基于光缆通道自动切换的探讨

李 杰， 崔炳胜

(1．北京铁路局 电务处，北京 100860;2．北京铁路局 北京通信段，北京 100860)

1 概述

光纤传输通道的稳定与否对铁路调度通信的畅通至关重要，一旦光纤传输通道发生故障，将直接影响铁路的通信调度指挥系统、信息系统及运行列车的行车安全。光纤通道的可靠性虽然较高，但也有可能造成光缆损坏，例如光缆断芯、熔纤质量不好、光纤跳线接头松动或接头积灰导致损耗增大等。因此不论采用专用光纤通道或复用通道，在工程设计中，敷设的光缆要留有一定的备用芯线，当工作的纤芯断芯等故障导致数据传输误码率增大或中断时，可切换到备用芯线继续进行数据通信，提高系统的安全可靠性。

2 备用光纤通道的切换方式

通道的安全性十分重要，应考虑通道的双重化，通常在北京铁路局管内沿线许多区间都具备敷设有不同路由的两条光缆，其中一条路由为主用通道，另一条路由做为冷备光缆用于备用通道。

主/备用光纤通道的切换可以手动切换，也可自动切换。手动切换简单，不需额外设备，但切换需人工干预，所需处理时间也较长，如若处理不及时极易造成重大事故，影响系统的安全可靠性。自动切换需采用专用的通道切换设备或具有通道切换功能的通道接口，自动切换所需时间短，系统可靠性大大提高。

(1)手动切换方案。在实际工程中，现场敷设的光缆需经光缆终端箱，通过熔纤工序和尾纤熔接在一起，然后由尾纤直接或经光缆终端箱上的法兰盘和光纤跳线接至保护装置的光纤接口。施工时，往往是熔纤后主用通道的尾纤和备用通道的尾纤捆放在一起，需用哪个通道则将哪个通道的尾纤接至保护装置。这样做，不但尾纤容易折断，通道易混淆，而且操作也十分不便。

(2)自动切换方案。自动切换则是在保护装置检测到主用通道通信异常时，自动将主用通道切换到备用通道。要实现传输通道的自动切换，需增加切换模块和光端机等设备。

结合北京铁路局通信系统的特点，会同光仪器厂家在天津北站与塘沽站之间进行了光缆自动切换保护系统的测试工作，该系统采用了1 +1 和1∶ 1 两种基本方案，测试结果显示，该系统基本满足对系统维护及可靠性的需求。

光路自动切换保护系统组成如图1 所示。光线路保护系统由光线路保护设备(OPS——Optical line Protection Service)和操作维护终端组成，可以实现光功率监测、光路自动切换以及网络管理等功能。在光通信网络中，OPS 实时监测工作光纤和备用光纤上的光功率，当监测到当前工作光纤上的光功率值低于设定的切换门限时(设备初始切换门限功率值为-30 dBm，用户可以根据设备类型及对方线路实际情况进行相应的设置)，发出告警提示并自动切换到备用光纤，从而实现对光传输系统线路的保护。

系统主要特点:缩短通讯中断时间，提高维护效率，极短时间内自动恢复通信;减少线路故障造成的各种损失，具备透明传输性，增加传输网络的可靠性，提高服务质量;在保证业务无阻断的前提下任意调度主备工作路由(线路检修、割接调度);实时监测主备光纤光功率，支持整个系统的远近程控制，方便管理和维护。

图1 光路自动切换保护系统

有1∶ 1 保护模式(详见图2)和1 +1 保护模式(详见图3)两种测试模式，主要技术参数:工作波长1 310 ±50 nm 和1 550 ±50 nm;监测光功率范围+23 ～-50 dB;监测光功率精度 ±0．25 dB;监测光功率分辨率 ±0．01 dB;回波损耗≥55 dB;偏振相关损耗≤0．05 dB;波长相关损耗≤0．1 dB;插入损耗，1∶ 1 模式发端 ＜1．2 dB，收端 ＜1．2 dB，1 +1 模式发端 ＜4 dB，收端 ＜1．2 dB;切换时间，1∶ 1 模式 ＜35 ms，1 +1模式＜15 ms;工作寿命＞107次;工作温度-10 ～+60 ℃;存储温度-20 ～+75 ℃;电源DC(36 ～72)V和AC(85 ～264)V/50 ～60 Hz，双电源供电;掉电状态为保持或切换到备通道;光纤接口为SC/PC(可选);尺寸为标准19＇机架1U/4U 。

图2 1∶ 1 保护模式

在实际测试过程中发现该系统还存在以下几个问题:

(1)没有网管系统，不能对光缆衰耗做更具体的分析，使很多测试数据不便于管理和应用，操作性差。

(2)正常工作时主用光缆和备用光缆容易发生冲突，可能造成通信误码，造成通信故障。

(3)故障告警没有声音，不便于维护人员及时发现，容易延误时机。

针对以上方面的不足，我们提出了具体要求和解决思路，并对该系统做了补充和完善，增加了完善的网管系统，可以通过RS-232 接口接收来自计算机的控制信号来实现自动测量或实时监控(利用串口监控系统或串口软件)，也可以通过以太网口利用光保护监控系统(网管软件)进行远程监控。主用光缆和备用光缆增加了优先级设置，当设备处于自动工作模式下，设备会根据线路情况自动选择工作通道:仅一条路由可用时，工作在可用路由对应的通道;两条路由均可用时，工作在时间上最先通畅的路由对应的通道(按通信衰耗情况自动选择优先线路);增加了声音告警的功能，以利于维护人员及时排除故障。

图3 1 +1 保护模式

3 结语

介绍了一种基于OPS 和光开关技术的光缆自动切换系统，该系统具有普适性。该系统还具有结构合理，功耗低，可靠性高，使用价值高等突出优点。该系统是一个独立于通信传输系统、完全建立在光缆物理链路上的自动监测保护系统，当工作线路光纤损耗增大导致通信质量下降或工作线路光纤发生阻断时，系统能够实时自动地将光通信传输系统从工作光纤切换至备用光纤，将光缆故障引发的通讯中断时间压缩至毫秒量级，从而大大提高光缆线路的可用性，从而最大限度保证了通信的可靠性。