签利用创新的类MCM调制技术，巧妙地将高速数字信号作为载波，叠加多载波低速调制信息。在oDSP内部，这一技术直接对码流电信号进行调制，实现了精确的控制调节。在接收端，通过先进的技术将子载分离，进行单独监控，有效避免了载波间的干扰和信号码间串扰，增强了数字信号的纠错能力。

光层数字标签信息包括波长值、发端光功率、编制码型、通道带宽、源宿站点等。在每一个监测点，实现对每个波长光标签的检测，识别不同波长业务的中心波长、业务速率、源节点信息等，并根据识别出的信息，实现波长资源可视化、单波功率检测功能，提升业务规划透明度和便利性，提升网络的智能化运维水平。

4 下一代城域OTN组网场景分析

算力时代，为提供一流的连接服务，打造全生命周期高效网络，采用全光运力底座已成为行业共识。以OXC、400 Gbps为代表的新技术蓬勃发展，推动光传送网向光电联动、扁平化、低时延的智慧全光网方向发展。当前骨干网和城域核心层正基于光电联动OTN和OXC技术进行新一轮的网络架构演进，实现高效的算力互联。

以某核心汇聚层城域网络为例，核心层由4个节点构成，其中枢纽一/枢纽三两个核心节点下挂8个汇聚环，每个汇聚环上有1～3个业务接入点，单个汇聚节点需求2～4个波长，8个汇聚环共约30波。该网络可通过城域OTN实现枢纽一/枢纽三两个核心节点共享同一个ROADM单板，完成8个汇聚环接入；汇聚节点采用极简ROADM实现业务上下，基于数字化标签实现100 Gbps/200 Gbps波长自动分配。

上述网络可以通过采用OTN方案，全网实现ROADM功能，增强智慧运维能力，满足算力网络灵活调度的需求，支持网络长期演进。初步估算，基于新一代OTN方案，建网带宽提升，单Bit成本下降。波长资源共享提升波长利用效率，促使平台成本下降。端到端ROADM化带来空间、功耗约下降。基于创新光标签实现运维自动化，降低OPEX开销。

5 结束语

结合城域汇聚环特点，在城域网中采用新一代OTN组网架构，具有更低的组网成本、更灵活的调度能力、更简易的运维和更快捷的部署特征，可全面满足算力用户高品质需求，具有显著的应用价值。

参考文献

[1] 陆源，白立武，张立明，等．城域池化波分解决方案及工程试点研究[J]．山东通信技术，2024，44（1）：20-23．

[2] 逯向军．基于OTN的算力网络承载技术研究[J]．长江信息通信，2023，36（10）：204-206．

[3] 范璐璐，于嘉．基于ROADM技术的本地OTN网络部署策略研究[J]．通信技术，2018，51（5）：1132-1135．

[4] 陈城．基于WSS的ROADM技术研究以及在光传送网中的应用[D]．武汉邮电科学研究院，2019．