浅谈光纤通信的特性及水利工程中的应用

师厚兴



浅谈光纤通信的特性及水利工程中的应用

师厚兴

南水北调东线总公司直属分公司，江苏 徐州 221000

水利工程的信息化发展离不开现代光纤通信技术的高速发展。基于此，主要介绍了“多业务平台（MSTP）、光传送网OTN、分组传送网PTN”等三种主流光纤通信技术的特性及在水利工程中的应用。

光纤通信；特性；水利工程；光网络

1 光纤通信简介

光纤通信是光导纤维通信简称，原理是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。实际应用中的光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。

光纤由纤芯，包层和涂层组成，内芯一般为几十微米或几微米，中间层称为包层，通过纤芯和包层的折射率不同，从而实现光信号在纤芯内的全反射也就是光信号的传输，涂层的作用就是增加光纤的韧性保护光纤。根据传导模式数量的不同，光纤通信可以分为单模和多模光纤通信两类。

2 光纤通信的特性

2.1 光纤的损耗

当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小，这种现象即称为光纤的损耗。损耗大小影响光纤的传输距离长短和中继距离的选择 ，影响光纤通信系统的成本。光纤的损耗又分为吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗等。

2.2 光纤的色散

信号在光纤中是由不同的频率成分和不同的模式成分携带的，这些不同的频率成分和模式成分有不同的传播速度，使得光纤输出波形在时间上产生展宽。光纤色散主要有：模式色散、材料色散、波导色散和偏振色散等。

2.3 光纤的非线性效应

因大的光功率引起信号与光纤的相互作用而产生各种非线性效应。光纤的非线性可分为两类：非线性受激散射和折射率扰动。受激散射指光场把部分能量转移给非线性介质；折射率扰动指通过改变所传输信号的光强度能够引起光纤的折射率的变化[1]。

3 常用的光纤传输技术

3.1 多业务传送平台MSTP

（1）MSTP继承了SDH技术的诸多优点，如良好的网络保护倒换性能、对TDM业务较好的支持能力等。

（2）支持多种物理接口。由于MSTP设备负责业务的接入、汇聚和传输，所以MSTP必须支持多种物理接口，从而支持多种业务的接入和处理。

（3）支持多种协议。MSTP对多业务的支持要求其必须具有对多种协议的支持能力，通过对多种协议的支持来增强网络边缘的智能性；通过对不同业务的聚合、交换或路由来提供对不同类型传输流的分离。

（4）支持多种光纤传输。MSTP根据在网络中位置的不同有着多种不同的信号类型，可以在接入层、汇聚层、核心层进行传输。

（5）提供集成的数字交叉连接交换。MSTP可以在网络边缘完成大部分交叉连接功能，从而节省传输带宽以及省去核心层中昂贵的数字交叉连接系统端口。

（6）支持动态带宽分配。由于MSTP支持级联和虚级联功能，可以对带宽进行灵活地分配，通过对G.7042中定义的LCAS的支持可以实现对链路带宽的动态配置和调整。

（7）链路的高效建立能力。面对城域网用户不断提高的即时带宽要求和IP业务流量的增加，要求MSTP能够提供高效的链路配置、维护和管理能力。

（8）协议和接口的分离。一些MSTP产品把协议处理与物理接口分离开，可以提供“到任务端口的任何协议”的功能，这增加了在使用给定端口集合时的灵活性和扩展性。

（9）提供综合网络管理功能：MSTP提供对不同协议层的综合管理，便于网络的维护和管理。

3.2 光传送网OTN

OTN是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。OTN处理的基本对象是波长级业务，它将传送网推进到真正的多波长光网络阶段。由于结合了光域和电域处理的优势，OTN可以提供巨大的传送容量、完全透明的端到端波长/子波长连接以及电信级的保护，是传送宽带大颗粒业务的最优技术。

OTN的主要优点是完全向后兼容，它可以建立在现有的SONET/SDH管理功能基础上，不仅提供了存在的通信协议的完全透明，而且还为WDM提供端到端的连接和组网能力，它为ROADM提供光层互联的规范，并补充了子波长汇聚和疏导能力。

OTN概念涵盖了光层和电层两层网络，其技术继承了SDH和WDM的双重优势，关键技术特征体现为：

（1）多种客户信号封装和透明传输。对于SDH和ATM可实现标准封装和透明传送，但对于不同速率以太网的支持有所差异。

（2）大颗粒的带宽复用、交叉和配置。OTN定义的电层带宽颗粒为光通路数据单元，光层的带宽颗粒为波长，OTN复用、交叉和配置的颗粒明显要大很多，能够显著提升高带宽数据客户业务的适配能力和传送效率。

（3）强大的开销和维护管理能力。OTN提供了和SDH类似的开销管理能力，OTN光通路（OCh）层的OTN帧结构大大增强了该层的数字监视能力。另外OTN还提供6层嵌套串联连接监视（TCM）功能，这样使得OTN组网时，采取端到端和多个分段同时进行性能监视的方式成为可能，为跨运营商传输提供了合适的管理手段。

（4）增强了组网和保护能力。通过OTN帧结构、交叉和多维度可重构光分插复用器的引入，大大增强了光传送网的组网能力，提供大容量传送带宽。前向纠错技术的采用，显著增加了光层传输的距离。另外，OTN将提供更为灵活的基于电层和光层的业务保护功能，如基于ODUk层的光子网连接保护（SNCP）和共享环网保护、基于光层的光通道或复用段保护等，但共享环网技术尚未标准化。

3.3 分组传送网PTN

PTN（Packet Transport Network，简称分组传送网）是指这样一种光传送网络架构和具体技术：在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本（TCO），同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。

4 光纤传输在水利工程中的应用

光通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中将起到重要作用。从现代通信的发展趋势来看，光纤通信也将成为未来通信发展的主流。

目前，光纤传输在水利方面应用也非常广泛，水利方面的调度运行管理系统、泵闸站监控系统以及防洪应急系统等是通过光纤通信进行数据的有效传输的。没有光纤通信的发展，就没有水利自动信息化的更进一步提升。

调度运行管理系统主要是国家级、省级或者市级等水利主管部门通过光纤通信的跨地域传输，轻松地实现远程操作管理及与各泵闸站综合会商的目的。通信的主要网络结构是现地站的计算机连接路由器和交换机、通过传输设备连接跨区域光缆、至水利主管部门通信机房的传输设备后后再连接路由器交换机，在技术人员对各种设备进行配置后，可以远程进行操作管理和综合会商等功能。

[1]李亮.论光纤通信的传输特性及其应用[J].无线互联科技，2013（4）：47.

The characteristics of optical fiber communication and its application in Hydraulic Engineering

Shi Houxing

The South-to-North Water Transfer Project Corporation under the branch，Jingsu Xuzhou 221000

The information development of water conservancy project is inseparable from the rapid development of modern optical fiber communication technology.This paper mainly introduces the characteristics of three main optical fiber communication technologies，such as Multi-Service Transfer Platform （MSTP），optical transport network （OTN），packet transport network （PTN） and its application in water conservancy projects.

optical fiber communication；characteristics；hydraulic engineering；optical network

TV736

A

1009-6434（2016）12-0077-02