（通信与信息系统专业论文）光纤光路自动切换控制与通信技术的研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 眵扯日期：翻扣风 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留或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；本人授权山东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、缩印或其他复制手段保 存论文和汇编本学位论文。 f 保密论文在解密后应遵守此规定、 做作箍名：蹯址导师签名：盔纯期：却卅 山：j ；= 大学硕士学位论文 a d m a i s a p s a s e a t m b l s r c p d c s d w d m 9 0 f a i p i t u l e d n c 越 o a o a d m o b l s r o b p s r o c h o c hl c o c hn c o c hs n 0 睡s 慕e o c ht t o m s 符号说明 a d d d r o pm u l t i p l e x e r a l a r mi n d i c a t i o ns i g n a l a u t o m a t i cp r o t e c t i o ns w i t c h i n g a m p l i f i e ds p o n t a n e o u se m i s s i o n a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e 转i d i r e e t i o n a 王l i n e s w i t c h e dr i n g c o n n e c t i o np o i n t d i g i t a lc r o s s c o n n e c ts y s t e m d e n s ew 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 e r b i u m - d o p e df i b e t i n t e r n e tp r o t o c o l i n t e r n a t i o n a lt e l e c o 糊u n e a t i o nu n i o n l i g h t e m i t t i n gd i o d e n e t w o r kc o n n e c t i o n n e t w o r ke l e m e n t o p t o p t o p t o p t c a i a m p l i f i e r c a l a d d d r o pm u l t i p l e x e r e a lb i d i r e c t i o n a ll i n e s w i t c hr i n g c a lb i d i r e c t i o n a lp a t h - s w i t c hr i n g o p t c a lc h a n n e l o p t i c a lc h a n n e ll i n kc o n n e c t i o n o p t i c a lc h a n n e ln e t w o r kc o n n e c t i o n o p t i c a tc h a n n e ls u b n e t w o r k o p t i c a tc h a n n e ls u b n e t w o r kc o n n e c t i o n o p t i c a lc h a n n e lt r a i lt e r m i n a t i o n o p t i c a lm u l t i p l e xs e c t i o n 分插复用器 蠹警豢示蕊萼 自秘保护倒换 放大的自发辐射 异步传送横忒 双悫线臻倒换澎 链接点 数字交叉系统 密集型波分鬣用 掺镊毙纤放大器 疆闼螫谖 国际电信联滚 发光二极管 网络连接 魏终元磐 竞敖大器 光分插复用嚣 双向光线路倒换环 双淘毙通道倒换嚣 毙逶遭 光通道链踌涟搂 光通道网络涟接 光通道子嬲络 竞蘧遂子鬻络连接 光通道路径终端 光复用段 o m s n o m sl c o m sn c o m st t o s c o t d r o t m o t m n o t n o t s o t s n o p t i c a lm u l t i p l e xs e c t l o no fo r d e r n 序号为n 的光复用段 o p t i c a lm u l t i p l e xs e c t i o nl i n kc o n n e c t i o n 光复用段链路连接 o p t i c a lm u l t i p l e xs e c t i o nn e t w o r kc o n n e c t i o n 光复用段网络连接 o p t i c a lm u l t i p l e xs e c t i o nt r a i l t e r m i n a t i o n o p t i c a ls u p e r v i s o r yc h a n n e l o p t i c a lt i m ed o m a i nr e f l e c t m e t e r o p t o p t o p t o p t o p t c a l c a l c a l c a l c a l t r a n s p o r tm o d u l e t r a n s p o r tm o d u l eo fo r d e r n t r a n s p o r tn e t w o r k t r a n s m i s s i o ns e c t i o i l 光复用段路径终端 监控信道 光时域反射器 光传输模块 序号为n 的光传输模块 光传送网 光传输段 t r a n s m i s s i o ns e c t i o no fo r d e rn 序号为n 的光传输段 o t sl c o p t i c a lt r a n s m i s s i o ns e c t i o nl i n kc o n n e c t i o n 光传输段链路连接 o t sn c o p t i c a lt r a n s m i s s i o ns e c t i o nn e t w o r kc o n n e c t i o n 光传输段网络连接 o t ss n o p t i c a lt r a n s m i s s i o ns e c t i o ns u b n e t w o r k 光传输段子网 o t ss n c o p t i c a lt r a n s m i s s i o ns e c t i o ns u b n e t w o r kc o n n e c t i o n 光传输段子网连接 o t s t to p t i c a lt r a n s m i s s i o ns e c t i o nt r a i l t e r m i n a t i o n o t uo p t i c a l o t u g n o p ti c a l t r a n s p o r tu n i t 光传输段路径终端 光转化单元 t r a n s p o r tu n i tg r o u po fo r d e rn 序号为n 的光传输单元群 p d hp l e s i o c h r o n o u sb i g i t a lh i e r a r c h y p t p h y s i c a lt o p o l o g y q o sq u a l i t yo fs e r v i c e r s r e g e n e r a t o rs e c t i o n s d h 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 h r s e l f h e a l i n gr i n g s n cs u b n e t w o r kc o n n e c t i o n s o n e t s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k s t m s y n c h r o n o u st r a n s p o r tm o d u l e t c pt e r m i n a t i o nc o n n e c t i o np o i n t t d mt i m ed i v is i o nm u l t i p l e x i n g 准同步数字体系 物理拓扑 服务质量 再生段 同步数字序列 自愈环 子网连接 同步光网络 同步传送模块 终端连接点 时分复用 w d m 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波分复用 山东大学硕士学位论文 中文摘要 上世纪末，随着新技术的不断发展，经济全球化和社会信息化趋势日益明显， i n t e r n e t 的出现更进一步的促进了全球通信网络主导业务由以话音业务为中心向以数 掘业务为中心过渡。通信业务量的爆炸式增长迫使人们不断提高网络的传输速度和交换 容量。 网络容量固然重要，但是随着人类对通信服务依赖程度的不断增长，用户越来越倾 向于使用更为可靠的网络。从某种意义上说，网络的可靠性正逐步变得同网络容量一样 重要。越来越多的网络需要建立一个灵活、快速、简洁、可靠的保护恢复体制。调查结 果表明，在引发网络故障的各种因素中，光缆断裂占了绝大部分比例。因此，人们着重 针对光缆断裂故障，提出了各种保护方案，使得网络在发生故障时能够自动避开故障链 路，将业务转移到备份光纤上，从而恢复业务，提高网络的可靠性。 网络恢复方案多种多样，如i po v e rw d m ，i po v e ra t m 、s d h 自愈环等，而我国骨 干网上目前使用的保护机制基本上是基于s d h s o n e t 的自愈策略，实际上，i t u t 标准 协议中也对这种保护方案作了详细说明。 要了解网络保护恢复方案的各种分类，我们必须清楚光传送网络的分层结构，即光 层( w d 埘层) 由光通道层、光复用段层和光传输段层组成，按照实施保护恢复方案的层 次我们可以将其分成通道保护、复用段保护( 线路保护) 、传输段保护等；网络的物理 拓扑结构总体上来讲可以划分为点对点型、环网和网状网等，从这个角度来看保护恢复 方案又可分为点对点保护、环路保护( 自愈环即属于这种方式) 、网状网保护等；如果 保护方案中根保护光缆对应一根工作光缆。我们将它定义为1 ：l 保护方案或者1 + i 保护：如果根保护光缆对应于n 个工作光缆，我们称之为1 ：n 保护。实际上，我们 一般可以利用点对点结构拓扑构成环网，进一步可构成网状网。因此本论文的重点在于 研究点对点的线路保护结构。 本论文着重研究了i + i 光纤线路保护恢复结构和1 ：1 光纤线路保护恢复结构，所 谓的1 + 1 是指每一个保护设施对应一个工作设施，且二者在信号源和终端之间必须是在 两个不同的物理路由上。在发射端，业务同时被桥接在工作设施和保护设施上。在接收 端，接收机对来自两个设施的数据流进行监视和故障检测，根据倒换开关的状态来决定 山农大学硕士学位论文 选择哪一路信号。如鬻线路出瑗敖障，在接鼓端嚣铡撩开关立帮送行韬挨，扶磊在最小 的损耗时间内商澈的恢复业务。而1 ：l 保护是指发射端的信号不是被永久的同时桥接 到两条线路上，丽鼹根据网络的状况米决定是否切换到不间的通道上去。当故障发生时， 接枝端给发射端发囊偿号，要求对方切换劐豫护设慈上去。发嚣搂按毅势执行请求，把 数务镯换甍保舻设藏，并给接羧蘸菠滋一条监务已技凌按酶溥怠，接着，搂觳添锈换嚣 保护设施，从而愀笈业务。 论文在讨论了各种保护方案的熬础上，给出了1 + 1 光纤线路保护系统的撼体实现方 案，对于1 ：l 光纤线路切换保护方案避行了一些建设性探索。由于目前国家骨干潮络上 黪缳护浚复方寨基本上是基子s d h s o n e t 戆弱络僳护，遮释僚护是在逻簿瀑上实施讶按 德护的，无法壳暇“龟子瓶颈”闻舔，其切换速度受裂极大限制。丽本论文讨论实现靛 是实施于光层上的保护切换，没有电屡的复制信号，使彳替切换速度得到极大提离。通过 分析我们可以得知，光层的保护切换渤作迅速，切换时间仅仅是毫秒级冉勺，从黼极大提 嵩了弼终翁存活麓力，毙星缳护方豢显示出鞍大豹捷越健帮发震羲景。筵努，论文实验 实现了i + t 探护方案，进一步验证了上述结论，著给出了l ：j 保护方案的突辍方案，对 于故障检测、切换协调、双方通信等问题提出了一些解决方案，并给出了硬件设计原理 图。最后，论文还对保护切换的发展前景进行了展望：嘲于光层的切换保护尚处于研究 探索除段，许多鞠节闫题还没有形成统一豹拣准，本文农襄现黠也只是对一些保护方案 豹耱步实褒，戆警技术戆迸一步发震，故障硷溅、爨护镯挨抟层越罄谲等潞题将会褥囊 更加妥善的解决。 关键词：光滕保护切换自愈故障检测光开关 ! 皇查盔兰鎏主兰垡泼墨 a b s tr a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e wt e c h n o l o g yi nt h ee n do fl a s tc e n t u r y ，t h et r e n d o fe c o n o m i cg l o b a l i t ya n ds o c i a lc o m m u n i c a t i o ni sm o r ee v i d e n tt h a nb e f o r e t h e b i r t ho fi n t e r n e tp r o m o t e st h em a i np o r t f o l i os t r e s so fg l o b a lc o m m u n i c a t i o n n e t w o r kt o c h a n g ef r o mt o n ep o r t f o l i ot o d a t a s ot h ee x p l o s i v ei n c r e a s eo f c o m m u n i c a t i o np o r t f o l i of o r c e sp e o p l et oi m p r o v et h et r a n s m i ts p e e da n de x c h a n g e c a p a c i t yo fo u rn e t w o r kc o n s t a n t l y 。 o fc o u r s e ，t h ec a p a c i t yo fn e t w o r ki si m p o r t a n t b u tw h e no u rm a n k i n di s m o r ea n dm o r er e l y i n go nt h es e r v i c ec o m m u n i c a t i o np r o v i d e st ou s 。u s e r sa r e t e n d i n g t om a k eu s eo fn e t w o r kw h i c hi sm o r er e l i a b l e i ns o m es e n s e ，t h e r e l i a b i l i t yo fan e ti sb e c o m i n ga si m p o r t a n ta si t sc a p a c i t y m o r ea n dm o r e n e t w o r kn e e d st os e tu pap r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o nw h i c hi sa g i l e ，f a s t ，t e r s e a n dr e l i a b l e i n q u i s i t i o n a lr e s u l t ss h o wt h a ta m o n ga l lt h ef a i l u r e so fan e t w o r k ， f i b e rb r e a k i n gi st h em o s tr e g u l a ro n e t h e r e f o r ep e o p l eb r i n gu pa 1 1k i n d so f p r o t e c t i o ns c h e m e sa g a i n s tf i b e rf a i l u r es ot h a tt h en e t w o r ki se n a b l e dt oa v o i d t h ef a i l e d1 i n ka u t o m a t i c a l l ya n dt r a n s f e rt h eb u s i n e s st ot h es p a r ef i b e rw h e n t h e r ei saf a i l u r e i nt h i sw a yt h en e t w o r kc a nr e s t o r ei t sp o r t f o l i oa n di m p r o v e i t sr e l i a b i l i t y t h e r ea r em a n yk i n d so fn e t w o r kr e s t o r a t i o ns c h e m e s f o ri n s t a n c e ，i po v e r w d mp r o t e c t i o n 。i po v e ra t mp r o t e c t i o na n d s d hs e l f h e a l i n gr i n g ，e t c 。磊tp r e s e n t t h eb a c k b o n eo fo u rc o u n t r y sn e t w o r ke m p l o yt h ep r o t e c t i o nm e c h a n i s mw h i c h i sb a s e do ns d h s o n e t w h a t sm o r e ，t h i sp r o t e c t i o ns c h e m ei si l l u m i n a t e di n d e t a ili nt h ei t u - ts t a n d a r dp r o t o c o l s b e f o r ew es t u d ya l lt h ec l a s s i f i c a t i o n so fp r o t e c t i o na n d r e s t o r a t i o ns c h e m e ， w e 弼u s tc l e a ra b o u tt h eh i e r a r c h i c a l s t r u c t u r eo ft h eo p t i c a lt r a n s m i s s i o n n e t w 。r k t h a t ，st os a yt h eo p t i c a ll a y e r ( i e w d ml a y e r ) i sc o m p r i s e do f t h eo p t i c a lc h a n n e l ，o p t i c a lm u l t i p l e xs e c t i o na n do p t i c a lt r a n s m i s s i o ns e c t i o n l a y e rn e t w o r k s s ow ec a nc l a s s i f yt h ep r o t e c t i o ns c h e m e sa c c o r d i n gt ot h el a y e r t h a tt h es c h e m e sa r ea p p l i e d ，t h e ya r et r a i lp r o t e c t i o n 。l i n ep r o t e c t i o na n d t h es c h e m e su s e di no p t i c a lt r a n s p o r t l a y e r s a c c o r d i n g t ot h et o p o l o g ys t r u c t u r e o ft h en e t w o r kw e c a nd i v i d et h e p r o t e c t i o n s c h e m e si n t ot h r e e g r o u p s ： p o i n t t o p o i n tp r o t e c t i o n ，r i n gp r o t e c t i o n ( e g s e l f h e a l i n gr i n g ) a n dm e s h n e t w o r kp r o t e c t i o n ，e t c i nf a c tw ec a nm a k eu s eo fp o i n t t o p o i n tn e t w o r kt o c o n s t r u c tr i n ga n dm e s hn e t w o r kg e n e r a l l y ，h e n c et h ee m p h a s i si nm yp a p e rl i e s i nt h e s t u d yo fp o i n t t o p o i n t1 i n ep r o t e c t i o n i ft h e r ei so n ew o r kf i b e r c o r r e s p o n d i n gt oo n es p a r ef i b e ri n ap r o t e c t i o ns c h e m e ，w ed e f i n ei ta sl ：l p r o t e c t i o no rl + lp r o t e c t i o n i ft h e r ea r enw o r kf i b e r sc o r r e s p o n d i n gt oas p a r e f i b e ri nt h ep l a n ，w ec a l li t1 ：n p r o t e c t i o n t h ep a p e rc h i e f l ys t u d i e s1 + 1a n d1 ：1f i b e r1i n ep r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o n s c h e m e s t h es o c a l t e d1 + 1i sa p r o t e c t i o n i nw h i c h e v e r ys p a r ef a c i l i t y c o r r e s p o n d st ot h ew o r ko n e a n dt h e ym u s tb ea tt h ed i f f e r e n tp h y s i c a lr o u t e s b e t w e e nt h es o u r c ep o i n ta n dt h et e r m i n a l a tt h ee m i s s i v ee n d t h ep o r t f o l i o i sb r i d g e dt ob o t ht h ew o r kf a c i l i t ya n dt h ep r o t e c t i v ef a c i l i t y a tt h et e r m i n a l t h er e c e i v e rw a t c h e st h ed a t af r o mb o t hf a c i l i t i e sa n de x a m i n e st h ef a i l u r e t h e ni ts e l e c t so n es i g n a li nt e r mo ft h es w i t c h ss t a t e o n c et h e r ei saf a i l u r e i nt h e1i n e ，t h eo p t i c a ls w i t c ha tt h et e r m i n a le n ds w i t c h e si n n e d i a t e l ys ow e c a nr e s t o r et h e p o r t f o l i oe f f e c t i v e l y i nt i m ea ss h o r ta s 、p o s s i b l e 1 ：1 p r o t e c t i o ni sam e c h a n i s mi nw h i c ht h es i g n a la tt h ee m i s s i v ee n di sn o tb r i d g e d t ob o t h1 i n e sp e r m a n e n t l y ，i ns t e a d ：i ti ss w i t c h e dt od i f f e r e n tl i n ea c c o r d i n g t ot h es t a t e so ft h en e t w o r k i ft h e r ei saf a i l u r e ，t h et e r m i n a ls e n d sas i g n a l t ot h ee m i s s i v ee n dr e q u i r i n gt h el a t t e rt os w i t c ht h ep o r t f o l i o t ot h ep r o t e c t i v e l i n e e m i s s i v ee n dr e c e i y e st h er e q u e s ta n de x e c u t e si tt os w i t c ht h eb u s i n e s s t ot h es p a r ef a c i l i t y t h e nt h ee m i s s i v ee n ds e n d sam e s s a g et ot e l lt h et e r m i n a l t h a tt h ep o r t f o l i oh a sb e e ns w i t c h e d t h et e r m i n a l s w i t c h e si ns u c c e s s i o nt o r e s t o r et h ec o r r l f l l l u n i c a t j o n t h e p a p e rc o n c r e t e l yg i r e s ar e a l i z a t i o no f1 + 1 o p t i c a l f i b e r1 i n e p r o t e c t i o ns y s t e ma n dd os o m eo r i g i n a lc o n s t r u c t i v ew o r ko n1 ：1o p t i c a lf i b e r 】i d ep r o t e c t i o na n ds w i t c hs y s t e m a st h ep r o t e c t i o nw o r m n go nt h eb o n en e t w o r k i no u rc o u n t r yi sm a i n l yb a s e do ns d f l s o n e t ，i tr e a l i z e st h ep r o t e c t i v ef u n c t i o n o nt h el o g i c a ll a y e r ，s ot h i sp l a nc a nn o ts o l v et h ee l e c t r o n i cb o t t l e n e c k p r o b l e ma n dt h es w i t c h i n gs p e e di s1 i m i t e d h o w e v e r ，t h ep r o t e c t i o nw o r k i n go n t h eo p t i c a ll a y e ri nm yp a p e rh a s1 3 0s i g n a lo ne l e c t r o n i cp l a y e r ：t h es w i t c h i n g s p e e di si m p r o v e dg r e a t l y a c c o r d i n gt oa n a l y s i s i nt h e o r y ，w ec a nt r a n s p i r e t h a tt h ep r o t e c t i o na n ds w i t c ho nt h eo p t i c a ll a y e ri sr a p i d ，t h es w i t c ht i m e i sa b o u tn u m b e r so fm i l l i s e c o n d s + w h a t sm o r e ，t h ep a p e rr e a l i z e s1 + 1p r o t e c t i o n s c h e m ea n dp r o v e st h i sc o n c l u s i o n t h ep a p e ra l s ob r i n g su pap l a nt or e a i i z e 1 ：1 p r o t e c t i o n s c h e m e ，g i v e s s o m es o l u t i o n s t ot h e p r o b l e m s a s f a il u r e - e x a m i n a t i o n ，h a r m o n i z i n gt h ep r o t e c t i o na n dt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e n t h et w ot e r m in a t i o n s a n dt h ep a p e rl i s t st h es c e n a r i oo fu s i n gh a r d w a r et oi m p l y t h i ss c h e m ei nt h ea p p e n d i x 。a tl a s t ，t h ep a p e rv i e w st h ef u t u r eo fs w i t c h i n g a n dp r o t e c t i o n a st h ep r o t e c t i o no do p t i c s ll a y e ri ss t i l l i ne x p l o r e r ，l o t s o fd e t a i l e dp r o b l e m sh a v en ou n i f o r mc r i t e r i o n 。s om yp a p e rj u s tg i v e s ap r i m a r y r e a li z a t i o nt ot h eo p t i c a lp r o t e c t i o n w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft e c h n i q u e ，s o m e p r o b l e m ss u c h a sf a i l u r e - e x a m i n a t i o na n dt h eh a r m o n i z i n go fp r o t e c t i o na m o n g a l tt h el a y e r sc a nb er ；s o l v e dm o r ep e r f e c t l y k e yw o r d s ：o p t i c a ll a y e r ，p r o t e c t i o na n ds w i t c h i n g ，s e l fh e a l i n g ，o p t i c a l s w j t c h = = = 些婆婆垒些姿= = = = = = 一 第一章引言 在信息时代，i n t e r n e t 的迅速崛起并呈爆炸性的发展趋势，给传统的电信业带来 了从未有过的机遇和挑战，人类对信息容量的需求与日俱增，波分复用技术被认为是当 前最有效的扩充系统容量的方法，光纤通信的发展、w d m 技术的研究应用使得光纤通信 系统的容量增长迅速，1 9 7 6 年世界上第一个光纤通信系统建立时仅为4 5 m b i t s ，1 9 8 4 年增长了4 倍，达到1 4 4 m b i t s ，1 9 9 2 年比1 9 8 4 年增长了1 6 倍，系统容量达到了 2 5 g b i t s ，随着1 9 9 6 年d w d m 技术的发展，通信系统容量呈爆炸式增长，到2 0 0 0 年迅 速增长到6 4 0 g b i t s 。( 如图1 1 所示) 。 图1 1w d m 技术的突破使得光奸通信系统容量爆炸性增长 中国的光纤传送网已初具规模，中国电信3 0 万公里长途通信光缆连接首都北京、 3 0 个省会、3 7 0 个地市、3 0 0 0 个县，构成现代化、超大容量的国家信息高速公路网，成 为银行、海关、保险、股市、党政军、等国民经济建设的基础。信息与通信高新技术的 发展，使得每个城市之间的光缆通信容量同时提供高达1 0 0 0 万个6 4 k b i t s 数据或话音 通信信道。在3 0 万公里长途光缆网之外，中国电信市话本地光缆网达到7 0 万公里以上， 仅北京市市区光缆密度就达到5 0 0 0 公里以上。 但是，在竞争日超激烈的通信市场中，仅有大容量通信能力是远远不够的，竞争的 山东大学硕士学位论文 真j 下核心是服务质量，是保证每一个客户的通信畅通无阻，因此网络存活性以及故障保 护和恢复问题越来越引起人们的关注。随着光缆数量的增加以及早期铺设光缆的老化， 光缆线路的故障次数在不断增加。传统的光缆线路维护管理模式的故障查找困难，排障 时间长，影响通信网的正常工作，每年因通信光缆故障而造成的经济损失巨大。因此， 实施对光缆线路的实时监测与管理，动态地观察光缆线路传输性能的劣化情况，及时发 现和预报光缆隐患，以降低光缆阻断的发生率，缩短光缆的故障时间显得至关重要。 为保证国家长途光缆网的安全、畅通无阻，中国电信投入3 万余名光缆线路专业维 护人员和每年3 0 亿维护经营费用，在全国9 6 0 万平方公里的土地上，每年三百六十五 只不停地对三十万长途光缆线路进行巡回、护线、维护、抢修。然而，面对3 0 万公里 长途光缆沿线的公路、桥梁、建筑、堤坝等全面高速发展的国民经济建设“大工地”， 面对大自然的各种灾害，面对各种人为破坏，每年长途光缆全部光纤阻断2 0 0 余次，每 次阻断抢修接通时间( 阻断历时) 平均十小时，每年给国民经济建设造成近十亿不可挽 回的巨额损失。 相对与长途光缆故障对国家的影响，每个市话本地网光缆的故障虽不会波及全国， 但也会影响到千家万户、党政军各部门和各企事业单位，每年发生在全国市话本地光缆 网的阻断故障超过上千次，每次平均阻断时间1 0 小时，造成巨大的直接和间接经济损 失。 w d m 系统的应用使得大容量的业务日益集中，但是光缆通信容量越大，信息时代国 民经济对其依赖越严重，光缆的故障对国民经济建设的影响越大、危险度越高，甚至会 使信息化的国民经济建设瘫痪，这就意味着一旦发生网络失效，将会造成更大的业务损 失和经济损失。以8 2 5 6 b i t s 的系统为例，一根光纤断裂就会造成2 4 万路话音业务 丢失。为此我们不仅要建设上百万公里的大容量高速光通信网，而且还要让光缆网具有 高度的抗灾害，抗阻断能力，在故障发生时光通信网能够自动侦测到故障并激活相应的 保护方案，及时恢复业务传送能力，因此，具有自动监测和自动保护能力的大容量光缆 通信网是信息时代国民经济建设的必需。从下文介绍的内容来看，网络自动保护切换能 力是建立在网络具有一定冗余量的基础之上的，因此为适应这一需求，我国的光纤传送 网无论从规模、容量还是从可靠性、生存性等方面都需要有一个大的发展。 正是在上述信息社会、法制社会、市场经济的发展要求下，我们应逐步地对每一个 山东大学硕士学位论文 光纤传输系统装备光纤监测与保护系统和其它通信网络监控保护技术措施，提高网络的 生存性和自愈能力，增强网络的鲁棒性，进一步完善网络为人们提供的服务。这儿需要 明确两个概念：恢复是利用网络提供的富余度使得由于故障所带来的阻塞快速而准确地 重新安排路由而确保通畅，保护通常利用节点之间预先分配的容量，它往往处于本地终 端或远端的控制之下。 本文详细研究了目前存在的各种保护方案，包括基于s d h s o n e t 的恢复方案，a t m 保护方案等，并在i t u t g 8 7 2 建议的基础上，重点讨论了各种光层恢复策略。我们国 家目前骨干网络上实施的基本上是基于s d h s o n e t 的保护方案，这种方案已经趋于成熟， i t u t 建议相关部分也对该方案进行了较为完善的规定。而本论文所研究的保护方案是 在光层上进行的，没有电层的复制信号，从而有效解决了前者的“电子瓶颈”问题，在 方案的保护切换速度上取得重大突破，这也正是两者的根本区别所在。此外，论文实现 了一种简单的点对点光纤光路的自动倒换保护结构，论文实验部分已经完全实现了i + i 光纤线路自动切换保护系统，该系统在发送端光信号同时接到两路光纤上去，收端从两 路信号中选择一路进行接收，当工作光纤发生故障时，系统检测到光信号衰弱到一定程 度，指示接收端进行切换，由备用光纤上接收业务；同时论文对1 ：l 光纤线路自动切换 保护系统进行了初步探索，提出了一种解决方案：该系统正常情况下业务信号由工作光 纤承载，备用光纤上不负责传输业务，当工作光纤上有故障发生时，系统指示接收端进 行切换，让备用光纤承载业务。分析和实验结果表明，光层上的保护方案，切换速度得 到极大提高，切换时间仅仅是毫秒级的，也就是说，光层保护方案带来了更有效的恢复 效率，且实现成本较低，具有广阔的发展前景。 出乐大学硕士学位论文 第墨章相关理论介绍 第一苇必蒜保护的要求及分类标准 2 i 1 光层恢复的必要性 实际的网络可以看成多个层次的相互合作，如图2 i 。1 所示，从图中可以看出， 币嗣豹载波迭努不鞫豹屡次组会繁晤来实瑗各妻豹麓络。耀盛豹鼗渡秘弼它嬲强太蠡孽 s o n e t s d h 平螽爱数字交叉连接设器侔调整。稻反遗，l p 泣务的载波鏊奁翻蠲i p 层两不 是s o n e t s d h 米简化网络内部结构。p a q o s 区分开的载波可能使用异步转移模式a t m 作为 传输技术。在这些层下面是剐刚掇出的波分复用层( w d m ) ，或者称之为光朦。光层向 其高层( 或者称察户层) 提供光路( 1 i g h tp a t h s ) ，客户层利用光层提供麴服务。光 路是以辖当亵的院特辜( e 。g 。，2 ，5 g b so r1 0 g b s ) 承载篷务静繇路逶逶n 这些毙路 一般跟客户层的设备相连接，如s o n e t 分插复用器，i p 路由器、a t m 开关。一旦光路建立 起来，它们就念保持相当长的时间不变。 ( 对确定载体 嚣2 ，1 。1 革露蓑律魏壬 蒜 我们从服务的出发点来研究光朦保护，也就是从服舞层要求光层提供的服务类型方 面进行考虑。图2 1 1 示出i p 层、a t m 层及s o n e t s d h 鼷，各层都有具体的保护、恢复技 山东大学硕士学位论文 术。同时，这些层都可以和其他层协同工作，它们也可以独自直接在光纤上操作而不需 要依赖其他层实现保护、恢复功能。因此，每一层都有各自具体的保护恢复功能。那么， 我们为什么需要光层提供他的一系列保护恢复机制? 原因如下： 1 、工作于光层之上的一些层不能完全提供网络所需要的所有保护功能。例如， s o n e t 层被设计成提供全面广泛的保护，因此他不需要依赖于光层保护。但是，其他层 的保护技术( 譬女i a t m 层、i p 层) 在网络发生故障时不能保证网络足够的有效性，目前 人们已经提出许多建议，让i p 层直接在光层上运行而不需要利用s o n e t 层。但是i p 在路 由层有独自的容错机制，这个机制非常麻烦并且提供有效q o s 的动作不够迅速。在这一 点上，对于光层来说，应提供快速保护以满足传输层的整体有效性需求。 2 、绝大部分载