基于光缆网的通信安全网络构建

摘要：文章从光缆网的网络结构出发，结合通信接入网实际情况，重点分析资源整合、网络安全、成本节约、网络构建和结构优化等方面的问题。通过深入分析，提升了通信接入网的安全性能，优化了光缆网络结构，提高了光缆线路的资源利用率，为全面提升通信业务网的安全性能提供了参考。

关键词：接入网；网络构建；安全组网；结构优化

中图分类号：TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）07-0095-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

0 引言

随着光纤通信技术的飞速发展，以光缆网、光传输设备和网络管理系统构成的光纤通信网络，已成为信息社会的主要信息高速传输通道。但在光纤通信飞速发展的过程中，除用于传输大颗粒业务的OTN、DWDM、ASON等骨干传输网络以外，用于传输WLAN、GPON、EPON等业务的设备也在不断增加，为大型骨干网中的小颗粒业务在网络中的上下行提供了更多选择，使用户更加方便。但现有的通信接入网无论是网络安全，还是光纤资源利用，以及网络结构都存在一些问题。因此，如何结合现有光缆网资源，通过整合光缆网纤芯资源，优化光缆网络结构，构建更加安全可靠的通信网络，就变得尤为重要。

1 光传输网络现状分析

1.1 光缆网的网络现状分析

在当前的光缆网中，光缆网的建设采用环加链状网，或环加星型网结构。从现有光缆网的资源分布、路由走向、业务承载等多方面情况来看，制约网络安全发展的因素主要有以下四个方面，一是光缆纤芯资源利用率较低；二是部分光缆段无法监控；三是现有网络结构安全性较低；四是网络缺乏长远的建设规划[1]。

光缆网作为光纤通信传输网的重要组成部分，其分布情况、纤芯资源、传输质量等都对光传输网络产生直接影响。然而，在现有的光纤通信传输网中，光缆网涉及27个传输节点，光缆总里程640余千米，覆盖区域近5000平方千米。但主用的骨干网传输节点仅有4个，采取环状网络结构组网，每个节点配置2.5G/SDH及40波DWDM传输设备各一套，每两两节点台站之间共占用4芯光纤，而骨干网的主干光缆大多采用48芯或24芯配置，骨干光缆中的纤芯资源利用率较低，仅为8％～16％。

现有光缆网骨干网占用230余千米光缆，接入网涉及光缆线路410余千米，约占光缆总里程的64％。接入网多采用链状或星状组网，导致部分光缆段光缆无法实时监控。

由于接入网采用的链型及星型组网，业务保护无论采用二纤双向复用段保护，还是采用二纤单向通道保护，其保护方式均为业务层面的保护，业务纤芯与保护纤芯均在同一条光缆中，一旦光缆线路阻断，所有业务层面的保护均失去作用[2]。特别是对于链带星的网络结构来说，一旦链状网的节点台站与骨干台站之间的光缆阻断，会直接导致链状网及其下挂的其余台站业务全部中断。

当前光缆网的另一弊端是在光缆网的网络结构上，现有网络从第一代PDH光传输网至今。部分骨干节点之间仍采用第一代光缆网建设时期的光缆，光缆纤芯资源过少，线路传输质量下降。而新建的接入台站多采用大芯数光缆，纤芯資源利用率过低。各接入站点一般采用星状组网，随着接入站点的不断增加，矛盾逐渐凸显，如果不进行全网的统一管理与规划设计，网络安全将会处于失控的状态，最终将导致全网故障频发[3]。

1.2 传输骨干网现状分析

骨干传输网的问题主要集中在网络的运行及传输能力上。一是因传输设备老化运行能力下降；二是由于接入站点业务量的增加传输能力不足；三是光缆网的骨干台站建设不合理线路阻断风险加大。

通信设备的迭代周期随着业务量的变化而改变，当前光纤通信传输网中的主用传输设备已在网运行了21年，所有设备的运营厂商已全部停产，在网设备元件一旦损坏无法替换，且设备的老化也造成全网的断网风险加大，网络的传输质量下降，可靠性降低。

随着光纤为传输载体的通信设备大量应用，光接入交换机、光接入语音设备、光接入图像通信系统等都需要通过光传输设备通信，为光纤通信传输网的传输能力带来了极大的挑战。以现有的骨干节点的SDH传输网为例，目前主用设备仍为华为metro3000设备，交叉容量为2.5G，下挂接入台站多达9个，骨干传输网络的传输能力已接近饱和，需要牺牲网络的保护功能，将保护通道的带宽释放来解决传输容量的问题，导致网络的安全风险进一步增大[4]。

在光纤骨干传输网改造升级的建设初期，每相邻台站之间距离约为60千米左右，但在实际运行中，设计规划的5个骨干传输台站最终只建成4个，致使其中两站之间的无中继光缆传输距离达到近110千米。在线路质量劣化等诸多因素下，两站间光缆线路总衰耗达到46dB左右，通过在设备侧加装放大设备才勉强达到设备传输的要求。但无论是线路的传输质量还是设备的噪声，都对全网的运行造成了较大的影响。

1.3 光纤接入网现状分析

全网的接入网部分占据了整个光纤传输网业务的三分之二以上，是整个光通信传输网的重要组成部分。在接入网的发展过程中，问题逐渐凸显。例如，骨干传输站点分布不合理，且接入点过少，导致网络传输能力差。接入网的网络安全性不高。全网的接入站点资源分配不均，且业务体量过大，这些问题都是影响接入网安全可靠运行的重要因素，所以必须进行网络规划和结构重建[5]。

现有光纤通信传输网在建设初期，是根据SDH体制的业务量来分布建设的。骨干网核心节点主要的参考依据是电话用户的数量，但随着MSTP多业务传送平台的广泛应用，大量的语音业务向数据业务迁移。波分复用DWDM等也都是基于大颗粒的业务设计的。原有的语音业务逐步缩小，网络数据业务成为主流。然而，现有的骨干节点只有4个，导致网络承载能力无法满足现有需求，因此，调整和扩容骨干网的传输节点就成为网络重构的重要一环。

从接入网的网络组织结构来看，现有的光纤通信传输网中，4个骨干传输节点下面分别以星状或链状网络结构完成12个接入台站的组网，具体网络结构，如图1所示。图中接入设备为华为metro1000设备，最大交叉容量为622M，部分站点配置为155M，传输能力远远无法满足通信业务的发展需求。而链状网骨干链路上的光缆一旦阻断，所有涉及站点都会受到影响。在网络层面进行的复用段保护，还要在本就紧张的资源中分出一半的通道用于保护倒换。因此，接入网需要解决的不仅是传输设备扩容的问题，还有网络结构重建的问题。

在通信传输网的建设中，应该充分考虑到全网的业务承载能力，一般要确保最大传输需求不大于配置的传输设备传输能力的50％。而现有接入网缺乏统一的规划与网络资源的计算，建设并未充分考虑骨干接入点的设备传输能力，导致后期逐步建设的接入网末端业务容量不断增加，而骨干节点的传输设备传输能力受限，所以在业务流量较大时，经常导致网络拥塞。

正是基于上述问题，对现有光纤通信传输网进行网络重建，合理增加骨干网中核心传输站点的数量，实现业务的扩容升级和传输能力的整体提升。对现有的接入网站点进行业务统筹计算，通过合理规划将现有接入网的链型网和星型网络结构调整重建为相切环或相交环结构，扩容末端接入设备的传输能力，在物理及网络层面进行保护规划，以实现网络安全保护。

2 光缆网的通信安全网络构建方案

根据上述分析，通信安全网络构建方案应立足于现有光缆网进行，通过对光缆网的资源分配调整，完成骨干网及接入网的结构重建，具体从以下三个方面入手[6]。

2.1 优化光纤通信传输网光缆网结构

从光缆纤芯的利用率方面入手，将光缆网中的业务进行整合，提升光纤资源的利用率。解决光缆网中瓶颈段光缆路由，对老化及纤芯资源不足的光缆段进行扩容改造，提升全网的光纤资源合理性。骨干传输站依托现有的光缆路由，均匀分布骨干传输站点，降低损耗故障及误码影响，提升光缆网的安全性及合理性[7]。

2.2 骨干网设备升级及资源调整

骨干网的设备升级是整个网络重构的重要部分，在SDH骨干传输网层面，现有的华为metro3000系列2.5G设备考虑其使用年限及传输能力，可以全面退网，选择华为OSN3500系列10G设备进行SDH骨干链路组网，增强骨干节点站的传输能力，实现与现有的NCE网管兼容。

在接入网的建设中，将华为metro1000系列155/622M设备整体退网，解决接入网传输能力差、设备老化、维修成本高、安全风险大等问题，采用华为OSN1800系列设备，进一步提升网络的整体性能。

波分复用DWDM采用华为6800系列波分设备组网，对光缆网结构调整优化，将WDM网络中各设备站点之间的距离进行调整，降低网络噪声与误码，提升传输性能[8]。对现有波道进行扩容，加强核心骨干网承载较大颗粒业务的能力。

资源调整主要从通信业务使用情况进行计算，设计和规划现有网络传输能力，确保每个站点用户资源接入的均衡性，避免网络拥塞问题的发生。

2.3 光纤接入网结构安全性重建

接入网的结构重建从光缆网的网络结构重建入手，通过结合现有的接入网的节点情况进行整体规划。网络建设采用接入网与骨干网相交环组网设计，接入网与接入网采用相切环的组网设计。另一方面从接入网的接入设备上进行重建重构，通过计算接入网传输容量，合理配置传输设备，特别是相交环与相切环节点站的设备，要充分考虑业务保护带宽所占全网资源的问题。此外，还要充分考虑业务保护，利用新建网络结构，实现物理上分离传输，采用二纤双向复用段保护的方式进行全网业务保护，替换现有的接入网线性1+1的二纤单向通道保护方式，从而有效解决接入网业务层面的安全保护问题，如图2所示。

3 结束语

基于光缆网的通信安全网络构建，是立足现有光纤通信传输网现状，对光缆网、传输设备、网络安全保护、接入网的组网等问题进行的思考，同时也是对现有光缆网的网络资源利用率低、网络组网简单、接入节点传输能力弱、骨干传输节点少等问题进行的深入分析與研究。提出了解决光纤通信网网络拥塞、业务保护倒换、网络安全等重要问题的安全重构方案，使光缆网资源利用更加合理，传输网络的安全性能进一步提升。

参考文献：

[1] 张略，范炜琳，陈功伯，等.基于智慧能源的光纤通信网过载检测与升级优化[J].电力信息与通信技术，2021，19（10）：93-99.

[2] 原恩育，李林燕.光纤传输网结构分析及优化方案[J].科技与创新，2022（23）：103-105，108.

[3] 王池.光纤通信技术在电力通信网建设中的应用[J].网信军民融合，2021（04）.

[4] 梁哲毅.浅论现阶段我国光纤通信技术存在的问题及发展趋势[J].数字通信世界，2020（11）：133-134，205.

[5] 朱永杰.浅谈光纤通信技术的特点和发展趋势[J].数码世界，2020（9）：28-29.

[6] 白宇.光纤通信技术在电力通信中的应用分析[J].通讯世界，2018（2）：288.

[7] 李叶.探讨光纤通信技术在电力通信网建设中的应用[J].通讯世界，2016（20）：83-83，84.

[8] 甄创和.电力通信网数据安全防护方案分析研究[J].通信电源技术，2020，37（9）：203-205.

【通联编辑：闻翔军】