光線路保護倒換系統(tǒng)在通信網(wǎng)中的應用

1、光線路保護倒換系統(tǒng)在通信網(wǎng)中的應用 摘 要 隨著通信行業(yè)的不斷發(fā)展和電信運營環(huán)境日趨競爭激烈的情況下，傳輸網(wǎng)作為業(yè)務承載平臺，保護與恢復對于整個網(wǎng)絡的生存能力有著重大的影響，高發(fā)的光纜故障促使我們積極尋求各種光纜線路保護方案。本文對光線路自動保護系統(tǒng) (OLP) 的發(fā)展背景以及建設意義進行了簡單分析，并對國際通用的幾種光路保護手段的優(yōu)劣性進行了探討，由于其具有系統(tǒng)簡單、對原有系統(tǒng)影響小、與各傳輸設備兼容方便、 故障反應及時等優(yōu)勢， 在現(xiàn)階段 ,不失為傳輸網(wǎng)絡保護體系很好的補充手段 ,所起到的保護作用也具有著非常積極的意義。 關(guān)鍵詞 傳輸光通信光線路自動保護OLP1.概述隨著光纜的普遍采用以及S

2、DH 、MSTP 、 WDM 等新技術(shù)的引入，傳輸網(wǎng)的傳輸質(zhì)量和傳輸容量都得到極大的提高，如何提高傳輸系統(tǒng)的安全可靠性是運維人員所要面臨的重要問題，在影響傳輸系統(tǒng)安全可靠性因素中，光纜線路的影響是最大的。線路故障主要就是指由于光纜斷裂影響網(wǎng)絡傳輸，由于室外的光纜很容易因為自然災害、各種施工以及偷盜等外部的原因而發(fā)生斷裂。在統(tǒng)計的全部故障中，線路故障占到全部故障的70%以上；而在影響到網(wǎng)絡方向性全阻的故障統(tǒng)計中，由于光纜斷裂引起的線路故障在總數(shù)中的比例超過90%?？梢哉f，絕大部分的光網(wǎng)絡故障都是由于光纜斷裂引起的。當光纜發(fā)生意外中斷時，從故障產(chǎn)生到運維人員發(fā)現(xiàn)故障再到由人工進行光纖調(diào)度恢復業(yè)務需

3、要約30 分鐘的時間，同時，在人工調(diào)度的過程中，可能會因為維護人員的業(yè)務水平問題或者因為與對端局站維護人員的溝通問題，導致纖芯調(diào)度失誤，使得故障歷時加長。不管是那種原因?qū)е碌墓饫|長時間中斷，都會對傳輸網(wǎng)絡的安全高效運行產(chǎn)生巨大的損害，也會影響客戶對通信網(wǎng)絡質(zhì)量的評價。因此，設計一種有效的光線路自動保護系統(tǒng)非常必要。2.目前通用的幾種光線路保護手段隨著近年來3G、集團客戶、寬帶通信業(yè)務對帶寬需求的不斷提高，光傳輸網(wǎng)絡的規(guī)模也在不斷擴大，特別是高速率、大容量的WDM 系統(tǒng)得到了廣泛應用，使得光傳輸網(wǎng)的安全性和可靠性愈加重要。因此，積極尋求各種技術(shù)保護手段，努力縮減因光纜線路中斷、造成的經(jīng)濟損失，成

4、為擺在運維人員面前急迫解決的問題。目前，光傳輸系統(tǒng)已知的保護手段主要有SDH 自愈保護技術(shù)、 ASON 技術(shù)、光路或傳輸系統(tǒng)負荷分擔保護、人工調(diào)度保護、光自動切換保護技術(shù)等。2.1 SDH 自愈保護SDH 自愈網(wǎng)（ SDH self-healing network ）是指通過SDH自愈環(huán)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，無需人為干預，在極短的時間內(nèi)從故障中自動恢復網(wǎng)絡業(yè)務使用戶對故障無察覺的SDH 網(wǎng)絡。即當一個工作通道發(fā)生失效事件時，利用備用設備的倒換動作，使信號通過保護通路仍保持有效。如1+1 保護、 M: N保護等，保護倒換的時間很短。其實質(zhì)是在網(wǎng)絡中尋找失效路由的替代路由， SDH 經(jīng)典的保護倒換已得到普遍

5、應用。 保護方式包括二纖環(huán) /四纖環(huán)、單向環(huán) /雙向環(huán)、通道環(huán) /復用段環(huán)和子網(wǎng)連接保護 SNCP 的一種或多種組合。在 SDH 自愈環(huán)網(wǎng)的規(guī)劃中則應充分考慮光纖物理走向，環(huán)網(wǎng)中節(jié)點間的光纜應采用不同的物理路由，且需要網(wǎng)管介入，這樣才能真正發(fā)揮自愈環(huán)的作用，另外環(huán)網(wǎng)不宜過長，環(huán)中的節(jié)點數(shù)不宜過多。2.2 ASON 技術(shù)自動交換光網(wǎng)絡ASON 是一種融交換、 傳送為一體的自動交換傳送網(wǎng)，ASON 保護技術(shù)多用于省干線或城域傳輸網(wǎng)核心骨干層，支持Mesh 組網(wǎng)保護，增強網(wǎng)絡的安全性和業(yè)務的生存性。 與傳統(tǒng) SDH 自愈環(huán)相比， Mesh 組網(wǎng)方式靈活、易擴展，不需要預留50的帶寬，且可抗線路多處失

6、效。這種組網(wǎng)方式恢復路徑可以有很多條，提高了網(wǎng)絡的安全性。但實現(xiàn) ASON 保護的前提是需要局間線路資源豐富且較安全，因此占用光纜資源較大，且各個節(jié)點之間光纜線路均需分配在不同物理路由上；從投資和維護配置角度來看，投資較大、維護較為復雜， 對維護人員要求更高。因此 ASON的網(wǎng)絡構(gòu)架在很大程度上受到光纜資源、業(yè)務需求、保護方案和設備性能等因素的影響，在局間光纜資源有限的情況下不宜采用。2.3 光路或傳輸系統(tǒng)負荷分擔保護光路或傳輸系統(tǒng)負荷分擔保護就是將原有傳輸系統(tǒng)上的業(yè)務調(diào)整一部分到其他傳輸系統(tǒng)上去，或者將所承載業(yè)務通過光纜傳輸或波分等傳輸系統(tǒng)傳送，通過這種業(yè)務分擔的方式傳送業(yè)務，避免某一干線光

7、纜中斷時發(fā)生全阻情況。目前，許多本地網(wǎng)的在業(yè)務調(diào)度層面上都采用了這種業(yè)務保護方式。這種方式簡便易行，能有效地規(guī)避風險防止全阻，但對于出現(xiàn)障礙的業(yè)務卻無法完成迅速有效的保護，因此不能保證電路100%的暢通，無法滿足現(xiàn)在集團客戶新形勢的要求。針對目前來說，本著以客戶為核心的服務目標，光路分流保護不是最佳的保護方式。2.4 人工調(diào)度保護人工調(diào)度保護，就是在光纜發(fā)生障礙后，根據(jù)光纜應急頂案通過機務人員與線務人員的配合，采用同方向其他光纜線路遷回調(diào)度。人工調(diào)度保護需要機務人員的大力支持和積極配合，不僅要求要有值班人員在場，同時值班人員要具備一定的電路搶修意識、業(yè)務水平和動手操作能力。因各級維護人員素質(zhì)各

8、不相同，因此在故障發(fā)生時無法人工快速、準確的倒通電路，業(yè)務恢復時間較長。另外，對于手動調(diào)通的備用路由需要經(jīng)常性的對其質(zhì)量進行人工測試線路指標，基層人員無法及時開展。而且一旦在人工倒換過程中，備用光纖路由出現(xiàn)問題，基層人員不能及時排查處理問題，反而會拖延故障修復的時間。2.5 光線路自動保護系統(tǒng)光路自動切換保護技術(shù)是通過對光纜中傳輸光功率變化的實時監(jiān)視、告警信息的自動分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)故障及隱患，當光傳輸線路上光纖意外折斷或損耗變大導致通訊質(zhì)量下降或通訊中斷時，快速將工作光路自動切換到備用通道，在極短的時間內(nèi)恢復通信，完成對光纜故障的快速反應和恢復機制，保證光傳輸系統(tǒng)的可靠性。該技術(shù)是在光層完成

9、路由切換操作，光層保護有著上層業(yè)務保護不可比擬的優(yōu)點。如光層恢復可靠性高、速度快、成本低，同時可以對不同業(yè)務提供保護。其面臨的主要問題是備用路由的條件是否滿足光路自動切換技術(shù)3.光線路自動保護系統(tǒng)（OLP ）詳細介紹3.1 OLP 系統(tǒng)發(fā)展背景介紹上述介紹的 5 種保護方式中， SDH 自愈保護是對業(yè)務層的保護，需要網(wǎng)管介入，保護機制復雜；光路或傳輸系統(tǒng)負荷分擔保護和人工調(diào)度預案保護方式， 是落后低效的 ,無法滿足無阻斷通信服務質(zhì)量的要求； ASON 保護的前提需要局間線路資源豐富安全，且智能網(wǎng)元設備投資巨大。光線路自動保護系統(tǒng) OLP 應運而生，該系統(tǒng)是對光傳輸層的保護，其控制機制只針對光纖

10、路由，與光通信設備兼容問題較小，組網(wǎng)容易。另外其恢復速度較快、恢復可靠性較高、成本相對低廉、可以同時對不同業(yè)務提供保護。綜上所述，在不具備自愈保護功能的 WDM 省級干線或大客戶組網(wǎng)中，應用光路自動切換保護技術(shù)是提高線路無阻斷通信的最佳解決方案。下面將對這一技術(shù)進行介紹和探討。3.2 OLP 系統(tǒng)原理光纖線路自動保護系統(tǒng)是一個集監(jiān)測、保護及管理為一體的綜合管理應用系統(tǒng)，是一個獨立于任何傳輸系統(tǒng)，完全建立在光纜物理層上的自動監(jiān)測保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由自動切換站（設備）和網(wǎng)管中心組成，可以實現(xiàn)光功率監(jiān)測、光路自動切換和保護網(wǎng)絡管理的功能。3.3 光線路保護系統(tǒng)的兩種保護方式3.3.1 1 十 1 保

11、護倒換原理1 十 1 保護方式為擇優(yōu)而選的雙發(fā)收端單端倒換的熱備份機制，即傳輸設備Tx 口發(fā)出的光經(jīng)過OLP 設備后，經(jīng)過發(fā)端通過 OLP 的分光器把傳輸設備的業(yè)務光分為相等的2路,分別送入主用工作路由和備用工作路由內(nèi)。工作原理圖如3-1：1 十 1 類型 OLP 系統(tǒng)由于沒有相應的倒換協(xié)議，只是單純的依靠收端光功率變化來判斷線路是否符合指標。所以整體動作時間最小(25ms 以內(nèi) )，但插入損耗最大(5dB 以內(nèi) )。此種類型保護倒換設備主要基于1 X 2 光開關(guān)選擇通信路由，結(jié)構(gòu)和判定依據(jù)相對比較簡單，適用于線路富余度比較大，對倒換時間比較敏感的線路。3.3.2 1：1保護倒換原理1：1類型

12、的保護倒換設備為收發(fā)雙選的方式，即默認情況下，傳輸設備Tx口發(fā)出的業(yè)務光全部經(jīng)過OLP設備經(jīng)主用路由傳輸 (下圖粉紅色線路)，OLP 單盤上板載一個激光器，穩(wěn)定持續(xù)地發(fā)射一個特定波長（通常為1550nm）的光源打向備用路由（下圖黑色線路），實時監(jiān)測備用路由的指標，并且激光器也是1： 1 類型保護倒換設備在硬件級別進行保護倒換協(xié)議傳輸?shù)闹匾M件。工作原理圖如圖3-2 。由于 1：1 類型 OLP 是收、發(fā)雙纖同時進行保護倒換，加之其保護倒換判定條件嚴謹，通過對 OLP 設備設置保護倒換延遲時間來避免由于傳輸系統(tǒng)側(cè)光功率異常所引起的誤倒換、不倒換和級聯(lián)倒換帶來的影響，所以整體保護倒換時間相對于 1

13、+1 類型 OLP 要長（50ms 以內(nèi)），但保護倒換更加安全可靠， 設備的插入損耗也相對1+1較小 (2.5dB以內(nèi))，是目前常用的保護倒換方式。4.光線路自動保護系統(tǒng)的應用4.1 省內(nèi)干線新鄉(xiāng) -焦作 -濟源段 OLP 試驗系統(tǒng)筆者于今年 8 月-9 月參與了河南聯(lián)通省干 40G WDM 網(wǎng)絡新建及隨工工作，其中新鄉(xiāng) -焦作 -濟源段加入了線路自動切換保護系統(tǒng)。在河南聯(lián)通省干 40G WDM 實際組網(wǎng)過程中，光線路保護系統(tǒng)采用 1+1 保護倒換方式，以 WDM 的各個光放大段之間的線路作為保護的子系統(tǒng)，保護設備是插入到線路的兩個放大器之間。發(fā)送端將兩路相同的光信號分別送入工作光纖和保護光纖

14、的通道中，當其中一段光纜阻斷時，接收端的光開關(guān)便把線路切換到保護光纖通道中。由于沒有電層的復制和操作，所以除了發(fā)送端和接收端設備故障外，各段光纜故障都可以自動倒換保護。在本次筆者所參加的省干 40G WDM 網(wǎng)絡工程中， 根據(jù)組網(wǎng)資料得知， 在備用光纖方面， 焦作 -新鄉(xiāng)（新焦 1 號光纜）、焦作 -濟源（新焦?jié)芸眨?干線上的冗余光纖資源也足夠用作調(diào)度之用，涉及到本次網(wǎng)絡改造的 WDM 系統(tǒng)在組網(wǎng)時就給線路留下了足夠多的線路光放大冗余度，不管是復用站與放大站間還是放大站與放大站之間，它們的光纖放大器的冗余放大能力都有 10dB 以上，因此線路光放大器的放大冗余度能夠提供因為加入線路自動保護系

15、統(tǒng)而帶來的插入損耗。應用拓撲圖如下：圖 4-1 省干 40G WDM 網(wǎng)絡 OLP 系統(tǒng)應用示意圖在本次省干 40G WDM 網(wǎng)絡工程中， WDM 網(wǎng)絡的安全性得到大大的加強。線路保護系統(tǒng)不但能在發(fā)生意外斷纖事件后迅速恢復光路暢通從而恢復通信，還可以在進行線路割接時能夠通過網(wǎng)管操作迅速而準確地完成線路切換，保證割接工作的順利。4.2 省管大客戶專線路由改造聯(lián)通大客戶電路類型眾多，有 2M 、數(shù)據(jù) DDN 、ATM/FR 、IP 等，承載電路的網(wǎng)絡類型也較多，只有極少部分客戶采用雙物理路由。河南聯(lián)通省管大客戶改造工程將局端、客戶端的光端機更換為支持雙光路的MSAP 設備，并對部分大客戶業(yè)務鋪設不

16、同路由的第二條光路，在實現(xiàn)接入光纜線路物理雙路由的同時，加裝1： 1 光線路保護系統(tǒng)采用（OLP ），以實現(xiàn)光纖熱備份。采用1:1 光路保護，是利用備用的光路通道來避免光纜阻斷對業(yè)務的影響，業(yè)務流量并不是永久的被橋接到工作和保護光纖上，反之，只有在光纜阻斷時才在主用光纖和備用光纖之間進行切換。（如圖 4-2）通過在省管大客戶線路上加裝1： 1 光線路保護系統(tǒng)，從而保證了客戶業(yè)務的運行質(zhì)量和客戶網(wǎng)絡的運行狀況，先于客戶發(fā)現(xiàn)故障，變被動維護為主動維護，確?？蛻艄收霞皶r處理，滿足客戶不斷增長的可管理型業(yè)務的需求。5.OLP 實用性探討5.1 OLP 系統(tǒng)的應用分析根據(jù)前述的OLP 技術(shù)應用特點，我們

17、可以發(fā)現(xiàn)適用以下兩種環(huán)境：OLP較1）長途 DWDM 系統(tǒng)。由于長途傳輸系統(tǒng)的重要性和光纜距離長、 多跳接、 環(huán)境復雜， 使用 OLP 可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕了一線技術(shù)人員的維護壓力， 提高維護水平與效率。但要充分考慮 OLP 技術(shù)特點，增加了插入損耗， DWDM 系統(tǒng)的光功率問題要通過增加 EDFA 或 RFA 解決，色散問題可以通過增加色散補償模塊 (DCM) 解決，最終要滿足波分系統(tǒng) OSNR 的指標。2）本地網(wǎng)重要集團客戶業(yè)務。由于本地網(wǎng)一些重要集團客戶業(yè)務不是E1、以太網(wǎng)、 ATM 專線等業(yè)務，而是裸光纖出租業(yè)務，我們無法采用MSTP、波分等設備進行保護或采用 MSTP 、波分等設

18、備保護時我們要付出較高的成本（由于其速率較高，匹配的光模塊、光傳輸設備投資巨大），這樣的環(huán)境較適用OLP，它可以提高本地集團客戶業(yè)務保護效率，而且本地集團客戶一般距離較短，線路富余度比較大，不需要再增加額外的光放設備投資。5.2 OLP 實際應用中應注意的問題1）OLP 系統(tǒng)的介入應不影響在用系統(tǒng)的正常運行，采用低插損、高速開關(guān)，保證快速可靠的切換，盡可能降低對業(yè)務信道的影響；2）OLP 系統(tǒng)所需容量大、成本高，只能保護光纜通道，無法提供網(wǎng)絡節(jié)點的失效保護；3）工作光纖和保護光纖盡量不在同一物理路由上，同時應滿足傳輸系統(tǒng)正常傳輸指標要求；4）應用 OLP 系統(tǒng)后在進行線路割接或線路維修后，一定要對纖，確保每根纖芯用于正確的系統(tǒng)以及正確的收/發(fā)方向，以免以后自動切換后產(chǎn)生錯環(huán)、收發(fā)交叉等不必要的問題6.結(jié)束語光線路保