城域網(wǎng)光纖通信自動(dòng)保護系統設計

論文關(guān)鍵詞:光纖通信；保護系統；信息

論文摘要:城域網(wǎng)光纖通信自動(dòng)保護系統采用光纖的備份使用機制，用一條主路光纖、一條備路光纖來(lái)保證傳輸系統的穩定性、可靠性。是一種在主線(xiàn)路出現故障或阻斷時(shí)，用備用線(xiàn)路代替主線(xiàn)路繼續工作、從而保障整個(gè)通信正常進(jìn)行的實(shí)時(shí)監測系統。因而，該系統所要達到的目的就是運用光纖保護系統的這種機制，來(lái)保證通信系統穩定、可靠地運行，從而將由于線(xiàn)路故障所引起的不便和損失減小到最低程度。

一、光纖通信網(wǎng)保護系統概述

實(shí)現網(wǎng)絡(luò )生存性一般有兩種方法：保護和恢復。

保護是指利用節點(diǎn)間預先分配的容量實(shí)施網(wǎng)絡(luò )保護，即當一個(gè)工作通路失效時(shí)，利用備用設備的倒換，使工作信號通過(guò)保護通路維持正常傳輸。保護往往處于本地網(wǎng)元或遠端網(wǎng)元的控制下，無(wú)需外部網(wǎng)管系統的介入，保護倒換時(shí)間很短，但備用資源無(wú)法在網(wǎng)絡(luò )范圍內共享，資源利用率低。

恢復則通常利用節點(diǎn)間可用的任何容量，包括預留的專(zhuān)用空閑備用容量、網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)用的容量乃至低優(yōu)先級業(yè)務(wù)可釋放的容量，還需要準確地知道故障點(diǎn)的位置，其實(shí)質(zhì)是在網(wǎng)絡(luò )中尋找失效路由的替代路由，因而恢復算法與網(wǎng)絡(luò )選用算法相同。使用網(wǎng)絡(luò )恢復可大大節省網(wǎng)絡(luò )資源，但恢復倒換由外部網(wǎng)絡(luò )操作系統控制，具有相對較長(cháng)的計算時(shí)間。

通常認為保護是一種能夠提供快速恢復、適用特定拓撲的技術(shù)（例如線(xiàn)形和環(huán)形）；而恢復通常主要適用網(wǎng)狀拓撲，能最佳的利用網(wǎng)絡(luò )資源。

二、光纖通信網(wǎng)自動(dòng)保護系統方案選擇

隨著(zhù)WDM系統的廣泛使用，在光層上實(shí)現對點(diǎn)到點(diǎn)系統的保護倒換就成為一個(gè)非常重要的課題。許多光網(wǎng)絡(luò )的保護結構與SDH是極其相似的。對于點(diǎn)對點(diǎn)的線(xiàn)路系統，經(jīng)?？紤]1+1和1:1的線(xiàn)路（光復用段OMS）保護倒換方案。

線(xiàn)路保護倒換的工作原理是當工作鏈路傳輸中斷或性能劣化到一定程度后，系統倒換設備將主信號自動(dòng)轉至備用光纖系統來(lái)傳輸，從而使接收端仍能接收到正常的信號而感覺(jué)不到網(wǎng)絡(luò )已出現故障。該保護方法只能保護傳輸鏈路，無(wú)法提供網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的失效保護，因此主要適用于點(diǎn)到點(diǎn)應用的保護。

（一）1+1光保護層

對于1+1光鏈路保護，只能對鏈路故障中的業(yè)務(wù)進(jìn)行保護。這種方法是利用光濾波器來(lái)橋接光信號，并把同樣的兩路信號分別送入工作光纖和保護光纖的通道中。保護倒換完全是在廣域網(wǎng)內實(shí)現。當遇到單一的鏈路故障時(shí)，在接收端的光開(kāi)關(guān)便把線(xiàn)路切換到保護光纖。由于在這里電層的復制和操作，所以除了當發(fā)射機和接收機發(fā)生故障時(shí)會(huì )丟失業(yè)務(wù)外，一切故障都可以恢復。

（二）1:1光保護層

（1:1）的光層保護方案與（1+1）的光層保護方案很類(lèi)似，都是利用備用的路由鏈路來(lái)避免鏈路故障對業(yè)務(wù)的影響。業(yè)務(wù)流量并不是被永久地橋接到工作和保護光纖上，相反，只有出現故障時(shí)，才在工作光纖和保護光纖之間進(jìn)行一次切換。

在雙向通道中，當有故障事件出現時(shí)，使用APS信令信道來(lái)協(xié)調交換機的保護倒換動(dòng)作。在（1+1）的SONET網(wǎng)絡(luò )中的保護恢復結構中，在頭和尾之間有一個(gè)APS信道，保護倒換的實(shí)現既使用了保護光纖又使用了一條APS信令信道。而在（1:1）的光層保護結構中，在保護光纖中不必存在相互通信的通道，因為這種結構沒(méi)有在電層上被復制信號。只有當發(fā)射端和接收端都切換到保護光纖中，這個(gè)通信通道才建立起來(lái)。當出現故障時(shí)，如果接收端不知道發(fā)射端是否切換到保護光纖上時(shí)，接收機端就經(jīng)由保護光纖給發(fā)射端發(fā)出一個(gè)消息。因此，當接收機最初倒換到保護光纖上時(shí)它并不能接收到任何信號。而如果發(fā)射端已切換到保護光纖上了，那么利用上述過(guò)程就可完成對業(yè)務(wù)的保護和恢復。否則，業(yè)務(wù)流量就會(huì )丟失。如果再由一個(gè)獨立的“帶外”光業(yè)務(wù)通道來(lái)支持保護倒換的信令，那么這種發(fā)射機與接收機在協(xié)調工作方面的困難就可以避免掉。

（三）1:N光保護層

（1:N）的光層保護結構與（1:1）的保護結構類(lèi)似。然而在這里，N個(gè)工作實(shí)體共享同一個(gè)保護光纖。如果有多條工作光纖出現故障，那么只有其中的一條所承載的流量可以恢復。最先恢復的使具有最高優(yōu)先級的故障。

通過(guò)以上幾種點(diǎn)到點(diǎn)的光層保護倒換方案的比較可以看出：1:1光層保護技術(shù)有更高的恢復率和可靠性。

三、城域網(wǎng)光纖通信自動(dòng)保護系統的組成結構

城域網(wǎng)光纖通信自動(dòng)保護系統采用三級分層控制結構，第一級為遠層監控中心，負責各監控站的監測、通信和控制的授權，通常由網(wǎng)絡(luò )通信設備和計算機組成；第二級為監測站，向上一級的遠程監控中心反映系統工作狀態(tài)，往下一級實(shí)現對各條線(xiàn)路進(jìn)行整體地集中監測和管理，通常由主控盤(pán)和顯示器組成；第三級為多個(gè)光保護盤(pán)，實(shí)現對各條通信線(xiàn)路的監控和管理，并和上一級進(jìn)行通信，反映系統工作狀態(tài)。 光保護盤(pán)是線(xiàn)路監測和切換的直接執行者，同時(shí)又完成向監測站的數據傳輸和狀態(tài)顯示，它主要由光信號發(fā)送部分和接收兩部分組成。Sin為發(fā)送端光端機發(fā)出信號的輸入端，光端機輸入的信號從該接口進(jìn)入光保護盤(pán)，當系統工作在主路時(shí)，通過(guò)光開(kāi)關(guān)從Sout1主發(fā)端送到主路通信光纖中；在系統工作在備路時(shí)，則從Sout2備發(fā)端送入通信線(xiàn)路的備路光纖中。Rin1為主路光信號的輸入端，系統工作在主路狀態(tài)時(shí)光纖線(xiàn)路輸入的信號從該接口進(jìn)入光保護盤(pán)，經(jīng)過(guò)分光器分出3%的光信號用于檢測，另外的97%的光信號從Rout發(fā)端送到接收光端機中；在系統工作于備路時(shí)，光纖線(xiàn)路輸入的信號則從Rin2備送入光保護盤(pán)，從Rout發(fā)送到接收光端機。另外光保護盤(pán)還備有主/備線(xiàn)路工作狀態(tài)指示燈、本盤(pán)復位按鈕、RS－485計算機接口和電源接口。

在本系統的結構設計中，采取模塊化的方式進(jìn)行設計，容易的實(shí)現功能擴展。系統設計時(shí)充分體現構件化的思想，小到功能點(diǎn)，大到子系統，甚至整個(gè)系統貫穿“構件”的概念。

四、城域網(wǎng)光纖通信自動(dòng)保護系統的工作原理

城域網(wǎng)光纖通信自動(dòng)保護系統采用光纖的備份使用機制，用一條主路光纖，一條備路光纖來(lái)保證傳輸系統的穩定性、可靠性。在主線(xiàn)路出現故障或阻斷時(shí)，用備用線(xiàn)路代替主線(xiàn)路繼續工作、從而保障整個(gè)通信正常進(jìn)行的實(shí)時(shí)監測系統。它對通信線(xiàn)路的監控功能主要體現在如下三個(gè)方面：

（一）主路在用光纖正常運行時(shí)

自動(dòng)保護系統的各光保護盤(pán)對主路在用光纖實(shí)時(shí)地進(jìn)行收光功率監測，自動(dòng)建立參考，自動(dòng)分析，時(shí)刻與監測站和遠程監測中心保持通信，響應各種指令。

（二）主路光纖發(fā)生故障時(shí)

當系統收到的光功率值小于絕對告警門(mén)限（認為系統無(wú)光時(shí)的光功率值），或者收到的光功率值與系統參考光功率值（正常通信時(shí)的光功率值）之差大于相對告警門(mén)限（和正常通信時(shí)的收光功率相比較，光功率衰減到致使通信不穩定或不能正常進(jìn)行的光功率變化值）時(shí)，系統控制模塊就判定通信光纖處于阻斷狀態(tài)，自動(dòng)將通信從主路光纖切換到備路光纖。

（三）主路光纖修復后

對主路光纜進(jìn)行測試，確認線(xiàn)路沒(méi)有問(wèn)題后，在遠程控制中心受權下，通過(guò)對光纖自動(dòng)保護系統的復位操作使通信系統從備路光纖切換到主路光纖。

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