线路保护倒换可以采用【光线路保护倒换系统在通信网中的应用】

　　 [摘 要] 随着通信行业的不断发展和电信运营环境日趋竞争激烈的情况下，传输网作为业务承载平台，保护与恢复对于整个网络的生存能力有着重大的影响，高发的光缆故障促使我们积极寻求各种光缆线路保护方案。本文对光线路自动保护系统(OLP)的发展背景以及建设意义进行了简单分析，并对国际通用的几种光路保护手段的优劣性进行了探讨，由于其具有系统简单、对原有系统影响小、与各传输设备兼容方便、故障反应及时等优势，在现阶段,不失为传输网络保护体系很好的补充手段,所起到的保护作用也具有着非常积极的意义。
　　[关键词] 传输 光通信 光线路自动保护 OLP
　　
　　1.概述
　　随着光缆的普遍采用以及SDH、MSTP、WDM等新技术的引入，传输网的传输质量和传输容量都得到极大的提高，如何提高传输系统的安全可靠性是运维人员所要面临的重要问题，在影响传输系统安全可靠性因素中，光缆线路的影响是最大的。
　　线路故障主要就是指由于光缆断裂影响网络传输，由于室外的光缆很容易因为自然灾害、各种施工以及偷盗等外部的原因而发生断裂。在统计的全部故障中，线路故障占到全部故障的 70%以上；而在影响到网络方向性全阻的故障统计中，由于光缆断裂引起的线路故障在总数中的比例超过 90%。可以说，绝大部分的光网络故障都是由于光缆断裂引起的。
　　当光缆发生意外中断时，从故障产生到运维人员发现故障再到由人工进行光纤调度恢复业务需要约 30 分钟的时间，同时，在人工调度的过程中，可能会因为维护人员的业务水平问题或者因为与对端局站维护人员的沟通问题，导致纤芯调度失误，使得故障历时加长。不管是那种原因导致的光缆长时间中断，都会对传输网络的安全高效运行产生巨大的损害，也会影响客户对通信网络质量的评价。因此，设计一种有效的光线路自动保护系统非常必要。
　　2.目前通用的几种光线路保护手段
　　随着近年来3G、集团客户、宽带通信业务对带宽需求的不断提高，光传输网络的规模也在不断扩大，特别是高速率、大容量的WDM系统得到了广泛应用，使得光传输网的安全性和可靠性愈加重要。因此，积极寻求各种技术保护手段，努力缩减因光缆线路中断、造成的经济损失，成为摆在运维人员面前急迫解决的问题。
　　目前，光传输系统已知的保护手段主要有SDH自愈保护技术、ASON技术、光路或传输系统负荷分担保护、人工调度保护、光自动切换保护技术等。
　　2.1 SDH自愈保护
　　SDH自愈网（SDH self-healing network）是指通过SDH自愈环的组网结构，无需人为干预，在极短的时间内从故障中自动恢复网络业务使用户对故障无察觉的SDH网络。即当一个工作通道发生失效事件时，利用备用设备的倒换动作，使信号通过保护通路仍保持有效。如1+1保护、M: N保护等，保护倒换的时间很短。其实质是在网络中寻找失效路由的替代路由，SDH经典的保护倒换已得到普遍应用。保护方式包括二纤环/四纤环、单向环/双向环、通道环/复用段环和子网连接保护SNCP的一种或多种组合。
　　在SDH自愈环网的规划中则应充分考虑光纤物理走向，环网中节点间的光缆应采用不同的物理路由，且需要网管介入，这样才能真正发挥自愈环的作用，另外环网不宜过长，环中的节点数不宜过多。
　　2.2 ASON 技术
　　自动交换光网络ASON是一种融交换、传送为一体的自动交换传送网，ASON保护技术多用于省干线或城域传输网核心骨干层，支持Mesh组网保护，增强网络的安全性和业务的生存性。与传统SDH自愈环相比，Mesh组网方式灵活、易扩展，不需要预留50％的带宽，且可抗线路多处失效。这种组网方式恢复路径可以有很多条，提高了网络的安全性。
　　但实现ASON保护的前提是需要局间线路资源丰富且较安全，因此占用光缆资源较大，且各个节点之间光缆线路均需分配在不同物理路由上；从投资和维护配置角度来看，投资较大、维护较为复杂，对维护人员要求更高。因此ASON的网络构架在很大程度上受到光缆资源、业务需求、保护方案和设备性能等因素的影响，在局间光缆资源有限的情况下不宜采用。
　　2.3 光路或传输系统负荷分担保护
　　光路或传输系统负荷分担保护就是将原有传输系统上的业务调整一部分到其他传输系统上去，或者将所承载业务通过光缆传输或波分等传输系统传送，通过这种业务分担的方式传送业务，避免某一干线光缆中断时发生全阻情况。
　　目前，许多本地网的在业务调度层面上都采用了这种业务保护方式。这种方式简便易行，能有效地规避风险防止全阻，但对于出现障碍的业务却无法完成迅速有效的保护，因此不能保证电路100%的畅通，无法满足现在集团客户新形势的要求。针对目前来说，本着以客户为核心的服务目标，光路分流保护不是最佳的保护方式。
　　2.4 人工调度保护
　　人工调度保护，就是在光缆发生障碍后，根据光缆应急顶案通过机务人员与线务人员的配合，采用同方向其他光缆线路迁回调度。
　　人工调度保护需要机务人员的大力支持和积极配合，不仅要求要有值班人员在场，同时值班人员要具备一定的电路抢修意识、业务水平和动手操作能力。因各级维护人员素质各不相同，因此在故障发生时无法人工快速、准确的倒通电路，业务恢复时间较长。另外，对于手动调通的备用路由需要经常性的对其质量进行人工测试线路指标，基层人员无法及时开展。而且一旦在人工倒换过程中，备用光纤路由出现问题，基层人员不能及时排查处理问题，反而会拖延故障修复的时间。
　　2.5 光线路自动保护系统
　　光路自动切换保护技术是通过对光缆中传输光功率变化的实时监视、告警信息的自动分析，能够及时发现故障及隐患，当光传输线路上光纤意外折断或损耗变大导致通讯质量下降或通讯中断时，快速将工作光路自动切换到备用通道，在极短的时间内恢复通信，完成对光缆故障的快速反应和恢复机制，保证光传输系统的可靠性。
　　该技术是在光层完成路由切换操作，光层保护有着上层业务保护不可比拟的优点。如光层恢复可靠性高、速度快、成本低，同时可以对不同业务提供保护。其面临的主要问题是备用路由的条件是否满足光路自动切换技术
　　3.光线路自动保护系统（OLP）详细介绍
　　3.1 OLP 系统发展背景介绍
　　上述介绍的5种保护方式中，SDH自愈保护是对业务层的保护，需要网管介入，保护机制复杂；光路或传输系统负荷分担保护和人工调度预案保护方式，是落后低效的,无法满足无阻断通信服务质量的要求；ASON保护的前提需要局间线路资源丰富安全，且智能网元设备投资巨大。
　　光线路自动保护系统OLP应运而生，该系统是对光传输层的保护，其控制机制只针对光纤路由，与光通信设备兼容问题较小，组网容易。另外其恢复速度较快、恢复可靠性较高、成本相对低廉、可以同时对不同业务提供保护。
　　综上所述，在不具备自愈保护功能的WDM省级干线或大客户组网中，应用光路自动切换保护技术是提高线路无阻断通信的最佳解决方案。下面将对这一技术进行介绍和探讨。
　　3.2 OLP 系统原理
　　光纤线路自动保护系统是一个集监测、保护及管理为一体的综合管理应用系统，是一个独立于任何传输系统，完全建立在光缆物理层上的自动监测保护系统。该系统是由自动切换站（设备）和网管中心组成，可以实现光功率监测、光路自动切换和保护网络管理的功能。
　　3.3 光线路保护系统的两种保护方式
　　3.3.1 1十1保护倒换原理
　　1十1保护方式为择优而选的双发收端单端倒换的热备份机制，即传输设备Tx口发出的光经过OLP设备后，经过发端通过OLP的分光器把传输设备的业务光分为相等的2路,分别送入主用工作路由和备用工作路由内。工作原理图如3-1：
　　 1十1类型OLP系统由于没有相应的倒换协议，只是单纯的依靠收端光功率变化来判断线路是否符合指标。所以整体动作时间最小(25ms以内)，但插入损耗最大(5dB以内)。此种类型保护倒换设备主要基于1 X 2光开关选择通信路由，结构和判定依据相对比较简单，适用于线路富余度比较大，对倒换时间比较敏感的线路。
　　3.3.2 1：1保护倒换原理
　　1：1类型的保护倒换设备为收发双选的方式，即默认情况下，传输设备Tx口发出的业务光全部经过OLP设备经主用路由传输(下图粉红色线路)，OLP单盘上板载一个激光器，稳定持续地发射一个特定波长（通常为1550nm）的光源打向备用路由（下图黑色线路），实时监测备用路由的指标，并且激光器也是1：1类型保护倒换设备在硬件级别进行保护倒换协议传输的重要组件。工作原理图如图3-2 。
　　由于1：1类型OLP是收、发双纤同时进行保护倒换，加之其保护倒换判定条件严谨，通过对OLP设备设置保护倒换延迟时间来避免由于传输系统侧光功率异常所引起的误倒换、不倒换和级联倒换带来的影响，所以整体保护倒换时间相对于1+1类型OLP要长（50ms以内），但保护倒换更加安全可靠，设备的插入损耗也相对1+1较小(2.5dB以内)，是目前常用的保护倒换方式。
　　4.光线路自动保护系统的应用
　　4.1 省内干线新乡-焦作-济源段OLP 试验系统
　　笔者于今年 8月-9月参与了河南联通省干40G WDM 网络新建及随工工作，其中新乡-焦作-济源段加入了线路自动切换保护系统。
　　 在河南联通省干40G WDM 实际组网过程中，光线路保护系统采用1+1保护倒换方式，以 WDM 的各个光放大段之间的线路作为保护的子系统，保护设备是插入到线路的两个放大器之间。发送端将两路相同的光信号分别送入工作光纤和保护光纤的通道中，当其中一段光缆阻断时，接收端的光开关便把线路切换到保护光纤通道中。由于没有电层的复制和操作，所以除了发送端和接收端设备故障外，各段光缆故障都可以自动倒换保护。
　　在本次笔者所参加的省干40G WDM 网络工程中，根据组网资料得知，在备用光纤方面，焦作-新乡（新焦1号光缆）、焦作-济源（新焦济架空）干线上的冗余光纤资源也足够用作调度之用，涉及到本次网络改造的 WDM 系统在组网时就给线路留下了足够多的线路光放大冗余度，不管是复用站与放大站间还是放大站与放大站之间，它们的光纤放大器的冗余放大能力都有 10dB 以上，因此线路光放大器的放大冗余度能够提供因为加入线路自动保护系统而带来的插入损耗。
　　应用拓扑图如下：
　　
　　图4-1 省干40G WDM 网络OLP系统应用示意图
　　在本次省干40G WDM 网络工程中，WDM 网络的安全性得到大大的加强。线路保护系统不但能在发生意外断纤事件后迅速恢复光路畅通从而恢复通信，还可以在进行线路割接时能够通过网管操作迅速而准确地完成线路切换，保证割接工作的顺利。
　　4.2 省管大客户专线路由改造
　　联通大客户电路类型众多，有2M、数据DDN、ATM/FR、IP等，承载电路的网络类型也较多，只有极少部分客户采用双物理路由。河南联通省管大客户改造工程将局端、客户端的光端机更换为支持双光路的MSAP设备，并对部分大客户业务铺设不同路由的第二条光路，在实现接入光缆线路物理双路由的同时，加装1：1光线路保护系统采用（OLP），以实现光纤热备份。采用1:1光路保护，是利用备用的光路通道来避免光缆阻断对业务的影响，业务流量并不是永久的被桥接到工作和保护光纤上，反之，只有在光缆阻断时才在主用光纤和备用光纤之间进行切换。（如图4-2）
　　通过在省管大客户线路上加装1：1光线路保护系统，从而保证了客户业务的运行质量和客户网络的运行状况，先于客户发现故障，变被动维护为主动维护，确保客户故障及时处理，满足客户不断增长的可管理型业务的需求。
　　5.OLP实用性探讨
　　5.1 OLP系统的应用分析
　　根据前述的OLP技术应用特点，我们可以发现OLP较适用以下两种环境：
　　1）长途DWDM系统。由于长途传输系统的重要性和光缆距离长、多跳接、环境复杂，使用OLP可以提高系统稳定性，减轻了一线技术人员的维护压力，提高维护水平与效率。但要充分考虑OLP技术特点，增加了插入损耗，DWDM系统的光功率问题要通过增加EDFA或RFA解决，色散问题可以通过增加色散补偿模块(DCM)解决，最终要满足波分系统OSNR的指标。
　　2）本地网重要集团客户业务。由于本地网一些重要集团客户业务不是E1、以太网、ATM专线等业务，而是裸光纤出租业务，我们无法采用MSTP、波分等设备进行保护或采用MSTP、波分等设备保护时我们要付出较高的成本（由于其速率较高，匹配的光模块、光传输设备投资巨大），这样的环境较适用OLP，它可以提高本地集团客户业务保护效率，而且本地集团客户一般距离较短，线路富余度比较大，不需要再增加额外的光放设备投资。
　　 5.2 OLP实际应用中应注意的问题
　　1）OLP系统的介入应不影响在用系统的正常运行，采用低插损、高速开关，保证快速可靠的切换，尽可能降低对业务信道的影响；
　　2）OLP系统所需容量大、成本高，只能保护光缆通道，无法提供网络节点的失效保护；
　　3）工作光纤和保护光纤尽量不在同一物理路由上，同时应满足传输系统正常传输指标要求；
　　4）应用OLP系统后在进行线路割接或线路维修后，一定要对纤，确保每根纤芯用于正确的系统以及正确的收/发方向，以免以后自动切换后产生错环、收发交叉等不必要的问题
　　6.结束语
　　光线路保护倒换系统是线路保护倒换技术的一种，可对用户提供无阻断通信的最佳解决方案，是运维部门提供安全服务承诺的保障，这一系统的安装必将提高通信网络质量，更好的满足用户需求，实现无阻断、高可靠、安全、抗灾能力强的光通信网。
　　参考文献：
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　　[3] 纪越峰，李慧，陆月明 自动交换光网络原理与应用.北京邮电大学出版社，2003年.
　　[4] 李勇超,光线路自动保护系统技术及其实用性探讨.《解放军信息工程大学》2008年.

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