NTT 公司开发出了一种无需使用测量设备即可可视化端到端光纤链路状态的技术IOWN APN，近日首次在模拟商业网络的北美现场部署环境中成功展示了世界最高的精度。该技术将推动光网络中数字孪生的实现，有望应用于包括IOWN2 APN3在内的端到端光连接的快速建立和维护。
NTT集团正在开发的IOWN APN（全光子网络），是一种下一代基础设施，可通过端到端光连接实现高容量、低延迟和低功耗通信，而无需将光信号转换为电信号。为了最大限度地提高光网络的数据传输容量，需要密切监视和控制光纤链路的状态，例如光信号功率。为此，数字孪生在光网络中的应用正在得到广泛研究。
光网络的数字孪生是在网络空间中复制的虚拟光网络。通过分析和预测其光传输性能，可以快速预测故障并最大限度地提高真实光网络的数据传输容量。然而，目前在数字孪生的实施中有两个问题需要解决。首先，为了精确复制真实的光网络，需要在每个光节点放置大量传感器或专用测量仪器，这增加了传感器安装/操作的时间和成本。在某些情况下，当网络发生故障时，需要经验丰富的技术工人使用光时域反射仪(OTDR)4 等专用仪器进行现场测量。其次，当使用IOWN APN 在远程用户位置之间进行光纤连接时，光纤链路的监控范围必须扩展到用户站点。在这种覆盖多个组织的光纤网络中，由于安全问题，很难超越行政边界访问光信号功率等传感器信息。
这项研究的主要成果有以下三点。
1. 开发数字纵向监测（DLM），仅通过几分钟内到达网络端点安装的光接收器的信号，即可可视化光纤链路上的端到端光信号功率，而无需使用专门的测量仪器
数字纵向监测(DLM) 技术将先进的数字信号处理应用于到达光接收器的接收信号波形，以可视化光纤链路纵向分布的光功率。一般来说，仅从系统的输入和输出波形中很难找到系统内部的分布参数，这通常被称为不适定问题。为了解决这个问题，NTT专注于光纤中光信号的传播遵循非线性薛定谔方程 这一事实，并在世界上首次将可视化光功率的问题以数学形式表述为逆问题，并成功得出解决方案。这使得高速、高精度地可视化光功率成为可能。该技术在全球会议OFC2024 上作为Postdeadline 论文 发表，并在会议展览上使用现场演示网络 “OFCnet” 进行了展示 。在演讲和展览之后，NTT 继续其开发工作，进一步完善该技术以走向实际应用。
2.开发四维光功率可视化技术，不仅在距离方向上扩展光信号功率的可视化，而且在时间、频率和偏振方向上扩展光信号功率的可视化。
偏振、频率和时间方向的光功率可视化技术的细节如下。
偏振方向：通过采用Manakov方程作为描述光纤中双偏振传输的模型，可以独立地使水平和垂直偏振信号的光功率分布可视化（下图，右上）。这使得测量偏振相关损耗（PDL）的分布成为可能，而这在传统光网络中是不可能的。
频率方向：通过在波分复用（WDM）传输系统中使用多个频率通道的光信号执行DLM，可以获得沿任意距离的频率轴的光功率分布（下图，右侧中间）。因此，这可以定位光放大器频率特性中的异常，并详细监控因拉曼散射引起的信号间光功率转换，这在下一代宽带光传输系统中将变得明显 。
时间方向：通过在光收发器中实现高速波形采集功能，可以从接收信号波形中连续可视化光信号功率的时间变化。结果，可以识别光纤链路中产生的光功率随时间波动的原因，例如操作员对光纤的弯曲损耗.(下图，右下）
3.在与杜克大学和NEC Laboratories America, Inc. 的联合实验中，使用北美现场部署的光纤和商用光收发器 成功进行了全球首次最高精度的演示
这些结果表明，仅使用DLM 技术的光收发器就可以测量光网络构建所必需的光纤链路状态。这使得无需使用专门的测量仪器即可同时测量客户站点之间的所有光纤和放大器，大大减少了设计光纤连接和识别异常所需的时间 。
本次实验中，NTT使用位于美国北卡罗来纳州达勒姆市的光纤和商用光收发器在现场环境中演示了DLM 技术 。实验由 NTT、杜克大学和 NEC Laboratories America Inc. 联合进行，杜克大学提供现场安装的光纤和实验室设备，NEC Laboratories America Inc. 提供实验室设备和优化。
