2. 光网络基础
光层自动化与路径编排的所有能力，最终都要落到“光在光纤里怎么走、波长怎么复用、网络怎么分层、节点怎么调度”这四个基础问题上。理解这些底层机制，才能在后续配置 WSON、GMPLS、OpenConfig 或 TAPI 模型时，知道每一个参数究竟在控制哪一段物理或逻辑资源。本章从传输介质出发，逐层向上梳理到 OTN 与 ROADM 的节点结构，为后续自动化编排建立完整的对象模型。
一、光纤传输原理：光信号为什么能跑几百公里
光纤由纤芯、包层和涂覆层构成，纤芯折射率略高于包层，光在纤芯与包层界面发生全反射，被约束在纤芯内向前传播。单模光纤（SMF）纤芯约 9 μm，只允许一个基模传输，避免了多模色散，是长距离骨干网的主流介质；多模光纤纤芯 50/62.5 μm，用于数据中心短距互联。
光信号在传输中会持续劣化，主要来自四类效应：衰减（吸收、散射，1310 nm 约 0.35 dB/km，1550 nm 约 0.2 dB/km）、色散（不同波长群速度不同导致脉冲展宽，含色度色散 CD 与偏振模色散 PMD）、非线性效应（高功率下的自相位调制 SPM、交叉相位调制 XPM、四波混频 FWM）、以及光信噪比 OSNR 恶化（放大器自发辐射噪声累积）。
工程上常用三个参数判断一段光路是否可用：接收光功率必须落在接收机灵敏度与过载点之间；OSNR 必须高于对应调制格式的门限；色散与 PMD 必须在容限内。DWDM 系统通常把 1550 nm 窗口划分为 C 波段（1530–1565 nm）和 L 波段（1565–1625 nm），以获取最低衰减与可用光放大器带宽。
二、WDM 与 DWDM：一根光纤里跑多少条路
WDM（波分复用）把多个不同波长的光信号耦合进同一根光纤，接收端再用解复用器分开，从而把一根光纤的容量提升数倍到数十倍。按信道间隔可分为三类：CWDM 信道间隔 20 nm，约 18 个波长，成本低、覆盖 1270–1610 nm，适合城域接入；DWDM 信道间隔 0.8 nm（100 GHz）或 0.4 nm（50 GHz），C 波段可承载 40/80/96 波甚至更多，适合长距骨干；FWDM 为更窄间隔的超密集方案。
DWDM 系统的核心器件包括：OTU（光转发单元）完成业务信号到标准波长的映射；Mux/Demux 完成波长合分波；OA（光放大器）通常为 EDFA，补偿链路衰减；OADM/ROADM 实现波长的上下路与穿通。ITU-T G.694.1 规定了 DWDM 频率栅格，以 193.1 THz 为基准，按 100 GHz/50 GHz 步进编号，这是自动化系统中波长资源的唯一标识基础。
# DWDM 频率栅格示例（ITU-T G.694.1，50 GHz 间隔）
中心频率基准: 193.1 THz
信道编号 n : 频率 = 193.1 + n × 0.05 THz
n = -4 → 192.90 THz (λ ≈ 1554.13 nm)
n = -1 → 193.05 THz (λ ≈ 1553.33 nm)
n = 0 → 193.10 THz (λ ≈ 1552.52 nm)
n = +1 → 193.15 THz (λ ≈ 1552.12 nm)
n = +4 → 193.30 THz (λ ≈ 1551.72 nm)三、光层网络分层模型：从物理介质到业务通道
光网络采用分层结构，每一层有独立的开销、监控与保护机制。自下而上通常划分为：光介质层（OMS/OTS）负责光纤、放大器与光复用段；光通道层（OCh）负责端到端波长通道；光复用段层（OMS）管理复用段开销；OTN 电层（ODU/OTU）提供数字封装、交叉与性能监控；业务层承载以太网、SDH、IP 等客户信号。分层的关键价值在于“故障定位可分段、保护可分层、资源可独立编排”。
四、OTN 与 ROADM：电层封装与光层调度
OTN（光传送网）在光层之上引入电层封装，把客户信号映射进 ODUk 容器，再封装为 OTUk 进行传输。其核心价值是：标准化封装（ODU0/1/2/2e/3/4/flex）、强 FEC（RS(255,239) 及更高增益的 GFEC/UFEC）、丰富的开销（SM/PM/TCM 分层监控）、以及电交叉（ODU 颗粒度的无阻塞交叉）。OTN 让运营商可以在电层做子波长汇聚、带宽调整和端到端性能监控，而不必为每个业务独占一个波长。
ROADM（可重构光分插复用器）则解决光层的灵活调度问题。早期 ROADM 为“方向相关、波长相关”，扩容和改路需要人工跳纤；现代 ROADM 采用 WSS（波长选择开关），实现方向无关、无色、无阻塞、可重构。CDC（Colorless-Directionless-Contentionless）ROADM 进一步允许任意波长从任意方向上下路，且不会因波长冲突而阻塞，是光层自动化的理想节点形态。
| 对比维度 | OTN 电层 | ROADM 光层 |
|---|---|---|
| 调度颗粒 | ODU0/1/2/3/flex（子波长） | 波长（50/100 GHz 栅格） |
| 核心器件 | OTN 交叉芯片、FEC、成帧器 | WSS、光放大器、分光/耦合器 |
| 监控能力 | 开销字节、误码、时延、TCM | 光功率、OSNR、波长状态 |
| 保护方式 | ODUk SNCP、共享环保护 | 光通道 1+1、环网恢复 |
| 自动化接口 | ODU 交叉配置、带宽调整 | 波长路由、WSS 端口配置 |
五、典型场景与常见误区
假设某城域网需要在 A、B、C 三个节点间开通一条 100G 业务。典型流程是：在 A 节点将客户信号映射进 ODU4，选择 C 波段某个 50 GHz 栅格波长，经 ROADM 上路；中间节点 B 通过 WSS 让该波长穿通；C 节点下路并解映射。若 A→C 主路径 OSNR 不足，可在电层启用 ODU4 SNCP，或在光层切换到备用波长路径。