在OTN上提供双向光学定时信道的方法与流程

本发明概括而言涉及有线通信领域，更具体而言，涉及一种在光传送网(Optical Transport Network，OTN)上提供双向光学定时信道同时传输频率信息和时间信息的方法。

背景技术：

传统的网络同步取决于频率的精确分布，进化的无线网络(例如，TD-LTE)要求精确的时间和相位的分布。当前通常采用IEEE1588V2协议(PTP)以实现具有次微秒范围精确度的定时同步功能。为了简化网络结构并且降低运行消耗，主参考时钟(PRTC)被建议布置在OTN网络的顶部。因此时间/相位在OTN上从主参考时钟分布至回程网。

为了在OTN上实现精确的时间/相位传输，一般建议使用物理层信号(譬如，同步的以太网或同步的OTUK)传递频率和PTP消息传递时间/相位相结合的方法。时钟传递路径上的每个节点都既是物理层时钟节点(如以太网设备时钟(Ethernet Equipment Clock，EEC)或同步设备时钟(Synchronous Equipment Clock SEC))又是分组层时间节点(例如，用于ToD/相位分布的电信边界时钟)。

在OTN网络中，物理层信号，譬如OTUK信号或光监控信道(Optical Supervisory Channel，OSC)信号，能很好地支持频率分布。

但在OTN网络中存在影响端对端(End-to-End)PTP性能的两个来源。第一个来源是主时钟和从时钟之间的链路不对称，如果不对其进行测量并且补偿，易导致具有该链路不对称值的一半的时间误差。然而，链路不对称在OTN中很常见，并且不易测量。第二个来源是当时间节点沿着时序路径进行级联，由于累积的噪声，同步性能将下 降或者网络规模受到限制。

下面对现有技术中主要的两种方法进行阐述，以揭示其存在的不足。

当前，有两种方法来用于在OTN上传输SSM和PTP消息：

第一种方法：使用预留的光通路传送单元(OTUK)的额外字节来传输

当使用第一种方法时，其具有以下缺点：

首先，需要指定预留的OTUK额外字节，以支持互通；其次，该方案要求OTUK端口实现时序处理，导致解决方案成本高；另外，相邻的OTN节点应该终结至少一个OTUK信号，但在一些节点处这往往不能实现，譬如，ROADM节点。对于OTUK链路的链路不对称性，必须进行人工测量和补偿，十分复杂。

第二种方法：使用OSC传输SSM和PTP消息

对于该种方法，一般有两种解决方案：

方案A：利用两根光纤为OSC提供双工通信，其中，每根光纤为OSC提供单一方向的通信。OSC通常使用处于光放大器放大范围之外的特定波长，比如1510nm、1625nm。频率在OSC物理信号上被分布，该信号通常是OC-3/STM-1信号或以太网信号。SSM和1588包被携带在OSC额外部分或有效载荷中。每个OTN节点(包括内联放大器ILA节点)实施定时处理功能，其包括用于频率分布的EEC/SEC物理层时钟和用于时间/相位分布的PTP时钟

方案A具有如下缺点：OSC需要在每个节点被终结和处理，每个节点也终结定时信号且起定时节点的作用。如果定时路径上存在M个ROADM节点和N个ILA节点，将存在(M+N)个级联的定时节点。对于分配给OTN的特定的定时性能预算，这将极大地限制沿定时链的OTN节点的数量。另外，通过两个不同的光纤，PTP消息在主时钟和从时钟之间传输。用户需要人工地测量该链路的不对称性并且在时钟上对其进行补偿，以实现良好的性能。

方案B：在一根光纤上实现OSC的双工通信，同时用于传输波长 的通信对于单个光纤是单工的。对于每根光纤，双向的OSC通信被利用两个波长来实现，该波长处于光放大器的放大范围之外，譬如，一个方向上是1510nm，另一方向是1625nm。一根光纤提供双向的OSC通信，另外一根光纤提供冗余的OSC信道。与方案A类似，频率在OSC物理信号上分布，该信号通常是OC-3/STM-1信号或以太网信号。

方案B具有以下缺点：对于用于系统和网络管理，OSC需要在每个节点上被终结和处理，每个节点也终结该定时信号并且起时序节点的作用。如果在定时路径上存在M个ROADM节点和N个ILA节点，那将有(M+N)个级联的定时节点。对于分配给OTN的特定的时序性能预算，这将极大地限制在时序链上的OTN节点的数目。通过相同光纤上不同的两个不同的波长，PTP消息在主时钟和从时钟之间交换。由于不同波长具有不同传输速度，因此，对于PTP消息的传输将存在链路不对称，而这需要去补偿以提升性能。为了避免人工测量，目前的方法是基于光纤的颜色色散系数、OSC中心波长以及光纤的长度来计算对于每个OSC波长的光纤延迟。显然，这个方法存在精确度的问题，因为光纤的颜色色散系数不是唯一值，并且实际应用中的OSC波长也不是中心波长，OSC是稀疏波分复用(Coarse Wavelength Division Multiplexing，CWDM)信道，其允许相对于中心波长+/-7.5nm的偏移)。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供了一种新的机制以提供双向的光学定时信道(Optical Timing Channel，OTC)来用于OTN中的时间分配，从而使得PTP链路具有近乎0或可忽略的链路不对称性，并且OTN中的定时节点也可以被大量地减少。

本发明一方面提出了一种在光传送网络(OTN)中实现定时分配的方法，包括：基于用于所述OTN中的光监控通道(OSC)波长，在光纤上配置双向通信通道，其中，在每根光纤上配置具有分别与所 述OSC的中心波长相邻的第一波长、第二波长的光信号来在两个方向上传输数据；在光复用/交换节点处，在第一双向通信通道中进行OSC双工通信，在第二双向通信通道中进行光学定时通道(OTC)双工通信；通过线路放大器(ILA)，在电子域或光学域中再生所述OTC中的信号以透明地传输所述OTC中的定时信号。

优选的，所述第一波长、第二波长与中心波长的差值大小相等、极性相反，并且，所述第一波长、第二波长为密集光波分复用(DWDM)波长。

优选的，基于所述OTN的定时冗余确定所述第一、第二波长之间的差值。

优选的，在所述第一双向通信通道中，通过所述第一波长实现第一网元到第二网元的OSC通信，通过所述第二波长实现所述第二网元到所述第一网元的OSC通信；在所述第二双向通信通道中，通过所述第一波长实现所述第一网元到所述第二网元的OTC通信，通过所述第二波长实现所述第二网元到所述第一网元的OTC通信。

优选的，所述复用器节点还被配置为：终结用于传输物理层信号、同步状态信号的OTC，并且传输定时信息。

优选的，在第二双向通信通道中，通过所述第一波长实现所述ILA到偏远节点的OTC通信，通过所述第二波长实现所述偏远节点到所述ILA的OTC通信。

优选的，所述ILA包括具有适用于所述第一、第二波长的双向模块以及用于OTC再生的3R再生模块，以在电子域中再生OTC信号。

该实施例中，该双向模块是单纤双向光收发模块。

优选的，所述ILA包括分别适用于所述第一、第二波长的第一光放大器和第二光放大器，以在光学域中再生OTC。

优选的，所述第一光放大器和第二光放大器均是单信道放大器，用于放大指定信道上的光信号。

优选的，所述光复用/交换节点还包括适用于所述第一、第二波长的双向模块。

本发明还提出了一种线路放大器(ILA)，包括：光监控信道(OSC)模块，其被配置为通过第一端口、第二端口与外部设备相连接，以提供所述第一端口与第二端口之间的通信通路；光再生模块，其被配置将所接收到的光学定时通道(OTC)中的信号在电子域或光学域中再生，以透明地传输所述OTC中的定时信号；其中，所述定时信号被承载于具有与所述OSC的中心波长相邻的第一波长、第二波长的信号上。

优选的，所述光再生模块包括具有适用于第一、第二波长的双向模块以及用于所述OTC中的信号再生的光-电-光3R再生模块，以在电子域中再生OTC信号。

优选的，所述ILA包括分别适用于所述第一、第二波长的第一光放大器和第二光放大器，以在光学域中再生OTC。

本发明还提出了一种光复用/交换装置，包括：第一双向模块，其被配置为通过第一端口接收光监控信道(OSC)中的信号；第二双向模块，其被配置为通过第二端口接收光学定时通道(OTC)中的信号；OSC处理单元，其耦接至所述第一双向模块，并被配置为与所述第一双向模块以具备第一波长、第二波长的光信号进行双向通信；OTC处理单元，其耦接至所述第二双向模块，被配置为与所述第二双向模块以具备所述第一波长、所述第二波长的光信号进行双向通信；

优选的，所述第一波长、第二波长与中心波长的差值大小相等、极性相反，并且所述第一波长、第二波长为密集光波分复用波长

基于本发明的技术方案，通过将现有的OSC信道分成两个DWDM信道，并且使用双向的OSC/OTC模块，在单根光纤上实现了双向的OSC/OTC通信。通过在单根光纤上使用两个波长接近的信号在OTC上传输定时消息，实现了链路对称性。通过在OTC上传输定时信息，ILA节点无需终结OTC，从而支持定时信息透明地传输。

采用本发明的技术方案，无需人工进行测量或补偿，降低了运营成本。ILA节点提升了端至端的时间分布性能，并且简化了网络的管理

附图说明

通过参考下列附图所给出的本发明的具体实施方式的描述之后，将更好地理解本发明，并且本发明的其他目的、细节、特点和优点将变得更加显而易见。在附图中：

图1示出了将1510nm的OSC信道分成两个DWDM信道后的光学频谱示意图；

图2示出了用于在光复用/交换节点节点之间的OSC和OTC通信示意图；

图3为在电子域中利用OTC再生来在ILA节点处的OSC和OTC通信的架构图；

图4为依据本发明实施例的在光学域中利用OTC再生来在ILA节点处的OSC和OTC通信的架构图；

图5为依据本发明实施例的光纤的配置第一示例；

图6为依据本发明实施例的光纤的配置第二示例。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明提出了一种提供了双向光学时序信道来实现OTN中的定时分配的方法，包括：配置分别位于两根光纤上的双向通信通道，在每根光纤上配置第一波长、第二波长来分别在两个相反方向上传输数据，其中该第一波长、第二波长为DWDM波长；在复用器节点处，在第一双向通信通道中进行OSC双工通信，在第二双向通信通道中进行OTC双工通信；通过线路放大器(ILA)，在电子域或光学域中再生OTC信号以透明地传输定时信号。

图1示出了在将1510nm的OSC信道分成两个DWDM信道后的 光学频谱。结合图1，对第一波长、第二波长的配置过程进行详述。

为了在一根光纤上支持OSC或OTC的双工通信，本发明基于波长分裂技术将传统的OSC信道分成两个密集光波分复用(DWDM)波长。譬如，分裂后的两个波长，即第一波长(λ1)、第二波长(λ2)，具有50GHz间隔(或0.4nm波长间隔)，其中，波长λ1用于第一网元NE1到第二网元NE2的通信，波长λ2用于NE2到NE1的通信。也就是说，每个波长对应于一个数据传输方向。因此，对于具有两根光纤的每个跨段(span)，这将在相邻的节点间构建两个双向通信信道，每个双向通信通道基于单根光纤上的双工通信。

由图1可知，第一波长λ1、第二波长λ2均与OSC波长相邻，而C波段和L波段信号则用于传输正常业务。

相应的，对于每个跨段SPAN，在NE1和NE2之间的双工通信或OSC通信可以通过第一光纤实现。也就是说，使用波长λ1来构建NE1到NE2的通信，并使用波长λ2来构建NE2到NE1的通信。

类似的，对于每个SPAN，用于NE1和NE2之间的OTC双工通信通过第二光纤实现。同时，波长λ1用于NE1到NE2的通信，波长λ2用于NE2到NE1的通信。

在同一链路中，当波长λ1和λ2非常接近(譬如，仅相差0.4nm)时，对于相同的光纤，它们几乎具有相同的链路延迟，相应的PTP的链路不对称性非常小且可以忽略，譬如，对于G.652型光纤，100km的光纤长度存在的链路不对称性小于1nm。

优选的，可以根据网络系统对定时的要求或预留的定时冗余来确定波长λ1和λ2之间的差值。

图2示出了用于在光复用/交换节点之间的OSC和OTC通信示意图。在本实施例中，以光复用/交换节点是OADM/TM节点为例，进行说明。

将1510nm的波长上的OSC信道分成两个对应于第一波长λ1和第二波长λ2的信道，网络中的网元(譬如OADM节点或TM(终端多工器)节点)将终结定时信号(包括物理层信号和PTP消息)，并 进行定时处理，因此，OADM/TM节点起定时节点的作用。

如图2所示，用于OSC的双工通信由光纤1支持，其中，第一波长λ1用于NE1到NE2的OSC通信，第二波长λ2用于NE2到NE1的OSC通信。在NE1中，适用于1510nm的双向模块包括适用于第一波长λ1的发射器λ1Tx、第二波长λ2的接收器λ2Rx以及双向WDM耦合器。相应地，在NE2中，适用于1510nm的双向模块包括第二波长λ2的发射器λ2Tx、第一波长λ1的接收器λ1Rx以及双向WDM耦合器。该实施例中，该双向模块是单纤双向光收发模块

与OSC的双工通信类似，OTC的双工通信由光纤2支持，其中，第一波长λ1用于NE1到NE2的OTC通信，第二波长λ2用于NE2到NE1的OTC通信。在NE1中，适用于1510nm的双向模块包括适用于第一波长λ1的发射器λ1Tx、第二波长λ2的接收器λ2Rx以及双向WDM耦合器。在NE2中，适用于1510nm的双向模块包括适用于第二波长λ2的发射器λ2Tx、第二波长λ1的接收器Rx以及双向WDM耦合器。

对于系统和网络管理，OADM/TM节点中的OSC处理单元终结OSC信道，相应的，该节点终结用于物理层信号和SSM/PTP包的OTC，并且以定时节点(譬如，EEC/SEC和T-BC)方式工作，以从上游节点到下游节点传播定时信息。

与现有技术不同的是，在本发明中，对于线路放大器(Inline Amplifier，ILA)节点，定时信号可以透明地通过该节点，而无需被终结。这些节点与定时无关，不是定时节点，因此对于定时信号不会产生累积的噪声。为了使得定时信号能够透明地通过ILA节点，本发明提出了利用再生单元来在光学域或电子域再生OTC信号，包括两种解决方法：(1)利用光-电-光(O-E-O)3R单元(再放大、再整形和重新定时)再生电子域中的OTC信号；(2)在光学域中再生OTC信号。

图3为依据本发明实施例的在电子域中利用OTC再生来在ILA节点处的OSC和OTC通信的架构图。为了使得图示清楚，用于复用 /解复用OSC/OTC的滤波器未示出。

在西侧，用于OSC的双工通信由光纤1支持，其中，第一波长λ1用于从偏远的节点到ILA的OSC通信，第二波长λ2用于从ILA到偏远的节点的OSC通信。OTC的双工通信由光纤2支持，其中，第一波长λ1用于从偏远的节点ILA到ILA节点的OTC通信，第二波长λ2用于从ILA节点到偏远的节点的OTC通信。适用于1510nm的双向模块包括适用于第二波长λ2的发射器λ2Tx、第一波长λ1的接收器λ1Rx以及双向WDM耦合器。

在东侧，用于OSC的双工通信由光纤1支持，其中，λ1用于从ILA到偏远的节点的OSC通信，λ2用于从偏远的节点到ILA的OSC通信。OTC的双工通信由光纤2支持，其中，λ1用于从ILA到偏远的节点的OTC通信，λ2用于从偏远的节点到ILA的OTC通信。适用于1510nm的双向模块整合了λ1的发射器λ1Tx、λ2的接收器λ2Rx以及双向WDM耦合器。

基于上述的ILA结构可知，OTC上的信号在经过ILA时，在电子域中会被O-E-O 3R单元再生，即ILA不会终结OTC信道，以使得OTC信号透明地通过ILA。由于定时信号是通过O-E-O 3R再生过程透明地被传输过节点，因此，ILA并不以定时节点的方式运行。因此，当定时信号通过ILA节点时，没有噪声的累积，且能保证PTP报文通过节点的双向时延是对称的。

图4为依据本发明实施例的在光学域中利用OTC再生来在ILA节点处的OSC和OTC通信的架构图。

该图中的ILA的OSC传输单元与图3所述的实施例相同。因此，对于OSC信道，其也将在ILA节点中被终结，但是，ILA节点不终结OTC信号。对于ILA节点，其将从西边接收到的OTC信号直接通过双向模块、光放大器传输到东边，反之亦然。

对于每个传输方向，在双向WDM耦合器之后的光放大器OTC Amp通过放大光学信号以在光学域中再生OTC信号。OTC放大器是单信道光放大器，其仅仅放大1510nm信道上的光信号。由于波长λ1 和λ2十分接近，且均以1510nm作为中心波长，因此，波长λ1和λ2将均处于该放大器的可放大范围中。

优选的，OTC放大器为掺铒光纤放大器(EDFA)。

图5为依据本发明实施例的光纤的配置第一示例。

该示例中，OADM/TM节点由一个或多个ILA节点分开，该些节点之间通过光纤相互连接。为了便于说明，以两个OADM/TM节点51、53、一个ILA节点52为例阐述本发明的方法。

当OSC信号自OADM/TM节点51经过ILA节点52时，其将被终结，但OTC信号将由ILA节点中的O-E-O 3R再生单元在电子域中再生，然后再恢复为可由光纤传播的光学域信号。

图中的单向箭头仅用于示例性地体现业务的传输方向，而不是用来限制光纤传播数据的方向。基于耦合器和收发器的双向链接，可以实现OSC/OTC双向传输。

图6为依据本发明实施例的光纤的配置第二示例。

与图5中的第一示例不同的是，该示例中的ILA节点通过双向光学放大器在光学域中再生OTC信号，从而使得OTC信号能够透明地穿过ILA节点。

由图5、6中的两个示例可知，在每个SPAN处，OSC和OTC信号被分别携带在单根光纤上。仅通过OADM/TM节点实施EEC/SEC、PTC时钟，并且终结定时信号。ILA节点对时序处理不影响，不会导致时序信号的衰弱。

本发明中的线路放大器(ILA)包括：光监控信道(OSC)模块，其被配置为通过第一端口、第二端口与外部设备相连接，以提供第一端口与第二端口之间的通信通路；光再生模块，其被配置将所接收到的光学定时通道(OTC)中的信号进行再生，以透明地传输OTC中的定时信号；其中，定时信号被承载于具有与OSC的中心波长相邻的第一波长、第二波长的信号上。

优选的，光再生模块被配置为在电子域或光学域中，再生OTC中的信号。

优选的，光再生模块包括具有适用于第一、第二波长的双向模块以及用于OTC中的信号再生的光-电-光3R再生模块，以在电子域中再生OTC信号。

优选的，ILA包括分别适用于第一、第二波长的第一光放大器和第二光放大器，以在光学域中再生OTC。

基于本发明的技术方案，通过将现有的OSC信道分成两个DWDM信道，并且使用双向的OSC/OTC模块，在单根光纤上实现了双向的OSC/OTC通信。通过在单根光纤上使用两个波长接近的信号在OTC上传输定时消息，实现了链路对称性。通过在OTC上传输定时信息，ILA节点无需终结OTC，从而支持定时信息透明地传输，有效扩展了定时网络的传输规模。

采用本发明的技术方案，无需人工进行测量或补偿，降低了运营成本。ILA节点提升了端至端的时间分布性能，并且简化了网络的管理。

本领域技术人员能够理解的是，上述的状态仅仅用于示例，并非用于限定本发明的应用范围。本领域技术人员可以针对每种特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本发明的保护范围。