DWDM光網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估及其檢測(cè)

1、DWDM光網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估及其檢測(cè)摘要 介紹了目前WDM光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了 OXC和OADM的評(píng)估方案，分析 了 DWDM目前存在的問(wèn)題及其相應(yīng)的檢測(cè)方案。關(guān)鍵詞光網(wǎng)絡(luò)光分插復(fù)用設(shè)備光交叉連接性能評(píng)估檢測(cè)1DWDM光網(wǎng)絡(luò)1.1DWDM系統(tǒng)DWDM技術(shù)使承載多個(gè)并行光波長(zhǎng)的復(fù)合光信號(hào)可在一個(gè)傳輸系統(tǒng)中 傳輸。不像TDM系統(tǒng)，僅僅用了光纖潛在容量的1%,速率僅僅為2.5Gb/S,至多10 Gb/S。DWDM支持相同速率的40個(gè)或更多的通道?；蛘哒f(shuō)，它等于10個(gè)OC-192s。 DWDM要求在制造過(guò)程中嚴(yán)格檢測(cè)以保證收發(fā)機(jī)在系統(tǒng)的兩端經(jīng)過(guò)特定的波長(zhǎng)。在 DWDM系統(tǒng)中一根光纖的容量是SONET中的

2、40信或者更多，一旦網(wǎng)絡(luò)失效，它的影 響之大也是顯而易見(jiàn)的。為了支持中心骨干網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越多的業(yè)務(wù)要求，DWDM的應(yīng)用 在開(kāi)放式系統(tǒng)中取得了極大的發(fā)展。目前的全光實(shí)驗(yàn)網(wǎng)主要有美國(guó)各大公司聯(lián)合研發(fā)的 MONET網(wǎng)和MWTN網(wǎng)、泛歐光通信網(wǎng)（OPEN）、歐洲全光網(wǎng)絡(luò)、環(huán)非洲WDM全光 網(wǎng)、SEA-ME - WE-3海底光纜系統(tǒng)等。最近中國(guó)的“863”項(xiàng)目也正在開(kāi)始研究開(kāi)發(fā) 自己的高速信息示范網(wǎng)。該項(xiàng)目計(jì)劃首先建立一個(gè)由3個(gè)光交叉連接（OXC ）節(jié)點(diǎn)組成 的骨干網(wǎng)，每個(gè)OXC節(jié)點(diǎn)都有自己的一個(gè)由光分插復(fù)用設(shè)備（OADM）組成的子網(wǎng)。1.2 OADM和OXC及其性能評(píng)估DWDM的安裝擴(kuò)大了 SDH骨干網(wǎng)的

3、容量，下一個(gè)研 究熱點(diǎn)是OADM。OADM將提供靈活的波長(zhǎng)配置，就像電系統(tǒng)中提供基于時(shí)隙的帶寬 配置一樣，OADM將會(huì)使網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的配置上更加靈活容易。全光網(wǎng)的另 一里程碑是OXC。OXC用來(lái)改善寬帶大容量業(yè)務(wù)系統(tǒng)的效率。OXC支持高速傳輸系統(tǒng) 的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)和動(dòng)態(tài)重構(gòu)。它與現(xiàn)在的DXC相比，功能更加強(qiáng)大。商用的OXC目前還未 出現(xiàn)。這主要在于端口容量和目前操作系統(tǒng)性能的限制。其優(yōu)點(diǎn)是明顯的：運(yùn)營(yíng)價(jià)格降 低（光交換與電交換系統(tǒng)相比，耗能少，體積小）；網(wǎng)絡(luò)也更容易升級(jí)。OADM和OXC 性能的好壞應(yīng)以以下幾點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)。（1）邏輯特征*規(guī)模。端口數(shù)量和可容納的復(fù)用 的波長(zhǎng)數(shù)量以及OADM中可以

4、上下路波長(zhǎng)的端口數(shù)量。端口數(shù)量和復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)量是 衡量OXC和OADM性能的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。*可重構(gòu)性。OADM和OXC應(yīng)該能夠根據(jù) 網(wǎng)管的要求，靈活地對(duì)上下路的通道配置進(jìn)行重新分配，并根據(jù)網(wǎng)管的要求實(shí)施指配功 能。*是否具有端口模塊性和波長(zhǎng)模塊性。端目模塊性和波長(zhǎng)模塊性就是指當(dāng)增加端口 數(shù)量或者增加復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)目時(shí)，只需添加部分新的器件，而不必或盡量少地改動(dòng)原有 的器件和連接結(jié)構(gòu)。未來(lái)的光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有良好的擴(kuò)容性能，因此是否具有良好的端口模塊 性和波長(zhǎng)模塊性也是衡量節(jié)點(diǎn)性能的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。*升級(jí)能力。未來(lái)的節(jié)點(diǎn)可能不但 要有波長(zhǎng)和鏈路的升級(jí)能力，而且必須支持虛波長(zhǎng)通道。如果現(xiàn)在不支持虛波長(zhǎng)通道，

5、那么，在向未來(lái)的虛波長(zhǎng)通道升級(jí)的過(guò)程中，也應(yīng)做到盡量簡(jiǎn)單，盡量少地改變?cè)瓉?lái)的 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這也是衡量它們性能的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。*環(huán)回功能。環(huán)回功能主要用于網(wǎng)絡(luò)的診 斷，包括近瑞環(huán)回和遠(yuǎn)瑞環(huán)回。近瑞環(huán)回指在本地節(jié)點(diǎn)進(jìn)行環(huán)回，用來(lái)診斷本地節(jié)點(diǎn)是 否出現(xiàn)故障。遠(yuǎn)端環(huán)回指從本地到遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)再回到本地的環(huán)回，它可用于診斷線路和節(jié) 點(diǎn)是否故障。從波長(zhǎng)來(lái)分，又可分為同波環(huán)回和異波環(huán)回，異波環(huán)回與同波環(huán)回相比， 主要不同點(diǎn)是異波環(huán)回可診斷到OXC和OA DM節(jié)點(diǎn)集中級(jí)OTU單元序列是否正常工 作，而同波環(huán)回卻沒(méi)有該項(xiàng)功能。*自動(dòng)保護(hù)倒換能力。該項(xiàng)功能主要用于網(wǎng)絡(luò)的保護(hù) 和自愈。即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)是否能在極短的

6、時(shí)間內(nèi)，使受影響的業(yè)務(wù)得到 恢復(fù)。*開(kāi)放性。即該OXC或OADM是否能兼容不同廠家的產(chǎn)品（主要指OTU的中 心波長(zhǎng)），這是其是否具有良好的兼容性的重要標(biāo)準(zhǔn)。*是否支持虛波長(zhǎng)通道。虛波長(zhǎng) 通道是未來(lái)全光網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，因此是否支持虛波長(zhǎng)通道也就成為衡量節(jié)點(diǎn)的一個(gè) 重要標(biāo)準(zhǔn)。如果現(xiàn)在不能支持虛波長(zhǎng)通道，也應(yīng)考慮到將來(lái)升級(jí)時(shí)做到盡量簡(jiǎn)單。*是 否具有強(qiáng)大的網(wǎng)管能力；是否支持OSC通道。（2）性能特征*串?dāng)_的影響。串?dāng)_是 影響全光網(wǎng)特別是未來(lái)的密集波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能的重要因素，在OADM結(jié)構(gòu) 中，我們不僅要考慮OADM引入的串?dāng)_及消除的措施，而且在下路信號(hào)中也應(yīng)考慮到 如何消除由其它的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

7、引入的串?dāng)_。*回波損耗。*光信噪比。*誤碼率。誤碼率 是衡量各個(gè)網(wǎng)元性能優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)。*消光比。*損耗和色散。（3）成本良好的 性能和低廉的成本是我們永遠(yuǎn)追求的目標(biāo)。1.3面臨的挑戰(zhàn)隨著技術(shù)的發(fā)展，下一步 面臨的挑戰(zhàn)就是使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商獲得自信，就像當(dāng)時(shí)采納SONE 一樣。管理一個(gè)光網(wǎng)絡(luò) 需要的工具至少等同于管理電網(wǎng)絡(luò)所需要的工具，然而，管理在一根光纖中的一系列的 光通道則與過(guò)去網(wǎng)絡(luò)的管理是完全不同的概念，光網(wǎng)絡(luò)中的一些問(wèn)題也是電網(wǎng)絡(luò)中從 未有過(guò)的。有3個(gè)基本的領(lǐng)域：回波、衰減和色散?；夭▉?lái)源于線路中的節(jié)點(diǎn)或光纖的 過(guò)度彎曲。不合適的成纜或回波可導(dǎo)致噪聲、抖動(dòng)（在特定波長(zhǎng)的時(shí)移）和在某些特定 情

8、況下可能的激光器啁啾。衰減是光纖傳輸?shù)慕Y(jié)果。我們必須適當(dāng)?shù)乜刂扑p，因?yàn)槿?果衰減太小，功率過(guò)大，將超過(guò)接收機(jī)的過(guò)載點(diǎn)；如果衰減太大而功率太小，將低于接 收機(jī)的靈敏度而使誤碼率增加。當(dāng)激光器發(fā)出的窄的譜寬通道沿著長(zhǎng)的光纖傳播時(shí)，色 散發(fā)生了。由于這些通道在向接收機(jī)傳輸?shù)倪^(guò)程中，高頻成分集中在脈沖前沿，低頻成 分集中在脈沖后沿，這樣在接收機(jī)中就以時(shí)移或延遲的形式引入了色散。這被稱為“碼 間干擾”，它使接收機(jī)不能區(qū)分疊加的相鄰脈沖而導(dǎo)致誤碼的增加。當(dāng)在同一光纖中傳 輸更多的信號(hào)時(shí)，業(yè)務(wù)管理將變得更加復(fù)雜。為了重新分配路由或進(jìn)行故障恢復(fù)，網(wǎng)絡(luò) 必須能監(jiān)視每一個(gè)業(yè)務(wù)通道，比如某一終端用戶的信號(hào)發(fā)生了抖

9、動(dòng)或漂移。就光網(wǎng)絡(luò)而 言，它還必須能容易地區(qū)分線型、激光器（比如1310nm還是1550 nm激光器）以及一 些具體的問(wèn)題。對(duì)現(xiàn)在的電網(wǎng)絡(luò)而言，這些都不是什么問(wèn)題，因?yàn)槠涔芾硐到y(tǒng)建在了 DS-n和SONET體制內(nèi)。光網(wǎng)絡(luò)所固有的寬帶寬和多通道特性也使其在光纖斷裂時(shí)造 成的損失更大。這種損害遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于任何電纜斷裂的影響。因此，光網(wǎng)絡(luò)的診斷和檢測(cè)以 及迅速的開(kāi)關(guān)動(dòng)作以建立新的連接的能力是相當(dāng)重要的，SONET在這方面就有良好的 設(shè)計(jì)，為環(huán)上業(yè)務(wù)提供了很多通道。在光網(wǎng)絡(luò)中，仍要求在設(shè)計(jì)中保證適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)策略 和避免業(yè)務(wù)過(guò)載的管理。在考慮業(yè)務(wù)的保護(hù)倒換通道設(shè)計(jì)之后，下一個(gè)重要的問(wèn)題是 判斷斷裂的位置以便對(duì)

10、遭受破壞的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行修復(fù)，并在修復(fù)后再次切換到原來(lái)的狀態(tài)， 這避免了倒換和傳輸過(guò)載。這種情況在網(wǎng)絡(luò)采用備用通道而備用通道卻不能應(yīng)付長(zhǎng)期的 大的峰值業(yè)務(wù)時(shí)極易發(fā)生。在全光網(wǎng)中有大量的潛在的問(wèn)題。為了提供像電網(wǎng)絡(luò)那樣 的精度，對(duì)全光網(wǎng)在檢測(cè)和維護(hù)上提出了新的挑戰(zhàn)。2DWDM光網(wǎng)絡(luò)的檢測(cè)運(yùn)營(yíng)者在 現(xiàn)在電信系統(tǒng)中極好的業(yè)務(wù)維護(hù)證明了現(xiàn)在的檢測(cè)方法的合理性。DS-1、DS-3的 誤碼率以及電路的指配都被考慮在內(nèi)且能被檢測(cè)裝置所實(shí)現(xiàn)。在全光網(wǎng)中目前面臨的挑 戰(zhàn)是發(fā)展新的檢測(cè)方法，提供給網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者以足夠的自信來(lái)用新的技術(shù)如 DWDM、 OADM和OXC改變他們的網(wǎng)絡(luò)策略。第個(gè)避免全光網(wǎng)失效的方法是保證光纖工作

11、 在嚴(yán)格的反射范圍內(nèi)。在該范圍內(nèi)，SONET OC-48能正常地運(yùn)行。如果出現(xiàn)了回波， 就會(huì)出現(xiàn)快速的隨機(jī)的波長(zhǎng)移動(dòng)。我們可用OTDR來(lái)診斷回波并在發(fā)現(xiàn)回波后采取相應(yīng) 的保護(hù)措施。為了對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線測(cè)量，可用帶外OTDR和WDM濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。在 該方法中，OTDR檢測(cè)的波長(zhǎng)不是系統(tǒng)波長(zhǎng)，在一般的OTDR中，這可以是一個(gè)替代 的波長(zhǎng)（例如在1310系統(tǒng)中用1550波長(zhǎng)）或者是特定OTDR中的一個(gè)非傳輸波長(zhǎng)。該 方法的關(guān)鍵在于把WDM濾波器置于初始的工作網(wǎng)絡(luò)中，這樣將會(huì)有一個(gè)檢測(cè)端口和防 止OTDR信號(hào)與傳輸信號(hào)干涉的濾波器。用光功率計(jì)測(cè)量傳輸距離以確定接收機(jī)是否 過(guò)載是另一個(gè)線路完整性的重要檢測(cè)

12、。在TDM系統(tǒng)中，信號(hào)通道沿線路傳播，一個(gè)光 功率計(jì)和參考源就可測(cè)量衰減，在DWDM系統(tǒng)中，有多個(gè)波長(zhǎng)通道，衰減需要基于每 個(gè)通道測(cè)量。這可以通過(guò)一個(gè)OSA來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)濾波來(lái)測(cè)量每個(gè)波長(zhǎng)通道的通道。如 果功率太大，可加一個(gè)在線衰減器來(lái)降低功率水平。如果功率太低，可用一個(gè)OTDR 來(lái)決定衰減源（不合適的放大器或泄漏）并采取相應(yīng)的措施。色散是DWDM網(wǎng)絡(luò)中 業(yè)務(wù)惡化和噪聲的重要來(lái)源之一，面臨的問(wèn)題是色散測(cè)量并適當(dāng)?shù)夭迦朐偕鱽?lái)除去色 散的影響。最一般的方法是利用誤碼儀來(lái)測(cè)量色散應(yīng)當(dāng)注意的是：誤碼的原因可能與 衰減有關(guān)。不過(guò)衰減與色散相比，衰減引起的誤碼更易于處理。因此，在進(jìn)行色散檢測(cè) 之前，首先進(jìn)

13、行衰減檢測(cè)。與電系統(tǒng)所不同的是，在光系統(tǒng)中的誤碼檢測(cè)包括EDFA的 ASE噪聲。在對(duì)一個(gè)良好的光系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)誤碼檢測(cè)時(shí)，“1”的誤碼概率由信號(hào)和 ASE噪聲所決定?！?的誤碼概率僅僅由ASE所決定。如果端對(duì)端的測(cè)量發(fā)現(xiàn)了一 個(gè)問(wèn)題。例如，用誤碼儀測(cè)到了 一個(gè)不可接收的SNR，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能判定故障是源于不合適 的放大器間隔還是網(wǎng)元的失效。注意：在每一個(gè)光通道中的傳輸功率與放大器的數(shù)目成 線性比例關(guān)系。由放大器引人的噪聲和SNR也是如此。SONET誤碼儀也可用來(lái)測(cè)量 在某個(gè)獨(dú)立網(wǎng)元中是否有誤碼發(fā)生。它也用來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)所能承受的最大誤碼率（例如 SONET的誤碼要求10-10=。如果你選擇了一個(gè)測(cè)量裝置

14、不能滿足SONET標(biāo)準(zhǔn)，就 必須增加其它的測(cè)量裝置來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)性能，因?yàn)镈WDM系統(tǒng)波長(zhǎng)通道分布非常緊密， 極易導(dǎo)致色散。采取的各種檢測(cè)方法的總的發(fā)展方向是尋求一種方法來(lái)精確定位光網(wǎng)絡(luò) 的失效位置。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，將需要更多的檢測(cè)特性來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更好的分析，以 增加運(yùn)營(yíng)者的信心。OXC必須有高度的網(wǎng)管來(lái)管理大量的業(yè)務(wù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)失效精確定位， 并給出通過(guò)它們的業(yè)務(wù)選擇路由。一般認(rèn)為OXC不需要進(jìn)行維護(hù)，因?yàn)榕c電的對(duì)應(yīng)部 分相比，OXC功率低，可動(dòng)器件更少。但它們?nèi)孕枰W(wǎng)管能力來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行 和指配，在失效時(shí)能實(shí)現(xiàn)緊急的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)?，F(xiàn)在的DWDM和OADM制造商必須綜合 網(wǎng)管程序，把它設(shè)計(jì)成與現(xiàn)在的操作系統(tǒng)和ITU協(xié)議兼容。這些系統(tǒng)一般提供選路功能 和路由維護(hù)和恢復(fù)的友好界面。為了光系統(tǒng)中更好地插入測(cè)量，需要光的在線監(jiān)測(cè)， 以維護(hù)在光纖中整個(gè)業(yè)務(wù)通