波分的环网保护技术

韩莹春

锦州铁通分公司网络运行维护部工程师，辽宁 锦州 121000

随着数据通信的发展，Internet用户的大量发展，IP逐渐成为业务主导。因此，过去那种将IP数据报文通过转换承载到SDH设备上的方式，已经不能满足IP数据流爆炸式的增长。而波分复用（WDM）技术由于能提供巨大的带宽，将成为骨干网中最主要的传输技术，IP over WDM也将是未来发展的趋势。

目前提出的IP over WDM模型包括重叠模型和对等模型。在重叠模型中，客户层网络和光传送网络都有独立的路由协议、地址结构和网络拓扑。在对等模型中，两个网络支持统一的路由协议、地址结构和网络拓扑。但是，大部分客户还是希望保持WDM和IP的独立性，并且重叠模型网络实现简单，业务提供者可在边缘进行管理工作，通过WDM提供基于电路的连接，以满足不同客户的要求。而基于此，对客户就要提供更高的网络稳定性。因此，就涉及到一个WDM环网保护自愈的关键性问题。

所谓自愈环，就是无需人为的进行相关数据配置，环网就可以在极短的时间内自动发现故障，并可以迅速自动进行相关的业务倒换，快速恢复网络传输能力，使用户完全感觉不到网络已发生拓扑改变，从而给用户提供更安全的传送业务。构造WDM自愈网络有两个主要方案：1）在物理层网状网拓扑结构中应用光交叉连接设（OXC）构造自愈网；2）在物理层环网拓扑结构中应用光分插复用设备（OADM）构造自愈网。环网结构的WDM自愈网络与网状网结构的WDM自愈网络相比，具有以下优势：1）由于OADM节点要求非常简单的倒换功能，比OXC更加经济；2）由于OADM具备相对比较少的倒换步骤，OADM简单的功能结构使得网络的透明性增加，因此网络的光损耗降低，相邻节点间的跨距增加；3）由于环网结构简单，环网采用共享备用资源的保护方式将简洁快速地进行保护。因此，现有网络中绝大部分都是采用OADM方式来构造自愈网。OADM应具备如下功能：网络保护倒换功能、波长信道分插复用功能和动态波长路由选择功能。根据对波长处理方式的不同，WDM的节点的基本结构可分为3类，即并行、串行和串并混合模式。并行结构对在本节点上下的波长进行复用和解复用，所有直通波长也要进行复用和解复用。串行结构只对在本节点需要上下路的波长进行滤波处理，而对直通波长不进行处理。串并混合模式是以子波带为单位进行上下路，可实现波长的模块化的平滑扩容。

WDM环网保留了环形结构的自愈特性。目前实际使用中的WDM环网多为两纤、四纤和多纤环。在WDM环中，最重要的一点就是波长转换。当光路中断后，复用光信号到光纤需要进行波长转换。从成本和网络简单性来说，最好是同波长交叉，但是不能充分利用波长资源。在网络中的一定节点安放一定数量的波长变换对波长资源充分利用还是有利的。以下是WDM的几种自愈环网：

1）单向两纤环

采用2纤工作，外环光纤为工作光纤，复用工作波长。内环为备用光纤，复用保护波长。在此环网中，节点间的通信由预定波长携带，对应的来业务方向和去业务方向是同向传送。假设环中节点不作波长转换，节点A到节点B的业务由波长λAB携带，节点B到A的业务由波长λBA携带，则节点C、D将直通该波长。环中所有节点通过波长连接实现通信。

在正常工作状态，每个网络节点能够根据需要分插波长信道和旁通其它波长信道。当工作纤被切断时，断点两侧的OADM实行保护倒换，通过保护纤形成新的环状网。当某个OADM失效时，其两侧的OADM实行保护倒换，通过保护纤形成新的环状网。

2）双向两纤环

在双向环中，一个双向光通道通过相同路由上反向传输的波长组来建立，所组成的工作通道分布于两根光纤。内外环光纤复用的波长各有一半用作业务的传输，一半用于保护另外一根光纤的工作波长。即，外环光纤的工作波长由内环光纤的保护波长提供保护，内环光纤的工作波长由外环光纤的保护波长做保护。与电信号不同，WDM在一根光纤内的不同波长可用来传送不同信息方向的信号。从这个特点出发，也可让工作通道占用一根光纤，由单根光纤传输双向业务，让另一根光纤作保护。

双向环的主要优点是提供了波长的重用能力，可在网络总波长不变的情况下，更方便的安排波长。但双向环的控制相对单向环要复杂。目前对于双向环，通常都采用内外环都承载工作波长的方式。如果某段出现故障，则相邻两个节点都把发往故障区段的光信号切换到反向传输光纤的保护波长组，再绕环传输到接收节点，这样在环路保护中，只切换了工作波长的传输通道，环路节点的配置没发生改变，提高了保护效果。

3）四纤WDM环

四纤环中相邻节点间用四根光纤连接，可分为传输方向相反的两对光纤，其中一对为工作光纤，另一对为保护光纤。这样可以提供灵活的波长重用功能，在相同网络规模情况下，网络容量比两纤双向环提高了一倍，同时还具有灵活的业务保护能力，可以使用区段保护方式。但此种结构机制复杂，光纤使用多，不适合光纤资源紧张的地区。

4）多纤环

多纤环是指相邻节点间使用超过四纤的网络。此种网络，在网络节点间波长复用数量相同情况下，由于采用空间复用，可以适当降低单根光纤复用的波长数量，而且波长的重用性也得到了提高。但是相应的网络投资成本也加大了，环路配置和控制将更复杂。

WDM的保护倒换是如何判据的，目前主要是两种环路倒换的判据条件，即接收失效（收无光）和光传送质量（误码率）。

倒换协作的两种方式为：一种是通过尾端将通往上游的光信号切断，使首端在检测到故障时自动实施倒换。另一种是使用光监控通道来传送有关信息，在单向失效情况下，尾端通过光监控通道将接收故障信息通知首端，从而使倒换节点工作。

下面就中兴波分设备ZXWM M800，简述一下比较常见的光通道的几种保护方式。

1）光通道1+1保护

此方式由OP板利用并发选收的工作原理完成。在发送端，被保护的业务通过OP板上的耦合器一分为二，进入不同的通道传输；在接收端，在接收端，通过OP板优选信号接收。

通过按照OP板在系统中的位置可以分为两种保护方式：OP板在OTU板之前实现的通道保护，即通道冗余保护和OP板在OTU之后实现的保护，即通道非冗余保护。通道冗余保护的倒换触发条件为OTU单板的LOS、LOF、误码越限。通道非冗余保护的倒换触发条件为OP单板的输入无光。

2）光通道1：N保护

通道1：N保护可以通过电交叉板（SWE）或者光多通道保护板（OMCP）实现。SWE板通过光电转换和电平面上的空分交叉，以电交叉方式实现业务上下和保护倒换。当不止一路业务同时出现故障时，选择高优先级业务进行保护，保护的优先级在网管中设置。OMCP板实现的保护与SWE板的相似，只不过OMCP板通过单板内部的光开关倒换模块，以光交叉的方式完成业务的上下和保护倒换。

3）两纤双向通道共享保护

两纤双向通道共享保护是实际工程中最常用的保护方式，它是通过APS（自动保护倒换）基于K字节的信令传递方式或基于IP包的信令传递方式来实现的。通过OPCS单板实现，OPCS单板接收并执行来至OCS板的保护倒换命令，倒换与恢复由单板上的光开关实现。其触发条件为复用段触发机制（OPA）、OPCS 触发机制、业务单板触发（OUT）。其具体触发原理为：

（1）复用段触发机制（OPA）

复用段触发机制属于光层面的检测，以OPA的入光功率为检测点，利用OPA产生的无光告警为触发条件，经过APS协议的处理之后，触发各站点的OPCS 内部的光开关进行动作从而达到保护的目的。当线路故障排除后，系统恢复原来的工作状态。

（2）OPCS 触发

它是一种光层面的触发机制，检测OPCS 配置了业务的工作通道光功率，利用产生的无光告警作为触发条件。

（3）业务单板触发（OUT）

它是电子层面的检测机制，通过业务单板OUT检测传送的业务质量，利用其产生LOS 、LOF 、B1误码为触发条件，经APS协议算法处理后，向OPCS发送APS倒换命令，使单板光开关会立即动作，使OUT 接收到来自保护通道的业务。

中兴波分ZXWM M800充分利用WDM环网自愈技术，使网络具有更高的生存性和可靠性，即使发生断缆或设备故障，业务仍然能通过反向通道进行正常传输，从而为大颗粒业务提供最佳的保护。

[1]张民.宽带城域网[M].北京邮电大学出版社，2003.

[2]李秉钧，万晓榆，樊自甫.演进中的电信传送网[M].人民邮电出版社，2004.