W ISTOM——集多功能于一身的光层监测平台

特约通讯员 许廷涛

在本文中，我们将会介绍Proximion公司新的超高速、高性能扫描滤波器技术。这是一项技术上的突破，提升了速度，而并不影响性能。读者们还能够更深入地了解Proxim ion公司的技术平台——光纤智能。本文将会介绍Proxim ion公司如何直接在光芯实行光通信监测。有了这些技术，Proxim ion公司可以为系统供应商和服务提供商提供一种新型的多功能工具，即光层监测。光层监测适用于各种网络应用，通过验证质量服务，它能够确保光通信层的安全。

光层监测在现代光网络的作用

光网络在70年代初出现，它的出现得益于将玻璃转化成高品质、低损耗的光纤电缆的技术进步，以及创建半导体激光器的新技术的应用。当时，传输数据设备一般为光学实验室的实验者所使用，这些设备只能以中等的通信速度在小范围内传输。

在过去的30年中，通过光纤网络传输数据的技术已经大大改善，利用了光纤的巨大运输能力，这项技术逐渐发展成为一个成熟的技术平台。近年来，随着通信带宽需求的剧烈增加，新的网络拓扑结构已近开始部署，它涵盖了从数据发送方到数据接收方的传输过程的每一个阶段。常见的拓扑结构包括办公、城域、长距离、超长距离以及海底网络，所有这些努力都是为了满足日益增加的带宽需求。系统供应商已经开始研究通过在光纤中加入更多的信道使现有的光纤发挥更大作用，而不是安装更多的光纤。

这种方法称为波分复用技术（WDM）,也可以理解为通过使用特定波长的光进行传输，分隔每一个信道。

现代光纤网络技术可以使超过100个信道同时在一根光纤上传输，在远距离传输中，每个信道的数据传输速率高达每秒100亿比特。因此，每根光纤最多可容纳100万个用户实现高速上网。

随着信道数量的增加，信道间隔变得更密集，通信速度提升，在这种情况下，更好地利用光纤带宽的趋势已经越来越明显。这种趋势，以及更远距离的、没有光学数据恢复的数据传输的发展，促进了光层监测需求的产生，以确保数据传输的质量。

随着系统供应商对光学通信设备不断力求完美，网络运营商对于高性能监测和控制系统的需求也在增长。近年来，在需要应用光层监测的领域，各种应用设备已投入使用。

光层监测就是对传输光的物理性质的精确测量，如光功率、波长以及光噪声。此外，这些测量必须在毫秒之间完成。若要适应现代光网络中的各种设备，则需要一个灵活的、可定制的通信接口。

Proxim ion公司的产品WISTOM结合了各种必须的接口，并且提供基于该公司的创新扫描滤波技术的光层监测，助你解决手头上的监测任务。

光层监测方案

速度需求

在系统供应商或服务提供商看来，对比多款应用在光通信中的系统设备，各种设备间的特征与应用具有高度的多样性。

仔细分析光层监测的基本要素，可发现扫描滤波装置应满足三个简单的要求：

1.快速扫描

2.窄滤波带宽

3.高边模抑制

当研究人员围绕着一个覆盖所有信道的快速扫描过滤器实行光层监测时，出现了数量众多的、依靠监测系统的快速反馈循环的应用程序。这些受益于以毫秒为单位计算的快速反应时间的应用程序有保护开关与动态增益均衡功能。

利用窄滤波带宽的扫描装置可以使光层监测适用在高通道数系统中。窄滤波带宽与高边模抑制结合，可以得到精准的光层性能测量。

用户在选择装置时考虑到这三个参数，将可确保他们的监测系统装备完善。未来，信道间隔将呈下降趋势，而信道数量将逐渐增加。

当这三个参数整合成一个扫描装置并且集成一个灵活的、可定制的硬件平台时，你就可拥有一个不但适用于所有应用设备，而且适用于光纤通信网络各层的监测单元。

光纤智能

为了生产一个能够满足当今与未来网络监测需求的扫描滤波装置，Proximion公司将技术应用至光芯，即直接至光层本身。Proxim ion公司称其为光纤智能。

Proxim ion公司的扫描装置使用了一项拥有专利权的，专门生产超高速、高性能滤波器的新技术。这是通过开设一个非常窄的光栅光纤传输窗口完成的。

一般情况下，光栅光纤可以看作为一个光学滤波器，部分入射光将在这个光学滤波器中传输或反射。因此光栅会被写入光芯内，这样就可以与传输光相互作用。

光栅是通过将特制的光芯部分暴露在紫外线条纹下产生的。光芯部分的直径通常不超过5微米（即相当于普通人体毛发直径的十分之一）。紫外线会局部性地促使光纤核心部分的折射率发生改变。折射率的改变，即使是细微的变化，都会被看作一面小镜子，当传输光试图穿过光栅时，其中的一部分传输光将会被反射。为了在一定的间隔内，有序地的制造数量众多的局部“小镜子”，Proximion公司研制出了光学谐振腔。通过调整镜子元素间的距离和振幅，滤波器的特性（如波长与发射光的数量）也可以调整。

Proxim ion公司的多功能和独特的光栅写入技术采用了双光束干涉仪制造紫外线条纹，用于促使光芯折射率的改变。一个高度精确的移动控制器可以在几百毫米中以纳米级的精确度依次加入这些条纹。通过主动地控制加入条纹的周期，以及添加抖动机制，可以为任意一个应用程序生产各种滤波器。

通过计算机的按键，很容易就能改变光栅的特性，如波长范围、反射、边模抑制和色散补偿等。

扫描滤波器

被监测光首先被分流到主输电线路，然后传输到密封的扫描装置中。在密封的装置内部，被监测光首先通过一个光循环，这个光循环会引导被监测光走向宽带光纤光栅，而光纤光栅只会反射被分析的通信信道的光学光谱。因此，带通滤波器拒绝传输任何杂散光，通信频带外的信道会出现在传输线上。经过反射和过滤的光再次通过光循环，这次光循环引导光进入扫描滤波器。

扫描滤波器有两个主要组成部分：

1.声光器设备

Proxim ion公司的光层监测器W ISTOM

2.啁啾光纤光栅

电子信号发生器驱动发声器，发声器发出一个短的、纵向的声脉冲至光芯。这个脉冲以极快的速度在光纤中传输，并通过长长的光纤光栅。啁啾光纤光栅的特点是在光栅中明确界定的位置反射特定波长的光。随着声脉冲通过光栅，对光芯折射率的局部与叠加的干扰已经完成。通过特殊的干扰，可以创建出具有高边模抑制的窄传输窗口，这个窄传输窗口可以允许特定波长的光通过光栅。脉冲穿过啁啾光栅后，传输窗口的中心波长就会被转变，然后执行扫描。声脉冲在光栅中传输的速度是极其之快的。一次对整个通信频带的扫描在100微秒内完成。如果我们在伦敦与巴黎之间连接上一条光纤，那么声脉冲可在60秒内走完全程。一个快速探测器与一个从模拟到数字的转换器一直在监测通过扫描滤波器的光信号的振幅。光信号被转换至电气领域，然后被放大并存储在数据储存器中，再进行数据处理。当滤波器正在进行扫描时，产生的实时数据谱流超过3亿数据位每秒。为了充分利用这些数据流，滤波器需要一个快速的硬件平台去检索以及实时处理数据，这样做可以同时完成两个重要的任务。使用同一款监测装置既可以得到速度，亦可以得到光谱性能。Proximion公司的WISTOM就是完成该功能的光层监测平台。

WISTOM平台简要示意图，应用层位于最上层，提供网络应用，接口与协议，中间层为软件平台，安装了实时操作系统，最低层为硬件平台，提供信号接口。

集多种应用于一身的光层监测器WISTOM

通过使用W ISTOM，电信网络系统或者网元管理系统可以控制光网络节点，并且能够调整光网络参数。这些节点在城域环以及长距离或超长距离的网络中运行。W ISTOM持续的全谱、实时信道监测能够确保所有相关光学参数的有效扫描。因此，WISTOM是将所有功能集于一身的光层监测器。

功率电平检测

WISTOM能够监测每个信道的光功率，同时分析与检测光谱中的故障。监测可用于含可变间距线网格的复杂信道规划中，适用于任何信道密度下。与此相关的是在通道故障时的不同保护/恢复技术（故障管理）。W ISTOM完全适用于这些应用，其反应极快。

保护开关

为了避免数据丢失，保护开关在光网络中是必须的。信道需在几毫秒内恢复信号，使网络能够在影响服务的信息丢失情况出现前，实时改正自身。这使得热交换（自动的，非打断保护开关）和类似的网络重新配置被应用。在光纤断开时，服务恢复对用户透明。

动态增益均衡

DWDM设备的功率监测能力在光纤中要最大限度地放大。当光纤与其它光学元件老化时，它们的特性就会发生改变。可变输出放大器可以加强复光信号，使得信号在光纤中进行长距离传输时不会发生退化。从WISTOM的监测数据中估算得到的快速、精确的信道功率，可用作对光放大器（EDFAs）以及激光二极管发射机的输入功率，进而控制信道的增益和平衡光功率。

光性能监测

WISTOM的光性能监测具有无干扰的能力，可以在全光域中进行。这使得它本身的协议和比特率透明，支持所有的数据速率和帧格式。全光谱的光性能监测对功率、波长以及光信噪比的扫描是实时进行部署的。

光分插复用器监督

光分插复用器是一个开关元件，用于管理波长。由于信道被丢弃或者插入一个光分插复用器节点或光交叉连接中，输出功率往往会发生变化。交叉连接（OXC）是进行波长的交叉连接。为了防止干扰，网络需要通过动态地改变信道负荷进行重新平衡。这些电源平衡和增益倾斜调整可以提供有效的信道均衡。可重构OADMs（R-OADM）是在环架构中部署动态DWDM设备的重要组件。通过对波长的快速重构，运营商能够动态地提供他们的网络，开辟新的收入来源。

漂移跟踪

日益复杂的光通信网络使得监测参数漂移更加重要。可随时对选定信道的质量参数进行采样与记录。此外，性能数据可以预测网络增长/增强的需求。

Proximion公司高性能的光层监测器WISTOM，持续扫描光网络层，光网络层会产生描述光层状态的数据流，这些数据流的流量超过3亿个数据位每秒。最新型的实时硬件与软件平台会立刻检索并处理数据流，瞬间提供所有必要的光性能参数监测。两个并行且独立的的进程同时处理光性能与信道监测。WISTOM能够有效地分析各种信道计划，不依赖于通道网格和调制速度。WISTOM持续的、全谱的以及实时的光层监测将可确保任何WDM光网络的有效监控。

参考资料：

http://www.proxim ion.com/