DWDM系统光保护技术的研究

王 庆 黄会玲

(1中国电信股份有限公司黄石传输局，湖北黄石435003; 2湖北师范学院物电学院，湖北黄石435002)

0 引言

现阶段，随着科学技术的快速发展和社会的不断进步，人们对通信网络的依赖越来越强，因此，对通信网络的容量要求也越来越大，而密集波分复用技术(DWDM:Dense Wavelength Division Multiplexing)则被认为是目前相对较成熟而且经济灵活的一种增容技术。以STM－16为基础的DWDM系统，只要波长大于8 nm，就可以实现20 Gbit/s以上的传输速率，并且只需采用相当成熟而价格较低的电子器件，光纤色散对再生距离的影响也小得多［1］。随着密集波分复用技术和高速数字交换技术的广泛应用，使得越来越多的信息业务集中到较少的节点和线路上，网络上传送的信息的高价值性和多样化致使网络失效时造成的经济损失和社会影响也变得更加巨大。据统计每年我国发生超过2千次的光缆阻断，造成了超过10亿元的巨大直接通信损失，对国民经济各行业也造成了不可估量的重大经济损失。因此，网络生存能力成为影响网络设计与构建的重要因素，通信网的可靠性、有效性也就变得日益重要。如果想要在链路或结点发生故障时，通信网络仍然可以提供不中断的业务，高速和宽带系统在设计时就必须采取相应的保护措施。

1 DWDM系统现状

近年来，对信息高速公路的建设已经成为通信网络发展的当务之急。为了能给信息高速公路提供“高速、安全、灵活”的服务，以适应宽带综合业务数字网络发展的需求，对信息高速公路的承载者——光传输网络也就提出了更高的要求。但是由于光纤的自身原因以及各种外在因素，光纤线路的运行状况很不理想。首先，就物理特性而言，光纤的质地非常脆弱，而且机械强度低，因此，在加工和割接的过程中都需要比较好的切割以及连接技术，并且对分割和藕合的技术要求也都很高。正是由于光纤在这些特性上的缺陷，导致了在施工或运行过程中，光通信线路的中断现象时有发生。再加上光缆所处的地形、地貌和气候的差异非常大，因而对光缆线路可能造成的危险因素也就更多。特别是最近几年，随着我国经济建设的快速发展，全国各地都大量展开基础设施建设，导致光缆线路障碍甚至中断频频发生。另外，现有的光纤传输网络仍然属于模/数混合网络，智能化程度不高，并且网络的节点都是以固定的方式连接，很多地方传输通路群的调度和转换依然靠人工操作来实施，再加上已经形成的大部分传输网在关键的地方还没有组成环状自愈网，光缆线路都是直接接入到大中城市，承受不了非常情况下的冲击，这些障碍的发生给光缆线路干线的可靠性和安全性造成了极大地威胁和伤害。

2 光保护技术

光保护技术通常是指按照光纤传输网络的结构特点，选择与主路由不同的第2条路由来作为自动倒换的备用路由，并且根据主路由的光特征对备用的路由进行一定的改造，这种改造包括功率核算、色散核算、信噪比核算和线路衰减核算等，从而使备用路由的光特性能与主路由拟合，通过线路的自动倒换而达到在线路层对光通信系统进行自动保护的目的［2］。

现阶段，如何在提高传输网络的安全性的同时，使其兼具较高的生存能力和竞争能力，已经成为各大电信运营商在传输网络的优化扩容中首先要考虑的问题。为了解决光通信网络中的光路中断问题，必须研究和设计出相应的光路自动保护系统的方案。目前比较成熟的保护技术主要有:SDH自愈环保护、光路分流保护、人工调度保护、光路自动切换保护技术和利用光纤中的冗余波长实现光保护等。

2.1 光纤自动切换保护技术

光纤自动切换保护技术是指当工作链路发生传输中断或者传输性能劣化到一定程度时，系统的倒换设备能将主用光纤上正在传输的信号自动转至备用光纤系统上继续传输，从而使接收端仍能准确、及时接收到正常的信号而不受到网络故障的影响［3］，光路自动切换技术原理图如图1所示。光纤自动切换保护系统主要由2部分组成:自动切换站和网管中心，在安装自动切换保护系统后，能实现对光功率的监测、发生通信故障时的光路自动切换以及保护网络管理等功能。光纤自动切换保护系统的切换模块主要包括光功率监测、光开关、光源监测等部分。

图1 光路自动切换技术原理图

分光器和光控测器是组成光功率监测模块的2个主要部分，用来实时地监测主用路由和备用路由上光纤的光功率值的变化情况。考虑到光接收灵敏度和传输距离等因素，一般选择反光比为97∶3的分光器，即分出3%的光功率在备用路由传输，其余的97%的光仍在主用路由上传送，这样就相当于主路由的传输线路上增加了0.25 dB左右的光损耗。而光功率探测器则实时地采集由分光器传来的光功率的值，并将结果传给主控模块，主控模块对探测到的这些光功率值进行计算和比较之后，再决定是否需要下达切换命令。如果下达了切换命令，光开关模块在收到指令后立即执行切换动作［4］。

光自动切换保护系统是专门针对光缆线路故障而设计的，完全独立于SDH系统和DWDM系统的网元设备，可以结合备用光纤路由组建切换保护网络。目前，黄石电信机房已安装光自动切换保护系统，项目实施后证明，光自动切换保护系统安全、灵活、快速可靠，并且业务恢复能力强。可以有效地解决光缆线路维护过程中遇到的很多问题，比如可以降低因为线路阻断而导致传输业务中断事故出现的频率;缩短发现故障和恢复的时间，而且在此过程中不需要中断业务信号的传输;其次还可以降低光缆线路的维护费用;最后在整个切换过程中路由调度灵活，线路割接和检修都比较方便，对提高线路维护绩效有很大的帮助。

2.2 利用冗余波长实现光保护

在光缆线路遇到故障时，若要启动自动切换系统，必须保证有备用的光纤，也就是说光自动切换保护系统实现的是光纤与光纤之间的保护，但是，就密集型光波复用本身而言，能组合一组光波长用一根光纤进行传送。更确切地说，是在一根指定的光纤中，一组波长就是一个信道，DWDM系统所用的光源波长和信道间隔精确度高，且配有波长监测与稳定控制装置来对光源的波长和信道间隔进行精确的控制，以防止波长的漂移，实现系统稳定、可靠的工作。所以在某一路信号出现故障时，只要光纤没有问题，还可以利用冗余的波长来实现光保护。

目前，利用冗余波长实现光保护的技术已在广东电信投入商用，但要实现利用波长进行保护，必须具备以下几个条件:首先必须在不同光缆上开放有DWDM系统;其次DWDM系统上必须有空余波长;最后还必须有OTU(Optical Transport Unit光转化单元)。采用这种光保护措施的优点在于用较少的保护设备保护了较多的段落，可以有效解决备用路由光纤严重不足的难题。但它同时也有一定的缺点:

1)只能在靠近倒换设备的中继段才能自动倒换，在其他中间部分的中继段不能自动倒换。

2)必须有OTU，那么必定增加成本。OTU的作用起特定波长转换和功率匹配作用;深圳华为技术有限公司OTU设备每对10万元，国外OTU设备的价格是国产OTU价格的4倍以上。

3)占用了波长资源。

2.3 光纤保护实施中存在的问题

由于光缆传输需要经过转接端子箱、光缆机、电缆层等连接环节，并且光纤的施工工艺复杂、施工质量要求高，因此如果在保护装置投入运行前的施工、测试中存在误差，则会导致保护装置的误动作，进而影响全网的安全稳定运行。在光保护设备安装的过程当中，不能引起通信系统的长时间通信间断，在系统调度过程中，若电路中断超过1 min，则应立即还原系统，待查明失败原因并排除障碍后再重新调度，严格控制传输系统中断时间。假如每个中继段调度的时间超过计划用时5 min，则放弃该段光保护设备的介入。同时，在各站要准备好相关备盘待用，并准备不同大小的衰耗器。在割接实施前必须要完成对所有备纤的测试。在测试及安装保护时尽量使用固定电话，不要在传输设备前使用移动电话，以免对光功率测试的准确性造成影响，而且每中继段的系统倒换试验必须在所有系统介入正常后再进行。

2.4 现有光保护方案存在的问题及处理策略

DWDM系统的光保护措施能解决门限问题、波长上下限问题、级联问题，但波分系统门限不能简单的根据接收端的光功率来判断。门限高时，如果波长数变化会误切换;门限低时，如果线路劣化不会自动倒换，不能达到应有的保护效果。波分系统某段纤故障可能引起系统全程无光，可能导致级联倒换，比如前段阻断会导致后段无光倒换。

但是，现在采用的DWDM光保护的解决方案一般都存在以下的的缺点:

1)用延时解决级联问题，这样牺牲了倒换的时间，而且概率事件与系统的光放特性波分系统的设备、网管特性相关具有一定的随机性。

2)设置低门限，这是以牺牲自动倒换的有效性为代价的，而且还会产生上下波问题。

3)无法避免无关线路阻断引起的误倒换［5］。

光保护系统主要保护的是业务系统，在一般的光通信系统中，无论是主用路由还是备用路由都是24 h准备承载业务的，因此，一定要保证主备用路由长期处于最佳状态，也就是说，要时常检查，保证主、备用路由光功率值合理、稳定。对主、备用路由的检查主要包括线路变化后光功率的检查和日常光功率的检查。日常光功率的检查主要是通过每天记录光功率值来达到检查的目的。变化后光功率的检查则是在线路割接、线路平移升降、线路障碍等涉及光保护主、备用线路时，在动线路之前和线路整治结束后，对光功率值进行记录，并进行对比，如果发现变化超过2 dB，说明线路不正常，就需要上报并进行整改。

3 结论

光纤自动切换保护系统是针对传输网络防阻断需求而设计的，完全独立于 SDH和DWDM系统的网元设备，在结合备用光纤路由或空闲波长通道的情况下，可以组建一个切换保护网络。但由于它要求对光路工作情况的实时监测必须快速、准确，而且主、备用路由的各种参数值必须匹配，否则就有可能导致误切换或者遇到线路障碍时不能及时切换，因此，要真正做到保证通信系统稳定、可靠地运行，将由于线路故障所引起的不便和损失减小到最低程度，还是要将光纤自动切换保护系统与人工维护相结合。

［1］ 谭丽娜，赵丽.光纤通信自动保护系统的应用［J］.科技创新导报，2010(11):19

［2］ 吴湛.光路自动切换保护技术的原理和应用设想［J］.电力系统通信，2006，27(2):17－20

［3］ 曹俊忠，鲍振武.快速故障检测光路自动切换系统设计与应用［J］.电子测量与仪器学报，2004，18(1):34－38

［4］ 支春龙，史正思.光线路自动切换保护在光缆线路上的应用［J］.邮电设计技术，2010(6):61－63

［5］ 王一，肖石林.自动切换光路保护方案的应用与实现［J］.光通信技术，2008，32(10):18－20