光纤通信网络保护系统的研究

兰州交通大学本科生课程设计中文题目光通信网络保护系统的研究英文题目RESEARCHOFFIBEROPTICNETWORKPROTECTIONSYSTEM课程现代传输技术学院电信学院专业通信工程班级通信姓名学号指导教师摘要当前,光缆传输网已成为我国通信网和国民经济信息基础设施的主要部分，是公众电话网、数字传输网和增值网各种网络的基础。光缆通信网络一旦阻断，将对社会造成很坏的影响，给企业带来极大的经济损失。因此，光缆网络质量的好坏及线路的保护和恢复问题越来越引起人们的关注，也成为市场开放环境下网络运营商之间在争夺用户时重要的竞争焦点。实现网络生存性一般有两类方法网络保护和网络恢复。在电信网常规工作中，常常以保护机制作为第一道防线，对付光缆阻断之类的公共失效故障。在原已建成的环状SDH网中虽然已具备自愈功能，但是因为其属于逻辑路由的切换，而非物理路由的实际切换，通信量会累加到另一个方向。而光纤线路自动切换保护技术却能使网络进行实际切换，用恢复机制作为第二道防线对付网络范围的故障和失效。关键词SDH、光纤线路自动保护切换、OPL。ABSTRACTSUMMARYOFTHECURRENT,OPTICALTRANSMISSIONNETWORKHASBECOMECHINASCOMMUNICATIONSNETWORKANDTHEMAINPARTOFTHEINFORMATIONINFRASTRUCTUREOFTHENATIONALECONOMY,ISTHEPUBLICTELEPHONENETWORK,TRANSMISSIONNETWORK,ANDVARIOUSNETWORKBASEDVALUEADDEDNETWORKOPTICALCABLECOMMUNICATIONNETWORKONCETHEBLOCKWILLHAVEABADEFFECTONSOCIETY,ANDBROUGHTENORMOUSECONOMICLOSSESTOTHEENTERPRISETHEREFORE,QUALITYOFCABLENETWORKANDCIRCUITPROTECTIONANDRECOVERYISSUESARECAUSEQUALITYOFCABLENETWORKANDCIRCUITPROTECTIONANDRECOVERYISSUESARECAUSEFORCONCERN,INTOAMARKETUNDERTHEENVIRONMENTOFOPENCOMPETITIONBETWEENNETWORKOPERATORSINTHECOMPETINGFORUSERSIMPORTANTFOCUSINGENERALTHEREARETWOTYPESOFNETWORKSURVIVABILITYNETWORKPROTECTIONANDNETWORKRECOVERYINGENERALWORKINGINTELECOMMUNICATIONNETWORKS,OFTENASAFIRSTLINEOFDEFENSETOPROTECTMECHANISM,DEALINGWITHOPTICALCABLES,SUCHASBLOCKINGAPUBLICFAILUREALTHOUGHINTHEORIGINALLOOPSDHNETWORKTHATHASBEENBUILTWITHSELFHEALINGFEATURES,BUTBECAUSEITISPARTOFTHELOGICALROUTINGSWITCHES,RATHERTHANTHEACTUALPHYSICALROUTINGSWITCHES,TRAFFICCANADDUPTOANOTHERDIRECTIONFIBEROPTICLINEAUTOSWITCHPROTECTIONTECHNOLOGYCANBRINGTHENETWORKTOTHEACTUALSWITCH,USETHERECOVERYMECHANISMASASECONDLINEOFDEFENSEAGAINSTNETWORKWIDEFAULTANDFAILUREKEYWORDSSDHFIBEROPTICLINEAUTOMATICPROTECTIONSWITCHINGOPL目录一、概要3（一）、光纤线路自动保护切换的工作原理及方式3（二）、系统运用对提升通信网络应用价值的意义3（三）、实际运用中应注意的问题4二、光路保护系统6（一）、SDH网络保护6（二）、OPL干线保护9（三）、其它几种光路保护手段11三、光路保护系统的应用14（一）、光线路自动保护系统的优缺点和主要应用环境14（二）、光纤线路保护技术的应用15（三）、光路自动切换保护系统在WDM系统和SDH保护中的应用16（四）、光自动切换保护系统价值体现16四、结束语17参考文献18一、概要（一）、光纤线路自动保护切换的工作原理及方式光纤线路保护切换的工作原理是当工作链路传输中断或性能劣化到一定程度后，系统倒换设备将主信号自动转至备用光纤系统来传输，从而使接收端仍能接收到正常的信号而感觉不到网络出现了故障，它主要适用于点到点应用的保护。点到点的线路保护倒换主要有以下几种方法一是11光层保护这种方法是利用光滤波器来桥接光信号，并把同样的两路信号分别送入工作光纤和保护光纤的通道中，当遇到单一的链路故障时，接收端的光开关便把线路切换到保护光纤。由于没有电层的复制和操作，所以除了当发射机和接收机发生故障时会丢失业务外，一切链路故障都可以进行恢复。二是11光层保护是利用备用的路由链路来避免链路对业务的影响，业务流量并不是被永久地桥接到工作和保护光纤上，相反，只有在出现故障时，才在工作光纤和保护光纤之间进行一次切换。三是1N光层保护其保护结构与11光层保护结构很类似。但在1N光层保护结构中N个工作实体共享一个保护光纤，如果有多条工作光纤阻断，那么只有其中的一条所承载的流量可以恢复。最先恢复的是具有最高优先级的故障。四是混合光层保护是一种在WDM系统中将11光层保护和1N设备保护相结合的结构。这种结构具有重要的经济价值。在这种结构中，空余波长以及相关的终端设备将被预留出来作为设备保护使用。（二）、系统运用对提升通信网络应用价值的意义随着光纤网络的不断建设以及通信量的成倍增长,连接到客户段的光纤维护也越趋重要,每一次光缆故障对社会都会带来一定的影响,营业收入的损失、维护的绩效、业务的开展、用户的信赖等问题会越来越显现出来。因而，上述问题的需要提示经营者、维护者有必要在一定的条件下，使用光纤线路自动保护切换系统。系统运用对提升通信网络应用价值的意义主要表现在以下几个方面一是它具有响应速度快（倒换时间一般小于50MS）、能够完全恢复业务以及操作简单等优点。线路保护切换系统应用于物理层，它是由精密的光学设备及高级系统软件所整合的系统,专用于传输线路的主备用光纤回路，当线路出现故障时光纤回路从主用路由自动切换到备份路由，省去人工查找及更换到备用线路所花费的时间，减少业务受益损失。二是便于今后升级扩容，方便网络维护。在应用模式上，此系统可以单机使用，也可上架至标准的通信机架上使用。同时，因光纤自动切换系统一般采用模块化的设计，具有强大的扩充能力，也适应比较复杂、高弹性扩充的网络架构，有利于网络的升级扩容，方便网络的维护，降低建设成本。三是有利于解决某些中继机房维护力量薄弱，有效节省人工查找与切换时间。自动切换系统可以根据使用者的实际情况来设定自动切换软件,进行远程控制切换,将电路自动调到备用路由，有效节省人工查找与切换时间，迅速的恢复通信传输。另外，搭配OAS等光纤检测系统或SNMP网管软件、RFTS系统，可以使维护工作人员及时掌握、管理OAS设备的工作状态，以及发挥即时光缆监测、断线修复等功能，大幅降低光缆维护所需时间，节约维护成本。（三）、实际运用中应注意的问题一是工作光纤和保护光纤应尽量不在同一路由上，但是应该满足传输系统正常传输要求。二是在线路保护倒换系统中通信组网的数据传输电路应不在工作光纤上传输，应走其它路由或方式传输，以保证工作光纤阻断后该系统通信正常。三是线路保护倒换系统的介入应不影响在用系统的正常运行。采用低插损、高速光开关，保证快速可靠的切换，尽可能的降低对业务信道的影响。四是建设线路保护倒换系统时应从长远考虑，考虑今后的扩展和升级以及全程的组网。五是针对重要传输系统或高网络质量需求的大客户、重要客户电路，在条件允许的情况下采用线路保护倒换系统，保障网络安全畅通，不失为一种简单有效的方法。六是线路保护倒换所需容量大、成本高,只能保护传输链路，无法提供网络节点的失效保护。光纤线路自动切换保护系统是线路保护倒换技术的一种，它对用户来说是提供无阻断通信的最佳解决方案，是通信运营商提供安全服务承诺的保障。这一系统的安装必将提高光缆网络质量，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。二、光路保护系统（一）、SDH网络保护SDH网络的主要优点之一，是可利用不同的基本网络结构组合，使整个传输网具有应付网络故障的能力，可提高网络运行的可靠性。SDH网络主要依靠保护（PROTECTION）和恢复（RESTORATION）这两种互不相同的作用机制，保证通信业务在故障情况下可以得到保持。保护通常是指一个较快的转换过程，其转换的执行是由倒换开关的部件自动确定的。保护作用后，占用了在各网络节点之间预先指定的某些容量，因此转换后的通道也具有预先确定的路由。现在SDH的自愈保护机制有如下4类路径保护子网连接保护环间双节点互通连接保护共享光纤虚拟路径护1、路径保护SDH线路保护的工作原理是当工作系统传输中断或性能劣化到一定程度后，系统倒换设备自动将主信号转至备用光纤系统传输。它主要用来保护传输媒介和再生中继器以及终端（TM）和分插复用设备（ADM）的线路终端接口（例如光/电与电/光转换部分），而不保护终端TM或ADM节点的故障。2、线路保护11保护结构，即每一个工作系统都有一个专用的保护系统。两个系统互为主备用。工作、保护两个系统发端永久桥接，收端根据接收信号的质量优劣决定从工作或保护系统接收信号，所以该保护结构不允许提供无保护的额外业务通路。11保护结构分为单端倒换和双端倒换。单端倒换是一种只在被保护实体，受影响的一端执行切换动作的保护倒换方法，如图21所示。双端倒换即使在单向故障的情况下，在被保护实体两端执行切换动作的保护倒换方法，如图22所示。图2111单端倒换图2211双端倒换11保护结构中单端倒换不需要自动保护倒换协议（APS）的参与，只根据接收信号的故障或缺陷而自动进行，也可接收外部命令实施强制的倒换或锁定；双端倒换需要自动保护倒换协议（APS），由于在11保护结构中，工作通路的发端永久地桥接于工作段和保护段，因此切换与否的判决只是由收端作出，所以，这种APS操作具有简单、可靠、快速端特点。11保护结构采用恢复和非恢复两种方式恢复式节点处于倒换状态时，工作系统恢复正常后，节点释放倒换，回复到原先到正常状态。非恢复式节点处于倒换状态时，即使工作系统恢复了正常，节点仍然维持倒换态。3、N线路保护1N保护结构（N1），即N个工作系统共享一个保护系统。工作系统传送正常的业务信号，保护系统可以传送正常的业务信号，也可以传送额外业务信号或者是无效信号。但系统一旦发生倒换，保护系统上传送的信号将会丢失。1N保护结构需要自动保护倒换协议（APS）的参与，保护原理如图23和图24所示。图231N保护结构（正常状态）图241N保护结构（倒换状态）4、二纤单向复用段保护环这种环形结构中节点在支路信号分插功能前的线路上都有一保护倒换开关，如图25所示。正常情况下，低速支路信号仅仅从S1光纤进行分插，保护光纤P1是空闲的。图25二纤单向复用段保护环示意图当BC节点间光缆被切断，两根光纤同时被切断，与光缆切断点相邻的两个节点B和C的保护倒换开关将利用APS协议转向环回功能，如图25所示。对于AC间的业务在B节点，S1光纤上的业务信号（AC）经倒换开关从P1光纤返回，沿逆时针方向经A节点和D节点仍然可以到达C节点，并经C节点倒换开关环回到S1光纤并落地分路。其它节点（A和D）的作用是确保P1光纤上传的业务信号在本节点完成正常的桥接功能，畅通无阻的传向分路节点。这种环回倒换功能可保证在故障状况下仍维持环的连续性，使低速支路上业务信号不会中断。故障排除后，倒换开关返回其原来位置。对于CA间的业务由于业务是经过D点在S1光纤上进行传输的，不受断纤的影响，与正常时传输情况相同。（二）、OPL干线保护目前时值城市建设高峰时期，灾害性气候也频繁出现，一干、二干本地网光缆出现故障的几率较高。其承载的业务主要依靠自愈环进行保护，但是环上节点过多，部分光缆所在区域偏远，维修时间长，期间一旦出现两点开环（如图26所示），影响重大。图26OPL干线保护结构OLP干线保护的思路是在资金容许的情况下，在易出故障的段落、业务特别重要的段落、维护相对困难的段落优先使用OLP系统来健壮光网络。以A、F两点为例，组网方式如图27所示图27OPL干线保护组网方式结合A、F点的冗余光缆做为备用光缆路由，A、F端的DWDM设备前端使用11型OLP保护器，来实现AF之间点到点的主备光缆自动倒换。如果备路光缆的衰耗、色散参数和主用光缆有差异，为了确保切换后原有DWDM系统无感知，可以在备缆合适位置添加EDFA、DCM补差衰耗、色散参数。建设OLP后的网络结构如下图所示，拥有OLP链路保护，配合原有的自愈环保护功能，大大提升了传输网的可靠性。图28配合自愈环的OPL干线保护结构（三）、其它几种光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。在实际应用中，影响WDM系统安全性的主要原因是光缆线路的可靠性。因此，各个电信运营商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。目前，已知的手段主要有SDH自愈保护技术、光路分流保护、人工调度保护、光自动切换保护技术等。1、光路分流保护光路分流保护就是将原有干线传输上的业务调整一部分到其他干线传输上去，作为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，许多省市的传输业务调度都采用了这种业务保护方式。这种方式简便易行，能有效地防止全阻，但对于出现障碍的业务却无法进行保护，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，所有的长途通信业务都是重要业务，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、人工调度保护人工调度保护，就是在光缆发生障碍后，根据传输光缆应急顶案，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，人工方式抢通受阻光缆干线的业务使用系统，这种方式较经常使用。人工调度保护需要机务人员的大力支持和积极配合，手工倒通电路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。根据目前的省、市、县三级维护体制，地市级以上部门有专业的维护人员，相对技术素养较高，但对于无人职守站和县级的中继站机房，人员技术水平与实战能力均不如地市分公司的维护人员，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。3、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。4、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。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三、光路保护系统的应用（一）、光线路自动保护系统的优缺点和主要应用环境1、优点分析OLP系统自动将故障光纤主用路由50MS内快速切换至备用路由，缩短通信中断时间，提高维护效率；由于OLP本身是由无源光器件组成，其保护倒换机制只是针对光纤路由，保持传输信号独立透明，所以OLP设备几乎不存在与传输设备兼容的问题，可以保护各种光传输系统，组网更加灵活容易；OLP设备的使用可以在保证业务无阻断的前提下任意调度主备工作路由/工作设备，实时监测和记录主备光纤插损、传输设备光功率，提供主备用路由实时监测；OLP设备完全由无源光器件组成，所以当OLP设备掉电或上电时，OLP设备会自动锁定到掉电或上电前的路由，不会有任何保护倒换动作，此系统不易受到电源问题影响。2、缺点分析经过实际应用，还是发现了许多问题。而对DWDM系统的广泛应用，OLP自身25DBM的插入损耗对波分来说有很大的影响，存在主备路由衰耗、色散的差异，光功率补偿和信噪比等问题；OLP系统的备用光纤路由必须选择与主用光纤路由完全不同的光缆线路。这样将使得光缆线路的建设成本大幅增加，备用路由往往会使用不同类型的光缆拼凑而成，通常有多个跳接站，并且路由长度超过被保护路由，对于备用路由这种方式存在着一定的隐患；在超长或者光纤型号与被保护路由指标不同的情况下，还会涉及对光功率和色散补偿的问题；由于倒换机理的不同，当传输系统自身的保护倒换机制也工作时，会出现传输设备和OLP同时进行保护倒换，这样会导致业务中断时间超过50MS。为避免此类情况的发生，可以在OLP系统上设置一个保护倒换延时，原则上让传输系统先保护倒换，再由OLP系统对线路进行保护倒换。3、主要应用环境根据OLP技术特点，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，匹配的光口设备投资巨大），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。（二）、光纤线路保护技术的应用为了满足用户对线路通信保障、干线传输电路可用率指标的要求，光保护工程采用OLP系列光线路自动切换保护器，利用这些设备和冗余光缆线路，选择主干光缆和各个中继段中相适应的全网系统，构建光纤光缆保护网络，实行11方式的物理保护，采用DCN网络进行监控管理。系统可以实现如下功能A自动切换功能主用路由光纤阻断，自动切换至备用路由，保证通信业务无阻断；还可根据具体线路情况及需要设置成可恢复模式的自动返回功能即当主用路由线路恢复正常时自动切换恢复至主用路由线路的功能。B检修调度功能在主用路由光纤正常的情况下，可由网管或设备面板发出指令调度切换工作路由，保证通信业务无中断；C主备纤插损监测功能可实时监测主用和备用路由的线路插损状况，并根据设定的告警门限给出告警提示。D掉电、上电保持功能切换盘掉电或上电，不影响工作线路状态，保证系统正常工作；并具备热插拔功能。工程采用的光纤线路保护设备OLP每一对的介入损耗为小于30DB,倒换保护时间小于300MS。网管系统的功能主要是维护管理和主动切换调度，主要由以下的几个方面1、设备管理实现对切换设备进行分类、配置、控制；2、实时监控实现对切换设备的单盘光功率和路由线路状况的实时监控；3、告警管理实时对切换设备的告警收集、报警、确认；4、性能管理可按用户设定的时