2023光网络实时性能数据采集技术规范

光网络实时性能数据采集技术规范

2023

刖百

面对网络流量的持续快速增长，如何高效提供高质量带宽，保证带宽长期

稳定运行，是数据中心互联光网络面临的关键挑战。一方面系统在运行过程中

会逐渐偏离最佳运行状态，需要持续动态修正，使系统维持在最佳运行状态。

另一方面系统会遇到一些故障，在故障率一定的情况下，系统规模越大，故障

总量就越大。系统规模的持续增加，则进一步增加了故障处理的复杂程度。针

对超大规模光网络，如何精细化识别网络的异常运行状态，准确定位故障，精

确判断故障影响，是十分关键的。将以上各关键任务的耗时，尽可能缩短，也

是缩短系统故障影响，提升系统服务质量的关键。

传统依据工程师经验的网络管控方法难以为继，以光网络实时运行数据为

驱动，基于系统运行内在逻辑，结合人工智能算法，自动化、智能化的系统精

细化运营能力构建、是光网络精细化管控的演进方向。随着人工智能技术的快

速发展，其已经能够在围棋比赛中击败人类选手，各种层出不穷的算法，已经

可以有效应用到各行各业解决具体问题。云平台的广泛应用，其灵活，有效的

算力扩展能力，能有效应对大规模的数据吞吐，实时高效的数据计算。这些都

为光网络基于数据驱动的精细化管控提供了技术基础。

当前光网络产生数据的能力还不强，数据也缺乏标准规范，如何推动系统

提供更加实时的性能数据，并对系统性能数据提供统一的标准是推动光网络行

业向实时精细化管控演进的关键。本规范针对光网络的实时性能数据采集进行

规范，制定光网络性能数据标准，制定光网络实时数据采集协议标准。

III

目录

一、背景...........................................................1

（-）光网络精细化管控.........................................1

（二）高分辨率数据现状.........................................2

（三）高分辨率数据目标.........................................2

二、目标...........................................................3

三、采集点规范.....................................................3

（-）采集点设置原理...........................................3

（二）光模块性能采集点.........................................5

（三）光接口性能采集点.........................................6

（四）光通道性能采集点.........................................7

（五）光通道监控单元性能采集点.................................9

（六）光放大器性能采集点......................................10

（七）光监控工通道性能采集点..................................12

（八）自动保护倒换单元性能采集点..............................12

（九）数据接口性能采集点......................................14

（+）以太网通道性能采集点....................................15

（十一）0DU通道性能采集点.....................................17

（十二）ODUCn通道性能采集点...................................18

（十三）OTUCn通道性能采集点...................................19

（十四）主控相关性能采集点....................................20

（十五）风扇板卡性能采集点....................................22

（十六）业务板卡性能采集点....................................22

（十七）面板板卡性能采集点....................................24

（十八）电源板卡性能采集点....................................24

四、采集方法规范..................................................25

（-）采集点采集数据的基本原理................................25

（二）聚合规则定义............................................26

1.累积值规则............................................27

2.采样值规则............................................28

3.特征组规则..............................................29

（三）数据类型定义............................................31

1.lnt32Value..............................................31

2.Ulnt32Value.............................................32

3.Int64VaIue..............................................32

4.Ulnt64Value.............................................32

5.FloatValue..............................................32

6.BooIVaIue...............................................33

7.StringVaIue.............................................33

8.BytesVaIue..............................................33

9.stats_float_t...........................................33

10.stats_uint32_t..........................................33

11.stats_uint64_t..........................................34

五、数据语义规范..................................................34

（-）光模块性能数据..........................................34

1.光模块名称..............................................35

2.温度....................................................36

3.输入电压................................................36

v

4.输入电流................................................37

5.输入功率................................................38

6.输出光功率..............................................38

7.输入光功率..............................................39

8.激光器偏置电流..........................................40

9.前向纠错信息............................................41

10.子通道相关信息..........................................42

（-）光接口性能数据..........................................45

1.光接口名称..............................................46

2.输出光功率..............................................46

3.输入光功率..............................................47

4.激光器偏置电流..........................................48

（三）光通道性能数据..........................................48

1.光通道名称..............................................49

2.输出光功率..............................................50

3.输入光功率..............................................51

4.激光器偏置电流..........................................51

5.色度色散................................................52

6.偏振模式色散............................................53

7.二阶偏振模式色散........................................54

8.偏振相关损耗............................................54

9.中心频率................................................55

10.调制方式................................................56

11.偏振状态................................................57

12.载波频偏...............................................57

13.0SNR....................................................58

VI

14.偏振状态变化率........................................59

15.相干调制器信,*.…….............59

（四）光通道监控单元性能数据..................................61

1.光通道监控单元名称......................................62

2.监控的端口..............................................62

3.监控的方向..............................................63

4.每一个光通道相关信息....................................64

5.波形相关信息............................................67

（五）光放大器性能数据........................................70

1.光放大器名称...........................................71

2.实际增益................................................72

3.增益斜率................................................72

4.总输入光功率..........................................73

5.L波段输入光功率.........................................75

6.总输出光功率..........................................75

7.C波段输出光功率.........................................76

8.L波段输出光功率.........................................77

9.激光器偏置电流..........................................78

10.回波损耗.............................................79

11.输入接口前置光衰......................................79

12.输出接口后置光衰.....................................80

（六）光监控通道性能数据......................................81

1.光监控通道名称..........................................82

2.输出光功率..............................................82

3.输入光功率..............................................83

4.激光器偏置电流..........................................84

5.输入接口前置光衰…….一„-,・,..............84

6.输出接口后置光衰......................................85

（七）自动保护倒换单元性能数据................................86

1.自动保护倒换单元名称...................................87

2.自动保护倒换单元接口性能信息..........................88

3.当前工作路径..........................................89

（八）数据接口性能数据........................................90

1.数据接口名称..........................................91

2.接收字节数............................................92

3.接收单播分组..........................................92

4.接收组播分组................................93

VIII

5.接收广播分组..........................................94

6.接收丢弃分组..........................................94

7.接收错误分组..........................................95

8.接收未识别分组........................................96

9.接收帧校验序列错误数..................................96

10.接收小于等于64字节分组数量..........................97

11.接收大于等于65字节小于等于127字节分组数量...........98

12.接收大于等于128字节小于等于255字节分组数量.........98

13.接收大于等于256字节小于等于511字节分组数量.........99

14.接收大于等于512字节小于等于1023字节分组数量.......100

15.接收大于等于1024字节小于等于1518字节分组数量......101

16.发送字节数..........................................102

17.发送单播分组........................................102

18.发送组播分组月》……..........103

19.发送广播分组........................................104

20.发送丢弃分组..........................................104

21.发送错误分组.........................................105

22.发送未识别分组......................................106

23.发送小于等于64字节分组数量.........................106

24.发送大于等于65字节小于等于127字节分组数量.........107

25.发送大于等于128字节小于等于255字节分组数量........108

26.发送大于等于256字节小于等于511字节分组数量........109

27.发送大于等于512字节小于等于1023字节分组数量.......109

IX

28.发送大于等于1024字节小于等于1518字节分组数量......110

29.接口从down转换为up的次数..........................111

30.最近一次计数清零时间................................112

（九）以太网通道性能数据.....................................112

1.以太网通道名称.........................................113

2.以太网通道编号.........................................114

3.接收MAC控制帧.........................................114

4.接收MAC暂停帧.........................................115

5.接收超长帧.............................................116

6.接收有错误的长帧.......................................116

7.接收小于64字节的帧....................................117

8.接收802.1q帧..........................................118

9.接收包含CRC的错帧.....................................118

10.发送MAC控制帧.........................................119

11.发送MAC暂停帧......................................120

12.发送802.1q帧......................................120

13.接收小尺寸帧......................................121

14.接收物理层错误块....................................122

15.接收物理层BIP误码..................................122

16.接收物理层误码秒....................................123

17.接收物理层严重误码秒................................124

18.接收物理层不可用秒..................................124

19.发送物理层BIP误码..................................125

x

20.发送包含CRC的错帧..................................126

21.发送物理层错误块.....................................126

22.最近一次计数清零时间................................127

（十）0DU通道性能数据........................................127

1.0DU通道名称............................................128

2.0DU通道编号............................................129

3.误码秒..................................................129

4.严重误码秒..............................................130

5.不可用秒................................................131

6.背景误码块.............................................131

7.误码块.................................................132

8.最近一次计数清零时间...................................133

（H-一）ODUCn通道性能数据....................................133

1.ODUCn通道名称.........................................134

2.ODUCn通道编号.........................................134

3.误码秒………叱―—仃...........135

4.严重误码秒...........................................135

5.不可用秒...............................................136

6.背景误码块...........................................137

7.误码块...............................................138

8.最近一次计数清零时间.................................138

（十二）OTUCn通道性能数据....................................139

1.OTUCn通道名称.........................................140

XI

2.OTUCn通道编号.........................................140

3.误码秒.................................................141

4.严重误码秒.............................................141

5,不可用秒...............................................142

6.背景误码块.............................................143

7.误码块.................................................144

8.FEC纠正错误位数量.....................................144

9.FEC纠正错误字节数量...................................145

10.FEC不可纠正错误块数量.................................146

11.FEC不可纠正错误字数量.................................146

12.纠错前误码率..........................................147

13.纠错后误码率..........................................148

14.Q值...................................................148

15.ESNR值................................................149

16.最近一次计数清零时间..................................150

（十三）主控性能数据.........................................150

1.主控名称….….聆.………...........151

2.温度...................................................152

3.输入电压...............................................152

4.输入电流...............................................153

5.输入功率...............................................154

6.CPU....................................................155

7.内存..................................................156

XII

8.进程...................................................157

（十四）风扇板卡性能数据.....................................158

1.风扇名称..............................................159

2.温度...................................................159

3.输入功率...............................................160

4.风扇转速...............................................161

5.输入电压..............................................161

6.输入电流..............................................162

（十五）业务板卡性能数据.....................................163

1.板卡名称..............................................163

2.温度..................................................164

3.输入电压...............................................164

4.输入电流...............................................165

5.输入功率...............................................166

6.CPU....................................................167

7.内存...................................................167

（十六）面板板卡性能数据.....................................168

1.面板板卡名称.……————............169

2.温度...................................................169

3.输入电压...............................................170

4.输入电流...............................................170

5.输入功率...............................................171

6.内存...................................................172

XIII

（十七）电源板卡性能数据.....................................173

1.电源板卡名称...........................................173

2.温度...................................................174

3.输入功率...............................................174

4.输入电流...............................................175

5.输入电压...............................................176

6.输出电流...............................................176

7.输出电压...............................................177

六、交互协议规范.................................................178

（-）数据传递原理...........................................178

（二）交互协议...............................................178

1.订阅阶段..............................................179

2.数据上报阶段.........................................183

（三）数据格式规范...........................................184

1.光模块性能数据格式....................................184

2.光接口性能数据格式...................................187

3.光通道性能数据格式...................................188

4.光通道监控单元性能数据格式...........................192

5.光放大器性能数据格式b..........195

6.光监控通道性能数据格式...............................197

7.自动保护倒换单元性能数据格式.........................199

8.波长路由性能数据格式.................................201

9.数据接口性能数据格式.................................203

XIV

10.以太网通道性能数据格式..............................207

11.主控板卡性能数据格式.................................211

12.风扇板卡性能数据格式................................214

13.业务板卡性能数据格式................................216

14.面板板卡性能数据格式................................219

15.电源板卡性能数据格式................................221

16.数据编排............................................223

17.数据类型定义........................................225

（四）其他数据交互协议建议...................................229

XV

XV

光网络实时性能数据采集技术规范:

》....................。

一、背景

(-)光网络精细化管控

面对网络流量的持续快速增长，高效提供高质量带宽，保证带宽长期稳定

运行，是光网络面临的核心挑战。特别是针对超大规模光网络，如何精细化识

别带宽链路的异常运行状态，准确定位故障原因，精确判断故障影响，是解决

光网络质量问题，提升带宽质量的前提。解决异常问题首先需要清晰的描述问

题，光网络系统是十分精密的数字光学系统，其设计原理复杂，设备组件内部

结构复杂，涉及到光学、数字电子技术、模拟电子技术、供电、散热、结构等

诸多技术领域，一个异常问题往往在多个领域方向都有异常表征，通过精确的

异常现场数据结合系统原理才能够最终准确定位问题，并从根本上解决问题*

当前光网络产生数据的能力还不强，很多系统并不能够提供精细化的系统运行

数据，遇到异常问题，回溯问题现场的时候，存在严重的数据缺失问题，部分

关键数据缺乏采集，采集到的数据分辨率不够，无法准确描述故障现场，这就

直接导致无法直接通过数据描述系统异常问题。问题无法描述，当然也就无法

解决，质量也就无法有效提升。缺乏精细化运行数据，导致异常问题的分析、

定位、解决十分的棘手，需要具备扎实光网络知识背景的研发人员和具有深厚

运维经验的运维人员从只言片语的数据中，依据自身的知识积累和经验，推测

出可能的问题，这往往需要耗费很长时间，而且准确性也并不能保证。

针对频繁出现的相似问题，运维人员久病成医，总结出了针对某些问题的

运维经验，能够快速处理问题，缩短问题影响，提升系统可用率。此时如何提升

效率，快速发现问题，定位问题、处理问题则是关键。发现问题、定位问题依靠

的是数据本身、但更快速发现问题、定位问题，则依靠的是数据的时效性，也

就是更快速的对物理层进行测量、并传递数据，更快速的计算数据得到结论，

并驱动后续任务快速执行。

传统缺乏数字基础、依赖工程师经验、以人驱动的网络管控方法难以为继。

首先网络质量的提升与运维工程师经验息息相关，问题描述无法数字具体化、缺

乏明确的问题解决方法，缺乏明确的质量提升路径。其次针对目标问题的极

1

光网络实时性能数据采集技术规范:

......................................................0

致运维效率提升，是对测量、采集到分析处理、应对处理各个环节的时间缩短

和效率提升，任何人为的干预均会导致时间的延长。因此极致的效率是以数据

驱动的自动运行系统才能够最终达到的。以光网络实时运行数据为驱动，基于

系统运行内在逻辑，结合人工智能算法，自动化、智能化的系统精细化运营能

力构建、是光网络精细化管控的演进方向。

（-）高分辨率数据现状

传统光网络设备性能数据采集只能提供15分钟和24小时的数据，这样的

数据在时间分辨率上粒度过大，无法从更细节的时间粒度上准确描述系统的实

际运行情况。光网络系统中故障的发生和变化，往往发生在数秒和数毫秒的时

间尺度上，因此15min的性能数据记录完全无法描述故障随时间的变化情况，

无法准确描述故障发生当时的系统各组件的实际运行情况，无法支撑系统的精

细化运维。因此亟需提升系统监控数据时间分辨率，使监控数据能够准确描述

故障现场，为故障分析和应对提供有效的数据支撑。

当前光网络产生数据的能力还不强，数据也缺乏标准规范，如何推动系统

提供更加精细、实时的性能数据，并对性能数据制订统一的标准，是推动光网

络行业向实时精细化管控演进的关键。

（三）高分辨率数据目标

采集范围广，全面覆盖光网络系统的光学链路、数字通道、模块组件、设

备平台的性能采集，做到全量覆盖、不留死角。

采集精度高，引入高精度传感器，提升物理指标的采集精度。在设备侧不

做数据精度降低的处理，保证数据的准确、真实上报。

采集频率快，将光网络的设备性能数据采集频率提升到1秒。设备自身针

对采集点的探测频率可以比1秒更快，达到毫秒级，使设备能够在1秒内探测

到更多的数值，通过对毫秒级数据的统计聚合，形成最终上报的1秒数据。该

2

光网络实时性能数据采集技术规范:

................................................o

1秒数据的实际分辨率达到毫秒级别。不同采集点可以根据实际需求制定不同的

采集周期。

二、目标

设备从采集点对目标物理指标进行测量，获取测量信息，并将信息按照预

定规则进行处理，最终准确传递给设备以外的数据采集系统。

数据采集系统

规范

图1数据采集基本原理

本标准针对数据采集的以下四个方面进行规范：

1.采集点规范：性能采集点的选取规范；

2.采集方法规范：采集点采集方法的规范；

3.语义规范：采集点获取数据的处理规则规范；

4.协议规范：设备与数据采集系统交互协议规范；

三、采集点规范

(-)采集点设置原理

光传输系统以光纤为介质，可以实现大容量、长距离、高可靠的带宽连接

能力。光传输系统通过OTU(OpticalTransponderUnit)连接待传输客户信

3

光网络实时性能数据采集技术规范】

—————————————————————————————————o

号，通过0TU的信号处理将一路或多路客户信号合并到一个更高速的信号时分

复用并行传输。

在引入波分复用技术的系统中，每一个高速信号占用一定宽度的频谱资源，

多个高速信号可以通过波分复用进行并行传输。特别是Flex-Grid灵活频谱动

态划分技术的引入，进一步提升波分复用系统的开放承载能力，并有效延长光层

基础设施的生命周期。

在引入保护技术的系统中，可以在光复用段，波长以及客户侧信号引入自

动保护单元，实现不同粒度，不同网络层次的保护。

在引入波长路由技术的系统中，可以在波分复用路径中引入WSS

(waveIengthseIectiveswitch)单元，实现基于波长的路由。

下图展示典型光网络的基本系统构成。

图2光网络系统示例

光网络系统是一个带宽链路承载系统，大规模光网络承载着数量众多、连

接关系各异的带宽链路，如何对这些带宽链路进行精准管控、精细化运维是光

网络系统运营的一大挑战。而且光网络系统与分组网络系统不同，分组网络系

统是建立在链路通断逻辑下的拓扑形成，对于链路主要关心其通和断，以及通

断的转换频率。但是光网络则更加关注数字链路为什么能够通，以及如何保持

更健康的连通状态，光网络系统中存在大量的光学组件，和物理信号数字处理

组件，这就需要构建光学物理原理与数字链路通道的认知桥梁，基于光学物理

4

光网络实时性能数据采集技术规范

--O

原理对数字带宽链路进行有效的管理和控制。因此需要在光网络系统中，引入

丰富的采集点来实现对光信号、电信号、数字通道的精准监控。同时设备，板

卡，光模块作为承载光网络系统光路的基础通用平台，它优的工作状态也会影

响到系统光路的正常运行，因此也需要在设备，板卡，光模块上设置丰富的采

集点。下图展示了一种典型的系统性能数据采集点的设置。

图3光网络性能采集点的典型设置

（二）光模块性能采集点

光模块是光网络系统内实现光电和电光转换的关键器件C光模块工作在物

理层，它主要由激光器，光接收机，功能电路和芯片等部分组成。

图4光模块示意图

光模块应具备下表所示采集点的性能采集能力。

5

光网络实时性能数据采集技术规范

>--O

表1光模块采集点列表

属性中文名称

name光模块名称

temperature温度

output_power输出光功率

input_power输入光功率

laser_bias_current激光器偏置电流

channel_info光模块每个通道的性能

used_power功率

fec_statusFEC状态

fec_uncorrectable_bIocksFEC不可修正块

fec_uncorrectabIe_wordsFEC不可纠字数量

fec_corrected_bytesFEC纠正字节数量

fec_corrected_bitsFEC纠正位数量

pre_fec_berFEC纠错前误码率

post_fec_berFEC纠错后误码率

input_current输入电流

input_voItage输入电压

last_clear最近一次清零的时间

transceiver_channeI_state光模块通道性能

indexlane的编号

output_powerlane的输出光功率

input_powerlane的输入光功率

laser_bias_currentlane的激光器偏置电流

output_frequencylane的输出频率

（三）光接口性能采集点

光接口光网络系统内发送和接收光信号的接口，光网络系统内部分光接口

的光信号由不同功能、不同路径的光信号合并而成，因此在监控不同功能组件

的输入、输出光功率的同时，需要针对最终到光端口的光信号进行监控。

6

光网络实时性能数据采集技术规范

--O

图5光接口示意图

光接口应具备下表所示采集点的性能采集能力。

表2光接口采集点列表

属性中文名称

name光模块名称

output_power输出光功率

input_power输入光功率

1aser_bias_current激光器偏置电流

(四)光通道性能采集点

光通道(Opticalchannel)是光网络系统内实现高速数据承载的核心单元。

高速数字信号经过调制后将信息承载在特定波长的光信号上，该光信号在一定

的频谱宽度内工作。光通道工作在物理层，由发端的调制器芯片、激光器、收

端的光电探测器，解调器等装置组成。处理光通道的相关芯片和器件物理承载

在业务板卡上。

7

光网络实时性能数据采集技术规范

尤通・(OCM)

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图6光通道位置示意图

光通道应具备针对下表所示采集点的性能采集能力。

表3光通道采集点列表

属性中文名称

name光通道名称

output_power输出光功率(dBm)

input_power输入光功率(dBm)

1aser_bias_current激光器偏置电流(mA)

chromatic_dispersion色度色散(ps-nm)

polarization_mode_dispersion偏振模式色散(ps)

second_order_po1arization_mode_dispersion二阶偏振模式色散(ps2)

polarization_dependent_1oss偏振相关损耗(dB)

frequency中心频率

operational_mode调试方式

state_of_polarization偏振状态(rad/s)

carrier_frequency_offset载波频偏(MHz)

OSNROSNR(dB)

sop_roc偏振状态变化率

modu1ation_error_ratio调制错误率

8

光网络实时性能数据采集技术规范

modu1ator_bias_xiX偏振的i路调制幅度

modu1ator_bias_xqX偏振的q路调制幅度

mod