光傳送網保護原理及應用案例分析

劉焱焱

（安徽規劃設計有限責任公司網絡院，安徽 合肥 230031）

0 引 言

近年來，隨著寬帶提速、5G網絡快速覆蓋以及高清視頻等大流量、高帶寬業務的快速發展，傳輸網絡的健壯性成為網絡設計與構建時需要考慮的重要因素。通過對光傳送網進行保護，能夠為光傳送網提供無縫保護機制，有效提升網絡安全性，降低業務中斷風險，出現業務故障時能夠快速找到鏈路或結點發生故障點，解決故障問題，極大地提升了網絡生存能力，提升客戶業務感知度，保證運營商服務質量。因此，在光傳送網引入相應的保護技術，對于提高運營商市場競爭力很有必要[1]。

1 光保護技術介紹

1.1 光層架構分析

光保護技術根據光層保護位置不同，相對應的保護段落也不同，最終保護段實現的保護方式不同。對于波分光層保護原理，首先要對傳輸網絡的光層結構進行分析，如圖1所示。

圖1 光層結構

光通道層包含單個的波長通道，位于兩側波分節點業務單板之間的部分。光復用段層包含所有波長的通道，位于兩節點合分波器之間的部分。光傳輸段層包含所有波長的通道，位于兩節點線路接口板之間的部分[2]。

1.2 光層保護技術

針對以上光層結構的差異，光層保護方式相應地有不同的方式，分別是光通道層保護、光復用段保護和光傳輸段保護（OLP）。分析光保護技術之前，先對兩種路由倒換模式進行簡介，即1+1路由倒換模式和1:1路由倒換模式。

1.2.1 路由倒換方式介紹

（1）1+1路由倒換模式。1+1指發送端在主備兩個通道上同時發送數據（并發），正常情況下，收端會選擇接收主用通道上面的業務信號，備用通道上面的業務不被接受。在主用通道出現故障時，接收端根據通道狀態及外部命令選擇接收備用通道的業務數據，業務信號得以恢復。由于這種倒換方式需要接收端根據主用通道情況進行調整，僅需接收端調整路由方向，因此又叫做單端倒換，路由倒換時間一般在50 ms以內[3]。

（2）1:1路由倒換模式。1:1保護是指保護業務在主備通道一一對應，相互保護。通常情況下，發端將業務發送至主用通道，收端在主用通道接收業務。當主用通道出現故障時，通過自動保護倒換（Automatic Protection Switching，APS）協議報文的交互，收發端將業務切換到備用通道，業務信號傳輸得以恢復。由于這種倒換方式需要收發端進行光纖路由的切換，因此也稱為雙端倒換。相較于單端倒換模式，雙端倒換需要進行APS倒換協議處理，其倒換速率稍慢，但通道利用率相對較高[4]。

1.2.2 光通道層保護

光通道層保護方式是在業務板卡之間增加保護單板，通過保護單板將客戶灰光信號映射復用后一分為二，在光轉換單元（Optical Transform Unit，OTU）收端通過選擇開關進行選收，結構如圖2所示。

圖2 光通道層保護

根據保護單板安裝位置的不同，光通道層保護又可分為兩種不同的類型。一種是保護單板在客戶信號與波分接入側端口之間，客戶業務灰光通過保護單板映射復用后一分為二，然后再對接不同線路端口。這種方式是對整個波分光層業務通道進行保護，對運營商的重要客戶業務提供1+1保護。由于是在客戶側端口進行保護，只需要對客戶側業務的信號進行調整，對傳輸網絡系統的光層沒有影響，因此不需要對傳輸網絡再次進行校驗。另一種則是保護單板在單個節點波分設備的合分波器與線路板之間，將線路板彩光映射復用后一分為二，分別對接不同組的合分波器件。這種方式是對保護單板后的合分波板、光放、光纖以及節點進行保護，對網絡中單條波道重要業務提供1+1保護。由于在OTU的發端引入了保護單板的3 dB插損衰耗，因此會對保護波道的原有通道光信噪比（Optical Signal Noise Ratio，OSNR）有一定影響。基于光通道層的1+1光保護，一般用于環網，倒換速度可達50 ms以內，安全性高且成本較低[5]。

1.2.3 光復用段保護

光復用段保護是在兩個節點的分合波之間增加保護板卡，一般只有1+1的形式，發端通過保護單板將業務信號進行映射復制，收端進行選收（主備選擇接收一端信號），不需要保護倒換協議，但是組網的復雜程度會影響路由保護倒換的時間。光復用段保護對保護單板后的光放、出局光纖以及節點進行保護，需要在備用路由配置光放大板卡等光層器件，在進行備用路由配置時需要考慮光功率以及備用路由的OSNR等因素。光復用段保護結構如圖3所示。

圖3 光復用段保護

1.2.4 光傳輸段保護

光傳輸段保護是在兩個節點的出局光纖之間增加保護板卡，能夠監測中繼段上的光功率和自動切換系統主備用路由。在進行光傳輸段保護時，要實行逐段保護。因為是對光終端復用器（Optical Terminal Multiplexer，OTM）節點之間的光纜進行保護，所以備用路由配置時需要考慮備用光纜各項指標，同時考慮備用路由的OSNR、色散等因素。光傳輸段保護結構如圖4所示。

圖4 光傳輸段保護

2 光復用段保護具體應用

2.1 關鍵技術指標

光復用段保護需要在合分波與光放板之間配置光保護板卡，會對原有系統造成一定的介入損耗（一對OLP光保護單板介入損耗在3 dB左右），影響系統運行，因此在進行光復用段保護時需要重新對OTM/OADM站內的光功率進行設計。此外，在進行光復用段保護時，由于主備光纜的長度、衰耗、色散等指標可能會有很大區別，因此需要對OMS復用段的備用路由OSNR值進行考慮，保證其指標達到業務收端OTU的容限要求。對于備用路由上配置的多級放大器件，需要考慮光功率增益均衡（一般為7級以上）。對于波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）系統上的網管OSC信號，其輸入信號與輸出信號的傳輸距離較長，在增加光保護板、光放大板后需要考慮OSC信號能否正常工作。

2.2 光復用段保護

2.2.1 設計背景

某省運營商基于干線網絡業務安全考慮，結合省內現有資源和現有干線網絡的復雜性，計劃對現網二干波分網絡系統復用段進行光保護，實現復用段光纜保護自動化，減少人工調度，縮短網絡故障恢復時間，進一步提升省內干線網絡健壯性。與此同時，實現復用段上主備用路由靈活調整，線路調整割接更加智能化，實時通信光纜質量可視化，確保業務故障恢復時間在50 ms以內。

2.2.2 資料搜集

以某省運營商干線二干80×100 Gb/s WDM系統為例，光復用段保護需要兩路不同的物理路由出局光纜，前期主要對需要進行OMSP保護段落的路由光纜進行梳理。首先收集復用段（A節點至B節點）現狀的主用光纜路由各項指標，包括光纜類型、光纜衰耗、光纜長度、節點光纜跳接情況以及主用路由相關節點機房內跳纖情況等，同時對網絡主用光纜關鍵技術指標數據進行收集。其次對其余不同物理路由光纜進行梳理，得到各項相關指標。表1為各項數據指標其中主用路由光纜衰耗為端到端數據，備用光纜衰耗為光纜測試數據。

表1 數據指標

2.2.3 方案編制

主用路由光纖衰耗為23.4 dB和25.2 dB，A節點收端有3 dB的可調式光衰減器（Variable Optical Attenuator，VOA）可調余量，B節點收端有3 dB的VOA可調余量。波分系統接入零插損光保護板卡時，節點系統光功率不變，VOA無需釋放，備用路由衰耗值為26.5 dB左右。考慮光纖老化，在備用光纜預留4 dB維護余量，備用路由等效衰耗為32.0 dB。為保證后期系統光功率余量，需要在備用路由增加一對光放大器（增益±5 dB）。

100 Gb/s波分系統色散容限較大，依據標準，G.652光纖色散系數取17 ps/nm，G.655的色散系數取4.5 ps/nm。主用路由色散補償量=92.41×4.5=415.845 ps/nm，備用路由色散補償量=103.85×17=1 765.45 ps/nm，主、備用路由色散量差值=1 765.45-415.845=1 349.605 ps/nm。根據色散補償計算結果得知，備用路由色散量比主用多1 349.605 ps/nm，由于此系統為100 Gb/s波分系統，色散容限范圍較大，因此備用路由無需進行色散補償。OSNR值測算結果如表2所示。

表2 OSNR值測算

A段至C段備用路由光纜更改型號后，根據備用光纜各項指標對系統模擬測算后，A段至C段ONSR值滿足系統要求。通過對主備光纜的各項指標進行測算可知，僅需在光復用段備用路由增加一對光放大器（增益±5 dB）、一對FIU線路接口板等光層器件板卡即可。

3 結 論

對光傳送網進行光保護對原有網絡性能影響較小，能夠有效減少傳輸網絡路由故障恢復時間，實現傳輸網絡路由的靈活調度，降低人工成本，極大提升網絡人工智能化水平，提高網絡安全性能力。除此之外，對光保護技術原理及應用進行研究具有一定的現實意義，可以大大提升運營商的市場競爭力。