WDM網絡中保護倒換的設計

李玉行 畢 剛

（中國人民解放軍91033部隊，山東 青島266000）

1 研究背景及意義

光纖通信發展經過40多年的發展與使用，其技術成熟性越來越高，實用性越來越普及，兼之有重量輕、體積小、抗電磁干擾性能好、低損耗、長中繼距離、較寬的頻帶、較大的傳輸容量等優點，目前，已成為有線傳輸通信的主流選擇。為了更有效地利用光纖通信的高帶寬資源，我們可以采用波分復用（WDM）技術。波分復用技術是指在一根光纖中傳輸的光譜分割成若干不重疊的波長（或頻率），其中一個波長對應一個通信信道，而終端得用戶可根據自己需要的速率對信號進行處理，而在收、發端增加解復用器和復用器的數量就可以較簡單地實現系統的擴容。

波分復用系統中，由于系統傳輸容量大，所以整個網絡的生存性顯得非常重要。假設在WDM網絡中，某個節點 或某段光纖出現故障，那么將影響整個系統工作。網絡的生存性應該是一個完 整 WDM網絡中重要的環節，目的是當網絡發生故障時，在沒有人為操作的情況下，WDM網絡能夠繼續正常工作。一般來說，針對WDM網絡的保護，我們建議采用光層保護，省去了光-電-光的轉換，這樣可以充分利用帶寬資源，降低復雜度，減少了成本。

2 幾種常見的保護倒換方式

在WDM環網中，為了增強網絡的生存性，我們通常采用保護倒換技術。保護倒換可以簡單分為通道保護倒換和線路保護倒換。兩種保護倒換技術的區別在于：線路保護技術通常采用公用保護，也就是說，在正常工作時，保護段是空閑的；而通道保護通常采用專用保護，即正常工作時保護段也對業務信號進行傳輸。而保護倒換具體實施起來又可以分為下面幾種：

（1）1+1保護。在WDM系統中，使用兩個通道，一根為工作光纖，一根為保護光纖。具體流程為：發端節點發出的光信號進入光分路器，分路傳向同一接收節點，接收端選擇兩者中質量較好的那一路進行通信。若工作光纖遇到故障，則切換至另外一根光纖上。

（2）1：1保護。該結構也使用兩個通道，一根為工作光纖，一根為保護光纖。與 1+1保護的不同之處在于，工作光纖在進行傳輸時，保護光纖位于閑置狀態，WDM系統只監測其是否可用。當工作光纖遇到故障，由發端節點與收端節點協調激活保護光纖通道，保護光纖進行正常通信傳輸。

（3）1：N 保護。 在故障率比較低的 WDM 系統中，1+1保護和1：1保護方式需要提供與系統相當的資源，這樣的話，降低了整個系統的資源利用率。而1：N(或 M：N)保護工作方式與 1：1類似，就是N個系統共享1個（或M個）保護光纖。但這種結構也有明顯的缺點，當保護光纖被全部占用時，就無法對其它工作光纖提供保護。

3 WDM環網故障分析與倒換依據

在WDM光網絡中，常見系統故障以硬件故障為主，主要是節點間的鏈路（光纖線路）故障、連接節點的設備故障。一般情況下，WDM網絡中的復用器、解復用器等無源器件的使用壽命比較高（除非物理損傷）；而隨著技術發展，常用的有源器件如光放大器（EDFA）的泵浦光源的壽命一般在30萬個小時以上，所以EDFA出現故障的幾率也比較低。系統的軟故障，即系統里的器件性能的降低，比如激光器溫度漂移引起的光功率波動、光纖的損耗變大等，這些對系統的影響雖然比較小，但是這些仍然要引起維護人員的注意。因此，我們可以得出結論，網絡故障最主要的原因就是光纖線路故障。據通信公司的調查數據表明，系統中，光纖線路的故障占全部故障的70%，而由光纖斷裂引起的故障又占線路故障的95%以上。對于線路故障，我們首先要判斷故障類型，檢測故障發生地點，同時采取保護倒換技術恢復通信。

系統保護倒換工作的前提是系統工作時需要滿足某種條件才觸發保護倒換。目前，常采用誤碼率檢測與光功率檢測這兩種方法進行檢測。誤碼率檢測技術在SDH網絡中使用得更多一些，即在SDH幀結構中插入特定字節，然后在接收端進行校驗。但是對于透明傳輸的WDM網絡，由于其系統容量特別大，對整個通信業務進行監控的難度太大，所以WDM網絡一般不采用誤碼率的方法，而采用光功率檢測的方法。在線路中，光纖斷裂首先引起節點光功率降低，所以在某點設置功率檢測模塊，如果功率低于特定值，系統就啟動保護倒換。 為了盡量減小對業務的影響，一般我們采用漏光法來檢測光功率值。即在工作光纖線路上加裝一個特殊的1×2分光器，使其中一路漏出工作光纖用于檢測。為了減小漏光法所帶來的插入損耗，在工作光纖上應該采用小耦合比的分光器。一般選擇了5：95的分光器，也就是將5%的光用于檢測，95%的光用于通信。

4 WDM環網中保護倒換的設計

WDM環形網的用戶數相對較少，所以保護倒換的設計應該遵循設計簡單、響應速度快的原則。本文以4×2（即 4個節點，每個節點 2個用戶）WDM環網系統為例，簡要介紹其保護倒換的設計。

采用前面提到的幾種保護倒換方式，使用響應速度更快的光開關來完成倒換。這是因為在4×2環形網絡中，節點之間涉及到波長的復用，如果采用基于信道的保護倒換就會產生波長沖突，繼而影響與其他節點的通信。

（1）1+1 保護倒換

1+1保護倒換的保護光纖與工作光纖一樣同時進行傳輸業務。在結構上，可重構型光分插復用器ROADM兩側一個是2×2的光開關，一個是分光器，該分光器負責將ROADM的輸出信號饋送至工作光纖和保護光纖）。需要注意的是，在這種倒換方式中，當工作光纖與保護光纖沿相反方向傳播時，保護光纖將出現波長沖突。

（2）1：1 保護倒換

1：1保護倒換的保護光纖不傳輸業務，只有當工作光纖出現故障后，系統才切換到保護光纖。在實際應用中，工作光纖與保護光纖可以同向，可以反向。工作光纖和保護光纖如果同時發生故障，那么系統將不能完成保護倒換。所以工作光纖和保護光纖在實際應用中必須分開鋪設。

（3）1：2 保護倒換

該方式采用兩工作光纖沿不同的方向進行工作，共享一條保護光纖（方向任意）。與1：1保護倒換相同的是，保護光纖需要與工作光纖分開鋪設。

圖1 1：1反向倒換結構設計

在4×2（即 4個節點，每個節點 2個用戶）WDM環網系統中，我們簡要設計了一種基于1：1保護倒換方式的解決方案（如圖1所示）。該方案中，工作光纖與保護光纖傳輸方向相反（實線為工作光纖），使用的光開關包括2×2和1×2，而光功率檢測模塊（OPD）在不同的位置對系統進行檢測。其中：OPD-1對鏈路進入節點的光功率值進行檢測，如果發現異常，則光開關A與光開關D協同工作，啟用保護倒換功能，跳過故障區域；OPD-2、3用來檢測分光器及WSS故障（出現故障機率小），OPD-2檢測出現問題時，光開關A、B一起作用完成倒換；OPD-3檢測出現問題時，處理起來相對復雜，主要是考慮到WSS的波長選擇輸出功能，這時候應該是光開關C、D協調工作，其中光開關C用于將信號導向光濾波器，完成對已經下路的波長阻斷功能，然后再將上路的信號與濾波后的信號由耦合器一起輸出至工作光纖（光開關D控制）。

5 結語

本文分析了WDM環網中保護倒換技術的重要性，并簡要介紹了幾種常見的WDM環網保護倒換方式。根據數據分析出WDM環網中故障的主要類型為光纖線路故障。接著提出了故障檢測技術，并說明誤碼率檢測不適用我們的網絡，而功率檢測非常簡單實用。最后，我們以4×2 WDM環網系統為例，設計了可行的保護倒換方式。

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［2］謝鋒．光纖線路自動切換系統及光網絡自愈技術研究[D]．北京郵電大學，2010,1.

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