在OTN上提供雙向光學定時信道的方法與流程
2023-10-10 22:31:59 1
本發明概括而言涉及有線通信領域，更具體而言，涉及一種在光傳送網(Optical Transport Network，OTN)上提供雙向光學定時信道同時傳輸頻率信息和時間信息的方法。
背景技術：
傳統的網絡同步取決於頻率的精確分布，進化的無線網絡(例如，TD-LTE)要求精確的時間和相位的分布。當前通常採用IEEE1588V2協議(PTP)以實現具有次微秒範圍精確度的定時同步功能。為了簡化網絡結構並且降低運行消耗，主參考時鐘(PRTC)被建議布置在OTN網絡的頂部。因此時間/相位在OTN上從主參考時鐘分布至回程網。
為了在OTN上實現精確的時間/相位傳輸，一般建議使用物理層信號(譬如，同步的乙太網或同步的OTUK)傳遞頻率和PTP消息傳遞時間/相位相結合的方法。時鐘傳遞路徑上的每個節點都既是物理層時鐘節點(如乙太網設備時鐘(Ethernet Equipment Clock，EEC)或同步設備時鐘(Synchronous Equipment Clock SEC))又是分組層時間節點(例如，用於ToD/相位分布的電信邊界時鐘)。
在OTN網絡中，物理層信號，譬如OTUK信號或光監控信道(Optical Supervisory Channel，OSC)信號，能很好地支持頻率分布。
但在OTN網絡中存在影響端對端(End-to-End)PTP性能的兩個來源。第一個來源是主時鐘和從時鐘之間的鏈路不對稱，如果不對其進行測量並且補償，易導致具有該鏈路不對稱值的一半的時間誤差。然而，鏈路不對稱在OTN中很常見，並且不易測量。第二個來源是當時間節點沿著時序路徑進行級聯，由於累積的噪聲，同步性能將下 降或者網絡規模受到限制。
下面對現有技術中主要的兩種方法進行闡述，以揭示其存在的不足。
當前，有兩種方法來用於在OTN上傳輸SSM和PTP消息：
第一種方法：使用預留的光通路傳送單元(OTUK)的額外字節來傳輸
當使用第一種方法時，其具有以下缺點：
首先，需要指定預留的OTUK額外字節，以支持互通；其次，該方案要求OTUK埠實現時序處理，導致解決方案成本高；另外，相鄰的OTN節點應該終結至少一個OTUK信號，但在一些節點處這往往不能實現，譬如，ROADM節點。對於OTUK鏈路的鏈路不對稱性，必須進行人工測量和補償，十分複雜。
第二種方法：使用OSC傳輸SSM和PTP消息
對於該種方法，一般有兩種解決方案：
方案A：利用兩根光纖為OSC提供雙工通信，其中，每根光纖為OSC提供單一方向的通信。OSC通常使用處於光放大器放大範圍之外的特定波長，比如1510nm、1625nm。頻率在OSC物理信號上被分布，該信號通常是OC-3/STM-1信號或乙太網信號。SSM和1588包被攜帶在OSC額外部分或有效載荷中。每個OTN節點(包括內聯放大器ILA節點)實施定時處理功能，其包括用於頻率分布的EEC/SEC物理層時鐘和用於時間/相位分布的PTP時鐘
方案A具有如下缺點：OSC需要在每個節點被終結和處理，每個節點也終結定時信號且起定時節點的作用。如果定時路徑上存在M個ROADM節點和N個ILA節點，將存在(M+N)個級聯的定時節點。對於分配給OTN的特定的定時性能預算，這將極大地限制沿定時鏈的OTN節點的數量。另外，通過兩個不同的光纖，PTP消息在主時鐘和從時鐘之間傳輸。用戶需要人工地測量該鏈路的不對稱性並且在時鐘上對其進行補償，以實現良好的性能。
方案B：在一根光纖上實現OSC的雙工通信，同時用於傳輸波長 的通信對於單個光纖是單工的。對於每根光纖，雙向的OSC通信被利用兩個波長來實現，該波長處於光放大器的放大範圍之外，譬如，一個方向上是1510nm，另一方向是1625nm。一根光纖提供雙向的OSC通信，另外一根光纖提供冗餘的OSC信道。與方案A類似，頻率在OSC物理信號上分布，該信號通常是OC-3/STM-1信號或乙太網信號。
方案B具有以下缺點：對於用於系統和網絡管理，OSC需要在每個節點上被終結和處理，每個節點也終結該定時信號並且起時序節點的作用。如果在定時路徑上存在M個ROADM節點和N個ILA節點，那將有(M+N)個級聯的定時節點。對於分配給OTN的特定的時序性能預算，這將極大地限制在時序鏈上的OTN節點的數目。通過相同光纖上不同的兩個不同的波長，PTP消息在主時鐘和從時鐘之間交換。由於不同波長具有不同傳輸速度，因此，對於PTP消息的傳輸將存在鏈路不對稱，而這需要去補償以提升性能。為了避免人工測量，目前的方法是基於光纖的顏色色散係數、OSC中心波長以及光纖的長度來計算對於每個OSC波長的光纖延遲。顯然，這個方法存在精確度的問題，因為光纖的顏色色散係數不是唯一值，並且實際應用中的OSC波長也不是中心波長，OSC是稀疏波分復用(Coarse Wavelength Division Multiplexing，CWDM)信道，其允許相對於中心波長+/-7.5nm的偏移)。
技術實現要素：
針對以上問題，本發明提供了一種新的機制以提供雙向的光學定時信道(Optical Timing Channel，OTC)來用於OTN中的時間分配，從而使得PTP鏈路具有近乎0或可忽略的鏈路不對稱性，並且OTN中的定時節點也可以被大量地減少。
本發明一方面提出了一種在光傳送網絡(OTN)中實現定時分配的方法，包括：基於用於所述OTN中的光監控通道(OSC)波長，在光纖上配置雙向通信通道，其中，在每根光纖上配置具有分別與所 述OSC的中心波長相鄰的第一波長、第二波長的光信號來在兩個方向上傳輸數據；在光復用/交換節點處，在第一雙向通信通道中進行OSC雙工通信，在第二雙向通信通道中進行光學定時通道(OTC)雙工通信；通過線路放大器(ILA)，在電子域或光學域中再生所述OTC中的信號以透明地傳輸所述OTC中的定時信號。
優選的，所述第一波長、第二波長與中心波長的差值大小相等、極性相反，並且，所述第一波長、第二波長為密集光波分復用(DWDM)波長。
優選的，基於所述OTN的定時冗餘確定所述第一、第二波長之間的差值。
優選的，在所述第一雙向通信通道中，通過所述第一波長實現第一網元到第二網元的OSC通信，通過所述第二波長實現所述第二網元到所述第一網元的OSC通信；在所述第二雙向通信通道中，通過所述第一波長實現所述第一網元到所述第二網元的OTC通信，通過所述第二波長實現所述第二網元到所述第一網元的OTC通信。
優選的，所述復用器節點還被配置為：終結用於傳輸物理層信號、同步狀態信號的OTC，並且傳輸定時信息。
優選的，在第二雙向通信通道中，通過所述第一波長實現所述ILA到偏遠節點的OTC通信，通過所述第二波長實現所述偏遠節點到所述ILA的OTC通信。
優選的，所述ILA包括具有適用於所述第一、第二波長的雙向模塊以及用於OTC再生的3R再生模塊，以在電子域中再生OTC信號。
該實施例中，該雙向模塊是單纖雙向光收發模塊。
優選的，所述ILA包括分別適用於所述第一、第二波長的第一光放大器和第二光放大器，以在光學域中再生OTC。
優選的，所述第一光放大器和第二光放大器均是單信道放大器，用於放大指定信道上的光信號。
優選的，所述光復用/交換節點還包括適用於所述第一、第二波長的雙向模塊。
本發明還提出了一種線路放大器(ILA)，包括：光監控信道(OSC)模塊，其被配置為通過第一埠、第二埠與外部設備相連接，以提供所述第一埠與第二埠之間的通信通路；光再生模塊，其被配置將所接收到的光學定時通道(OTC)中的信號在電子域或光學域中再生，以透明地傳輸所述OTC中的定時信號；其中，所述定時信號被承載於具有與所述OSC的中心波長相鄰的第一波長、第二波長的信號上。
優選的，所述光再生模塊包括具有適用於第一、第二波長的雙向模塊以及用於所述OTC中的信號再生的光-電-光3R再生模塊，以在電子域中再生OTC信號。
優選的，所述ILA包括分別適用於所述第一、第二波長的第一光放大器和第二光放大器，以在光學域中再生OTC。
本發明還提出了一種光復用/交換裝置，包括：第一雙向模塊，其被配置為通過第一埠接收光監控信道(OSC)中的信號；第二雙向模塊，其被配置為通過第二埠接收光學定時通道(OTC)中的信號；OSC處理單元，其耦接至所述第一雙向模塊，並被配置為與所述第一雙向模塊以具備第一波長、第二波長的光信號進行雙向通信；OTC處理單元，其耦接至所述第二雙向模塊，被配置為與所述第二雙向模塊以具備所述第一波長、所述第二波長的光信號進行雙向通信；
優選的，所述第一波長、第二波長與中心波長的差值大小相等、極性相反，並且所述第一波長、第二波長為密集光波分復用波長
基於本發明的技術方案，通過將現有的OSC信道分成兩個DWDM信道，並且使用雙向的OSC/OTC模塊，在單根光纖上實現了雙向的OSC/OTC通信。通過在單根光纖上使用兩個波長接近的信號在OTC上傳輸定時消息，實現了鏈路對稱性。通過在OTC上傳輸定時信息，ILA節點無需終結OTC，從而支持定時信息透明地傳輸。
採用本發明的技術方案，無需人工進行測量或補償，降低了運營成本。ILA節點提升了端至端的時間分布性能，並且簡化了網絡的管理
附圖說明
通過參考下列附圖所給出的本發明的具體實施方式的描述之後，將更好地理解本發明，並且本發明的其他目的、細節、特點和優點將變得更加顯而易見。在附圖中：
圖1示出了將1510nm的OSC信道分成兩個DWDM信道後的光學頻譜示意圖；
圖2示出了用於在光復用/交換節點節點之間的OSC和OTC通信示意圖；
圖3為在電子域中利用OTC再生來在ILA節點處的OSC和OTC通信的架構圖；
圖4為依據本發明實施例的在光學域中利用OTC再生來在ILA節點處的OSC和OTC通信的架構圖；
圖5為依據本發明實施例的光纖的配置第一示例；
圖6為依據本發明實施例的光纖的配置第二示例。
具體實施方式
下面將參照附圖更詳細地描述本公開的優選實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的優選實施方式，然而應該理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這裡闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本公開更加透徹和完整，並且能夠將本公開的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。
本發明提出了一種提供了雙向光學時序信道來實現OTN中的定時分配的方法，包括：配置分別位於兩根光纖上的雙向通信通道，在每根光纖上配置第一波長、第二波長來分別在兩個相反方向上傳輸數據，其中該第一波長、第二波長為DWDM波長；在復用器節點處，在第一雙向通信通道中進行OSC雙工通信，在第二雙向通信通道中進行OTC雙工通信；通過線路放大器(ILA)，在電子域或光學域中再生OTC信號以透明地傳輸定時信號。
圖1示出了在將1510nm的OSC信道分成兩個DWDM信道後的 光學頻譜。結合圖1，對第一波長、第二波長的配置過程進行詳述。
為了在一根光纖上支持OSC或OTC的雙工通信，本發明基于波長分裂技術將傳統的OSC信道分成兩個密集光波分復用(DWDM)波長。譬如，分裂後的兩個波長，即第一波長(λ1)、第二波長(λ2)，具有50GHz間隔(或0.4nm波長間隔)，其中，波長λ1用於第一網元NE1到第二網元NE2的通信，波長λ2用於NE2到NE1的通信。也就是說，每個波長對應於一個數據傳輸方向。因此，對於具有兩根光纖的每個跨段(span)，這將在相鄰的節點間構建兩個雙向通信信道，每個雙向通信通道基於單根光纖上的雙工通信。
由圖1可知，第一波長λ1、第二波長λ2均與OSC波長相鄰，而C波段和L波段信號則用於傳輸正常業務。
相應的，對於每個跨段SPAN，在NE1和NE2之間的雙工通信或OSC通信可以通過第一光纖實現。也就是說，使用波長λ1來構建NE1到NE2的通信，並使用波長λ2來構建NE2到NE1的通信。
類似的，對於每個SPAN，用於NE1和NE2之間的OTC雙工通信通過第二光纖實現。同時，波長λ1用於NE1到NE2的通信，波長λ2用於NE2到NE1的通信。
在同一鏈路中，當波長λ1和λ2非常接近(譬如，僅相差0.4nm)時，對於相同的光纖，它們幾乎具有相同的鏈路延遲，相應的PTP的鏈路不對稱性非常小且可以忽略，譬如，對於G.652型光纖，100km的光纖長度存在的鏈路不對稱性小於1nm。
優選的，可以根據網絡系統對定時的要求或預留的定時冗餘來確定波長λ1和λ2之間的差值。
圖2示出了用於在光復用/交換節點之間的OSC和OTC通信示意圖。在本實施例中，以光復用/交換節點是OADM/TM節點為例，進行說明。
將1510nm的波長上的OSC信道分成兩個對應於第一波長λ1和第二波長λ2的信道，網絡中的網元(譬如OADM節點或TM(終端多工器)節點)將終結定時信號(包括物理層信號和PTP消息)，並 進行定時處理，因此，OADM/TM節點起定時節點的作用。
如圖2所示，用於OSC的雙工通信由光纖1支持，其中，第一波長λ1用於NE1到NE2的OSC通信，第二波長λ2用於NE2到NE1的OSC通信。在NE1中，適用於1510nm的雙向模塊包括適用於第一波長λ1的發射器λ1Tx、第二波長λ2的接收器λ2Rx以及雙向WDM耦合器。相應地，在NE2中，適用於1510nm的雙向模塊包括第二波長λ2的發射器λ2Tx、第一波長λ1的接收器λ1Rx以及雙向WDM耦合器。該實施例中，該雙向模塊是單纖雙向光收發模塊
與OSC的雙工通信類似，OTC的雙工通信由光纖2支持，其中，第一波長λ1用於NE1到NE2的OTC通信，第二波長λ2用於NE2到NE1的OTC通信。在NE1中，適用於1510nm的雙向模塊包括適用於第一波長λ1的發射器λ1Tx、第二波長λ2的接收器λ2Rx以及雙向WDM耦合器。在NE2中，適用於1510nm的雙向模塊包括適用於第二波長λ2的發射器λ2Tx、第二波長λ1的接收器Rx以及雙向WDM耦合器。
對於系統和網絡管理，OADM/TM節點中的OSC處理單元終結OSC信道，相應的，該節點終結用於物理層信號和SSM/PTP包的OTC，並且以定時節點(譬如，EEC/SEC和T-BC)方式工作，以從上遊節點到下遊節點傳播定時信息。
與現有技術不同的是，在本發明中，對於線路放大器(Inline Amplifier，ILA)節點，定時信號可以透明地通過該節點，而無需被終結。這些節點與定時無關，不是定時節點，因此對於定時信號不會產生累積的噪聲。為了使得定時信號能夠透明地通過ILA節點，本發明提出了利用再生單元來在光學域或電子域再生OTC信號，包括兩種解決方法：(1)利用光-電-光(O-E-O)3R單元(再放大、再整形和重新定時)再生電子域中的OTC信號；(2)在光學域中再生OTC信號。
圖3為依據本發明實施例的在電子域中利用OTC再生來在ILA節點處的OSC和OTC通信的架構圖。為了使得圖示清楚，用於復用 /解復用OSC/OTC的濾波器未示出。
在西側，用於OSC的雙工通信由光纖1支持，其中，第一波長λ1用於從偏遠的節點到ILA的OSC通信，第二波長λ2用於從ILA到偏遠的節點的OSC通信。OTC的雙工通信由光纖2支持，其中，第一波長λ1用於從偏遠的節點ILA到ILA節點的OTC通信，第二波長λ2用於從ILA節點到偏遠的節點的OTC通信。適用於1510nm的雙向模塊包括適用於第二波長λ2的發射器λ2Tx、第一波長λ1的接收器λ1Rx以及雙向WDM耦合器。
在東側，用於OSC的雙工通信由光纖1支持，其中，λ1用於從ILA到偏遠的節點的OSC通信，λ2用於從偏遠的節點到ILA的OSC通信。OTC的雙工通信由光纖2支持，其中，λ1用於從ILA到偏遠的節點的OTC通信，λ2用於從偏遠的節點到ILA的OTC通信。適用於1510nm的雙向模塊整合了λ1的發射器λ1Tx、λ2的接收器λ2Rx以及雙向WDM耦合器。
基於上述的ILA結構可知，OTC上的信號在經過ILA時，在電子域中會被O-E-O 3R單元再生，即ILA不會終結OTC信道，以使得OTC信號透明地通過ILA。由於定時信號是通過O-E-O 3R再生過程透明地被傳輸過節點，因此，ILA並不以定時節點的方式運行。因此，當定時信號通過ILA節點時，沒有噪聲的累積，且能保證PTP報文通過節點的雙向時延是對稱的。
圖4為依據本發明實施例的在光學域中利用OTC再生來在ILA節點處的OSC和OTC通信的架構圖。
該圖中的ILA的OSC傳輸單元與圖3所述的實施例相同。因此，對於OSC信道，其也將在ILA節點中被終結，但是，ILA節點不終結OTC信號。對於ILA節點，其將從西邊接收到的OTC信號直接通過雙向模塊、光放大器傳輸到東邊，反之亦然。
對於每個傳輸方向，在雙向WDM耦合器之後的光放大器OTC Amp通過放大光學信號以在光學域中再生OTC信號。OTC放大器是單信道光放大器，其僅僅放大1510nm信道上的光信號。由于波長λ1 和λ2十分接近，且均以1510nm作為中心波長，因此，波長λ1和λ2將均處於該放大器的可放大範圍中。
優選的，OTC放大器為摻鉺光纖放大器(EDFA)。
圖5為依據本發明實施例的光纖的配置第一示例。
該示例中，OADM/TM節點由一個或多個ILA節點分開，該些節點之間通過光纖相互連接。為了便於說明，以兩個OADM/TM節點51、53、一個ILA節點52為例闡述本發明的方法。
當OSC信號自OADM/TM節點51經過ILA節點52時，其將被終結，但OTC信號將由ILA節點中的O-E-O 3R再生單元在電子域中再生，然後再恢復為可由光纖傳播的光學域信號。
圖中的單向箭頭僅用於示例性地體現業務的傳輸方向，而不是用來限制光纖傳播數據的方向。基於耦合器和收發器的雙向連結，可以實現OSC/OTC雙向傳輸。
圖6為依據本發明實施例的光纖的配置第二示例。
與圖5中的第一示例不同的是，該示例中的ILA節點通過雙向光學放大器在光學域中再生OTC信號，從而使得OTC信號能夠透明地穿過ILA節點。
由圖5、6中的兩個示例可知，在每個SPAN處，OSC和OTC信號被分別攜帶在單根光纖上。僅通過OADM/TM節點實施EEC/SEC、PTC時鐘，並且終結定時信號。ILA節點對時序處理不影響，不會導致時序信號的衰弱。
本發明中的線路放大器(ILA)包括：光監控信道(OSC)模塊，其被配置為通過第一埠、第二埠與外部設備相連接，以提供第一埠與第二埠之間的通信通路；光再生模塊，其被配置將所接收到的光學定時通道(OTC)中的信號進行再生，以透明地傳輸OTC中的定時信號；其中，定時信號被承載於具有與OSC的中心波長相鄰的第一波長、第二波長的信號上。
優選的，光再生模塊被配置為在電子域或光學域中，再生OTC中的信號。
優選的，光再生模塊包括具有適用於第一、第二波長的雙向模塊以及用於OTC中的信號再生的光-電-光3R再生模塊，以在電子域中再生OTC信號。
優選的，ILA包括分別適用於第一、第二波長的第一光放大器和第二光放大器，以在光學域中再生OTC。
基於本發明的技術方案，通過將現有的OSC信道分成兩個DWDM信道，並且使用雙向的OSC/OTC模塊，在單根光纖上實現了雙向的OSC/OTC通信。通過在單根光纖上使用兩個波長接近的信號在OTC上傳輸定時消息，實現了鏈路對稱性。通過在OTC上傳輸定時信息，ILA節點無需終結OTC，從而支持定時信息透明地傳輸，有效擴展了定時網絡的傳輸規模。
採用本發明的技術方案，無需人工進行測量或補償，降低了運營成本。ILA節點提升了端至端的時間分布性能，並且簡化了網絡的管理。
本領域技術人員能夠理解的是，上述的狀態僅僅用於示例，並非用於限定本發明的應用範圍。本領域技術人員可以針對每種特定應用，以變通的方式實現所描述的功能，但是，這種實現決策不應解釋為背離本發明的保護範圍。