贵州公司传送网络应用技术分析技术报告.docx

贵州公司传送网络应用技术分析1 光纤技术及应用1.1 光纤类型光纤是光信号的物理传输媒质，其特性直接影响光纤传输系统的带宽和传输距离，目前已开发出不同特性的光纤以适应不同的应用。目前常用的光纤种类有常规单模光纤g.652、非零色散位移光纤g.655，这些光纤的低损耗区都在13101600nm波长范围内。色散位移光纤主要为1550nm频段的单一波长高速率传输研制的；非零色散位移光纤，它包括大有效面积光纤leaf、色散平坦光纤dff、全波光纤all wave等，对波长窗口、色散和pmd特性做了优化，使之适宜1550nm频带上高比特率wdm系统传输。1.2 性能参数 1）g.652标准单模光纤根据itu-t建议，目前市场上商用的g.652光纤可细分为a、b、c、d四个子类。其中g.652a和g.652b为常规单模光纤，其水峰处衰减未作优化；但g.652b相对于g.652a，pmdq链路值由0.5降低至0.2。g.652c与g.652d为近年研制并实用化的低水峰单模光纤，永久地降低水峰处的衰减；g.652d相对于g.652c，pmdq链路值由0.5降低至0.2。低水峰单模（指g. 652c/d）光纤是一种匹配包层光纤，其在1310nm与1550nm波段的性能与常规单模（指g. 652a/b）光纤指标是相同的；但与常规单模光纤相比，低水峰单模光纤具有明显的优势：g.652 c/d的可用波长范围比常规单模g.652光纤增加100nm，使光纤可以提供从1260nm到1625nm的完整传输波段，可使用的波长数大大增加，为采用粗波分复用系统（cwdm）提供了波长空间。 常规单模g.652光纤高速波分复用系统在1550nm传输色散较大，为18ps/nm.km；在10gb/s系统，传输50km需色散补偿；在40gb/s系统，传输34km则需色散补偿。而如果使用g.652 c/d光纤所打开的1400nm窗口，色散仅为7 ps/nm.km左右；在10gb/s系统，传输140km才需色散补偿；即使在40gb/s系统，传输10km后才需色散补偿。这使得g.652c/d对高速的城域网骨干环的传输具有非常意义。 更低的偏振模色散。由于采用光纤拉制工艺特殊控制，g.652d光纤符合更严格的pmdq规范要求。 g.652 c/ d光纤与常规单模g.652光纤的特征性区别是消除了水峰。g.652c/ d光纤采用特殊的生产工艺消除了氢氧根，并经过严格的试验测试，从而保证光缆敷设后在有效使用寿命内水峰衰减不会劣化。目前应用最广泛的是g.652b和 g.652d两种常规单模光纤。g.652d是g.652光纤制造工艺技术的日趋成熟及市场要求不断升级的产物，其不仅具备了g.652 b/c光纤的基本性能，而且以其优异pmdq特性使其更适用于长途较高速传送网络，特别适合长途骨干网的升级换代和构建新网络的传输需求。这种低pmdq的全波光纤给未来的长途传输提供了大规模升级容量的物质基础，是低色散类g.655（或g.656）系列光纤的有力竞争者。(1) 2）g.655非零色散位移光纤 针对g.653（色散位移）光纤在1.55m色散为零，会产生四波混频，导致信道间发生串扰，不利于多信道的wdm系统的问题，如果有微量色散，fwm干扰反而还会减小。针对这一特点，人们研制了非零色散光纤（nzdsf）。g.655光纤实质上是一种改进的色散位移光纤，其零色散波长不在1.55m，而是在1.525m或1.585m处。非零色散光纤削减了色散效应和四波混频效应，而标准光纤和色散移位光纤都只能克服这两种缺陷中的一种，所以非零色散光纤综合了标准光纤和色散位移光纤最好的传输特性，既能用于新的陆上网络，又可对现有系统进行升级改造，它特别适合于dwdm系统的传输。国际上陆续又开发出了一系列新型g.655光纤，如大有效面积非零色散位移单模光纤低色散斜率光纤、斜率降低的大有效面积非零色散位移单模光纤、色散平坦型非零色散位移单模光纤以及斜率补偿单模光纤等。1.3 工程应用从技术实现的角度来看，g.652光纤和g.655光纤对于单通路速率为2.5gb/s、10gb/s的wdm系统都适用，根据设备制造商的系统设计不同，均可达到较好的性能。对于通路非常密集的wdm系统，g.652光纤对于非线性效应的抑制情况较好，而g.655光纤对于fwm等非线性效应的抑制较差。综合这两种光纤应用的成本来看，采用g.652 光纤开通基于2.5gb/s的wdm系统是最经济的选择，对于基于10gb/s的wdm系统需要进行色散补偿，常用的方法是使用色散补偿光纤，这不可避免地要增加系统成本，而g.655光纤开通基于10gb/s的wdm系统时也需要进行少量的色散补偿，但色散补偿成本相对较低。综合上述对于g.652和g.655光纤的特性分析，我们可以得出以下结论：(1) （1）对于单波速率为2.5g或10gb/s的传输系统，g.652和g.655光纤均能支持；对于基于2.5gb/s及其以下速率的wdm系统，g.652光纤是一种较好的选择，在g.652b和g.652d光纤价格相差不大的情况下，可选用g.652d；(2) （2）对于基于10gb/s的wdm系统，g.652b/c/d和g.655b光纤均能支持；1. 对于通路非常密集的wdm系统，g.652光纤承载的系统在技术上有较好的优势，在考虑光纤选型时应综合性能及成本等多方面因素。2 波分复用层技术及应用wdm技术使光纤的传输容量成倍增加，其传输的透明性和易扩展性的特点极大地满足了对未来超大容量系统的需求，并成为sdh层的重要承载者。关于波分复用设备，32波和40波100ghz间隔的wdm系统已经得到广泛商用。为了提高带宽利用率，信道间隔从100ghz向50ghz或更窄信道发展，通带也从c波段向长波长l波段（或短波长s波段）扩展。透明复用器（t-mux）、fec、raman、opm等新技术使得wdm的工程应用越来越成熟。2.1 800g bit/s wdm系统长途系统在过去几年中一直处于低迷状态，2000年左右运营商建设的都是基于10gbit/s的40波系统，当时真正利用的波长也就是10个左右，还有30波没有利用。在过去2年中，数据的快速发展消耗了剩余波长，对长途wdm系统需求的压力再次出现，目前骨干网容量提高非常迅速，每年扩容主要为数据，一年甚至十几个10gbit/s波长，近期内这种增幅将不会减小。在某些运营商的个别截面上，线路需求已经超过40波。2000年，各运营商开始大规模建设以10gbit/s为基础的wdm系统。目前，骨干线路都是采用4010gbit/s wdm系统，而当时设备厂商宣称以后有能力升级到160波的系统。但是这种升级并不轻松，必须增加l波段的光放大器、增加新的复用器，并且在每个站点都要进行改动，而且系统设计原则也要发生变化，升级到160波要花费极大的精力。从实际实施上看，这些系统只能看作是终极容量为400gbit/s的系统。考虑到未来系统的容量需求和技术成熟性，新建wdm系统建设应该可以无缝升级到800gbit/s系统。对于800gbit/s系统目前有两种选择，一种是间隔为100ghz，覆盖c+l波段的800gbit/s系统，一种是间隔为50ghz，仅覆盖c波段的800gbit/s系统。从使用方便性来看，单纯c波段的800gbit/s系统可能更为合适，如果采用c+l波段，从目前放大器技术来看，还没有覆盖c+l波段的edfa，必须采用两个放大模块。复用器也只是覆盖一个波段，没有全波段复用器/解复用器。对于采用raman+edfa放大器的系统，raman放大器由于是分布式放大，两个波段的泵浦源是公用的，而edfa与复用器却是不同的，两个波段采用不同的复用器/解复用器和光放大器，在每个光放大器站都进行复用/解复用，光信号分别通过两个不同的edfa进行放大，系统构造比较复杂。另外，对于c+l波段色散补偿，要做到准确的色散斜率补偿也比较困难。2.2 超长ulh与oadmulhoadm可以使网络层次更加简化，有利于实现点到点的灵活、可靠、方便的业务传输。目前，超长系统在北美已经有所抬头，40gbit/s与10gbit/s混合传输的ulh wdm系统也开展了一些试验，但并不是商用化的重点。目前，商用化主要集中在10gbit/s wdm系统的超长传输上，有些采用传统的nrz+raman的解决方案，有些采用crzfec的技术，也有采用纯粹的raman放大器，并没有标准的方案。两江省地域广阔，可实施超长距离ulh+oadm配置系统，该系统还可以与常规波分系统并行使用，因此可以根据地域地点进行自由选择，使得组网方式非常灵活。ulh新技术的使用会使光再生距离延长至几千公里，等效减少了电中继再生节点的数量。另一方面，oadm的使用相对于背靠背系统，也会节省大量的otu。目前，较为成熟的超长传输距离在2000km，波长间隔在100ghz，使用c波段的40波系统，而oadm上下能力也在20波以上。目前，oadm的应用主要用于城域范围。现在系统制造商提供的oadm都是串并混合型。串联一般采用“band”上下，一次上下1个或2个波长组，对于一个波长组“band”内的各个波长，则采用光开关并联的方式进行上下。在落地业务量不大的节点选用oadm将会带来一定的经济性，可以节省大量背对背的otu。2.3 ipoverwdm技术随着传输技术的发展，以ip为主的业务的大规模应用，引发了ip承载方式的进一步的研究和应用，ip over wdm技术是将wdm技术和成熟的ip传输技术结合的产物。目前迅猛发展的数据业务的传送，目前可选的传送方式有sdh或wdm传送方式：ip over wdm是采用sdh帧或者ge/10ge帧结构，直接将路由器的接口映射进wdm系统，主要考虑的是端口对接，目前wdm支持的接口有：fe、ge、10ge wan和各种sdh接口。和ip over sdh相比，省去sdh层面，成本相对较低，适合2.5g及以上的速率连接；目前，在长途干线上wdm系统只有部分保护技术成熟，在长途干线网中应用可以采用11波长保护，目前华为、中兴和烽火均支持该保护技术，设备配置简单，不需要aps协议，并可实现不同厂家混合组网的互操作性。而采用ip over sdh技术，ip业务为sdh网的一个客户端信号。故障的定位、检测以及业务的保护恢复可以充分利用sdh层面已有的成熟技术，恢复时间达到sdh网的50ms水平，并且传输设备厂家普遍支持2.5g以及10g接口。目前ip网正快速发展，电路颗粒从2m/155m/622m迅速发展为ge/10ge/2.5g/10g pos，考虑应对网络ip化趋势，传送网必须引入新的组网技术，达到简化传送网络，降低网络建设和维护成本的目的。对于重庆市通信工程技术设计院来说，电路的ip化是发展趋势，因此传输系统要考虑采用成熟的wdm技术和sdh技术密切结合的技术发展方针，针对不同网络结构和应用考虑采用不同的解决方案。因此在省内传送网中对该技术的选择应在积极跟踪技术发展趋势的情况下，按照集团公司的统一安排来选择适当的时机采用。3 电路层技术及应用当前传送网电路层采用的主流技术即sdh技术，sdh技术已经非常成熟，在网络中有大量的应用。其接口速率包括stm-64，stm-16，stm-4，stm-1等，40gb/s设备已经有商用化产品。目前光传输技术发展迅速，基于2.5gb/s、10gb/s的sdh技术已十分成熟，除支持传统的tdm信号外，逐渐将数据技术和功能融入sdh设备中。3.1 sdh设备主要技术及应用目前在传送网络中大量采用sdh设备，有10g、2.5g、622/155m、155m adm/tm等多种设备类型，在干线中主要使用10g和2.5g设备组织环网和msp1+1系统，在城域网/接入网中主要使用多种速率混合的多套设备组合的madm设备，主要采用二纤或四纤环形或1+1msp、sncp等保护方式。在网络中，为了适应业务的快速发展，网络的灵活性和扩展性显得越来越重要，由此引出了madm设备的应用。该设备具有大容量交叉连接矩阵、具有支持多方向光接口的能力、可以组建多个环网、支持环间互联、多颗粒度的vc-n 交叉能力，成为网络应用中的首选。但madm设备集成度较高，一旦毁坏其影响面较大，因此在网络建设中需充分考虑其节点的安全性。3.2 mstp设备mstp设备是在传统的sdh技术上增加部分功能，适用于城域网组网使用，因此更关注技术、产品、解决方案的多样性。因此，mstp透传、交换、汇聚、rpr的相应处理功能以及带来的解决方案在网络业务开展的不同阶段是有差别的。mstp（多业务传送平台）技术具有atm处理功能，能够实现对3g业务支持，在传输层面提供atm的汇聚、统计复用、ima功能（inverse multiplexing for atm，将atm集合信元流分接到多个低速链路上，再在远端将多个低速链路复接起来恢复为原来的集成信元流），是未来3g业务传送的很好选择。目前，mstp技术在城域网中已经得到广泛应用，但目前基本以透传方式为主，为了适应贵州公司3g的发展，支持atm功能以及将来与ason配合组网是将来的发展趋势。3.3 网状网技术网状网的优势在于业务在网络的任意节点间灵活部署，网络资源动态分配，提高网络资源利用率，增强了网络的灵活性和生存性。目前应用于网状网的主流传输技术为ason技术，目前ason设备的传送平面相对成熟，主要是基于sdh的ason设备，它的交叉矩阵从160gbit/s到tbit/s不等，主要是320gbit/s和640gbit/s，处理的颗粒为vc4-nc/v，部分支持g.709，但核心交叉还是基于sdh vc交叉，只是增加了otn封装。全光层的ason目前还没有商用化，不具备实际应用的条件。下面对目前商用化的ason技术进行描述。ason的特点使其有别于传统的传送网概念，传统的传送网只涉及到信号的传送、复用、交叉连接、监控和生存性处理，不含交换功能，而ason除了具备以上功能外，还能实现动态、自动地实现传送、交换和建立连接的功能；同时，为了满足目前电路交换和分组交换业务的需求，ason同时引入了信令和路由的概念，以吸取两类网络的优点同时又避免它们各自的缺点；此外，ason支持多种客户信号，是一种独立于客户和技术的网络。ason网络具有以下几个方面的应用优势：快速电路指配；网络结构易于扩容和调整；网络资源动态分配；支持多等级业务；提高了网络带宽利用率，节省网络投资，降低capex/opex；网络易于管理；互操作性；支持多种新型业务。特别是ason网络提供mesh保护恢复能力，抗多节点失效，提高网络的生存性和抗灾难能力，其分布式恢复能力可实现快速业务恢复；当传统的环网出现两处光缆中断时，业务已经中断，而网状网依靠其最短路由算法可寻找多条迂回路由保证业务不中断。总之，ason网络与传统网络相比其优势在于业务在网络的任意节点间灵活部署，网络资源动态分配，提高网络资源利用率，增强网络的灵活性和生存性。在ason的标准化方面，国际上有包括oif、ietf和itu-t国际标准化组织进行关于ason标准的制定。目前信令需求和协议正式通过，路由协议、链路管理协议（lmp）、保护恢复还在完善。国内关于ason的标准也在制定当中，包括：自动交换光网络标准(ason)的体系结构（完成）、自动交换光网络结构和功能要求（征求意见稿）、自动交换光网络信令技术要求（制定中）、数据通信网技术要求。ason技术的发展经历了较长的时间，目前尚有部分标准不十分成熟，如i-nni相对已经成熟，e-nni正在进一步发展，uni的应用尚不明确；采用完全动态恢复方式时恢复的时间较长；但每个厂家均有各自的解决办法，而且域内采用单个厂家的应用已经较为成熟；对于ason技术的需求已经初露端倪，并且在国际国内有了一定的应用。4 网络保护和恢复技术4.1 sdh保护恢复技术目前，重庆市通信工程设计院传送网的可靠性保证主要由sdh层的保护实现。传送网分为sdh层和wdm层，每层都具有各自的保护恢复策略。sdh层的保护恢复方式包括网状网保护恢复、自愈环保护以及11或1：1线路保护。网状网保护恢复受技术成熟度限制在网络中没有采用。sdh自愈环网保护是一种非常成熟的技术，在实际网络中已经有着广泛的应用。自愈环保护需要至少100以上的备用容量，这使得网络资源利用率无法超过50；对于超长网络，它的保护时间也无法保证50ms以内。自愈环结构可以划分为两大类，即通道倒换环和复用段倒换环。对于通道倒换环，业务量的保护是以通道为基础，倒换与否按离开环的某一通道信号质量的优劣而定，通常利用简单的通道aps信号来决定是否应倒换。对于复用段倒换环，业务量的保护以复用段为基础，倒换与否按每一对节点间的复用段信号质量的优劣而定，当复用段出问题时，整个节点间的复用段业务信号都转向保护环。通道倒换环与复用段倒换环的一个重要区别是前者往往使用专用保护，即正常情况下保护段也在传业务信号，保护时隙为整个环专用，后者往往使用公用保护，即正常情况下保护段是空闲的，保护时隙由每对节点共享。常用的有2纤单向通道倒换环、2纤双向通道倒换环、2纤单向复用段倒换环、4纤双向复用段倒换环和2纤双向复用段倒换环5种类型。1）2纤单向通道保护环环网由2根光纤组成，两点之间的往来业务信号都沿着环的顺时针方向或逆时针方向进行传输。其优点是：双发选收，实现简单，倒换速度快，因不使用aps倒换协议，倒换时间一般小于30ms。其缺点是：传输容量较小，因为它不能重复使用节点间的时隙，进入环中的所有分支路信号都要经两个方向传向接收分路节点，相当于要通过整个环传输，因而环的业务容量等于所有进入环的业务量的总和，即等于节点处adm的系统容量stm-n。2）2纤双向通道保护环环网仍由2根光纤组成，但两点之间的往来业务信号一个沿着环的顺时针方向（或逆时针方向）、另一个沿着环的逆时针方向（或顺时针方向）进行双向传输。2纤双向通道保护环的工作原理与2纤单向通道保护环类似，其区别仅是业务信号的单向传输与双向传输，其优缺点与2纤单向通道保护环相同。(1) 3）3）2纤单向复用段保护环 它又称为复用段专用保护环，环网由2根光纤组成，1根光纤组成传送业务信号的工作环，另1根光纤组成反方向传输，专门用于保护的保护环，两点之间的往来业务信号进行单向传输。优点：备用光纤可以传送额外业务，增大了环网的传输容量，如不发生故障，整个环网的传输容量可达2stm-n，因为2纤单向复用段保护环不向p光纤发送业务信号，所以在正常情况下备用光纤完全空闲，可以用来传送额外业务，从而扩大了环网的传送容量。缺点：倒换速度相对较慢，因为需要使用aps倒换协议，所以其倒换速度比通道环慢，但比2纤双向复用段共享保护环要快一些。4）2纤双向复用段共享保护环它又称为复用段共享保护环，环网由2根光纤组成，每根光纤只用其容量的一半承载业务，另一半用于保护，且为另一根光纤的工作通路提供反方向保护。两点之间的往来业务信号进行双向传输，正常时利用2根光纤的工作通路组成的环网传送业务信号，发生故障时，把工作通路中的业务倒换到另一根光纤的保护通路，以实现保护。优点：时隙可以重复使用，它可以大大增加环网的传输容量，使之达到：k/2stm-n；正常情况下，保护通道是空闲的，可利用保护通道传送额外业务。缺点：使用桥接与倒换技术，技术比较复杂，它需要使用aps倒换协议，其倒换速度较慢，当环的传输路径小于1200km时，其保护倒换时间小于50ms，若环网的传输路径很长，保护倒换时间可能会高达100200ms。5）4纤双向复用段共享保护环环网由4根光纤组成，两根工作光纤组成传送业务的工作环，两根保护光纤为工作光纤提供保护（同向或反向）。两点之间的往来业务信号进行双向传输，正常时利用工作环传送业务，出现故障时，把工作光纤中的业务倒换到保护光纤，以实现保护。优点：一是时隙可以重复使用，使环的传输容量可以达到：kstm-n；二是可以利用保护光纤传送额外业务；三是具有区段保护功能。缺点：一是它需要使用aps倒换协议，因此倒换速度慢，当环网的长度小于1200km时，其保护倒换时间在50ms内，但环网的长度大于1200km时，其保护倒换时间可能会高达100200ms；二是技术复杂，节点成本高。下面为5种自愈环特性比较表4.1 5种自愈环的特性比较项目2纤单向通道环2纤双向通道环2纤单向复用段环2纤双向复用段环4纤双向复用段环节点数kkkkk线路速率stm-nstm-nstm-nstm-nstm-n环传输容量stm-nstm-nstm-n0.5kstm-nkstm-naps协议无无有有有保护倒换时间30ms30ms30ms50200ms50200ms节点成本低低低中高抗节点失效能力无无无有有区段保护能力无无无无有系统的复杂性最简单简单简单复杂复杂端到端的保护有有无无无sdh传送网的5种类型自愈环各具特点，可以适用于不同的网络，最常用的是2纤单向通道保护环和2纤双向复用段共享保护环。通道保护环（单向或双向）因实现简单，它利用“双发选收”的方式，而且不使用aps倒换协议，倒换速度快，所以适用于业务量集中的场合，即各个节点都和中心节点发生业务往来，彼此之间的业务量较少。2纤复用段保护环由于具有“时隙可以重复使用”的优点，所以特别适用于业务量分散的应用场合，即环网中的各个节点之间，尤其是相邻节点之间的业务流量比较多，而且分布比较均匀的情况。4纤复用段保护环一方面具有“时隙可以重复使用”的优点，另一方面同步复用设备一般采用双系统结构设计，还具有区段保护功能，所以适用于业务量大而分散、组网复杂的应用场合。对于处于网络的边界，所需的业务量较小，且大部分业务量汇集在1个节点上，因此简单经济的通道保护环（单向或双向）比较适合于这种业务量网络的需求。对于局间通信部分，由于它的各个节点之间均有较大的业务量，而且节点一般需要较大的业务分插能力，所以具有较大业务容量的2纤双向复用段共享保护环比较适用，但若业务量集中的某个节点，则此时通道环比较合适。对于省内长途传输网和城域核心层面网络，采用复用段保护环最适合，至于究竟是2纤方式还是4纤方式，则取决于容量要求和经济性考虑的综合比较，通常业务量不太大时，2纤复用段倒换环比较经济灵活，否则4纤复用段倒换环更经济。另外四纤环具有区段倒换功能，可以处理多个故障同时发生的情况，这对于超长的复用段环更为有利。4.2 wdm层保护技术鉴于wdm系统所承载的业务量之大，网络的安全性显得尤为重要。光层的保护，可以在不同的层面上实施。目前大多数情况下，wdm 系统工作在无保护的方式，保护由其上层的sdh、ason、甚至是数据网来实现。只有在上层缺乏有效保护手段，需要提高保护效率时，才考虑在波分层面进行保护。wdm保护方式分为11光线路保护（包含光复用段保护）、(客户侧)光通道11保护、光波长通道共享保护、子波长交叉连接保护（wxcp）和1：n光通道保护(ocp)等。后三种保护还不够成熟，厂家支持有限，并且受限较多，可在小范围尝