光線路保護(hù)倒換系統(tǒng)在通信網(wǎng)中的應(yīng)用

1、光線路保護(hù)倒換系統(tǒng)在通信網(wǎng)中的應(yīng)用 摘 要 隨著通信行業(yè)的不斷發(fā)展和電信運(yùn)營環(huán)境日趨競(jìng)爭(zhēng)激烈的情況下，傳輸網(wǎng)作為業(yè)務(wù)承載平臺(tái)，保護(hù)與恢復(fù)對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)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(hù)方案。本文對(duì)光線路自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng) (OLP) 的發(fā)展背景以及建設(shè)意義進(jìn)行了簡單分析，并對(duì)國際通用的幾種光路保護(hù)手段的優(yōu)劣性進(jìn)行了探討，由于其具有系統(tǒng)簡單、對(duì)原有系統(tǒng)影響小、與各傳輸設(shè)備兼容方便、 故障反應(yīng)及時(shí)等優(yōu)勢(shì)， 在現(xiàn)階段 ,不失為傳輸網(wǎng)絡(luò)保護(hù)體系很好的補(bǔ)充手段 ,所起到的保護(hù)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(dòng)保護(hù)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(yùn)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(luò)傳輸，由于室外的光纜很容易因?yàn)樽匀粸?zāi)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(jì)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(luò)方向性全阻的故障統(tǒng)計(jì)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(luò)故障都是由于光纜斷裂引起的。當(dāng)光纜發(fā)生意外中斷時(shí)，從故障產(chǎn)生到運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)故障再到由人工進(jìn)行光纖調(diào)度恢復(fù)業(yè)務(wù)需

3、要約30 分鐘的時(shí)間，同時(shí)，在人工調(diào)度的過程中，可能會(huì)因?yàn)榫S護(hù)人員的業(yè)務(wù)水平問題或者因?yàn)榕c對(duì)端局站維護(hù)人員的溝通問題，導(dǎo)致纖芯調(diào)度失誤，使得故障歷時(shí)加長。不管是那種原因?qū)е碌墓饫|長時(shí)間中斷，都會(huì)對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的安全高效運(yùn)行產(chǎn)生巨大的損害，也會(huì)影響客戶對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的評(píng)價(jià)。因此，設(shè)計(jì)一種有效的光線路自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)非常必要。2.目前通用的幾種光線路保護(hù)手段隨著近年來3G、集團(tuán)客戶、寬帶通信業(yè)務(wù)對(duì)帶寬需求的不斷提高，光傳輸網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，特別是高速率、大容量的WDM 系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)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(hù)手段，努力縮減因光纜線路中斷、造成的經(jīng)濟(jì)損失，成

4、為擺在運(yùn)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(hù)手段主要有SDH 自愈保護(hù)技術(shù)、 ASON 技術(shù)、光路或傳輸系統(tǒng)負(fù)荷分擔(dān)保護(hù)、人工調(diào)度保護(hù)、光自動(dòng)切換保護(hù)技術(shù)等。2.1 SDH 自愈保護(hù)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(yù)，在極短的時(shí)間內(nèi)從故障中自動(dòng)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)使用戶對(duì)故障無察覺的SDH 網(wǎng)絡(luò)。即當(dāng)一個(gè)工作通道發(fā)生失效事件時(shí)，利用備用設(shè)備的倒換動(dòng)作，使信號(hào)通過保護(hù)通路仍保持有效。如1+1 保護(hù)、 M: N保護(hù)等，保護(hù)倒換的時(shí)間很短。其實(shí)質(zhì)是在網(wǎng)絡(luò)中尋找失效路由的替代路由， SDH 經(jīng)典的保護(hù)倒換已得到普遍

5、應(yīng)用。 保護(hù)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(fù)用段環(huán)和子網(wǎng)連接保護(hù) SNCP 的一種或多種組合。在 SDH 自愈環(huán)網(wǎng)的規(guī)劃中則應(yīng)充分考慮光纖物理走向，環(huán)網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)間的光纜應(yīng)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(diǎn)數(shù)不宜過多。2.2 ASON 技術(shù)自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)ASON 是一種融交換、 傳送為一體的自動(dòng)交換傳送網(wǎng)，ASON 保護(hù)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(hù)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性和業(yè)務(wù)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(kuò)展，不需要預(yù)留50的帶寬，且可抗線路多處失

6、效。這種組網(wǎng)方式恢復(fù)路徑可以有很多條，提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性。但實(shí)現(xiàn) ASON 保護(hù)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(gè)節(jié)點(diǎn)之間光纜線路均需分配在不同物理路由上；從投資和維護(hù)配置角度來看，投資較大、維護(hù)較為復(fù)雜， 對(duì)維護(hù)人員要求更高。因此 ASON的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架在很大程度上受到光纜資源、業(yè)務(wù)需求、保護(hù)方案和設(shè)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(fù)荷分擔(dān)保護(hù)光路或傳輸系統(tǒng)負(fù)荷分擔(dān)保護(hù)就是將原有傳輸系統(tǒng)上的業(yè)務(wù)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(wù)通過光纜傳輸或波分等傳輸系統(tǒng)傳送，通過這種業(yè)務(wù)分擔(dān)的方式傳送業(yè)務(wù)，避免某一干線光

7、纜中斷時(shí)發(fā)生全阻情況。目前，許多本地網(wǎng)的在業(yè)務(wù)調(diào)度層面上都采用了這種業(yè)務(wù)保護(hù)方式。這種方式簡便易行，能有效地規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)防止全阻，但對(duì)于出現(xiàn)障礙的業(yè)務(wù)卻無法完成迅速有效的保護(hù)，因此不能保證電路100%的暢通，無法滿足現(xiàn)在集團(tuán)客戶新形勢(shì)的要求。針對(duì)目前來說，本著以客戶為核心的服務(wù)目標(biāo)，光路分流保護(hù)不是最佳的保護(hù)方式。2.4 人工調(diào)度保護(hù)人工調(diào)度保護(hù)，就是在光纜發(fā)生障礙后，根據(jù)光纜應(yīng)急頂案通過機(jī)務(wù)人員與線務(wù)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(hù)需要機(jī)務(wù)人員的大力支持和積極配合，不僅要求要有值班人員在場(chǎng)，同時(shí)值班人員要具備一定的電路搶修意識(shí)、業(yè)務(wù)水平和動(dòng)手操作能力。因各級(jí)維護(hù)人員素質(zhì)各

8、不相同，因此在故障發(fā)生時(shí)無法人工快速、準(zhǔn)確的倒通電路，業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間較長。另外，對(duì)于手動(dòng)調(diào)通的備用路由需要經(jīng)常性的對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行人工測(cè)試線路指標(biāo)，基層人員無法及時(shí)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(shí)排查處理問題，反而會(huì)拖延故障修復(fù)的時(shí)間。2.5 光線路自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)光路自動(dòng)切換保護(hù)技術(shù)是通過對(duì)光纜中傳輸光功率變化的實(shí)時(shí)監(jiān)視、告警信息的自動(dòng)分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障及隱患，當(dāng)光傳輸線路上光纖意外折斷或損耗變大導(dǎo)致通訊質(zhì)量下降或通訊中斷時(shí)，快速將工作光路自動(dòng)切換到備用通道，在極短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)通信，完成對(duì)光纜故障的快速反應(yīng)和恢復(fù)機(jī)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(hù)有著上層業(yè)務(wù)保護(hù)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。如光層恢復(fù)可靠性高、速度快、成本低，同時(shí)可以對(duì)不同業(yè)務(wù)提供保護(hù)。其面臨的主要問題是備用路由的條件是否滿足光路自動(dòng)切換技術(shù)3.光線路自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)（OLP ）詳細(xì)介紹3.1 OLP 系統(tǒng)發(fā)展背景介紹上述介紹的 5 種保護(hù)方式中， SDH 自愈保護(hù)是對(duì)業(yè)務(wù)層的保護(hù)，需要網(wǎng)管介入，保護(hù)機(jī)制復(fù)雜；光路或傳輸系統(tǒng)負(fù)荷分擔(dān)保護(hù)和人工調(diào)度預(yù)案保護(hù)方式， 是落后低效的 ,無法滿足無阻斷通信服務(wù)質(zhì)量的要求； ASON 保護(hù)的前提需要局間線路資源豐富安全，且智能網(wǎng)元設(shè)備投資巨大。光線路自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng) OLP 應(yīng)運(yùn)而生，該系統(tǒng)是對(duì)光傳輸層的保護(hù)，其控制機(jī)制只針對(duì)光纖

10、路由，與光通信設(shè)備兼容問題較小，組網(wǎng)容易。另外其恢復(fù)速度較快、恢復(fù)可靠性較高、成本相對(duì)低廉、可以同時(shí)對(duì)不同業(yè)務(wù)提供保護(hù)。綜上所述，在不具備自愈保護(hù)功能的 WDM 省級(jí)干線或大客戶組網(wǎng)中，應(yīng)用光路自動(dòng)切換保護(hù)技術(shù)是提高線路無阻斷通信的最佳解決方案。下面將對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行介紹和探討。3.2 OLP 系統(tǒng)原理光纖線路自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)集監(jiān)測(cè)、保護(hù)及管理為一體的綜合管理應(yīng)用系統(tǒng)，是一個(gè)獨(dú)立于任何傳輸系統(tǒng)，完全建立在光纜物理層上的自動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由自動(dòng)切換站（設(shè)備）和網(wǎng)管中心組成，可以實(shí)現(xiàn)光功率監(jiān)測(cè)、光路自動(dòng)切換和保護(hù)網(wǎng)絡(luò)管理的功能。3.3 光線路保護(hù)系統(tǒng)的兩種保護(hù)方式3.3.1 1 十 1 保

11、護(hù)倒換原理1 十 1 保護(hù)方式為擇優(yōu)而選的雙發(fā)收端單端倒換的熱備份機(jī)制，即傳輸設(shè)備Tx 口發(fā)出的光經(jīng)過OLP 設(shè)備后，經(jīng)過發(fā)端通過 OLP 的分光器把傳輸設(shè)備的業(yè)務(wù)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(yīng)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(biāo)。所以整體動(dòng)作時(shí)間最小(25ms 以內(nèi) )，但插入損耗最大(5dB 以內(nèi) )。此種類型保護(hù)倒換設(shè)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(duì)比較簡單，適用于線路富余度比較大，對(duì)倒換時(shí)間比較敏感的線路。3.3.2 1：1保護(hù)倒換原理1：1類型

12、的保護(hù)倒換設(shè)備為收發(fā)雙選的方式，即默認(rèn)情況下，傳輸設(shè)備Tx口發(fā)出的業(yè)務(wù)光全部經(jīng)過OLP設(shè)備經(jīng)主用路由傳輸 (下圖粉紅色線路)，OLP 單盤上板載一個(gè)激光器，穩(wěn)定持續(xù)地發(fā)射一個(gè)特定波長（通常為1550nm）的光源打向備用路由（下圖黑色線路），實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)備用路由的指標(biāo)，并且激光器也是1： 1 類型保護(hù)倒換設(shè)備在硬件級(jí)別進(jìn)行保護(hù)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(shí)進(jìn)行保護(hù)倒換，加之其保護(hù)倒換判定條件嚴(yán)謹(jǐn)，通過對(duì) OLP 設(shè)備設(shè)置保護(hù)倒換延遲時(shí)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(jí)聯(lián)倒換帶來的影響，所以整體保護(hù)倒換時(shí)間相對(duì)于 1

13、+1 類型 OLP 要長（50ms 以內(nèi)），但保護(hù)倒換更加安全可靠， 設(shè)備的插入損耗也相對(duì)1+1較小 (2.5dB以內(nèi))，是目前常用的保護(hù)倒換方式。4.光線路自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用4.1 省內(nèi)干線新鄉(xiāng) -焦作 -濟(jì)源段 OLP 試驗(yàn)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(luò)新建及隨工工作，其中新鄉(xiāng) -焦作 -濟(jì)源段加入了線路自動(dòng)切換保護(hù)系統(tǒng)。在河南聯(lián)通省干 40G WDM 實(shí)際組網(wǎng)過程中，光線路保護(hù)系統(tǒng)采用 1+1 保護(hù)倒換方式，以 WDM 的各個(gè)光放大段之間的線路作為保護(hù)的子系統(tǒng)，保護(hù)設(shè)備是插入到線路的兩個(gè)放大器之間。發(fā)送端將兩路相同的光信號(hào)分別送入工作光纖和保護(hù)光纖

14、的通道中，當(dāng)其中一段光纜阻斷時(shí)，接收端的光開關(guān)便把線路切換到保護(hù)光纖通道中。由于沒有電層的復(fù)制和操作，所以除了發(fā)送端和接收端設(shè)備故障外，各段光纜故障都可以自動(dòng)倒換保護(hù)。在本次筆者所參加的省干 40G WDM 網(wǎng)絡(luò)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(hào)光纜）、焦作 -濟(jì)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(luò)改造的 WDM 系統(tǒng)在組網(wǎng)時(shí)就給線路留下了足夠多的線路光放大冗余度，不管是復(fù)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?yàn)榧尤刖€路自動(dòng)保護(hù)系

15、統(tǒng)而帶來的插入損耗。應(yīng)用拓?fù)鋱D如下：圖 4-1 省干 40G WDM 網(wǎng)絡(luò) OLP 系統(tǒng)應(yīng)用示意圖在本次省干 40G WDM 網(wǎng)絡(luò)工程中， WDM 網(wǎng)絡(luò)的安全性得到大大的加強(qiáng)。線路保護(hù)系統(tǒng)不但能在發(fā)生意外斷纖事件后迅速恢復(fù)光路暢通從而恢復(fù)通信，還可以在進(jìn)行線路割接時(shí)能夠通過網(wǎng)管操作迅速而準(zhǔn)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(luò)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(jī)更換為支持雙光路的MSAP 設(shè)備，并對(duì)部分大客戶業(yè)務(wù)鋪設(shè)不

16、同路由的第二條光路，在實(shí)現(xiàn)接入光纜線路物理雙路由的同時(shí)，加裝1： 1 光線路保護(hù)系統(tǒng)采用（OLP ），以實(shí)現(xiàn)光纖熱備份。采用1:1 光路保護(hù)，是利用備用的光路通道來避免光纜阻斷對(duì)業(yè)務(wù)的影響，業(yè)務(wù)流量并不是永久的被橋接到工作和保護(hù)光纖上，反之，只有在光纜阻斷時(shí)才在主用光纖和備用光纖之間進(jìn)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(hù)系統(tǒng)，從而保證了客戶業(yè)務(wù)的運(yùn)行質(zhì)量和客戶網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況，先于客戶發(fā)現(xiàn)故障，變被動(dòng)維護(hù)為主動(dòng)維護(hù)，確?？蛻艄收霞皶r(shí)處理，滿足客戶不斷增長的可管理型業(yè)務(wù)的需求。5.OLP 實(shí)用性探討5.1 OLP 系統(tǒng)的應(yīng)用分析根據(jù)前述的OLP 技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)，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(fù)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(hù)壓力， 提高維護(hù)水平與效率。但要充分考慮 OLP 技術(shù)特點(diǎn)，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(bǔ)償模塊 (DCM) 解決，最終要滿足波分系統(tǒng) OSNR 的指標(biāo)。2）本地網(wǎng)重要集團(tuán)客戶業(yè)務(wù)。由于本地網(wǎng)一些重要集團(tuán)客戶業(yè)務(wù)不是E1、以太網(wǎng)、 ATM 專線等業(yè)務(wù)，而是裸光纖出租業(yè)務(wù)，我們無法采用MSTP、波分等設(shè)備進(jìn)行保護(hù)或采用 MSTP 、波分等設(shè)

18、備保護(hù)時(shí)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(shè)備投資巨大），這樣的環(huán)境較適用OLP，它可以提高本地集團(tuán)客戶業(yè)務(wù)保護(hù)效率，而且本地集團(tuán)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(shè)備投資。5.2 OLP 實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意的問題1）OLP 系統(tǒng)的介入應(yīng)不影響在用系統(tǒng)的正常運(yùn)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(duì)業(yè)務(wù)信道的影響；2）OLP 系統(tǒng)所需容量大、成本高，只能保護(hù)光纜通道，無法提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的失效保護(hù)；3）工作光纖和保護(hù)光纖盡量不在同一物理路由上，同時(shí)應(yīng)滿足傳輸系統(tǒng)正常傳輸指標(biāo)要求；4）應(yīng)用 OLP 系統(tǒng)后在進(jìn)行線路割接或線路維修后，一定要對(duì)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(dòng)切換后產(chǎn)生錯(cuò)環(huán)、收發(fā)交叉等不必要的問題6.結(jié)束語光線路保