李玉行 畢 剛

（中國(guó)人民解放軍91033部隊(duì)，山東 青島266000）

1 研究背景及意義

光纖通信發(fā)展經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展與使用，其技術(shù)成熟性越來(lái)越高，實(shí)用性越來(lái)越普及，兼之有重量輕、體積小、抗電磁干擾性能好、低損耗、長(zhǎng)中繼距離、較寬的頻帶、較大的傳輸容量等優(yōu)點(diǎn)，目前，已成為有線(xiàn)傳輸通信的主流選擇。為了更有效地利用光纖通信的高帶寬資源，我們可以采用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)。波分復(fù)用技術(shù)是指在一根光纖中傳輸?shù)墓庾V分割成若干不重疊的波長(zhǎng)（或頻率），其中一個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)一個(gè)通信信道，而終端得用戶(hù)可根據(jù)自己需要的速率對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，而在收、發(fā)端增加解復(fù)用器和復(fù)用器的數(shù)量就可以較簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)容。

波分復(fù)用系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)傳輸容量大，所以整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存性顯得非常重要。假設(shè)在WDM網(wǎng)絡(luò)中，某個(gè)節(jié)點(diǎn) 或某段光纖出現(xiàn)故障，那么將影響整個(gè)系統(tǒng)工作。網(wǎng)絡(luò)的生存性應(yīng)該是一個(gè)完 整 WDM網(wǎng)絡(luò)中重要的環(huán)節(jié)，目的是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，在沒(méi)有人為操作的情況下，WDM網(wǎng)絡(luò)能夠繼續(xù)正常工作。一般來(lái)說(shuō)，針對(duì)WDM網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)，我們建議采用光層保護(hù)，省去了光-電-光的轉(zhuǎn)換，這樣可以充分利用帶寬資源，降低復(fù)雜度，減少了成本。

2 幾種常見(jiàn)的保護(hù)倒換方式

在WDM環(huán)網(wǎng)中，為了增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的生存性，我們通常采用保護(hù)倒換技術(shù)。保護(hù)倒換可以簡(jiǎn)單分為通道保護(hù)倒換和線(xiàn)路保護(hù)倒換。兩種保護(hù)倒換技術(shù)的區(qū)別在于：線(xiàn)路保護(hù)技術(shù)通常采用公用保護(hù)，也就是說(shuō)，在正常工作時(shí)，保護(hù)段是空閑的；而通道保護(hù)通常采用專(zhuān)用保護(hù)，即正常工作時(shí)保護(hù)段也對(duì)業(yè)務(wù)信號(hào)進(jìn)行傳輸。而保護(hù)倒換具體實(shí)施起來(lái)又可以分為下面幾種：

（1）1+1保護(hù)。在WDM系統(tǒng)中，使用兩個(gè)通道，一根為工作光纖，一根為保護(hù)光纖。具體流程為：發(fā)端節(jié)點(diǎn)發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)入光分路器，分路傳向同一接收節(jié)點(diǎn)，接收端選擇兩者中質(zhì)量較好的那一路進(jìn)行通信。若工作光纖遇到故障，則切換至另外一根光纖上。

（2）1：1保護(hù)。該結(jié)構(gòu)也使用兩個(gè)通道，一根為工作光纖，一根為保護(hù)光纖。與 1+1保護(hù)的不同之處在于，工作光纖在進(jìn)行傳輸時(shí)，保護(hù)光纖位于閑置狀態(tài)，WDM系統(tǒng)只監(jiān)測(cè)其是否可用。當(dāng)工作光纖遇到故障，由發(fā)端節(jié)點(diǎn)與收端節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)激活保護(hù)光纖通道，保護(hù)光纖進(jìn)行正常通信傳輸。

（3）1：N 保護(hù)。 在故障率比較低的 WDM 系統(tǒng)中，1+1保護(hù)和1：1保護(hù)方式需要提供與系統(tǒng)相當(dāng)?shù)馁Y源，這樣的話(huà)，降低了整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率。而1：N(或 M：N)保護(hù)工作方式與 1：1類(lèi)似，就是N個(gè)系統(tǒng)共享1個(gè)（或M個(gè)）保護(hù)光纖。但這種結(jié)構(gòu)也有明顯的缺點(diǎn)，當(dāng)保護(hù)光纖被全部占用時(shí)，就無(wú)法對(duì)其它工作光纖提供保護(hù)。

3 WDM環(huán)網(wǎng)故障分析與倒換依據(jù)

在WDM光網(wǎng)絡(luò)中，常見(jiàn)系統(tǒng)故障以硬件故障為主，主要是節(jié)點(diǎn)間的鏈路（光纖線(xiàn)路）故障、連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)備故障。一般情況下，WDM網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)用器、解復(fù)用器等無(wú)源器件的使用壽命比較高（除非物理?yè)p傷）；而隨著技術(shù)發(fā)展，常用的有源器件如光放大器（EDFA）的泵浦光源的壽命一般在30萬(wàn)個(gè)小時(shí)以上，所以EDFA出現(xiàn)故障的幾率也比較低。系統(tǒng)的軟故障，即系統(tǒng)里的器件性能的降低，比如激光器溫度漂移引起的光功率波動(dòng)、光纖的損耗變大等，這些對(duì)系統(tǒng)的影響雖然比較小，但是這些仍然要引起維護(hù)人員的注意。因此，我們可以得出結(jié)論，網(wǎng)絡(luò)故障最主要的原因就是光纖線(xiàn)路故障。據(jù)通信公司的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，系統(tǒng)中，光纖線(xiàn)路的故障占全部故障的70%，而由光纖斷裂引起的故障又占線(xiàn)路故障的95%以上。對(duì)于線(xiàn)路故障，我們首先要判斷故障類(lèi)型，檢測(cè)故障發(fā)生地點(diǎn)，同時(shí)采取保護(hù)倒換技術(shù)恢復(fù)通信。

系統(tǒng)保護(hù)倒換工作的前提是系統(tǒng)工作時(shí)需要滿(mǎn)足某種條件才觸發(fā)保護(hù)倒換。目前，常采用誤碼率檢測(cè)與光功率檢測(cè)這兩種方法進(jìn)行檢測(cè)。誤碼率檢測(cè)技術(shù)在SDH網(wǎng)絡(luò)中使用得更多一些，即在SDH幀結(jié)構(gòu)中插入特定字節(jié)，然后在接收端進(jìn)行校驗(yàn)。但是對(duì)于透明傳輸?shù)腤DM網(wǎng)絡(luò)，由于其系統(tǒng)容量特別大，對(duì)整個(gè)通信業(yè)務(wù)進(jìn)行監(jiān)控的難度太大，所以WDM網(wǎng)絡(luò)一般不采用誤碼率的方法，而采用光功率檢測(cè)的方法。在線(xiàn)路中，光纖斷裂首先引起節(jié)點(diǎn)光功率降低，所以在某點(diǎn)設(shè)置功率檢測(cè)模塊，如果功率低于特定值，系統(tǒng)就啟動(dòng)保護(hù)倒換。 為了盡量減小對(duì)業(yè)務(wù)的影響，一般我們采用漏光法來(lái)檢測(cè)光功率值。即在工作光纖線(xiàn)路上加裝一個(gè)特殊的1×2分光器，使其中一路漏出工作光纖用于檢測(cè)。為了減小漏光法所帶來(lái)的插入損耗，在工作光纖上應(yīng)該采用小耦合比的分光器。一般選擇了5：95的分光器，也就是將5%的光用于檢測(cè)，95%的光用于通信。

4 WDM環(huán)網(wǎng)中保護(hù)倒換的設(shè)計(jì)

WDM環(huán)形網(wǎng)的用戶(hù)數(shù)相對(duì)較少，所以保護(hù)倒換的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快的原則。本文以4×2（即 4個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn) 2個(gè)用戶(hù)）WDM環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)要介紹其保護(hù)倒換的設(shè)計(jì)。

采用前面提到的幾種保護(hù)倒換方式，使用響應(yīng)速度更快的光開(kāi)關(guān)來(lái)完成倒換。這是因?yàn)樵?×2環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)之間涉及到波長(zhǎng)的復(fù)用，如果采用基于信道的保護(hù)倒換就會(huì)產(chǎn)生波長(zhǎng)沖突，繼而影響與其他節(jié)點(diǎn)的通信。

（1）1+1 保護(hù)倒換

1+1保護(hù)倒換的保護(hù)光纖與工作光纖一樣同時(shí)進(jìn)行傳輸業(yè)務(wù)。在結(jié)構(gòu)上，可重構(gòu)型光分插復(fù)用器ROADM兩側(cè)一個(gè)是2×2的光開(kāi)關(guān)，一個(gè)是分光器，該分光器負(fù)責(zé)將ROADM的輸出信號(hào)饋送至工作光纖和保護(hù)光纖）。需要注意的是，在這種倒換方式中，當(dāng)工作光纖與保護(hù)光纖沿相反方向傳播時(shí)，保護(hù)光纖將出現(xiàn)波長(zhǎng)沖突。

（2）1：1 保護(hù)倒換

1：1保護(hù)倒換的保護(hù)光纖不傳輸業(yè)務(wù)，只有當(dāng)工作光纖出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)才切換到保護(hù)光纖。在實(shí)際應(yīng)用中，工作光纖與保護(hù)光纖可以同向，可以反向。工作光纖和保護(hù)光纖如果同時(shí)發(fā)生故障，那么系統(tǒng)將不能完成保護(hù)倒換。所以工作光纖和保護(hù)光纖在實(shí)際應(yīng)用中必須分開(kāi)鋪設(shè)。

（3）1：2 保護(hù)倒換

該方式采用兩工作光纖沿不同的方向進(jìn)行工作，共享一條保護(hù)光纖（方向任意）。與1：1保護(hù)倒換相同的是，保護(hù)光纖需要與工作光纖分開(kāi)鋪設(shè)。

圖1 1：1反向倒換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在4×2（即 4個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn) 2個(gè)用戶(hù)）WDM環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)中，我們簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)了一種基于1：1保護(hù)倒換方式的解決方案（如圖1所示）。該方案中，工作光纖與保護(hù)光纖傳輸方向相反（實(shí)線(xiàn)為工作光纖），使用的光開(kāi)關(guān)包括2×2和1×2，而光功率檢測(cè)模塊（OPD）在不同的位置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。其中：OPD-1對(duì)鏈路進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的光功率值進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)異常，則光開(kāi)關(guān)A與光開(kāi)關(guān)D協(xié)同工作，啟用保護(hù)倒換功能，跳過(guò)故障區(qū)域；OPD-2、3用來(lái)檢測(cè)分光器及WSS故障（出現(xiàn)故障機(jī)率?。琌PD-2檢測(cè)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，光開(kāi)關(guān)A、B一起作用完成倒換；OPD-3檢測(cè)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，處理起來(lái)相對(duì)復(fù)雜，主要是考慮到WSS的波長(zhǎng)選擇輸出功能，這時(shí)候應(yīng)該是光開(kāi)關(guān)C、D協(xié)調(diào)工作，其中光開(kāi)關(guān)C用于將信號(hào)導(dǎo)向光濾波器，完成對(duì)已經(jīng)下路的波長(zhǎng)阻斷功能，然后再將上路的信號(hào)與濾波后的信號(hào)由耦合器一起輸出至工作光纖（光開(kāi)關(guān)D控制）。

5 結(jié)語(yǔ)

本文分析了WDM環(huán)網(wǎng)中保護(hù)倒換技術(shù)的重要性，并簡(jiǎn)要介紹了幾種常見(jiàn)的WDM環(huán)網(wǎng)保護(hù)倒換方式。根據(jù)數(shù)據(jù)分析出WDM環(huán)網(wǎng)中故障的主要類(lèi)型為光纖線(xiàn)路故障。接著提出了故障檢測(cè)技術(shù)，并說(shuō)明誤碼率檢測(cè)不適用我們的網(wǎng)絡(luò)，而功率檢測(cè)非常簡(jiǎn)單實(shí)用。最后，我們以4×2 WDM環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)了可行的保護(hù)倒換方式。

［1］顧畹儀．WDM 超長(zhǎng)距離光傳輸技術(shù)[D]．北京郵電大學(xué)出版社,2006.

［2］謝鋒．光纖線(xiàn)路自動(dòng)切換系統(tǒng)及光網(wǎng)絡(luò)自愈技術(shù)研究[D]．北京郵電大學(xué)，2010,1.

［3］韋樂(lè)平．SDH自愈環(huán)結(jié)構(gòu)的分析和比較[J]．電信科學(xué),1999,6.