光纤传输网结构分析及优化方案

原恩育，李林燕

（63887部队，河南 洛阳 471000）

光纤传输网是通信网的基础设施，建设合理可靠的光纤传输网，充分发挥光纤传输网在资源优化配置、通信业务传输中的作用，对各项工作的有序开展具有十分重要的现实意义。目前，光纤传输网主要以WDM（Wavelength Division Multiplexing）和 SDH（Synchronous Digital Hierarchy）光传输网作为构成通信传输的基础支撑平台，在保障通信不间断以及其他网络应用等方面发挥着重要的作用。

为满足通信业务发展需求，对光纤通信传输网建设发展中出现的路由重合、链形网络故障、资源紧张、线路损耗过大等问题进行针对性的分析，并提出了网络优化方案，使光纤通信传输网在系统容量、可靠性、传输时延、资源合理利用等方面得到很大改善。

1 光纤通信传输网现状

1.1 光纤通信传输网面临的安全隐患

以目前最为常用的环形光纤通信传输网为例，网络面临的安全隐患主要有以下3个方面，即光缆网两线故障导致全网阻断、线路损耗过大导致业务阻断、光缆路由复杂导致光缆线路阻断。

光缆网两线故障导致全网阻断是指当光纤通信传输网光缆网采用环形组网时网络保护多采用二纤双向复用段保护环。此时从逻辑上可将光缆线路分为东线和西线，一般情况下，当西线或东线单边发生线路阻断时，业务发生保护倒换，能够保证通信业务不中断正常运行；但当东西两线同时发生光缆线路阻断时，就会导致相邻机房之间的业务全部阻断。

线路损耗过大导致业务阻断是由于光缆线路相邻机房之间距离过长导致线路全程损耗过大造成的业务中断。一般光纤传输网两机房之间距离都相对较远，光缆线路过长导致线路因自然灾害、人为破坏、传输质量劣化等造成的传输损耗增加，当线路全程损耗达到光端机接收光信号的下门限时，将触发告警，业务发生倒换。在实际过程中，部分业务会因设备保护倒换瞬断，而有些设备则会因业务路由倒换而无法正常运行。

光缆路由复杂导致光缆线路阻断是指在光缆线路建设中由于城市建设、公路扩建、农村改造等原因造成光缆线路路由附近不安全因素增加，对光缆线路安全带来的隐患。据统计，2015年以来，因施工直接或间接导致的阻断抢修和改造割接共197次，占总阻断数量的49.6%。光缆网阻断原因统计如图1所示。

图1 光缆网阻断原因统计图

1.2 光纤通信传输网光缆网结构问题分析

从常见的光缆网结构来看，光缆网的结构矛盾主要为以下3个方面：①光缆网进出局业务路由重合的问题。光缆网进出局光缆在同一路由上，加大了业务全阻的风险，使网络保护失去了实际意义。如将光缆网资源进行重新规划，将进出局同一路由改为不同路由可大大降低光缆进出局相同路由造成的业务全阻风险。②光纤资源利用不合理的问题。可根据业务配置情况将部分占用光纤资源的离散业务纳入传输网络中，释放光纤资源。结合光纤传输网业务配置实际情况，将部分需要经过机房跳转的业务改为光纤直达，可有效减少跳纤带来的线路传输损耗，缩短传输距离，降低故障发生的风险。③增加光纤接入资源过少的问题。针对部分机房的光缆纤芯资源紧缺的实际情况，扩容光缆网中瓶颈地段的纤芯容量是非常有必要的。特别是当中心网管机房作为各业务及核心设备的所在地，如通达其他站点的纤芯资源过少时，必然导致所有业务全部集中在单条光缆中传输，增加了通信业务的安全隐患。当单条光缆线路上纤芯占用率过高，附加业务越多时，光缆阻断后造成的业务影响面就越大。

对于上述3个问题，提出了针对解决方案。在对网络进行规划时，将进出局为同一物理路由的光缆调整至不同的物理路由上；扩容瓶颈段光缆资源，增加中心网管机房的光纤容量；整合业务资源，减少光缆线路中光纤资源利用率，提高光缆网的可靠性，降低光缆阻断后带来的业务大面积阻断的风险。

1.3 光纤通信传输网网络结构分析

目前光纤传输网主要根据传输设备及传输容量进行组网，常见的光纤通信传输网一般包括核心骨干层、汇聚层和接入层。核心骨干层通常以拥有较大业务交叉处理能力的WDM或SDH组成，汇聚层以拥有较大交叉处理能力的SDH设备组网，接入层多采取较小交叉能力设备进行组网。以文献中介绍的光纤传输网络为例进行分析，目前常用的光纤传输网络结构主要以WDM或SDH环作为骨干网，以SDH设备组建汇聚层网络和接入层网络。组网形式总体采用环带链状网络结构。但在实际光缆路由中的业务配置上却并非如此，某公司的骨干层WDM业务与汇聚层SDH业务均在同一光缆中的不同纤芯上，并未在物理上完全分离。这就导致了一旦光缆阻断，单条光缆上承载的所有业务都将全部阻断[1]。不仅如此，在实际的光缆网中如果阻断点位于进出局光缆为同缆同路由地段的光缆处时，更会导致单站业务全部阻断。对光缆线路阻断的故障原因进行分析，一般情况下当发生机械损伤造成的光缆线路阻断时，同一路由上的光缆都很难幸免。所以进出局同一光缆同一物理路由很大程度上增加了业务全部阻断的风险，使网络层面的保护失去了意义。

1.4 光纤通信传输网光纤资源利用问题分析

从目前市场通信应用场景来看，光纤传输网除用于WDM、SDH等骨干通信传输业务以外，还承载着其他零散通信业务，光缆网作为有线通信业务主要传输通道，其光纤资源利用效率显得尤为重要。

图2为一个典型的城域光缆网结构图。因分布建设，现普遍存在网络普遍存在分层建设不清晰，汇聚层光缆与主干层光缆混用现象，更有汇聚层与末端接入层混用光缆的现象存在。除此之外，网络中无源光网络接入点较多，这些接入点的通信业务接入主要是通过光缆线路上的备用空余纤芯，将业务调至节点机房，通过机房分发业务从而完成通信业务。但在实际应用中，容易造成光缆线路上纤芯资源利用不合理，通信业务阻断风险加大的情况。各地光纤接入点采用链状网络组网，业务从汇聚点逐级分发，致使汇聚点一旦出现故障，其他下挂点的业务也全部阻断。而有些村镇片区则因业务保障过于密集，容易造成网络拥塞。光纤通信传输光缆网在业务保障方面缺乏合理分配，光纤接入资源以及节点过少导致通信保障难度增加，依靠核心节点下放业务的方式保障又加大了业务阻断的风险。

图2 典型城域网光缆结构示意图

2 网络结构优化方案

根据上述分析，光纤通信传输网网络结构优化方案主要从以下3个方面入手，即光缆网结构优化、传输网络结构优化和光纤接入网络结构优化。

2.1 光缆网结构优化方案

光缆网结构优化的重点是解决光缆线路的安全问题，重点考虑从物理上将WDM业务和SDH业务完全分离，相互独立组网。将原有同路由光缆线路进行重新规划，解决同缆同路由或不同缆同路由带来的全阻风险问题。规划光纤资源，可将光缆中同方向的离散业务纳入SDH传输系统中进行统一管理，释放光纤资源的同时提升离散业务运行的可靠性。

2.2 传输网络结构优化方案

在网络结构优化中，加强核心骨干层的建设也是非常必要的，根据核心骨干网承载较大颗粒业务的特点，应当重点解决网络可靠性的问题。考虑光缆线路的实际情况，首先应解决因光缆线路过长，累计损耗过大导致的网络运行不稳定问题，可通过在合适位置增加波分设备，将WDM网络中各设备站点之间的距离调整至合理距离，可避免很多业务告警，使网络更为可靠。考虑WDM网的业务主要是以网络数据为主，业务颗粒较大，组网可以参考业务的具体资源分配进行业务调整[2]，如将相同站点的SDH业务纳入WDM网中作为独立业务进行传输也是可以参考的方案之一。

从网络安全考虑，将WDM和SDH分别以不同路由、不同光缆进行组网，可从物理层面全面提升网络的安全可靠性能，结构上也更为合理。此组网方式的优点是网络更加安全，不会发生一个方向光缆阻断后直接影响业务的情况，但缺点是前期建设成本较高，投资较大。

考虑SDH网中的业务主要是以地方政府、党政机关、公司企业等单位的程控电话和2M业务等小颗粒业务为主，配置上业务量较小，但接入点较多，重要程度相对较高。基于此应当整合调配SDH业务资源，根据光缆路由及纤芯资源分布情况对SDH传输网进行重新调配，着重提升网络的安全可靠性[3]。可以采用区域相切环组网的方式，将重要节点纳入到网络中较为合理。

基于以上情况，结合光缆线路实际路由走向及重要业务进行调整规划SDH传输网，将现有的环带链的组网方式调整为相切环的组网方式较为可行。可有效提升各网元之间通信业务的可靠性，增强通信传输网络配置的合理性[4]。

2.3 接入网络结构优化方案

2．3．1 优化光缆线路资源

整合利用光缆线路资源，增加光纤接入单元建设，通过光缆线路就近接入加新建光缆的方式，将光缆网延伸至每个无源光接入点。光缆纤芯可通达光缆路由上相邻2个站点，当通信光缆阻断时，通过倒换纤芯，可以将业务快速从备用站点上下放，大大缩短光缆阻断时通信业务的阻断时间，快速恢复通信。

2．3．2 优化光纤接入网资源配置结构

光纤接入网是立足于节点分散的特点建立的，优化光纤接入网光缆线路资源，可以更大限度地分配光纤接入网的网络资源。一般情况下，接入业务主要采取区域接入的方式，而非采取分散接入方式，导致部分机房网络资源利用率过高，业务承载压力过大，网络经常出现饱和拥塞状态，而有些机房则有较大空闲网络资源，带宽利用率较低，网络资源分配并不合理。可以通过优化光纤接入网网资源结构，建立光缆网就近光纤接入单元，最大限度地整合调配资源，做到均匀合理分配，使网络运行更安全顺畅。

2．3．3 优化光纤接入网纤芯资源利用率

光缆纤芯资源利用率FE的计算公式为：

式（1）中：n为光缆段数[5]；UF为各段光缆中使用的纤芯数；L为各段光缆的距离；AF为各段光缆的总芯数。

优化光纤接入网结构应当重点从纤芯资源利用率入手，通过合理规划光缆纤芯的占用比例，考察光缆纤芯的使用情况和冗余程度。同时光缆纤芯使用率还应充分考虑各段光缆的长度，不同长度光缆的光纤芯数的剩余量对网络而言是有不同意义的，因此该指标应该与光缆的距离相关联。

从光纤接入网纤芯资源利用情况来看，一般组网中核心汇聚层光缆平均纤芯利用率为20%左右，接入层光缆平均纤芯利用率为25%左右。其中60%以上的接入层光缆段落纤芯利用率小于30%，有将近5%的接入层光缆段落的纤芯利用率大于70%，且有11个光缆段落纤芯已经全部用完，17个段落的纤芯利用率超过50%，部分段落纤芯利用率偏高，缺乏有效的管理。

由此可见，优化光纤接入网纤芯资源利用率，是统筹纤芯资源、节省建设成本、提升通信业务保障能力的重要手段，对业务开通、及时通信提供了强有力的支撑，同时也可有效解决网络资源拥塞等问题，对缓解网络压力、提升通信能力起到了重要的作用。

3 结束语

光纤传输网结构分析及优化方案是立足目前常见的光纤通信传输网现状，结合光缆网、传输网及光纤接入网在实际运行中存在的问题进行的思考研究，是有效解决当前光纤通信传输网现存问题的主要手段。该方案不仅可以解决光纤通信传输网光缆网路由重合以及线路全程损耗过大等问题，也对现有网络进行了分析规划，提出了更加安全合理的组网方案。还结合当前通信网络遇到的问题，对光纤接入组网进行了分析，提出了有效解决网络拥塞、业务阻断、接入复杂等重要问题的解决方案，使光缆网资源利用更加合理，有效提升了光纤通信传输网络的安全性能。