李玉行 畢 剛

（中國人民解放軍91033部隊，山東 青島266000）

1 研究背景及意義

光纖通信發(fā)展經(jīng)過40多年的發(fā)展與使用，其技術成熟性越來越高，實用性越來越普及，兼之有重量輕、體積小、抗電磁干擾性能好、低損耗、長中繼距離、較寬的頻帶、較大的傳輸容量等優(yōu)點，目前，已成為有線傳輸通信的主流選擇。為了更有效地利用光纖通信的高帶寬資源，我們可以采用波分復用（WDM）技術。波分復用技術是指在一根光纖中傳輸?shù)墓庾V分割成若干不重疊的波長（或頻率），其中一個波長對應一個通信信道，而終端得用戶可根據(jù)自己需要的速率對信號進行處理，而在收、發(fā)端增加解復用器和復用器的數(shù)量就可以較簡單地實現(xiàn)系統(tǒng)的擴容。

波分復用系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)傳輸容量大，所以整個網(wǎng)絡的生存性顯得非常重要。假設在WDM網(wǎng)絡中，某個節(jié)點 或某段光纖出現(xiàn)故障，那么將影響整個系統(tǒng)工作。網(wǎng)絡的生存性應該是一個完 整 WDM網(wǎng)絡中重要的環(huán)節(jié)，目的是當網(wǎng)絡發(fā)生故障時，在沒有人為操作的情況下，WDM網(wǎng)絡能夠繼續(xù)正常工作。一般來說，針對WDM網(wǎng)絡的保護，我們建議采用光層保護，省去了光-電-光的轉(zhuǎn)換，這樣可以充分利用帶寬資源，降低復雜度，減少了成本。

2 幾種常見的保護倒換方式

在WDM環(huán)網(wǎng)中，為了增強網(wǎng)絡的生存性，我們通常采用保護倒換技術。保護倒換可以簡單分為通道保護倒換和線路保護倒換。兩種保護倒換技術的區(qū)別在于：線路保護技術通常采用公用保護，也就是說，在正常工作時，保護段是空閑的；而通道保護通常采用專用保護，即正常工作時保護段也對業(yè)務信號進行傳輸。而保護倒換具體實施起來又可以分為下面幾種：

（1）1+1保護。在WDM系統(tǒng)中，使用兩個通道，一根為工作光纖，一根為保護光纖。具體流程為：發(fā)端節(jié)點發(fā)出的光信號進入光分路器，分路傳向同一接收節(jié)點，接收端選擇兩者中質(zhì)量較好的那一路進行通信。若工作光纖遇到故障，則切換至另外一根光纖上。

（2）1：1保護。該結(jié)構(gòu)也使用兩個通道，一根為工作光纖，一根為保護光纖。與 1+1保護的不同之處在于，工作光纖在進行傳輸時，保護光纖位于閑置狀態(tài)，WDM系統(tǒng)只監(jiān)測其是否可用。當工作光纖遇到故障，由發(fā)端節(jié)點與收端節(jié)點協(xié)調(diào)激活保護光纖通道，保護光纖進行正常通信傳輸。

（3）1：N 保護。 在故障率比較低的 WDM 系統(tǒng)中，1+1保護和1：1保護方式需要提供與系統(tǒng)相當?shù)馁Y源，這樣的話，降低了整個系統(tǒng)的資源利用率。而1：N(或 M：N)保護工作方式與 1：1類似，就是N個系統(tǒng)共享1個（或M個）保護光纖。但這種結(jié)構(gòu)也有明顯的缺點，當保護光纖被全部占用時，就無法對其它工作光纖提供保護。

3 WDM環(huán)網(wǎng)故障分析與倒換依據(jù)

在WDM光網(wǎng)絡中，常見系統(tǒng)故障以硬件故障為主，主要是節(jié)點間的鏈路（光纖線路）故障、連接節(jié)點的設備故障。一般情況下，WDM網(wǎng)絡中的復用器、解復用器等無源器件的使用壽命比較高（除非物理損傷）；而隨著技術發(fā)展，常用的有源器件如光放大器（EDFA）的泵浦光源的壽命一般在30萬個小時以上，所以EDFA出現(xiàn)故障的幾率也比較低。系統(tǒng)的軟故障，即系統(tǒng)里的器件性能的降低，比如激光器溫度漂移引起的光功率波動、光纖的損耗變大等，這些對系統(tǒng)的影響雖然比較小，但是這些仍然要引起維護人員的注意。因此，我們可以得出結(jié)論，網(wǎng)絡故障最主要的原因就是光纖線路故障。據(jù)通信公司的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，系統(tǒng)中，光纖線路的故障占全部故障的70%，而由光纖斷裂引起的故障又占線路故障的95%以上。對于線路故障，我們首先要判斷故障類型，檢測故障發(fā)生地點，同時采取保護倒換技術恢復通信。

系統(tǒng)保護倒換工作的前提是系統(tǒng)工作時需要滿足某種條件才觸發(fā)保護倒換。目前，常采用誤碼率檢測與光功率檢測這兩種方法進行檢測。誤碼率檢測技術在SDH網(wǎng)絡中使用得更多一些，即在SDH幀結(jié)構(gòu)中插入特定字節(jié)，然后在接收端進行校驗。但是對于透明傳輸?shù)腤DM網(wǎng)絡，由于其系統(tǒng)容量特別大，對整個通信業(yè)務進行監(jiān)控的難度太大，所以WDM網(wǎng)絡一般不采用誤碼率的方法，而采用光功率檢測的方法。在線路中，光纖斷裂首先引起節(jié)點光功率降低，所以在某點設置功率檢測模塊，如果功率低于特定值，系統(tǒng)就啟動保護倒換。 為了盡量減小對業(yè)務的影響，一般我們采用漏光法來檢測光功率值。即在工作光纖線路上加裝一個特殊的1×2分光器，使其中一路漏出工作光纖用于檢測。為了減小漏光法所帶來的插入損耗，在工作光纖上應該采用小耦合比的分光器。一般選擇了5：95的分光器，也就是將5%的光用于檢測，95%的光用于通信。

4 WDM環(huán)網(wǎng)中保護倒換的設計

WDM環(huán)形網(wǎng)的用戶數(shù)相對較少，所以保護倒換的設計應該遵循設計簡單、響應速度快的原則。本文以4×2（即 4個節(jié)點，每個節(jié)點 2個用戶）WDM環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)為例，簡要介紹其保護倒換的設計。

采用前面提到的幾種保護倒換方式，使用響應速度更快的光開關來完成倒換。這是因為在4×2環(huán)形網(wǎng)絡中，節(jié)點之間涉及到波長的復用，如果采用基于信道的保護倒換就會產(chǎn)生波長沖突，繼而影響與其他節(jié)點的通信。

（1）1+1 保護倒換

1+1保護倒換的保護光纖與工作光纖一樣同時進行傳輸業(yè)務。在結(jié)構(gòu)上，可重構(gòu)型光分插復用器ROADM兩側(cè)一個是2×2的光開關，一個是分光器，該分光器負責將ROADM的輸出信號饋送至工作光纖和保護光纖）。需要注意的是，在這種倒換方式中，當工作光纖與保護光纖沿相反方向傳播時，保護光纖將出現(xiàn)波長沖突。

（2）1：1 保護倒換

1：1保護倒換的保護光纖不傳輸業(yè)務，只有當工作光纖出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)才切換到保護光纖。在實際應用中，工作光纖與保護光纖可以同向，可以反向。工作光纖和保護光纖如果同時發(fā)生故障，那么系統(tǒng)將不能完成保護倒換。所以工作光纖和保護光纖在實際應用中必須分開鋪設。

（3）1：2 保護倒換

該方式采用兩工作光纖沿不同的方向進行工作，共享一條保護光纖（方向任意）。與1：1保護倒換相同的是，保護光纖需要與工作光纖分開鋪設。

圖1 1：1反向倒換結(jié)構(gòu)設計

在4×2（即 4個節(jié)點，每個節(jié)點 2個用戶）WDM環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)中，我們簡要設計了一種基于1：1保護倒換方式的解決方案（如圖1所示）。該方案中，工作光纖與保護光纖傳輸方向相反（實線為工作光纖），使用的光開關包括2×2和1×2，而光功率檢測模塊（OPD）在不同的位置對系統(tǒng)進行檢測。其中：OPD-1對鏈路進入節(jié)點的光功率值進行檢測，如果發(fā)現(xiàn)異常，則光開關A與光開關D協(xié)同工作，啟用保護倒換功能，跳過故障區(qū)域；OPD-2、3用來檢測分光器及WSS故障（出現(xiàn)故障機率?。?，OPD-2檢測出現(xiàn)問題時，光開關A、B一起作用完成倒換；OPD-3檢測出現(xiàn)問題時，處理起來相對復雜，主要是考慮到WSS的波長選擇輸出功能，這時候應該是光開關C、D協(xié)調(diào)工作，其中光開關C用于將信號導向光濾波器，完成對已經(jīng)下路的波長阻斷功能，然后再將上路的信號與濾波后的信號由耦合器一起輸出至工作光纖（光開關D控制）。

5 結(jié)語

本文分析了WDM環(huán)網(wǎng)中保護倒換技術的重要性，并簡要介紹了幾種常見的WDM環(huán)網(wǎng)保護倒換方式。根據(jù)數(shù)據(jù)分析出WDM環(huán)網(wǎng)中故障的主要類型為光纖線路故障。接著提出了故障檢測技術，并說明誤碼率檢測不適用我們的網(wǎng)絡，而功率檢測非常簡單實用。最后，我們以4×2 WDM環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)為例，設計了可行的保護倒換方式。

［1］顧畹儀．WDM 超長距離光傳輸技術[D]．北京郵電大學出版社,2006.

［2］謝鋒．光纖線路自動切換系統(tǒng)及光網(wǎng)絡自愈技術研究[D]．北京郵電大學，2010,1.

［3］韋樂平．SDH自愈環(huán)結(jié)構(gòu)的分析和比較[J]．電信科學,1999,6.