OMSP保護(hù)在40G WDM干線系統(tǒng)中的應(yīng)用

王 鵬，謝 歆，呂朝煬 （.中訊郵電咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)院有限公司，鄭州 450007；.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)河南有限公司，河南 鄭州450008）

0 前言

近年來(lái)，IP數(shù)據(jù)及3G移動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)展迅猛，作為基礎(chǔ)傳輸平臺(tái)，長(zhǎng)途傳輸網(wǎng)的質(zhì)量對(duì)業(yè)務(wù)信號(hào)的指標(biāo)影響非常大，需要不斷采用新技術(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理的配置，才能滿足用戶的高質(zhì)量服務(wù)需求。隨著40G WDM技術(shù)和路由器技術(shù)的成熟和在國(guó)內(nèi)開(kāi)始的規(guī)模應(yīng)用，中國(guó)聯(lián)通建設(shè)了一定規(guī)模的40G WDM鏈路，同時(shí)在2009年建設(shè)的南京－濟(jì)南－青島－上海工程中引入了光復(fù)用段保護(hù)（OMSP）。

本文重點(diǎn)介紹了OMSP在現(xiàn)網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用案例，同時(shí)結(jié)合40G WDM設(shè)備技術(shù)測(cè)試、現(xiàn)網(wǎng)光纜光纖特性等對(duì)40G WDM網(wǎng)絡(luò)中保護(hù)方案的設(shè)計(jì)提出了建議。

1 40G WDM系統(tǒng)技術(shù)分析

40G WDM系統(tǒng)與10G WDM系統(tǒng)的區(qū)別不僅僅是單信道速率變成了4倍，更重要的是信號(hào)頻譜帶寬的展寬，對(duì)光信噪比（OSNR）要求的提高，以及傳輸損傷容限的降低，因此在技術(shù)上提出了更高的要求，與10G WDM技術(shù)相比，40G WDM系統(tǒng)OSNR劣化4倍（6 dB）左右，色度色散容限從1 600降低到100左右，偏振模色散（PMD）容限平均值從10降低到2.5左右。40G WDM系統(tǒng)必須妥善解決電域高速信號(hào)處理、CD/PMD色散受限、系統(tǒng)OSNR的余量保證等問(wèn)題，以及必須克服的光纖非線性效應(yīng)。

40G WDM系統(tǒng)碼型調(diào)制技術(shù)目前主要以部分差分相移鍵控（P-DPSK）、歸零差分正交相移鍵控（RZ-DQPSK）2種調(diào)制技術(shù)為主，在中短距離傳輸系統(tǒng)中也有部分采用光雙二進(jìn)制（ODB）編碼調(diào)制方式。偏振復(fù)用相移鍵控等新的編碼調(diào)制方式以其色散和偏振模色散大的優(yōu)勢(shì)也逐步開(kāi)始有所應(yīng)用。

由于40G WDM技術(shù)對(duì)線路的參數(shù)要求非常嚴(yán)格，因而40G WDM系統(tǒng)中的色散管理就顯得尤為重要，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

a）傳統(tǒng)的色散補(bǔ)償模塊，要求更為精細(xì)地進(jìn)行色散補(bǔ)償模塊的規(guī)劃。

b）新的基于光柵的全波段色散補(bǔ)償模塊，光纖的長(zhǎng)度更短，插入損耗更小，補(bǔ)償斜率更好。

c）基于光柵的單波電可調(diào)色散補(bǔ)償模塊，可以實(shí)現(xiàn)約±500 ps的色散補(bǔ)償，并能夠通過(guò)反饋測(cè)算的方式，動(dòng)態(tài)調(diào)制色散補(bǔ)償?shù)拇笮　?/p>

d）通過(guò)編碼方式的優(yōu)化，降低傳送信號(hào)的波特率和信號(hào)檢測(cè)的方式，從而提高信號(hào)的色散容限。

40G WDM技術(shù)對(duì)線路的參數(shù)要求非常嚴(yán)格，DPSK碼型和RZ-DQPSK碼型對(duì)線路偏振模色散的容限最大只有6和18 ps，平均值只有2和6 ps，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格控制線路的偏振模色散，盡量選擇PMD性能指標(biāo)好的光纜；RZ-DQPSK碼型的PMD容限相對(duì)較大，在一定范圍內(nèi)可以應(yīng)用于PMD性能較差的老光纜。

目前40G WDM OTU的色散容限比較小 （100 ps/nm以?xún)?nèi)），通常在OTU線路側(cè)接口增加電可調(diào)色散補(bǔ)償器件，使系統(tǒng)的色散容限達(dá)到500 ps/nm左右，±500 ps/nm的色散容限可以保證系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、應(yīng)用有較大的靈活性。但這種單波可調(diào)電色散補(bǔ)償技術(shù)在色散調(diào)整范圍較大的情況下，調(diào)整時(shí)間比較長(zhǎng)，可達(dá)到幾min。

2 光網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方式技術(shù)分析

按照光傳送網(wǎng)（OTN）的結(jié)構(gòu)分層，WDM網(wǎng)絡(luò)在光層可以細(xì)分為光通道層（OCh）、光復(fù)用段層（OMS）和光傳輸段層（OTS）3個(gè)層次。

根據(jù)采用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、所保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層面等，WDM系統(tǒng)的自動(dòng)保護(hù)方式有多種類(lèi)型。

a）根據(jù)WDM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，可以分為線性保護(hù)、環(huán)網(wǎng)保護(hù)和網(wǎng)狀網(wǎng)保護(hù)。

b）根據(jù)保護(hù)結(jié)構(gòu)的不同，可以分為路徑保護(hù)和子網(wǎng)連接保護(hù)。路徑保護(hù)是一種端到端的保護(hù)機(jī)制，可分為光通道保護(hù)（OCHP）和OMSP。

c）根據(jù)對(duì)保護(hù)資源的占用情況不同，可分為專(zhuān)用保護(hù)和共享保護(hù)。專(zhuān)用保護(hù)的保護(hù)資源由工作業(yè)務(wù)獨(dú)占；共享保護(hù)的保護(hù)資源在正常工作狀態(tài)下可傳送低等級(jí)的額外業(yè)務(wù)。

現(xiàn)網(wǎng)中IP業(yè)務(wù)主要采用WDM系統(tǒng)傳送，傳輸網(wǎng)提供保護(hù)的方案主要在WDM系統(tǒng)上實(shí)施，可實(shí)施的光層面的保護(hù)技術(shù)主要有光傳輸段保護(hù)（OLP）、OMSP和OCHP。

OLP是基于WDM系統(tǒng)的線路保護(hù)，分為基于光放段的線路保護(hù)和基于光復(fù)用段的線路保護(hù)2種。OLP要求運(yùn)營(yíng)商提供不同路由的光纖對(duì)WDM的線路進(jìn)行保護(hù)，一般采用1+1保護(hù)。OLP引入后，對(duì)基于光放段的保護(hù)情況介入了一定的信號(hào)衰減，有可能對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)均衡產(chǎn)生影響，另外這種方式的保護(hù)對(duì)于主備用兩路信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)延和色散差值均較為敏感，對(duì)主備用光纜的長(zhǎng)度、衰耗和色散指標(biāo)要求較為苛刻，尤其是對(duì)40G WDM系統(tǒng)，一方面對(duì)線路參數(shù)的變化非常敏感，同時(shí)40G WDM系統(tǒng)的光復(fù)用段距離本就比較短，OLP增加了線路的衰耗，會(huì)造成大量增加電再生站，增加工程投資，因此不推薦在實(shí)際工程應(yīng)用。OLP結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 OLP結(jié)構(gòu)

OMSP要求提供不同路由的光纖對(duì)WDM的線路進(jìn)行保護(hù)，在光路上對(duì)合路信號(hào)進(jìn)行1+1或1∶1保護(hù)，光纜和WDM的線路系統(tǒng)是備份的，分走不同的路由，系統(tǒng)終端等其他設(shè)備沒(méi)有備份，成本比OCHP低。OMSP采用同一廠商的WDM設(shè)備，在2條線路上建設(shè)2套系統(tǒng)平臺(tái)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，引入的信號(hào)衰減較少，對(duì)原有系統(tǒng)影響比OLP小，對(duì)主備用光纜的長(zhǎng)度、衰耗和色散差值要求不高。OMSP結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 OMSP結(jié)構(gòu)

OCHP是基于單個(gè)波長(zhǎng)保護(hù)，可以在光通道層實(shí)施1+1或1∶N的保護(hù)。其典型應(yīng)用是在傳統(tǒng)的WDM設(shè)備上增加OCHP倒換機(jī)盤(pán)，將客戶側(cè)信號(hào)輸入到不同WDM系統(tǒng)的OTU中，通過(guò)并發(fā)選收的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶側(cè)信號(hào)的保護(hù)。OCHP倒換準(zhǔn)則比較完善，且一般應(yīng)用在OTU和客戶設(shè)備之間，僅僅在支路側(cè)引入衰減，不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，因此，OCHP可以在一些特定的場(chǎng)合得到應(yīng)用，如在故障多發(fā)區(qū)利用其他光纜路由上的WDM系統(tǒng)實(shí)施OCHP，增加網(wǎng)絡(luò)的可靠性。采用OCHP需要更多的波道需求，且為專(zhuān)用保護(hù)波道，靈活性差，因此，OCHP技術(shù)只適合部分特殊需求的情況，不適合全網(wǎng)范圍的應(yīng)用。OCHP結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

3 OMSP在40G WDM系統(tǒng)中的應(yīng)用

2010年中國(guó)聯(lián)通建設(shè)了南京－濟(jì)南－青島－上海40G WDM系統(tǒng)，并在濟(jì)南－青島段首次引入了OMSP。

圖3 OCHP結(jié)構(gòu)

寧濟(jì)青滬40G WDM工程采用華為公司的OptiX BWS 1600G設(shè)備，采用eDQPSK編碼方式、AFEC/FEC技術(shù)，精細(xì)色散管理，OTU的色散容限為±500 ps/nm。其中濟(jì)南－青島復(fù)用段主備用路由分別選用2條不同路由的G.655光纜，采用OMSP。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配置如圖4所示，根據(jù)光纖實(shí)測(cè)結(jié)果及DCM模塊引入的PMD，主用路由再生段DGD為2.021 ps，備用路由為1.93 ps。主備用路由采用G.655色散補(bǔ)償模塊，補(bǔ)償后的殘余色散允許范圍為±500 ps/nm，系統(tǒng)的保護(hù)倒換時(shí)間為s級(jí)，但是如果在工程中經(jīng)過(guò)對(duì)主備路由進(jìn)行精確補(bǔ)償，將主備路由的殘余色散差控制在±100 ps/nm內(nèi)，可以保證倒換時(shí)間在50 ms以?xún)?nèi)。工程實(shí)際配置后的主備用路由的殘余色散詳見(jiàn)表1。

圖4 濟(jì)南－青島OMSP網(wǎng)絡(luò)配置

表1 濟(jì)南－青島主備用路由殘余色散表

基于上述工程配置，在工程廠驗(yàn)測(cè)試時(shí)，通過(guò)拔纖及光功率越限等，均能完成主備用路由的自動(dòng)倒換，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

在工程實(shí)際開(kāi)通，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收測(cè)試時(shí)，根據(jù)光纜線路實(shí)際色散情況，通過(guò)調(diào)整色補(bǔ)模塊，使主備通道色散均達(dá)到最佳狀態(tài)，線路工作在主用及備用通道時(shí)各波糾前誤碼率均低于-10，現(xiàn)場(chǎng)利用40G儀表進(jìn)行倒換測(cè)試，各波倒換時(shí)間均小于50 ms；具體測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表3 OMSP倒換工廠檢驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

4 對(duì)40G WDM網(wǎng)絡(luò)中保護(hù)方案的建議

基于上述對(duì)各種保護(hù)技術(shù)的分析，在長(zhǎng)途W(wǎng)DM傳輸系統(tǒng)中，OLP和OMSP方案最為經(jīng)濟(jì)，也比較常用。OLP涉及多個(gè)光放段，在大量采用OLP的情況下，OLP倒換的段落數(shù)量、主備用線路差異等都會(huì)對(duì)保護(hù)倒換效果造成較大影響。不同段落保護(hù)倒換時(shí)的線路參數(shù)差異較大，倒換后線路上色散的差異造成OTU需要一定時(shí)間進(jìn)行色散動(dòng)態(tài)補(bǔ)償調(diào)整，倒換時(shí)間達(dá)到min級(jí)，多段落故障下的倒換性能難以保證，另外配置OLP會(huì)在線路上帶來(lái)額外的插入損耗，不利于長(zhǎng)距離干線傳輸。由于40G系統(tǒng)對(duì)色散的要求非常高，對(duì)線路的變化非常敏感，因此在40G WDM網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)優(yōu)先選用OMSP，但由于OMSP主備用路由的光纜長(zhǎng)度和光纖類(lèi)型往往不一致，主備用路由的殘余色散也會(huì)有較大的變化，雖然40G WDM中OTU內(nèi)置的電可調(diào)色散補(bǔ)償器件能夠容忍500 ps/nm的殘余色散，但該器件在電域?qū)ι⑦M(jìn)行補(bǔ)償，動(dòng)作速度較慢，在色散調(diào)整范圍較大的情況下，調(diào)整時(shí)間比較長(zhǎng)，造成倒換時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾min。

表4 OMSP倒換現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收測(cè)試結(jié)果

根據(jù)OMSP在40G WDM工程中的實(shí)際應(yīng)用，建議在進(jìn)行40G WDM OMSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意對(duì)主備用路由的色散補(bǔ)償進(jìn)行優(yōu)化，使主備用路由的殘余色散差異盡量控制在60~100 ps/nm，從而縮短系統(tǒng)的保護(hù)倒換時(shí)間。在工程實(shí)施后期的光纜割接及改造等操作中，不但要關(guān)注衰耗的變化，還要嚴(yán)格關(guān)注色散的變化。

5 結(jié)束語(yǔ)

近2年來(lái)，40G WDM系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始規(guī)模應(yīng)用，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)光纜的實(shí)際情況，結(jié)合40G WDM系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和相關(guān)測(cè)試結(jié)果，針對(duì)不同的業(yè)務(wù)采用不同的保護(hù)方式，達(dá)到既要為運(yùn)營(yíng)商提升網(wǎng)絡(luò)安全性，又要降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本的目的。

［1］YD/T 1991-2009 N×40 Gbit/s光波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)技術(shù)要求［S/OL］.［2011-02-26］.http://www.ptsn.net.cn/standard/std_query/showyd-3378-1.htm.

［2］中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).N×40 Gbit/s光波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)測(cè)試方法（報(bào)批稿）［S/OL］.［2011-02-26］.http://www.ccsa.org.cn/publish/download_bp.php?stdtype=yd1&sno=120.

［3］YD/T 1617.1-2007智能化光保護(hù)系統(tǒng)第1部分：光線路保護(hù)系統(tǒng)［S/OL］. ［2011-02-26］.http://17bzw.cn/standard/HYBZ/YD/200809/56438.htm.

［4］ITU-T G.808.1 Generic protection switching-Linear trail and subnetwork protection［S/OL］.［2011-02-26］.http://www.itu.int/itudoc/itu-t/aap/sg15aap/history/g.808.1/g8081.html.