一、无阻断光开关

东广

一、无阻断通信概述

　　1.无阻断通信的必要性

　　在信息时代，现代化大容量通信光缆网已连接到千家万户。在竞争日趋激烈的电信市场中，仅有大容量通信能力是远远不够的，竞争的真正核心是服务质量与网络性能，好的网络性能可为每一个客户的通信畅通无阻提供保障。在计划经济时代，通信行业是垄断行业，光缆阻断时，电话局在上级的规定时间内抢通修复光缆即可完成任务，同时在损失方面只计算通信局的直接损失并不考虑客户，或只考虑大客户的情况而忽略普通用户对通信畅通的要求。在市场经济中，所有的用户无论是联通、电信、移动、网通等各通信运营商，还是党政军各部门、银行、保险、股市、各大ISP等大客户，一旦租用了网络运营商的光纤路由，网络运营商就必须保证每一个客户的通信权益。否则就会面对诸多的起诉、赔偿，甚至会严重损害客户权益，失去客户的信赖，最终造成网络运营商损失利益。所以应采取什么样的技术措施和方案来保证无阻断通信，特别是传输一级干线的通信，从而保护电信运营商的根本利益,是大家面临的重要课题。

　　要在已建成的几十万公里的一干高速光纤通信网上实现无阻断通信，除传输设备因素外，首先要考虑的问题就是对光传输物理路由实施自动保护的技术解决方案，同时方案应具有安全可靠、保护迅速、具有强大的抗灾害和抗阻断能力，且投资少、见效大，具有高度应用推广价值。

　　2.传输干线几种保护技术先容

　　(1)SDH系统的自愈保护技术

　　SDH经典的保护倒换已得到普遍认同。保护方式包括二纤环/四纤环、单向环/双向环、通道环/复用段环和子网连接保护SNCP的一种或多种组合。

　　对于时间的要求，ITU-TG.841建议复用段倒换环的倒换时间做出这样的规定：环上如无额外业务，无预先的桥接请求，光纤长度小于1200km，则倒换时间应少于50ms。但对1200km或几千公里超长距离、上下业务节点数较多的环网来说，一些先进的SDH系统通过快速电开关桥接、快速时隙交换以及高效APS协议/算法处理等，可以保证最终倒换恢复时间低于100ms。

　　通过SDH自愈环的组网结构，环上的各个节点能够根据业务量的需要灵活地上下电路，同时电路可100%的得到保护，无需人为干预，网络便能从失效的故障中实时地自动恢复业务，从而真正实现了自愈功能。

　　(2)光路分流保护

　　光路分流保护就是将原有干线上的业务调整一部分到其他干线上去，作为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，许多省市的传输维护部门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，无法适应新的形势的要求。

　　(3)人工调度保护

　　所谓人工调度保护，就是在光缆干线发生障碍后，根据光缆应急预案，通过机务与线务部门的配合,采用同方向其他光缆线路迂回调度，人工方式抢通受阻光缆干线的业务使用系统。人工调度保护需要机务部门的大力支撑和积极配合，而且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。根据目前的维护体制，地市级部门有专业的维护人员，可达到上述要求，但对于无人职守站和县镇级的中继站机房，由于成为综合值班维护，人员技术水平与实战能力均不如地市站的维护人员，因此在故障发生时无法满足人工快速倒通电路的要求，业务恢复时间较长。

　　(4)光路自动切换保护技术

　　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，在出现严重故障时，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。

　　该技术是在光层完成路由切换操作，同时随着1X2、2X2光开关器件的应用而产生的，保护对象是光纤物理路由，应用前提是具有备用的光路由。

　　3.光保护在一干传输上的应用分析

　　随着电信市场的开放，各个电信运营商都在经营自己的长途传输网络，采用的组网技术各不相同。但总的来看，各电信运营商的网络保护机制都不够健全，多层次、多种机制的保护方式尚未形成光网络。采用光传输分流和人工调度预案保护方式，是落后低效的,已无法满足无阻断通信服务质量的要求。

　　(1)SDH自愈保护分析

　　原中国电信传输一级干线八横八纵的网络结构是在90年代初期设计和建设的，受当时光通信技术和地理环境的限制，已建成的八横八纵一干光缆传输网基本上为线性组网，干线SDH自愈保护功能无法实现。同时干线上的SDH传输设备制式较多，也很难全部改造成带有自愈功能的环状网。无法实现环状网的主要原因在于：干线网改造工作需要采用环网结构和DXC设备。对长途干线来说，环的长度大且覆盖程度不够，要达到完全覆盖，需要建设许多环，投入较大。网状网的保护，需借助DXC设备，原中国电信SDH网络采用的是“Mesh”网状网+DXC的结构，由DXC完成电路的调度和保护恢复。但由于DXC设备昂贵、技术处于发展阶段等原因，DXC设备大规模的使用还需一定的时日。因而原中国电信的骨干传送网的现状为：没有传送网自身的交换节点，不能支撑交叉连接功能；没有足够的空闲(备用)容量支撑自愈功能，对全阻障碍没有恢复能力；业务没有足够的保护和恢复，基本上都是1+0系统。在拆分前的中国电信刚刚完成全国DXC网的建设，尚未投入使用，在拆分后由于网络结构已不完整，同时网络恢复需要恢复算法、需要网管介入等原因，会影响业务的恢复时间，因此此套系统未发挥作用。目前南方的DXC网在接入SDH业务时，造成时延大的现象，虽然对业务的保护方面发挥了一定的作用，但在一定程度上影响了原有网络上业务的正常运行。

　　(2)光路自动切换保护分析

　　SDH自愈保护是对业务层的保护，保护机制复杂，而光路自动切换保护是对光传输层的保护，且控制的机制只针对光纤路由，与传输设备关系较小，不存在兼容问题，容易组成光路保护网络，目前国内已有一些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、光层恢复速度快、光层恢复成本低，同时可以对不同业务提供保护。

　　光路自动切换保护技术应用存在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。备用光纤路由的选择应该与受保护的主用光纤路由在不同构的两条光缆上，如果一级干线的第二路由不具备这种条件，可利用二级干线或本地网同向光缆作备用路由。

　　综上所述，在近几年内对没有SDH自愈保护功能的一级光缆干线，应用光路自动切换保护技术是提高一级干线无阻断通信的最佳解决方案。下面将对这一技术进行先容和探讨。

　　二、光路自动切换保护系统先容

　　光路自动切换保护系统是由自动切换站(设备)和网管中心组成，可以实现光功率监测、光路自动切换和保护网络管理的功能。

　　自动切换站按功能可划分为主控模块、光功率监测模块和光路切换模块。主控模块控制光功率监测模块和光路切换模块之间的协调工作，比值3在干线上应用比较合适，相当在传输线路上增加了约0.2dB的衰耗；光路切换模块主要包含1X2或2X2光开关，受控完成在主、备用光通道之间的切换操作。

　　切换控制过程：光功率监测模块实时采集通信光纤的光功率值并上报给主控模块，光开关模块收到指令后发生切换动作。

　　光路自动切换保护设备接入干线传输系统时基本不会影响传输特性。实际上，切换设备只接入两种光器件：光开关和分光器。这两种光器件的性能指标对于传输系统是十分重要的，为达到要求，干线上所使用的设备均是采用进口优质产品。图1说明了接入传输系统光器件的连接方式。

　　图1 传输系统接入器件示意图

　　三、光路自动切换保护系统在一干传输上的应用

　　光路自动切换保护系统应该提供光路障碍自动切换保护和主动路由应急调度两种应用。一种为自动切换保护功能：即在线路发生中断后，系统能够在毫秒级的时间内自动将故障光纤路由切换至备用路由，保证通信业务无阻断。另一种为主动路由应急调度功能：即在主路由未中断的情况下，由光切换网管中心发出指令进行路由切换调度，无需到现场ODF架上手动调度，既节省时间又安全方便。

　　1.切换保护网管中心

　　网管中心设在省级光缆维护部门，专门维护管理各中继站的切换设备。网管中心由服务器、工作站、打印机、通信组网设备及相应App组成。其基本功能是对各自动切换站进行控制和管理，自动接收并响应来自自动切换站的告警及状态信息和向切换站发出配置和主动调度切换指令。

　　2.2×2光开关的应用

　　应用2×2光开关模块和配置测试光源，在保护主用路由的同时，对备用路由进行实时监测，及时发现并排除备用光纤的故障，确保切换的有效性，并且对倒换后的光路继续保持监测。同理，该技术可实现使用本地网SDH环网在用光纤段作备用路由完成对一级干线传输系统光纤或DWDM波道的保护。当一级干线无阻断时，各中继段和相应本地网备用路由通过2×2光开关都在正常通信。当一干阻断时，2×2光开关发生切换动作，将干线通信业务接入本地网备用路由，原本地业务靠SDH自愈功能绕行，不受损失。

　　3.切换保护网络的最佳方案

　　目前，网管系统的功能主要是维护管理和主动切换调度。光保护系统的自动切换是靠光功率监测引导并在设备层上完成，由于中继站具有光再生功能，若完成光功率自动引导切换，需要在每个中继站设置切换保护设备，这样切换设备投资较大。

　　由于在SDH网管或DWDM波分系统中，某一中继段阻断时，相邻中继站能向其网管系统上报传输无光告警信号，如传输系统网管将这一无光告警信号传给切换系统网管，切换系统网管即刻下指令控制相应切换站点实行保护动作，整个过程是自动的，是在网管层控制切换的。该方案可实现大迂回切换保护(跨多个中继站设置切换设备)，减少切换站数量，降低切换保护系统的设备投资。

　　该方案的关键在于各SDH设备厂家要提供无光告警信号。由于只需一个数字信号，技术上不会有难度，可实施性较强。可在网络层制定单一接口协议，使切换网管系统能识别无光告警信号即可。网管控制自动切换如图2所示。

　　(4)对于光切换技术使用的思考

　　对于光切换的使用，可以根据不同网络的结构特点分别进行设计，以适应本地网络安全保护的需要。如果干线承载业务较多、较重要，同时受道路施工等外界因素影响较大，而本地维护水平不高或人员较少的情况下，可以采用自动光切换的保护方式：即在每个站点上安装光切换设备，对监控模块设定需要的参数，在发生异常情况影响网络性能时，主控设备可通过对影响情况的分析后做出判断对光系统进行自动切换。同时对于中继站的情况，可将光切换设备和SDH设备的告警端口进行对接，在SDH设备出现告警影响通信时，将信息传送到光切换设备上，由主控模块进行判断并完成切换的操作。

　　光切换的使用可以提高保障重要干线的安全性，因此可以用在各级传输干线的链形组网段落，在技术上要满足备用光路由通道、光切率在接入时的衰耗、网管的监控通道等。同时对于城域网的大客户专线也可使用此项技术进行保护。

　　五、结束语

　　光自动切换保护系统是针对线路故障而设计的，完全独立于SDH系统和DWDM系统的网元设备，在结合备用光纤路由或空闲波长通道的情况下，可以组建切换保护网络。通过实践证明光自动切换保护快速可靠、安全灵活、业务恢复能力强。同时切换保护网管与SDH设备网管配合，为干线无阻断通信提供了实用、经济的解决方案。