DWDM系統(tǒng)光保護(hù)技術(shù)的研究

王 慶 黃會玲

(1中國電信股份有限公司黃石傳輸局，湖北黃石435003; 2湖北師范學(xué)院物電學(xué)院，湖北黃石435002)

0 引言

現(xiàn)階段，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和社會的不斷進(jìn)步，人們對通信網(wǎng)絡(luò)的依賴越來越強(qiáng)，因此，對通信網(wǎng)絡(luò)的容量要求也越來越大，而密集波分復(fù)用技術(shù)(DWDM:Dense Wavelength Division Multiplexing)則被認(rèn)為是目前相對較成熟而且經(jīng)濟(jì)靈活的一種增容技術(shù)。以STM－16為基礎(chǔ)的DWDM系統(tǒng)，只要波長大于8 nm，就可以實現(xiàn)20 Gbit/s以上的傳輸速率，并且只需采用相當(dāng)成熟而價格較低的電子器件，光纖色散對再生距離的影響也小得多［1］。隨著密集波分復(fù)用技術(shù)和高速數(shù)字交換技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得越來越多的信息業(yè)務(wù)集中到較少的節(jié)點和線路上，網(wǎng)絡(luò)上傳送的信息的高價值性和多樣化致使網(wǎng)絡(luò)失效時造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響也變得更加巨大。據(jù)統(tǒng)計每年我國發(fā)生超過2千次的光纜阻斷，造成了超過10億元的巨大直接通信損失，對國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)也造成了不可估量的重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，網(wǎng)絡(luò)生存能力成為影響網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與構(gòu)建的重要因素，通信網(wǎng)的可靠性、有效性也就變得日益重要。如果想要在鏈路或結(jié)點發(fā)生故障時，通信網(wǎng)絡(luò)仍然可以提供不中斷的業(yè)務(wù)，高速和寬帶系統(tǒng)在設(shè)計時就必須采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

1 DWDM系統(tǒng)現(xiàn)狀

近年來，對信息高速公路的建設(shè)已經(jīng)成為通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。為了能給信息高速公路提供“高速、安全、靈活”的服務(wù)，以適應(yīng)寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求，對信息高速公路的承載者——光傳輸網(wǎng)絡(luò)也就提出了更高的要求。但是由于光纖的自身原因以及各種外在因素，光纖線路的運(yùn)行狀況很不理想。首先，就物理特性而言，光纖的質(zhì)地非常脆弱，而且機(jī)械強(qiáng)度低，因此，在加工和割接的過程中都需要比較好的切割以及連接技術(shù)，并且對分割和藕合的技術(shù)要求也都很高。正是由于光纖在這些特性上的缺陷，導(dǎo)致了在施工或運(yùn)行過程中，光通信線路的中斷現(xiàn)象時有發(fā)生。再加上光纜所處的地形、地貌和氣候的差異非常大，因而對光纜線路可能造成的危險因素也就更多。特別是最近幾年，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，全國各地都大量展開基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，導(dǎo)致光纜線路障礙甚至中斷頻頻發(fā)生。另外，現(xiàn)有的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)仍然屬于模/數(shù)混合網(wǎng)絡(luò)，智能化程度不高，并且網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點都是以固定的方式連接，很多地方傳輸通路群的調(diào)度和轉(zhuǎn)換依然靠人工操作來實施，再加上已經(jīng)形成的大部分傳輸網(wǎng)在關(guān)鍵的地方還沒有組成環(huán)狀自愈網(wǎng)，光纜線路都是直接接入到大中城市，承受不了非常情況下的沖擊，這些障礙的發(fā)生給光纜線路干線的可靠性和安全性造成了極大地威脅和傷害。

2 光保護(hù)技術(shù)

光保護(hù)技術(shù)通常是指按照光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點，選擇與主路由不同的第2條路由來作為自動倒換的備用路由，并且根據(jù)主路由的光特征對備用的路由進(jìn)行一定的改造，這種改造包括功率核算、色散核算、信噪比核算和線路衰減核算等，從而使備用路由的光特性能與主路由擬合，通過線路的自動倒換而達(dá)到在線路層對光通信系統(tǒng)進(jìn)行自動保護(hù)的目的［2］。

現(xiàn)階段，如何在提高傳輸網(wǎng)絡(luò)的安全性的同時，使其兼具較高的生存能力和競爭能力，已經(jīng)成為各大電信運(yùn)營商在傳輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化擴(kuò)容中首先要考慮的問題。為了解決光通信網(wǎng)絡(luò)中的光路中斷問題，必須研究和設(shè)計出相應(yīng)的光路自動保護(hù)系統(tǒng)的方案。目前比較成熟的保護(hù)技術(shù)主要有:SDH自愈環(huán)保護(hù)、光路分流保護(hù)、人工調(diào)度保護(hù)、光路自動切換保護(hù)技術(shù)和利用光纖中的冗余波長實現(xiàn)光保護(hù)等。

2.1 光纖自動切換保護(hù)技術(shù)

光纖自動切換保護(hù)技術(shù)是指當(dāng)工作鏈路發(fā)生傳輸中斷或者傳輸性能劣化到一定程度時，系統(tǒng)的倒換設(shè)備能將主用光纖上正在傳輸?shù)男盘栕詣愚D(zhuǎn)至備用光纖系統(tǒng)上繼續(xù)傳輸，從而使接收端仍能準(zhǔn)確、及時接收到正常的信號而不受到網(wǎng)絡(luò)故障的影響［3］，光路自動切換技術(shù)原理圖如圖1所示。光纖自動切換保護(hù)系統(tǒng)主要由2部分組成:自動切換站和網(wǎng)管中心，在安裝自動切換保護(hù)系統(tǒng)后，能實現(xiàn)對光功率的監(jiān)測、發(fā)生通信故障時的光路自動切換以及保護(hù)網(wǎng)絡(luò)管理等功能。光纖自動切換保護(hù)系統(tǒng)的切換模塊主要包括光功率監(jiān)測、光開關(guān)、光源監(jiān)測等部分。

圖1 光路自動切換技術(shù)原理圖

分光器和光控測器是組成光功率監(jiān)測模塊的2個主要部分，用來實時地監(jiān)測主用路由和備用路由上光纖的光功率值的變化情況?？紤]到光接收靈敏度和傳輸距離等因素，一般選擇反光比為97∶3的分光器，即分出3%的光功率在備用路由傳輸，其余的97%的光仍在主用路由上傳送，這樣就相當(dāng)于主路由的傳輸線路上增加了0.25 dB左右的光損耗。而光功率探測器則實時地采集由分光器傳來的光功率的值，并將結(jié)果傳給主控模塊，主控模塊對探測到的這些光功率值進(jìn)行計算和比較之后，再決定是否需要下達(dá)切換命令。如果下達(dá)了切換命令，光開關(guān)模塊在收到指令后立即執(zhí)行切換動作［4］。

光自動切換保護(hù)系統(tǒng)是專門針對光纜線路故障而設(shè)計的，完全獨立于SDH系統(tǒng)和DWDM系統(tǒng)的網(wǎng)元設(shè)備，可以結(jié)合備用光纖路由組建切換保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。目前，黃石電信機(jī)房已安裝光自動切換保護(hù)系統(tǒng)，項目實施后證明，光自動切換保護(hù)系統(tǒng)安全、靈活、快速可靠，并且業(yè)務(wù)恢復(fù)能力強(qiáng)?？梢杂行У亟鉀Q光纜線路維護(hù)過程中遇到的很多問題，比如可以降低因為線路阻斷而導(dǎo)致傳輸業(yè)務(wù)中斷事故出現(xiàn)的頻率;縮短發(fā)現(xiàn)故障和恢復(fù)的時間，而且在此過程中不需要中斷業(yè)務(wù)信號的傳輸;其次還可以降低光纜線路的維護(hù)費用;最后在整個切換過程中路由調(diào)度靈活，線路割接和檢修都比較方便，對提高線路維護(hù)績效有很大的幫助。

2.2 利用冗余波長實現(xiàn)光保護(hù)

在光纜線路遇到故障時，若要啟動自動切換系統(tǒng)，必須保證有備用的光纖，也就是說光自動切換保護(hù)系統(tǒng)實現(xiàn)的是光纖與光纖之間的保護(hù)，但是，就密集型光波復(fù)用本身而言，能組合一組光波長用一根光纖進(jìn)行傳送。更確切地說，是在一根指定的光纖中，一組波長就是一個信道，DWDM系統(tǒng)所用的光源波長和信道間隔精確度高，且配有波長監(jiān)測與穩(wěn)定控制裝置來對光源的波長和信道間隔進(jìn)行精確的控制，以防止波長的漂移，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的工作。所以在某一路信號出現(xiàn)故障時，只要光纖沒有問題，還可以利用冗余的波長來實現(xiàn)光保護(hù)。

目前，利用冗余波長實現(xiàn)光保護(hù)的技術(shù)已在廣東電信投入商用，但要實現(xiàn)利用波長進(jìn)行保護(hù)，必須具備以下幾個條件:首先必須在不同光纜上開放有DWDM系統(tǒng);其次DWDM系統(tǒng)上必須有空余波長;最后還必須有OTU(Optical Transport Unit光轉(zhuǎn)化單元)。采用這種光保護(hù)措施的優(yōu)點在于用較少的保護(hù)設(shè)備保護(hù)了較多的段落，可以有效解決備用路由光纖嚴(yán)重不足的難題。但它同時也有一定的缺點:

1)只能在靠近倒換設(shè)備的中繼段才能自動倒換，在其他中間部分的中繼段不能自動倒換。

2)必須有OTU，那么必定增加成本。OTU的作用起特定波長轉(zhuǎn)換和功率匹配作用;深圳華為技術(shù)有限公司OTU設(shè)備每對10萬元，國外OTU設(shè)備的價格是國產(chǎn)OTU價格的4倍以上。

3)占用了波長資源。

2.3 光纖保護(hù)實施中存在的問題

由于光纜傳輸需要經(jīng)過轉(zhuǎn)接端子箱、光纜機(jī)、電纜層等連接環(huán)節(jié)，并且光纖的施工工藝復(fù)雜、施工質(zhì)量要求高，因此如果在保護(hù)裝置投入運(yùn)行前的施工、測試中存在誤差，則會導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動作，進(jìn)而影響全網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在光保護(hù)設(shè)備安裝的過程當(dāng)中，不能引起通信系統(tǒng)的長時間通信間斷，在系統(tǒng)調(diào)度過程中，若電路中斷超過1 min，則應(yīng)立即還原系統(tǒng)，待查明失敗原因并排除障礙后再重新調(diào)度，嚴(yán)格控制傳輸系統(tǒng)中斷時間。假如每個中繼段調(diào)度的時間超過計劃用時5 min，則放棄該段光保護(hù)設(shè)備的介入。同時，在各站要準(zhǔn)備好相關(guān)備盤待用，并準(zhǔn)備不同大小的衰耗器。在割接實施前必須要完成對所有備纖的測試。在測試及安裝保護(hù)時盡量使用固定電話，不要在傳輸設(shè)備前使用移動電話，以免對光功率測試的準(zhǔn)確性造成影響，而且每中繼段的系統(tǒng)倒換試驗必須在所有系統(tǒng)介入正常后再進(jìn)行。

2.4 現(xiàn)有光保護(hù)方案存在的問題及處理策略

DWDM系統(tǒng)的光保護(hù)措施能解決門限問題、波長上下限問題、級聯(lián)問題，但波分系統(tǒng)門限不能簡單的根據(jù)接收端的光功率來判斷。門限高時，如果波長數(shù)變化會誤切換;門限低時，如果線路劣化不會自動倒換，不能達(dá)到應(yīng)有的保護(hù)效果。波分系統(tǒng)某段纖故障可能引起系統(tǒng)全程無光，可能導(dǎo)致級聯(lián)倒換，比如前段阻斷會導(dǎo)致后段無光倒換。

但是，現(xiàn)在采用的DWDM光保護(hù)的解決方案一般都存在以下的的缺點:

1)用延時解決級聯(lián)問題，這樣犧牲了倒換的時間，而且概率事件與系統(tǒng)的光放特性波分系統(tǒng)的設(shè)備、網(wǎng)管特性相關(guān)具有一定的隨機(jī)性。

2)設(shè)置低門限，這是以犧牲自動倒換的有效性為代價的，而且還會產(chǎn)生上下波問題。

3)無法避免無關(guān)線路阻斷引起的誤倒換［5］。

光保護(hù)系統(tǒng)主要保護(hù)的是業(yè)務(wù)系統(tǒng)，在一般的光通信系統(tǒng)中，無論是主用路由還是備用路由都是24 h準(zhǔn)備承載業(yè)務(wù)的，因此，一定要保證主備用路由長期處于最佳狀態(tài)，也就是說，要時常檢查，保證主、備用路由光功率值合理、穩(wěn)定。對主、備用路由的檢查主要包括線路變化后光功率的檢查和日常光功率的檢查。日常光功率的檢查主要是通過每天記錄光功率值來達(dá)到檢查的目的。變化后光功率的檢查則是在線路割接、線路平移升降、線路障礙等涉及光保護(hù)主、備用線路時，在動線路之前和線路整治結(jié)束后，對光功率值進(jìn)行記錄，并進(jìn)行對比，如果發(fā)現(xiàn)變化超過2 dB，說明線路不正常，就需要上報并進(jìn)行整改。

3 結(jié)論

光纖自動切換保護(hù)系統(tǒng)是針對傳輸網(wǎng)絡(luò)防阻斷需求而設(shè)計的，完全獨立于 SDH和DWDM系統(tǒng)的網(wǎng)元設(shè)備，在結(jié)合備用光纖路由或空閑波長通道的情況下，可以組建一個切換保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。但由于它要求對光路工作情況的實時監(jiān)測必須快速、準(zhǔn)確，而且主、備用路由的各種參數(shù)值必須匹配，否則就有可能導(dǎo)致誤切換或者遇到線路障礙時不能及時切換，因此，要真正做到保證通信系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，將由于線路故障所引起的不便和損失減小到最低程度，還是要將光纖自動切換保護(hù)系統(tǒng)與人工維護(hù)相結(jié)合。

［1］ 譚麗娜，趙麗.光纖通信自動保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010(11):19

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