（通信与信息系统专业论文）dwdm长途传输网光层保护设计与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 密集波分复用( d w d m ) 技术是近年来出现的光通信新技术，已得到越来越广 泛的应用。密集波分复用的波道数已由8 波、1 6 波，发展到3 2 波、4 j 0 波、1 6 0 波。 随蔚p 业务的与日俱增，电信业的增长点从以电话为代表的通信服务向以数据为 代表的信息服务转移，中国电信为了满足迅猛增长的社会信息化发展的需要，大量 采用4 0 1 0 g b i t s 密集波分复用设备建设传输网、互连网、接入网。 本文介绍了d w d m 光传送网出现的历史背景，分析了d w d m 光传送网的特 点和生存性问题，指出d w d m 光传送网分为三种结构：点对点机制、环网系统和 网状网结构。在讨论e d f a 、光源技术、光复用器和光解复用器等密集波分复用关 键技术的基础上，重点探讨了点对点机制、环网系统结构下密集波分复用的光层网 络保护技术的主要理论问题。并设计、论证了解决湖北省内d w d m 光传送网生存 性问题的整体方案，经过理论分析和方案实施、系统测试，整个解决方案是可靠的。 方案实旌完成后，湖北省内d w d m 长途传输网已经成为一个运行良好的网络，网 络传输容量、传输质量和网络安全性等方面都得到了全面改善，为将来建设智能全 光网络打下了良好的基础。 在论文的最后，展望了下一代传送网络全光网络的发展趋势。 关键词：密集波分复用生存性问题光层保护和恢复智能光网络 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo fd e n s ew a v ed i v i s i o nm u t l i p l e x ( d w d m ) i st h en e w o p t i c a l c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya p p e a r i n gi nr e c e n ty e a r s ，h a v ea l r e a d y g o tm o r ea n dm o r ee x t e n s i v ea p p l i c a t i o n t h en u m b e ro fc h a n n e l s o f d w d m a l r e a d yg r o w sf r o m8w a v e s ，1 6w a v e st o3 2w a v e s ，4 0w a v e s ， 16 0w a v e s w i t ht h eg r o w i n gw i t he a c hp a s s i n gd a yo fi pb u s i n e s s ，t h e c o m m u n i c a t i o ns e r v i c er e p r e s e n t e db yt e l e p h o n eo fp o i n to fg r o w t ho ft h e t e l e c o m m u n i c a t i o ni n d u s t r yi ss h i f t e dt ot h ei n f o r m a t i o ns e r v i c er e p r e s e n t e d b y d a t a ，c h i n at e l e c o m ，i no r d e rt om e e tt h en e e do fs o c i a l i n f o r m a t i o n i z a t i o nd e v e l o p m e n ti n c r e a s i n gr a p i d l y ，a d o p t4 0 81 0 g b i t sd e n s e w a v ed i v i s i o nm u t l i p l e xe q u i p m e n tt ob u i l dt r a n s p o r tn e t w o r k ，i n t e r n e t ， a c c e s sn e t w o r ki nal a r g ea m o u n t t h i sp a p e rh a si n t r o d u c e dt h eh i s t o r i c a lb a c k g r o u n dt h a tt h ed w d m o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r ka p p e a r s ，i ti sa n a l y s e dt h a tt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h e d w d m o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r ka n de x i s t e n c eq u e s t i o n ，p o i n to u tt h a t d w d m o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r ki sd i v i d e di n t ot h r e ek i n d so fs t r u c t u r e ： p o i n t - t o - p o i n tm e c h a n i s m ，r i n gn e t w o r ks y s t e ma n dm e s ha r c h i t e c t u r e s a t d i s c u s sc r i t i c a lt e c h n o l o g y ，s u c ha se d f a ，l i g h ts o u r c et e c h n o l o g y ，o p t i c a l 一 n 华中科技大学硕士学位论文 m u l t i p l e x e ra n dd e m u l t i p l e x e r ，e t c a tt h ef o u n d a t i o n ，e m p h a s e sd i s c u s st h e m e r em a i nt h e o r e t i c a lq u e s t i o no fp r o t e c t i n gt e c h n o l o g yo fo p t i c a ll a y e ro f d w d mn e t w o r k su n d e rt h ep o i n t t o - p o i n tm e c h a n i s m ，r i n gn e t w o r ks y s t e m e s p e c i a l l y a n dh a sd e s i g n e d ，p r o v e d t h ew h o l es c h e m et h a t s u r v i v i n g p r o b l e mo ft h ed w d mt r a n s p o r tn e t w o r ki n s i d et h eh u b e ip r o v i n c eo f s o l v i n g ，i m p l e m e n t i n g ，s y s t e mt e s t i n gt h r o u g ht h e o r ya n a l y s i sa n ds c h e m e ， t h ew h o l es o l u t i o ni sr e l i a b l e a f t e rt h es c h e m ew a sf i n i s h e d ，d w d m l o n g - d i s t a n c et r a n s m i s s i o nn e t w o r ki n s i d et h eh u b e ip r o v i n c eh a sa l r e a d y b e c o m eo n ea n dw e l l o p e r a t e dn e t w o r k ，s u c hr e s p e c t sa st h en e t w o r k s c a p a c i t y ，t r a n s m i t t i n gq u a l i t ya n dn e t w o r ks e c u r i t ya r ea l li m p r o v i n gi na n a l l r o u n dw a y ，i no r d e rt ob u i l di n t e l l e c t u a l l yc o m p l e t e l yi nf u t u r et h el i g h t n e t w o r kl a i dag o o df o u n d a t i o n a tt h ee n do ft h ep a p e r ，p r o s p e c tt h ed e v e l o p m e n tt r e n d so ft h en e x t g e n e r a t i o nt r a n s p o r tn e t w o r k t h ed e v e l o p m e n tt r e n d so fa l lm e r en e t w o r k s k e y w o r d ：d w d m ；s u r v i v i n gp r o b l e m ；o p t i c a ll a y e r ； p r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o n ； a s o n _一 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中已明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 精帚彤 日期：二彤r 年。月f j 一 = ：i f 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在 本论文属于 彳；保密面。 ( 请在以上方框内打“d ”) 学位沦文作者签名：珊声嘭 同期：叮年i 。月f 厂f = | 年解密后适用于本授权书。 指导教师签名：荡纬 日期：易形年护月r s 同 华中科技大学硕士学位论文 1 绪言 1 1 d w d m 光传送网概述 1 1 1d w d m 光传送网出现的历史背景 全球网络用户的大量增长和大容量业务的发展使得带宽需求量成线性增长，如 何有效地增加骨干网的传输能力成为众多i n t e m e t 服务提供商( i n t e m e ts e r v i c e p r o v i d e r ，i s p ) 必须面对的重要问题。虽然目前的骨干网多数已使用光纤链路来传 输数据，但是传统的s d h s o n e t ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y s y n c h r o n o u so p t i c a l n e t w o r k ) 技术只能以特定的传输速率( 如2 5 g b i f f s ) 在光纤中的单个波长通道上 传输数据。单纯依靠增加单波长传输速率的方法，例如使用更高速的时分复用( t i m e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，t d m ) 技术，将碰到诸如因传输速率逼近电层处理极限而使 设备成本迅速增加等问题。波分复用( w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，d w d m ) 技术可以充分利用光纤的低损耗带宽，在一根光纤中的不同波长上异步、高速传输 多种格式的信号。使用光分插复用器( o p t i c a l a d d d r o pm u l t i p l e x e r ，o a d m ) 和光 交叉连接( o p t i c a lc r o s s - c o n n e c t ，o x c ) 的d w d m 光传送网将逐渐在骨干网中占 据主导地位【l 】。 d w d m 首先是作为一种传输技术提出的，它可以充分利用光纤的巨大带宽资 源( 多，二5 0 t h z 的理论可用带宽【2 】) ，使一根光纤的传输容量比单波长传输时的容 量增加几倍、几十倍甚至几百倍。光纤链路中的波长通道对它承载数据的格式是透 明的，即与承载信号的速率和电调制方式无关，因此可以在一根光纤中的不同波长 上同时传输不同协议的数据( 包括模拟信号) ，这也是d w d m 网络最重要的特性之 一，通常称为光透明性( o p t i c a lt r a n s p a r e n c y ) 。在网络扩充和发展中，d w d m 技 术是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务的方便途径，即通过增加波长就可以引 入新业务或新容量。 目前点到点的d w d m 传送技术己经成熟，并己应用于长途干线和海底光缆系 统。d w d m 设各自1 9 9 7 年进入中国市场。1 9 9 8 年一1 9 9 9 年度，中国电信存多条省 华中科技大学硕士学位论文 级光缆干线上使用了d w d m 技术。2 0 0 0 年6 月，武汉一南京光缆干线3 2 0 g b i t s 单 纤双向波分复用实验工程f 式开工，这标志着我国建设超大容量传输骨干网正式拉 开了帷幕。中国电信在2 0 0 0 2 0 0 4 年问，已经大量采用d w d m 技术对我国“八纵 八横”光缆网进行改造、扩容和升级f 3 】拉近了中国信息基础设施建设与国外的距 离，为中国信息产业进一步繁荣与发展奠定了基础。 9 0 年代以来，d w d m 光传送网已成为网络界的研究热点。我国的一些研究机 构也开展了光传送网的研究工作1 4 1 1 5 。1 9 9 8 年5 月，国家自然科学基金委员会发布 了重大项目“d w d m 全光网基础研究”，由我国的一些知名高校，如清华大学、北 京大学、北京邮电大学、上海交通大学和电子科技大学，以及其它一些单位共同承 担，将为我国全面推广d w d m 光传送网技术奠定坚实的理论基础。基于d w d m 技术的光传送网已在世界范围内引起了广泛关注。 2 0 0 0 年o f c 会议已经报道，总容量为3 2 t b i t s ( 2 0 g b i t s 1 6 0 信道) 的系统 不采用f e c ( f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n 前向纠错编码) 成功传输1 5 0 0 k m ，误码率 小于1 0 4 【6 】。最近几年的事实表明，虽然语音通信业务量仍保持每年继续增长，但 i n t e r n e t 数据通信业务量的每年增长率远大于语音业务量的每年增长率【”。预计不久 之后，数据通信业务量特别l p 业务逐步取代话音业务量成为电信网的主要业务量， 这将导致电信网由传统电话网不可避免地过渡到以数据业务为中心的电信网【”。 d z h o u 和s s u b r a m a n i a m 对当今主流光层保护方案的功能特征以及适用环境 进行了定性分析和比较1 9 1 。o g e r s t e l 和r r a m a s w a m i 阐述了不同光层保护方案的背 景，从服务提供者的角度阐述了它们的优缺点【1 0 1 。从实现的角度分析了光层保护方 案需要考虑的几个事项，如支持快速保护、支持低优先级业务、支持网状网保护、 支持所有的故障模型以及波长转换对保护的影响【1 1 】。 在未来的一段时问里，人们将继续对光传送网的关键技术进行全面、深入研究。 这些关键技术包括：业务接入和一体化技术( i p o v e r - d w d m 、s d h o v e r - d w d m 等) ：光分捅复用技术；光交叉连接技术；光放大技术；全光的波长转换技术：波 长选路和波长分配技术；光网络重构技术以及光网络的管理和控制技术等。 2 华中科技大学硕士学位论文 1 1 2d w d i d 光传送网的特点 d w d m 光传送网在未来的网络中提供了一个经济、大容量、高生存性和灵活性 的传输基础设施，具有极涛人的前景。它的主要特点有： ( 1 ) 高容量：每个波长的速率可达4 0 g b i t s 1 1 2 】，单纤可传送1 6 0 个以上波长，这 是d w d m 技术特有的优点。 ( 2 ) 波长路由：在d w d m 网络中，通过波长选择性器件实现路由选择，建立不 同波长在各个节点之间的拓扑连接。 ( 3 ) 透明性：透明性有多层含义，完全透明的传送网与信号的格式、速率无 关；但考虑到各种物理限制、成本和管理等因素，要实现完全透明还比较困难，尤 其是在大型网络中，因此，将透明性定义为光传送网可支持尽可能多的客户层更合 适。目前的s d h s o n e t 技术就具有一定的透明性，它可以支持许多客户层，如通 过p d h 传输的话音、a t m 、帧中继、i p 等，只是其带宽有限，而且帧长固定为1 2 5 m s ， 小适合许多新的业务。d w d m 光传送网将提供与s d h s o n e t 不同的新透明性，即 传输波长与协议和速率无关，这是d w d m 光传送网的关键优点，它保证了光传送网 可在光信道上传输任何协议( 例女f l f a s t g i g a b i te t h e r n e t ，a t m ， s o n e t ，f d d i ， v i d e o ) ，也可传输各种比特率( 例如1 5 5 m b i t s 、6 2 2 m b 埘s 、1 2 5 g b i t s 、2 ，5 g b i t s 或1 0 g b i t s ) 的信号。特定协议和比特率所需的专用传输接口不再需要，从而有可能 去掉一些传送网子层，减少网络单元的数目和种类，这既可以减小网络提供商的设 备投入和运行费用，又可以提高网络的灵活性。 ( 4 ) 町重构性：d w d m 光传送网通过光交叉连接( o x c ) 和光分插复用( o a d m ) 技术可以实现光波长信道的动态重构功能，即根据传送网中业务流量的变化和需要 动态地调整光路层中的波长资源和光纤路径资源分配，使网络资源得到最有效的利 用；同时在发生器件失效、线路中断及节点故障时，可以通过波长信道的重新配置 或保护倒换，为发生故障的信道重新寻找路由，使网络迅速实现自愈或恢复，保证 上层业务不受影响。因此，d w d m 光传送网能够直接在光路层上提供很强的生存能 力。 ( 5 ) 兼容性：d w d m 光传送网要得到市场的认可，必须能够兼容原有传送网技 华中科技大学硕士学位论文 术，与现有传送网相连并允许现有技术继续发挥作用，从而能够维护用户原来的投 资。 1 2d w d m 光传送网存在的问题 网络生存性( n e t w o r ks u r v i v a b i l i t y ) 指网络恢复受到失效( 如链路失效) 影晌 的业务的能力，也是网络经受各种故障后仍能维持可接受的业务质量的能力f 1 3 】，是 设计网络特别是骨干网络时需要考虑的重要问题口4 1 。波分复用的做法使d w d m 网 络在网络部件失效时可能遭受比传统网络更大的损失，比如一根光纤断裂会使经过 它的所有光路同时失效。光传送网支持的用户信号可能具有自己的恢复措施。比如 i p 路由器可以通过为分组重选路由的方法来绕过失效的网络组件，传统的s d h 网 络则利用环形网络的保护倒换。a t m 和i p 都有一定的抗毁能力。传统的i p 动态路 由机制虽然有失效恢复能力，但是存在以下缺点： ( 1 ) 传统的i p 路由机制依靠路由器之间定时交换网络状态信息，并且可以采 用重选路由的方式绕过出问题的链路或节点，恢复受影响的业务。但是由于i p 层 的重选路由必须等路由表收敛以后才能进行，所以这一动作的延时是相当大的。目 前使用的基于距离矢量的内部网关协议( 如r i p 和i g r p ) 依靠路由刷新定时器来 控制路由表的刷新，刷新间隔为3 0 秒或9 0 秒，而路由器确定一条路由不可到达要 经过刷新间隔几倍的时间，之后才会向其它路由器广播，因此对于规模较大的网络 失效恢复的延时相当大( 可能会达到数分钟) 。 ( 2 ) 传统i p 网络采用的动态路由协议，在网络部件出现故障需要重选路由时 并未考虑保证备用路由上已存在业务流的服务质量( q u a l i t y o f s e r v i c e s q o s ) ，因此 路由改变之后的业务流可能损害己存在业务流的q o s ，导致网络已不再是真正意义 上的自愈网络了。 光层的恢复时间可以达到毫秒级，这样有助于将数据丢失降低到最低程度。此 外，基于以下三点，在光层中引入保护恢复机制也很有价值1 1 5 】： ( 1 ) 在支持多种商层应用网络时，光层能有效地利用保护资源； ( 2 ) 如果高层协议本身不具有抗毁能力，那么光层的保护恢复就是不可或缺 的了； 4 华中科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 利用上层网络( 如a t m 和i p ) 的恢复机制来恢复物理网络的失效，所需 的时延较大。 实现网络生存性的方法有保护和恢复两种【1 6 l 【1 7 j 。在保护方案中，网络提供的生 存性服务是利用专用资源实现的，可以针对每个可能的失效预留专用的空闲资源， 也可以在多个不会同时出现的失效之间共享这些空闲资源。在恢复方案中，控制机 制是在网络部件出现失效以后实时寻找可用资源来恢复受影响的业务。相比之下， 动态的恢复方案在资源利用效率上高于保护方案，因为前者实现了空闲资源的完全 共享，并且由于是实时寻找可用资源，因此可以应付多种类型的失效( 如多链路同 时失效) 。但是，保护机制能够获得更快的恢复速度，并且能够确保1 0 0 的业务恢 复。 1 3 湖北省d w d m 长途传输网络的发展现状 1 3 1 国家骨干网的发展状况 目前，中国电信经过十多年的努力，现已拥有一个覆盖全国所有县以上城市， 技术先进的光纤传输网络。采用光纤传输为主，加上微波、卫星等多种传输技术， 组成立体交叉的网状网结构。构成了一个数字化、大容量、多手段、多路由的能承 载各种业务的现代化传输网。下面就具体介绍中国电信光传输网的情况。 从1 9 8 6 年武汉黄石、南昌一九江光缆建设开始，中国电信开始了以光纤传输为 主的骨干通信网的建设。到1 9 9 5 年年底完成了“八五建设规划”的建设任务，共 敷设长途一、二级光缆约1 1 万公里。形成了以p d h1 4 0 m b i t s 系统为骨干的光纤传 输网络：到2 0 0 0 年9 月，随着广北昆成光缆干线建成投产，又全面完成了“九五 建设规划”的任务。共敷设长途一= ：= 二级干线约2 3 万公里，其中一级光缆干线约8 万公晕。形成了以s d h2 5 g b i t s 为主的“八纵八横”的省级光纤传输网络。1 9 9 8 年丌始又对京沪、京汉广、京太西、京呼银兰、京沈哈、沪宁汉、成渝、西成渝、 沈大沪等工程进行扩容。采用1 6 x 2 5 g b i “s d w d m 技术及3 2 x 2 5 g b i t s d w d m 技术， 同时在沪宁及宁汉线上进行了t d m1 0 g b i t s 及3 2 x 1 0 g b i t s 系统的验证测试准备工 作，从技术上为今后的进一步发展作好了充分的准备工作。另外，中国电信还拥有 近6 0 万公里的本地网及农话光纤网络，2 0 多万公里的接入网光纤网络。到目前为 华中科技大学硕士学位论文 止，中国电信拥有的全部光缆总长度约为1 1 0 万皮长公里，覆盖中国的绝大部分行 政村以上的地区。 除陆路光缆外，中国电信还建设了烟台到大连、广西北海到海南临篙、湛江到 海南海口海底光缆。同时，中国电信自1 9 8 9 年开始在国际上参与国际海底光缆的 建设，1 9 9 3 年1 2 月合作建成开通了全长1 2 0 0 k m 的中同海缆5 6 5 m b i t s 系统；1 9 9 6 年2 月合作建成开通了全长5 4 6k m 的中韩海缆5 6 5 m b i t s 系统；1 9 9 7 年1 1 月投资 建成开通了f l a g 海缆，全长2 7 0 0 0 k m 、5 g b i t s 系统；1 9 9 9 年1 2 月参与建成丌通 了欧亚3 号海缆( s e a m e w e 3 ) 4 0g b i t s 系统，以及中美海缆( c h i n a u sc n ) 8 0 g b i t s 系统。这些国际海底光缆的相继建成投产，使我们已经初步具备了作为国 际通信网中一个重要枢纽中心的条件，为中国电信今后在国际电信市场上提供服务 打下良好基础。 经过“八五”、“九五”的建设，中国电信目前拥有称谓“八纵八横”光缆传 输网络。所谓“八纵”即：牡丹江一上海广州、齐齐哈尔北京三亚、呼和浩特一太 原北海、哈尔滨天津上海、北京九江广州、呼和浩特西安昆明、兰州一西宁一拉 萨、兰州一贵阳南宁；“八横”即：天津呼和浩特一兰州、青岛一石家庄银川、上海一 南京一西安、连云港一乌鲁木齐一伊宁、上海一武汉重庆、杭州长沙成都、广州一南宁一 昆明、上海广州昆明。目前中国电信省级光缆干线连通了中国所有的省会级城| _ 丁 ( 除台湾外) ，除拉萨外，各省会均有两个以上的干线光缆出口，并且上述所有干 线均采用s d h 系统传输。随着1 9 9 8 年开始建设的1 6 波d w d m 系统工程开始到 2 0 0 0 年扩波工程结束，在沈阳、天津、北京、武汉、西安、成都、南京、上海、广 州等东西部主要城市间均增加了1 6 x 2 5 g b i t sd w d m 系统，使主要光缆干线方向上 的每对光纤的传输容量达到了8 0 g b i t s ，在上海至武汉段还采用了3 2 x 1 0 g b i t s 技术， 传输容量达到了3 2 0 g b i t s 。随着i p 业务的与日俱增，电信业的增长点以电话为代 表的通信服务向以数据为代表的信息服务转移，中国电信提出加大传输网、互连网、 接入网的建设来满足社会信息化发展的需要，又新建了骨干传输网光缆工程：北京 一南京、北京一武汉一广州、上海一广州、北京一沈阳哈尔滨、北京阜新一齐齐哈尔哈尔 滨、郑州西安、上海一南京一杭州、南京武汉；西安一成都、西安一兰州、武汉重庆等 华中科技大学顽士学位论文 光缆项目。所有新建的干线光缆均采用g 6 5 5 光纤，同时敷设硅芯塑料管以便于今 后扩容的需要。传输设备方面在全国2 7 个主要节点安装d x c4 4 设备，并在相关 节点安装d x c4 4 1 设备；建设了武汉北京沈阳天津一南京武汉、武汉，南京卜海 一广州一武汉、武汉重庆成都西安一武汉3 个高速环网，西南、西北2 个高速环网及 省际间d w d m 系统。高速环网均采用3 2 x 1 0 g b i t s 以上的技术，省际d w d m 采用 3 2 x 1 0 g b i t s 或3 2 x 2 5 g b i t s 的技术。通过上述项目的建设，使中国电信在骨干传输 网卜- 利用环保护和格形网保护几乎覆盖所有省会城市。传输带宽成倍提高，对于承 载的各种业务更加稳定可靠。目前对国际、数据等重要电路已经采用了d x c 的保 护方式，同时s d h 技术的s n c p 、i + 1m s p 及二纤复用段自愈环保护方式也被广 泛应用在网络保护技术上，特别是二纤复用段自愈环保护技术在省内干线和城域网 络中得到了广泛的应用。 中国电信光缆传输网作为我国的电信基础传输平台，在经历了加多年大规模 的快速发展后，网络结构基本合理、规模庞大，具有较强的带宽供给能力和可靠性。 至2 0 0 3 年中国电信在较短时间内完成了拆分重组后北方十省市传输网建设和南方 二十一省市传输网的改造扩容，迅速恢复了中国屯信全程全网的服务能力，延续了 中国电信的品牌，确保了中国电信各种业务的提供和发展。 但是省际长途传输网中还存在着如局部网络结构不合理等问题需要尽快解决。 并且随着电信新业务的急剧增长和电信市场竞争的加剧，中国电信的光缆传输网在 带宽供给、网络可靠性、网络服务质量、业务适应性等方面已逐渐不能满足新业务 快速增长的需求。 为了进步保证长途传输网的“统一性、完整性、科学性”，提高网络资源的 合理配置和调度管理能力，提高网络端到端的服务质量和业务能力，进步提升网 络对业务的支撑和保证能力，中国电信集团公司提出加强网络的统一规划和统一设 计的要求，于2 0 0 3 年组织开展了c 3 以上各长途传输网的统一规划工作，以期通过 合理的网络组织，采用先进成熟的装备技术，使其在传输带宽供给、网络服务质量、 业务适应性等方面产生较大的飞跃，满足规划期内市场的需求，为向下代网络的 演进打好坚实的基础。 华中科技大学顽士学位论文 2 0 0 4 年中国电信结合现有网络资源及当今传输技术发展现状，采用以 4 0 x 1 0 g b i t s 为主，3 2 x 2 5 g b i t s 为辅的设备制式，对全国长途传输网进行了扩容和 改造。根据业务发展的需要，加密d w d m 网格密度，优化d w d m 网络结构；解 决好省及省内两个层面尤其是与i p 骨干节点的衔接问题；为京沪、京穗、京广s d h 传输系统提供合理的主备用路由；解决现有局部段落d w d m 系统客量不足的问题； 实施长三角区域网的建设，解决长三角经济发达城市与干线传输网的衔接问题。 132 湖北省内长途二级传输网络的发展状况 湖北长途电信传输网经过多年的建设和发展已初具规模，在9 0 年代后期，光 缆已纵贯全省东、西、西南、东南、北五个方向，除省际光缆干线汉渝、宁汉、京 汉广、沪汉、汉西外，省内长途光缆干线，汉樊、汉宜、樊宜、东环，省内光传输 设备通达2 0 个本地网中心局，组成了1 个s d h2 5 g b i t s 两纤双向通道保护环和1 个s d h2 5 g b i t s 链路，3 个s d h6 2 2 m b l s 链路。2 0 0 0 年，为缓解湖北省内各地市 至武汉、地市之间通信紧张的局面，给各类业务的迅速发展提供大容量且又安全可 靠的传输通道，全省范围内对原有的s d h 传输网进行了一次扩容，一共兴建了十 二个线路速率为2 5 g b i t s 的子网，北到襄樊，南到温泉，西到宜昌，东到黄石，覆 盖了全省共3 1 个地市州局。极大地满足了当时业务的需求。同时在五个业务量较 大的局站，汉口、襄樊、j i t j i 、荆州、宜昌兴建了同步数字交叉连接设备( d x c ) ， 并通过这5 个d x c 节点将这些子网连接起来，形成了一个具有自我保护功能的s d h 传输网，有效地支撑了当时各种电信业务网。 近几年，以i p 业务为典型代表的数据业务高速发展，现有光缆传输网在带宽 供给、网络可靠性、网络服务质量、业务适应性等方面已逐渐不能满足新业务快速 增长的需求，建设适合高速i p 业务的新一代传输网已成当务之急。在利用现有的 光缆纤芯和局站，采用先进的大容量、高速率波分复用技术，建设了湖北省内 d w d m 高速宽带传送网省高速东环、西环，和五个链状网。其中，高速西环 工程采用北电公司的l h1 6 0 0 g 的d w d m 传输设备，覆盖荆州、襄樊、汉口、宜 昌、武昌、孝感、潜江、仙桃、随州、荆门、当阳、宜昌、安陆。东环选用华为公 司的o p t i xb w s3 2 0 g 的d w d m 传输设备，覆盖武昌、汉口、新洲、黄冈、浠水、 华中科技大学硕士学位论文 黄石。四个链状子网，覆盖湖北省周边地区：襄樊、老河口、丹江口、武当山、十 堰、老河口、黄石、鄂洲、温泉、宜昌、林区、十堰等地区。四个链状网均采用华 为公司的o p t i xb w s3 2 0 g 的d w d m 设备。湖北省内高速传输网网络结构如图1 1 所示。 喂 口o t m 站 o a d m 站 r ：o a 站 网络示意图 图1 - 1 湖北省内高速传输网网络示意图 华中科技大学硕士学位论文 该d w d m 传输平台建成后，增强了湖北电信在省内传输带宽的供给能力，提 高了传送网的业务适应性以及网络可靠性，适应目前和将来全网通信发展的需要。 1 4 本文的主要工作内容 本文围绕d w d m 光传送网的生存性问题，主要做了以下工作： ( 1 ) 现有的d w d m 网络主要使用点到点的d w d m 终端设备t m 连成环，即 可构成基于点到点的环形网。基于这种现状，结合d w d m 网络中的关键技术，如 e d f a ( 掺铒光纤放大器) 技术、o t u ( 光接口变换器) 技术，主要讨论点对点和 环网结构下d w d m 光传送网的保护、恢复方法。 ( 2 ) 在充分描述湖北省内现有d w d m 光传送网结构的基础上，分析了湖北省 内d w d m 光传送网存在的生存性问题。 ( 3 ) 针对湖北省内d w d m 光传送网存在的生存性问题，结合点对点和环网结 构下d w d m 光传送网的保护、恢复方法，制定了湖北省内d w d m 长途传输网保 护方案，并参与到该保护方案实施过程中。 首先，针对2 5 g b i t s 的d w d m 系统进行优化： 利用光复用段1 + 1 保护技术改善了湖北省内d w d m 长途传输网子网5 、予 网8 的生存性问题。 利用光通道1 + 1 保护技术改善了湖北省内d w d m 长途传输网子网6 、子网 7 的生存性问题。 然后，针对1 0 g b i t s 的d w d m 系统进行优化： 利用光通道1 + 1 保护技术改善了武昌汉口华为o p t i xb w s3 2 0 g 中继 系统的生存性问题。 最后，针对光通道1 + 1 保护技术占用冗余资源较多的缺点，采取措施缓解当前 1 0 g b i u s 光通道紧张的矛盾： 新建武昌汉口华为o p t i xb w s1 6 0 0 g 中继系统，同时采用光通道1 + 1 保护技术，在缓解了i p 、c n 2 电路增长迅速而导致的对1 0 g b i f f s 光通道需 求快速增长的矛盾的前提下，大大提高了1 0 g b i v s 电路的可靠性。 华中科技大学硕士学位论文 2 d w d m 关键技术 2 1d w d m 光传送网概述 光纤目前被广泛认为是长距离、大容量传送信息最有效的物理介质。最近掺饵 光纤放大器( e r b i u m d o p e df i b e ra m p l i f i e r s ， e d f a s ) 技术方面的新进展使得在民 距离上波分复用地透明传送大容量的数据成为可能。到目前为止，多家己投入商用 的d w d m 产品都是用于点到点的数据传输，主要都是针对骨干网。但是，这种 d w d m 的点到点应用只能单纯地增加光纤链路的传输容量，而不能增加全网的吞 吐能力，原因是数据的路由和交换仍然是在电领域中完成的，当网络承载的数据量 很大时，这种路由方式很容易使某些网络节点中的电层设备成为数据传输的瓶颈。 因此，在光领域中完成路由和交换的思想应运而生。直接在光领域中完成分组级 的交换，目前仍然受成本和技术方面的一些问题制约，最主要的问题是缺少光随机 访问存储介质，并且光分组头的同步也很困难【1 8 1 。因而有望在短时期内商用的是基 于光路交换的d w d m 光传送网。 d w d m 光传送网目前主要有两种形式：广播与选择网( b r o a d c a s t a n d s e l e c t o p t i c a ln e t w o r k s ，b s o n s ) 和波长选路网( w a v e l e n g t hr o u t e do p t i c a ln e t w o r k s w r o n s ) 。 b s o n s 的物理拓扑是星形，中心节点使用无源光耦合器( p a s s i v eo p t i c a l c o u p l e r ) 进行光信号的复合和分离( c o m b i n a t i o na n ds p l i t ) ，其它每个网络节点和中 心节点之问都有一条光纤链路相连。节点问进行通信时，源节点产生的信号会被中 心节点向其它所有节点广播，目的节点使用光滤波器选择出希望接收的信号。因为 固有的星形结构，使得b s o n s 缺乏波长重用( w a v e l e n g t hr e u s e ) 的能力，全网需 要的波长数n 等于需要建立的光通道数，通常与网络中节点的数目n ( 不包括中 心节点) 相当。 主要用于长距离、大范围骨干网的w r o n s ，考虑到铺设光纤的高成本，网络 节点之间一般用点到点的光纤链路任意相连而构成连接度较低的网状网。波长选路 1 1 华中科技大学硕士学位论文 机制支持网络节点问建立端到端的光领域通道，一般称为光路( 1 i g h t p a t h ) 。在这种 情况下，波分复用带来的巨大好处可以通过光领域中的波长选路得到充分体现： ( 1 ) 在w r o n s 中，光路信号不会被广播，而是沿选定的路由传送信号，这 样同一波长可以应用在网络的不同部分，全网使用的波长数n 大大减少，而n 的大小和网络的建设成本密切相关； ( 2 ) 消除了b s o n s 中存在的1 n 倍功率分离问题，接收端对光滤波器性能 的要求也可以降低不少，因为只有特定光路的信号抵达接收节点： ( 3 ) 高层网络( 如s d h 、a t m 或i p ) 的数据将在光路中尽可能远地传送， 只有在必要的时候才进行电层的存储转发或交换( 例如通信的源目的节点对之 间没有光路直接相连) ，这样可以大大提高网络的数据吞吐能力、简化网络管理和 减少电层的网络设备： ( 4 ) w r o n s 可以在光层提供基于光路的保护恢复机制以防止物理网络的链 路节点失效，这样做的好处是只需要在网络中预留少量的大容量光路资源就可以构 建具备相当抗毁能力的传送网络，而毋需象传统数据网络在电层重新配置大量低带 宽的数据通道，从而恢复速度快( 几十毫秒以内) 和恢复效率高，网络配置的复杂 性也降低了。另外，w r o n s 特有的波长重用能力也使之具有良好的可扩展性。因 此基于光路交换的w r o n s 非常适合于在覆盖区域较大的广域骨干网中使用。在现 阶段，这种d w d m 光网络主要作为各类数据业务( 如s d h 帧、a t m 信元或分组) 的传送平台，因此也被称为d w d m 光传送网【1 9 】。 2 2d w d m 关键技术 2 21 光源 光源的作用是产生激光或荧光，它是组成光纤通信系统的重要器件。目前应用 于光纤通信的光源半导体激光器l d ( l a s e rd i o d e ) 和半导体发光二极管l e d ( l i g h t e m i t t i n gd i o d e ) ，都属于半导体器件。共同特点是：体积小、重量轻、耗电量小。 l dt 手r l e d 相比，其主要区别在于，前者发出的是激光，后者发出的是荧光，凶 此，l e d 的谱线宽度较宽，调制效率低，与光纤的耦合效率也低；但它的输出特性 曲线线性好，使用寿命长，成本低，适用于短距离、小容量的传输系统。而l d 一般 华中科技大学硕士学位论文 适用于长距离、大容量的传输系统，在高速率的p d h 和s d h 设备上被广泛采用。 d w d m 系统的工作波长较为密集，一般波长间隔为几个纳米到零点几个纳米， 这就要求激光器工作在一个标准波长上，并且具有很好的稳定性；另一方面，d w d m 系统的无电再生中继长度从单个s d h 系统传输5 0 。6 0 k m 增d n n 5 0 0 6 0 0 k m ，在延长 传输系统的色散受限距离的同时，为了克服光纤的非线性效应( 如受激布里渊散射 效应( s b s ) 、受激拉曼散射效应( s r s ) 、自相位调制效应( s p m ) 、交叉相位调 制效应( x p m ) 、调制的不稳定性以及四波混频( f w m ) 效应等) ，要求d w d m 系统的光源使用技术更为先进、性能更为优越的激光器。 总之，d w d m 系统的光源的两个突出的特点是： ( 1 ) 比较大的色散容纳值； ( 2 ) 标准而稳定的波长。 1 外调制技术 对于光源的直接调制来讲，单纵模激光器引起的稠瞅( c h i r p ) 噪声已成为限制 其传输距离的主要因素，在g 6 5 2 光纤上传输2 5 g b i t s 的色散受限距离至多1 2 0 k i n 左右。从原理上讲，很难消除直接调制带来的c h i r p 噪声。 与直接调制不同，光源在外调制【珥情况下，高速电信号不再直接调制激光器， 而是加载在某一媒介上，利用该媒介的物理特性使通过的激光器的光波特性发生变 化，从而间接建立了电信号与激光的调制关系。在外调制情况下，激光器产生稳定 的大功率激光，而外调制器以低啁啾对它进行调制，从而获得远大于直接调制的色 散受限距离。目前，投入实用的主要有两种：一种是电吸收型外调制器，一种是波 导型铌酸锂马赫一策恩德调制器。 另外，近