淺談光纖通信的特性及水利工程中的應(yīng)用

師厚興

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淺談光纖通信的特性及水利工程中的應(yīng)用

師厚興

南水北調(diào)東線總公司直屬分公司，江蘇 徐州 221000

水利工程的信息化發(fā)展離不開現(xiàn)代光纖通信技術(shù)的高速發(fā)展?；诖耍饕榻B了“多業(yè)務(wù)平臺(tái)（MSTP）、光傳送網(wǎng)OTN、分組傳送網(wǎng)PTN”等三種主流光纖通信技術(shù)的特性及在水利工程中的應(yīng)用。

光纖通信；特性；水利工程；光網(wǎng)絡(luò)

1 光纖通信簡(jiǎn)介

光纖通信是光導(dǎo)纖維通信簡(jiǎn)稱，原理是利用光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞的一種通信方式。實(shí)際應(yīng)用中的光纖通信系統(tǒng)使用的不是單根的光纖，而是許多光纖聚集在一起的組成的光纜。

光纖由纖芯，包層和涂層組成，內(nèi)芯一般為幾十微米或幾微米，中間層稱為包層，通過纖芯和包層的折射率不同，從而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)在纖芯內(nèi)的全反射也就是光信號(hào)的傳輸，涂層的作用就是增加光纖的韌性保護(hù)光纖。根據(jù)傳導(dǎo)模式數(shù)量的不同，光纖通信可以分為單模和多模光纖通信兩類。

2 光纖通信的特性

2.1 光纖的損耗

當(dāng)光在光纖中傳輸時(shí)，隨著傳輸距離的增加，光功率逐漸減小，這種現(xiàn)象即稱為光纖的損耗。損耗大小影響光纖的傳輸距離長(zhǎng)短和中繼距離的選擇 ，影響光纖通信系統(tǒng)的成本。光纖的損耗又分為吸收損耗、散射損耗和彎曲損耗等。

2.2 光纖的色散

信號(hào)在光纖中是由不同的頻率成分和不同的模式成分?jǐn)y帶的，這些不同的頻率成分和模式成分有不同的傳播速度，使得光纖輸出波形在時(shí)間上產(chǎn)生展寬。光纖色散主要有：模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散和偏振色散等。

2.3 光纖的非線性效應(yīng)

因大的光功率引起信號(hào)與光纖的相互作用而產(chǎn)生各種非線性效應(yīng)。光纖的非線性可分為兩類：非線性受激散射和折射率擾動(dòng)。受激散射指光場(chǎng)把部分能量轉(zhuǎn)移給非線性介質(zhì)；折射率擾動(dòng)指通過改變所傳輸信號(hào)的光強(qiáng)度能夠引起光纖的折射率的變化[1]。

3 常用的光纖傳輸技術(shù)

3.1 多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)MSTP

（1）MSTP繼承了SDH技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，如良好的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)倒換性能、對(duì)TDM業(yè)務(wù)較好的支持能力等。

（2）支持多種物理接口。由于MSTP設(shè)備負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)的接入、匯聚和傳輸，所以MSTP必須支持多種物理接口，從而支持多種業(yè)務(wù)的接入和處理。

（3）支持多種協(xié)議。MSTP對(duì)多業(yè)務(wù)的支持要求其必須具有對(duì)多種協(xié)議的支持能力，通過對(duì)多種協(xié)議的支持來增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)邊緣的智能性；通過對(duì)不同業(yè)務(wù)的聚合、交換或路由來提供對(duì)不同類型傳輸流的分離。

（4）支持多種光纖傳輸。MSTP根據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中位置的不同有著多種不同的信號(hào)類型，可以在接入層、匯聚層、核心層進(jìn)行傳輸。

（5）提供集成的數(shù)字交叉連接交換。MSTP可以在網(wǎng)絡(luò)邊緣完成大部分交叉連接功能，從而節(jié)省傳輸帶寬以及省去核心層中昂貴的數(shù)字交叉連接系統(tǒng)端口。

（6）支持動(dòng)態(tài)帶寬分配。由于MSTP支持級(jí)聯(lián)和虛級(jí)聯(lián)功能，可以對(duì)帶寬進(jìn)行靈活地分配，通過對(duì)G.7042中定義的LCAS的支持可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈路帶寬的動(dòng)態(tài)配置和調(diào)整。

（7）鏈路的高效建立能力。面對(duì)城域網(wǎng)用戶不斷提高的即時(shí)帶寬要求和IP業(yè)務(wù)流量的增加，要求MSTP能夠提供高效的鏈路配置、維護(hù)和管理能力。

（8）協(xié)議和接口的分離。一些MSTP產(chǎn)品把協(xié)議處理與物理接口分離開，可以提供“到任務(wù)端口的任何協(xié)議”的功能，這增加了在使用給定端口集合時(shí)的靈活性和擴(kuò)展性。

（9）提供綜合網(wǎng)絡(luò)管理功能：MSTP提供對(duì)不同協(xié)議層的綜合管理，便于網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和管理。

3.2 光傳送網(wǎng)OTN

OTN是以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)、在光層組織網(wǎng)絡(luò)的傳送網(wǎng)，是下一代的骨干傳送網(wǎng)。OTN處理的基本對(duì)象是波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)，它將傳送網(wǎng)推進(jìn)到真正的多波長(zhǎng)光網(wǎng)絡(luò)階段。由于結(jié)合了光域和電域處理的優(yōu)勢(shì)，OTN可以提供巨大的傳送容量、完全透明的端到端波長(zhǎng)/子波長(zhǎng)連接以及電信級(jí)的保護(hù)，是傳送寬帶大顆粒業(yè)務(wù)的最優(yōu)技術(shù)。

OTN的主要優(yōu)點(diǎn)是完全向后兼容，它可以建立在現(xiàn)有的SONET/SDH管理功能基礎(chǔ)上，不僅提供了存在的通信協(xié)議的完全透明，而且還為WDM提供端到端的連接和組網(wǎng)能力，它為ROADM提供光層互聯(lián)的規(guī)范，并補(bǔ)充了子波長(zhǎng)匯聚和疏導(dǎo)能力。

OTN概念涵蓋了光層和電層兩層網(wǎng)絡(luò)，其技術(shù)繼承了SDH和WDM的雙重優(yōu)勢(shì)，關(guān)鍵技術(shù)特征體現(xiàn)為：

（1）多種客戶信號(hào)封裝和透明傳輸。對(duì)于SDH和ATM可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)封裝和透明傳送，但對(duì)于不同速率以太網(wǎng)的支持有所差異。

（2）大顆粒的帶寬復(fù)用、交叉和配置。OTN定義的電層帶寬顆粒為光通路數(shù)據(jù)單元，光層的帶寬顆粒為波長(zhǎng)，OTN復(fù)用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，能夠顯著提升高帶寬數(shù)據(jù)客戶業(yè)務(wù)的適配能力和傳送效率。

（3）強(qiáng)大的開銷和維護(hù)管理能力。OTN提供了和SDH類似的開銷管理能力，OTN光通路（OCh）層的OTN幀結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)了該層的數(shù)字監(jiān)視能力。另外OTN還提供6層嵌套串聯(lián)連接監(jiān)視（TCM）功能，這樣使得OTN組網(wǎng)時(shí)，采取端到端和多個(gè)分段同時(shí)進(jìn)行性能監(jiān)視的方式成為可能，為跨運(yùn)營(yíng)商傳輸提供了合適的管理手段。

（4）增強(qiáng)了組網(wǎng)和保護(hù)能力。通過OTN幀結(jié)構(gòu)、交叉和多維度可重構(gòu)光分插復(fù)用器的引入，大大增強(qiáng)了光傳送網(wǎng)的組網(wǎng)能力，提供大容量傳送帶寬。前向糾錯(cuò)技術(shù)的采用，顯著增加了光層傳輸?shù)木嚯x。另外，OTN將提供更為靈活的基于電層和光層的業(yè)務(wù)保護(hù)功能，如基于ODUk層的光子網(wǎng)連接保護(hù)（SNCP）和共享環(huán)網(wǎng)保護(hù)、基于光層的光通道或復(fù)用段保護(hù)等，但共享環(huán)網(wǎng)技術(shù)尚未標(biāo)準(zhǔn)化。

3.3 分組傳送網(wǎng)PTN

PTN（Packet Transport Network，簡(jiǎn)稱分組傳送網(wǎng)）是指這樣一種光傳送網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和具體技術(shù)：在IP業(yè)務(wù)和底層光傳輸媒質(zhì)之間設(shè)置了一個(gè)層面，它針對(duì)分組業(yè)務(wù)流量的突發(fā)性和統(tǒng)計(jì)復(fù)用傳送的要求而設(shè)計(jì)，以分組業(yè)務(wù)為核心并支持多業(yè)務(wù)提供，具有更低的總體使用成本（TCO），同時(shí)秉承光傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)優(yōu)勢(shì)，包括高可用性和可靠性、高效的帶寬管理機(jī)制和流量工程、便捷的OAM和網(wǎng)管、可擴(kuò)展、較高的安全性等。

4 光纖傳輸在水利工程中的應(yīng)用

光通信技術(shù)作為信息技術(shù)的重要支撐平臺(tái)，在未來信息社會(huì)中將起到重要作用。從現(xiàn)代通信的發(fā)展趨勢(shì)來看，光纖通信也將成為未來通信發(fā)展的主流。

目前，光纖傳輸在水利方面應(yīng)用也非常廣泛，水利方面的調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)、泵閘站監(jiān)控系統(tǒng)以及防洪應(yīng)急系統(tǒng)等是通過光纖通信進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效傳輸?shù)?。沒有光纖通信的發(fā)展，就沒有水利自動(dòng)信息化的更進(jìn)一步提升。

調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)主要是國(guó)家級(jí)、省級(jí)或者市級(jí)等水利主管部門通過光纖通信的跨地域傳輸，輕松地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作管理及與各泵閘站綜合會(huì)商的目的。通信的主要網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是現(xiàn)地站的計(jì)算機(jī)連接路由器和交換機(jī)、通過傳輸設(shè)備連接跨區(qū)域光纜、至水利主管部門通信機(jī)房的傳輸設(shè)備后后再連接路由器交換機(jī)，在技術(shù)人員對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行配置后，可以遠(yuǎn)程進(jìn)行操作管理和綜合會(huì)商等功能。

[1]李亮.論光纖通信的傳輸特性及其應(yīng)用[J].無線互聯(lián)科技，2013（4）：47.

The characteristics of optical fiber communication and its application in Hydraulic Engineering

Shi Houxing

The South-to-North Water Transfer Project Corporation under the branch，Jingsu Xuzhou 221000

The information development of water conservancy project is inseparable from the rapid development of modern optical fiber communication technology.This paper mainly introduces the characteristics of three main optical fiber communication technologies，such as Multi-Service Transfer Platform （MSTP），optical transport network （OTN），packet transport network （PTN） and its application in water conservancy projects.

optical fiber communication；characteristics；hydraulic engineering；optical network

TV736

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1009-6434（2016）12-0077-02