WDM环网的保护机制与实施分析毕业论文

1、. . . . 第一章 概述WDM（Wavelength Division Multiplexing）是作为全光网的关键技术出现的，它在交换和传输方面采用与传统技术不同的方式。波分复用（WDM）是一种光纤传输技术，这种技术是在一根光纤上使用不同的波长传输多种光信号。现在，在为远程通信设计的高端WDM系统中，每种光信号（通常是指一个信道或一种波长）最多可以达到25Gps或10Gbps的传输速率。当前的系统能够支持32到64个信道，将在不久的将来提供支持96信道或128信道的系统。这将使得一根光纤就能够传送几百Gps的信息。WDM就是指从光域上用波长复用方式来改进传输效率，提高复用效率。其突出优点

2、为“能在一根光纤中同时传输不同波长的几个甚至成百上千个光载波信号，不仅能充分利用光纤的带宽资源，增加系统的传输容量，而且还能提高系统的经济效益。以往WDM仅指1310/1550nm的简单复用，DWDM指1550nm波长区段的密集复用，目前由于传输距离的要求和光放大器（EDFA）的使用，由于EDFA增益谱宽的原因，使得1310/1550nm的简单复用逐步被淘汰。当前，所谓的WDM已不再是以往意义上的简单复用，除非特别说明，WDM仅指1550nm波长区段的密集复用。1.1 为什么需要光网络的保护 近年来，通信业务需求的飞速发展对通信容量提出了越来越高的要求。传统的点到点的单个波长的光纤通信方式已不

3、能满足要求，因此波分复用（WDM）、时分复用（TDM）以与空分复用（SDM）等技术越来越引起人们的重视，目前，基于WDM的光纤通信系统已经达到了实用化的水平。但是，这些技术手段在节点处进行交换和上下话路时受到所谓“电子瓶颈”的限制。为了解决这一问题，人们提出了“全光网”的概念，即数据从源节点到目的节点的传输过程中始终在光域，这就避免了在所经过的各个节点上的光电电光转换，即“电子瓶颈”。因为光信号在传输过程中没有经过电的处理，所以全光网不关心所传输数据的格式，能够允许各种不同的协议和编码形式，而电方式只支持单一的业务形式，当其它协议介入它所支持的协议时需增加转换设备的开销，而且使整个网络的管理趋

4、于复杂化。全光网的另一种透明意义在于对传输的码率透明，这意味着它传输码率可以很高，上限可达到网络设计所规定的最高码率。基于波长路由和WDM技术的全光网的进一步优点在于能够在节点进行方便的上下话路和路由选择，具有良好的扩展性和重构性等。Internet商业化的巨大成功，促使传统通信网络发生深刻的演变，对网络带宽的巨大需求，使基于2.5Gb/s和10Gb/s速率的DWDM系统进入广泛应用。320Gb/s、640Gb/s的系统总容量已不足为奇，不论是陆地通信还是海底通信，Tb/s级容量的系统已开始建设，甚至有供应商打算2001年末推出基于40Gb/s速率的波分复用系统。光速经济将使网络接入达到无处不

5、在、无时不可的程度，始终提供无间断服务，这要求网络必须具备无限的带宽和交换容量。一个80Gb/s系统容量已相当于100万路，Tb/s级系统则上升至以千万路为单位计算话路。这样巨大的信息容量，一旦光通道或者光系统失效，其影响面之广，经济损失之惨重，难以想象。 1.2 WDM光网络的发展 当前，光通信技术正以人们难以想象的速度向前发展，光纤技术的新发展、WDM系统继续向高速率发展、光网络将成为不透明网、SDH系统越来越推向边缘网、OADM环逐步成为热点、IP over X 继续争论、海缆系统发展迅速、WDM低速接口将大量出现。从光纤问世有30余年的时间，光传输速率在过去10年约提高了100倍左右。

6、预计在未来10年中，系统速率将再提高100倍左右。建立透明的全光网络是技术发展的必由之路，而作为“全光网”的基石WDM光联网技术将提供迈向太比特光通信网络的大道。 WDM光联网的演进由最初的线性点到点式传送结构,逐步转变为环形结构、网形结构。当前，OADM的应用日趋增多，特别是城域网和省域网，以OADM构成的WDM环网技术已成为一个发展的热点。当业务需求超过2个四纤SDH2.5Gb/s自愈环的容量时，采用WDM环就可显示出优越性，可以节省光纤并提高容量。WDM光网络的容量更大，对业务透明，保护速度更快。图1.1列出了WDM光网络的演进： 第二章 WDM技术的基本原理 2.1 WDM技术原理 在

7、模拟载波通信系统中，为了充分利用电缆的带宽资源，提高系统的传输容量，通常利用频分复用的方法，即在同一根电缆中同时传输若干个信道的信号，接收端根据各载波频率的不同，利用带通滤波器就可滤出每一个信道的信号。 同样，在光纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量，在接收端采用解复用器（等效于光带通滤波器）将各信号光载波分开。由于在光的频域上信号频率差别比较大，人们更喜欢采用波长来定义频率上的差别，因而这样的复用方法称为波分复用。 所谓WDM技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率（或波长）不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信

8、号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。双向传输的问题也很容易解决，只需将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可。根据波分复用器的不同，可以复用的波长数也不同，从2个至几十个不等，现在商用化的一般是8波长和16波长系统，这取决于所允许的光载波波长的间隔大小，图2.1给出了其系统组成。WDM本质上是光域上的频分复用FDM技术，每个波长通路通过频域

9、的分割实现。每个波长通路占用一段光纤的带宽，与过去同轴电缆FDM技术不同的是：（1）传输媒质不同，WDM系统是光信号上的频率分割，同轴系统是电信号上的频率分割利用。（2）在每个通路上，同轴电缆系统传输的是模拟信号4kHz语音信号，而WDM系统目前每个波长通路上是数字信号SDH 2.5Gbs或更高速率的数字系统。 2.2 WDM技术的主要特点可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍。使N个波长复用起来在单模光纤中传输，在大容量长途传输时可以大量节约光纤。另外，对于早期安装的芯数不多的电缆，芯数较少，利用波分复用不必对原有系统作较大的改动即可比较方便地进行扩

10、容。由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立，因而可以传输特性完全不同的信号，完成各种电信业务信号的综合和分离，包括数字信号和模拟信号，以与PDH信号和SDH信号的综合与分离。波分复用通道对数据格式是透明的，即与信号速率与电调制方式无关。一个WDM系统可以承载多种格式的“业务”信号，ATM、IP或者将来有可能出现的信号。WDM系统完成的是透明传输，对于“业务”层信号来说，WDM的每个波长就像“虚拟”的光纤一样。在网络扩充和发展中，是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务（例如CATV、HDTV和B-ISDN等）的方便手段，增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量。利用WDM技术选路来实现网络交

11、换和恢复，从而可能实现未来透明的、具有高度生存性的光网络。在国家骨干网的传输时，EDFA的应用可以大大减少长途干线系统SDH中继器的数目，从而减少成本。距离越长，节省成本就越多。 2.3 WDM和DWDMWDM和DWDM应用的是同一种技术，它们是在不同发展时期对WDM系统的称呼，它们与WDM技术的发展历史有着紧密的关系。随着1550nm窗口EDFA的商用化，WDM系统的应用进入了一个新时期。人们不再利用1310nm窗口，而只在1550nm窗口传送多路光载波信号。由于这些WDM系统的相邻波长间隔比较窄（一般1.6nm），且工作在一个窗口共享EDFA光放大器，为了区别于传统的WDM系统，人们称这种

12、波长间隔更紧密的WDM系统为密集波分复用系统。所谓密集，是指相临波长间隔而言。过去WDM系统是几十nm的波长间隔，现在的波长间隔小多了，只有（0.82）nm，甚至<0.8nm。密集波分复用技术其实是波分复用的一种具体表现形式。由于DWDM光载波的间隔很密，因而必须采用高分辨率波分复用器件来选取。现在，人们都喜欢用WDM来称呼DWDM系统。从本质上讲，DWDM只是WDM的一种形式，WDM更具有普遍性，DWDM缺乏明确和准确的定义，而且随着技术的发展，原来认为所谓密集的波长间隔，在技术实现上也越来越容易，已经变得不那么“密集”了。一般情况下，如果不特指1310nm1550nm的两波分WDM系

13、统，人们谈论的WDM系统就是DWDM系统。 第三章 WDM环形网络3.1 光传送网的分层结构分层结构是定义和研究光传送网的基础。已发布的G.872建议（草案），已明确在光传送网络加入光层，按建议，光层由光信道层、光复用段层和光传输层组成，如图3.1：SDHATMIPPDH其它光信道层光复用段层光传输段层图3.1 光通信网络的分层结构1. 光信道层 光信道层（Optical Channel Layer）负责为来自电复用段层的客户信息选择路由并分配波长，为灵活的网络选路安排光信道连接，处理光信道开销，提供光信道的检测和管理功能。并在故障发生时，通过重新选路或直接把工作业务切换到预定的保护路由来实现

14、保护切换和网络恢复。OCH层网络为透明地传送各种不同的格式（SDH,PDH,ATM,IP信号等）的客户信号的光通路提供端到端的联网功能。它具有下列特点：重新安排光通道连接以实现灵活的网络路由选择；进行光通道开销处理，确保光通道适配器信息的完整性；进行光通道监控，实现网络级控制操作和维护功能，如连接指配、业务量参数交换即网络生存性操作。2. 光复用段层光复用段层（Optical Multiplexing Section Layer）保证相邻两个波长复用传输设备间多波长复用光信号的完整传输，为多波长信号提供网络管理。其主要包括：为灵活的多波长网络选路重新安排光复用段功能；为保证多波长光复用段适配信

15、息的完整性处理光复用段开销；为网络的运行和维护提供光复用段的检测和管理功能。OMS层网络为多波长光信号提供联网功能，主要是为了全光网络提供更有效的操作和维护，它具有下列特点：重新安排OMS连接；进行多波长网络的路由选择；进行OMS开销处理；确保多波长OMS适配信息的完整性；进行OMS监控，实现OMS操作和维护功能，如OMS连接指配与网络生存性操作。3. 光传输段层光传输段层（Optical Transmission Section Layer）光信号在不同类型的光传输媒质上提供传输功能，同时实现对光放大器或中继器的检测和控制功能等。OTN层网络为光层提供在各种不同类型光传输媒质上的传输的功能。

16、它具有下列特点：进行OTS开销处理，确保OTS适配信息的完整性；进行OTS监控，确保OTS等级上的操作和管理，如实现光放大器或光中继器的监控与网络的生存性操作。 3.2 WDM环形网络的保护结构环形网络是一种常见的通信网拓扑形式。和其它几种拓扑结构相比，环形网络在保持较高生存性的同时更容易实现和管理。WDM环形网环形网保留了环形网的自愈特性，同时可以在不改变系统结构的情况下进行容量的平滑升级。按节点间波长通道来去业务的传输方向，可以将WDM环形网络分成单向环和双向环两种。针对一个节点而言，在同一条光通道中，如果来业务的波长传输方向与去业务的波长传输方向一样（如都是顺时针传输或都是逆时针传输），

17、则这种环称为单向环；如果传输方向相反，则为双向环。按连接环路中相邻节点的光纤数目，环形网络可以分成单纤环，两纤环，四纤环和多纤环。其中单纤环不易提供保护功能，在实际应用中很少见到。1）两纤环 在两纤环中，环路相邻节点由信号传输方向相反的两根光纤连接，一般当一个方向的光纤用作工作光纤时，另一个方向的光纤用作保护光纤。两纤环有单向环组织方式，也能用双向环方式组织，如图3.2，3.3所示。在双向环中，一个双向光通道使用在一样路由上反向传输的波长组来建立。由于这种结构提供了波长重用的潜在可能性而引起了人们的广泛关注。这是因为在双向环中，一个双向通道所使用的波长只占用该通道包含的区段的波长资源，在环上的

18、其他区段，该波长可以重新用来组织通信。这种结构有两种实现方法：一种是工作通道使用两根光纤传输，也就是外环光纤复用的波长一半用作传输工作业务，另一半波长保留用来提供保护能力（如图3.2）。另一种是工作通道占用一根光纤，由单根光纤传输双向业务，另一根光纤用作保护，这种方式需要双向的波分复用器和双向的光放大器（如图3.3）。在图3.2所示的这种结构中，为了获得必要的保护能力，外环光纤的工作波长将由环光纤的保护波长提供保护，环光纤的工作波长由外环光纤的保护波长保护。单向环的优点是实现简单，控制方便。但是在提供保护的情况下，单向环的一个通道要占用整个环路的一个等效波长，因此波长的使用效率比较低。双向环控

19、制比较复杂。图3.2 所示环形网络是双向两纤实现方式，也是通常意义上的双向两纤环。双向两纤环的主要特点是提高了波长的重用能力，这样在网络波长总数不变的情况下，能够提高比单向两纤环更多的通信通道，从而大大提高了环形网络波长的使用效率。双向两纤环的控制比单向环要复杂的多，特别是在节点没有波长转换能力的情况下，环路波长的配置方案直接影响保护方案的设计。2）四纤环四纤环通常以双向环方式组织的（如图3.4）。在四纤环中，相邻节点由四条光纤连接，它们可以分成传输方向相反的两对光纤，其中一对是工作光纤，另一对为保护光纤。与两纤双向环类似，四纤环具有波长的重用能力。在一样网格规模（节点数目和波长数量）情况下，

20、四纤环的环路最大容量要比两纤双向环提高一倍。在保护方式上，除了提供两纤环的通道保护和环路保护方式外，四纤环中相邻节点的工作业务可以由同区段的保护光纤提供保护，这种保护方式称为区段保护。它要比环路保护更容易实施，而且倒换时间更短。但相关的控制将更加复杂，而且环路使用光纤数量多，网络的硬件投资将加大。3）多纤环多纤环是指环路相邻节点之间使用多于四根光纤连接的网络。为了方便处理，所有环路光纤可以按信号传输方向分为顺时针和逆时针两组，其中每组N条光纤。根据不同的保护要求，这两组光纤可以用两纤环的方式组织，也可以用四纤环方式组织。在多纤环中，其实质就是用空间复用（不同光纤传输一样光波长）方式减少网络对光

21、波长数量的要求。在多纤环中，在相邻节点之间复用波长数量一样的情况下，由于采用了空间复用，单根光纤复用的波长数量将减少，显然波长的重用性也得到了提高。这降低了系统对光器件和光源的要求，但代价是系统控制的复杂性和工程造价的提高。如何协调这两方面的矛盾，有待于对这种网络更深入的研究。3.3 光层保护与恢复结构 随着DWDM系统的广泛应用，尤其是OADM的引入，组网方式从点对点发展到建设大量环网，网络拓扑还要向格形网络演化，以便充分利用冗余的备份光纤和设备资源。光网络技术的进步使得直接由光层提供网络保护功能已经从希望走向现实。光传送网的保护与恢复机制虽然与SDH网络相似，但是操作在光域，处理的对象是光

22、波长，光层的保护恢复模式和能力不是SDH网络的保护与恢复可以比拟的。 按照光传送网的结构分层，有光通道层、光复用段层、光传送段层三个层次。光层的保护，可以在不同的层面上实施。对于不同的网络结构应该采用不同的保护方式。3.3.1 线形路径保护光传送网的线形路径保护方式可分为光复用段保护(OMSP)和波长通道保护(1) 光复用段保护 光复用段保护是在光路上同时对合路信号进行11保护，只有光缆和WDM的线路系统是备份的，系统终端等其他设备没有备份；成本比基于单个波长的11保护低；工作光路与保护光路必须在空间分离，两者相距越远，保护效果越好。(2) 波长通道保护 对单个光波长通道实施保护；不需要额外的

23、光层自动保护倒换(APS)协议；系统要双发选收，需要设备备份，成本高；可靠性高，动作速度快；对于通道数量特别多的多波长系统，对每一个波长进行保护，将浪费巨大的带宽资源，代价太高。3.3.2 共享环网保护光层上的环网保护有光复用段共享保护环(OMS SPRING)、光通道共享保护环。保护机制将在下一章详细讲述。光层上的共享保护环与光层的线形路径保护倒换相比，机制上复杂得多，需要复杂的算法、协议等。但是应用更灵活，对带宽的利用更有效合理，因为这种方式能够共享保护资源。(1) 光波长通道共享保护环基于波长通道的保护方式，能够实现对单个波长通道的保护。WDM系统中某一波长通道的相关部件发生故障的场合，

24、采用这种基于光通道失效的保护模式。因为波长通道失效的影响仅仅局限于系统个别通道，并不涉与其他波长通道，保护功能也仅仅针对失效的通道。在多波长系统中，每个通道的波长都不一样，这使得针对失效波长通道的保护能够独立操作。也正是由于波长之间的独立性，光通道共享保护环可以视为若干不同波长的虚拟环路。保护通道的数量可以按照被保护通道的多寡、所承载的业务等级等因素来确定。(2) 光复用段共享保护环 光复用段共享保护环是基于复用段失效显示而进行倒换的，它把复用段所有光通道作为整体进行倒换处理。在光缆断裂或者节点设备出现故障时，这种保护方式非常有效。对于其中个别波长通道失效显示将不予保护。环形传输网应用较多的应

25、当是光复用段保护环，它与SDH网络中的复用段保护环相似。下面以四纤复用段共享保护环为例，详细描述其保护过程。在最后一章中还将会用到四纤环通常以双向环方式组织的。在四纤环中，线路节点由四条光纤连接，它们可以分成传输方向相反的两对光纤，其中一对是工作光纤，另一对为保护光纤。在保护方式上，是段保护。如图3.5：从1到3，信息所走过的过程。当23间发生故障时：保护前信息所通过的节点为：123；保护后信息所通过的节点为：122143 ；如图3.6。可以明显的看出，四纤复用段保护环经过的节点数较多，对于单个波长通道失效时，它是将整根光纤倒换，通道牺牲较大。 最后，我们总结了WDM环形网不同保护方式，并从节

26、点结构、传送APS协议的方式、单波长恢复代价、执行恢复过程所用的长度和恢复过程影响的节点数等方面做了详细的比较。比较结果如表3.7所示。 第四章 WDM环形网络故障的信息传递 4.1 光层的信息管理与SDH等业务层网络恢复相比，光传送网的恢复会复杂得多，也应该重要得多。现阶段WDM技术主要是点对点应用，只部分地应用了OADM设备，而OXC本身因其交叉连接能力、价格、性能诸方面的原因，还没有达到商业应用的程度，仍处在现场试验阶段。光网络的建设也正随着技术的进步、新的光网元的商品化而发展。目前虽然难以具体描述基于OXC的光网络恢复，但是OADM已经开始应用，OXC不久也会逐渐引入光网络之中，而且对

27、光层网络恢复的研究并没有停顿。(1) 光层恢复的优势基于OXC的光传送网恢复，与业务层恢复相比，具有一系列优点，比如：恢复可靠性高。相对于业务层面上的恢复，光层恢复的可靠性高，业务层面上的恢复受层间不透明等因素的制约，业务层与物理层的协调有时会受到影响，在光纤链路出现故障的情况下，存在着业务层的替代路由起不到保护作用的可能。在网络结构日渐复杂、规模逐渐庞大的时代，其他保护功能很可能力不从心，而光层恢复功能极为灵活，便于有效应对各种故障。恢复速度更快。光层网络恢复的操作对象是光波长，可以在光层实现波长连接功能、波长的插分和波长通道的疏导功能；还可以充分发挥光网络巨大的带宽潜力，用于恢复的带宽可以

28、成数量级的提高。这样，能够使光网络的恢复速度大大加快。要是沿用电层DXC恢复处理未来的光网络，除技术、经济方面的问题外，恢复时间过长(可能以分钟为单位计算)将不能容忍，故障造成的损失难以弥补，光波长通道、光纤级恢复用几百毫秒就能够实现。恢复成本更低。光层网络恢复，与电层DXC恢复不同，它不使用数目众多的电子器件，减少了网元数目，简化了相应的通信、管理、控制系统，极降低了成本。占用网络带宽资源少。与光层其他保护功能相比，恢复功能占用的备用带宽较少，在光纤线路切断时恢复用的备用频带节省30%60%。网络物理拓扑结构越合理节省带宽资源越多，是提高带宽利用率最有效的技术。尤其是截面容量日趋海量，11或

29、者1：1的线路保护所需带宽资源无法满足的时候，光层网络恢复更显示其优越性。(2) 恢复方案光层的网络恢复远比SDH网络的恢复重要。由于WDM技术的应用，传输系统的容量可以从几个Gb/s增加到数百Gb/s，甚至几个Tb/s，信息量远远大于同等规模的SDH网络，因此光层网络的恢复受到高度重视。从网络恢复方案来说，网络故障恢复必须解决恢复路由的计算方式和恢复过程的控制方式，这些技术尚在研究与实践之中。目前讨论的方案主要有三种: 集中式恢复、分布式恢复和混合式恢复。 集中式恢复。集中式是一个中心节点根据故障情况和预先计算恢复路由，实时控制恢复过程。它是传统的恢复方法，自愈控制算法寄存于集中网管系统中，

30、比较容易实现不同厂家设备间的兼容。集中式恢复的主要缺点是恢复速度慢，特别是随着网络规模的扩大、传输容量的提高、波分复用波长数的不断增加，恢复速度和可靠性会进一步受到挑战，恢复时间不但难以缩短，还要大幅度增加。另外，集中式恢复需要维持一个完整、一致和准确的庞大网络数据库，其存储、响应时间、准确性和成本方面都不适应发展要求。 分布式恢复。分布式恢复是由各个交换节点实时分布式计算恢复路由，实时控制恢复过程。分布式恢复的特点与集中式恢复恰好相反，其最大优点就是恢复时间缩短，管理成本也会相应降低。然而其付出的代价是控制系统较复杂，备用容量多于集中式恢复。系统具有不可预测性，实现互操作性难，标准化程度要求

31、很高。 综合式恢复。综合式恢复是集中式与分布式两种方式结合的产物。由一个中心节点预先计算恢复路由并下载到各个交换节点，或由各个交换节点预先存储网络拓扑结构和流量情况的信息，并预先独立计算恢复路由，由各个交换节点实时控制恢复过程。光传送网络的保护与恢复，离不开光层信息，光层信息管理技术主要有副载波调制（SCM）、光监控信道（OSC）、和光段开销（Och-Frame）等几种。副载波调制是人们十分熟悉的一种方式，实现起来相对简便。不必进行光电转换，利用频谱仪就可以实现监测，还可以在副载波上施加一些性能监测信息。目前SCM的应用主要在某些WDM点对点系统中，不过，这种方式的发展前途不大，随着网络规模膨

32、胀，节点数目增多，波长数量巨大时，副载波调制的应用将受到限制。下面我们就重点介绍一下光监控信道（OSC）和光段开销（Och-Frame）技术。4.2 专用光监控信道 光监控通道是目前使用比较多的一种方式，通常用于承载光复用段和光传送段开销信息，现在DWDM系统中的光放大器的监测管理就利用OSC。这种技术离不开光电转换，在复用波长数量多、速率高的情况下，有可能使管理信息解析滞后于通道信息的解析，以至失去其功能。如果出现专门的OSC信道快速光电转换器，且技术上合理，经济上合算，OSC还是有发展前途的。全光网从功能上讲，是在光域进行分插、交叉连接甚至交换，并且在光域组网，全光网络最重要的优点是开放性

33、。全光网络本质上是完全透明的，即对不同速率、协议、调制频率和制式的信号同时兼容，并允许几代设备（PDH/SDH/ATM）共存，共同使用同一个光纤基础设施，提高资源利用率。全光网络以DWDM传输技术为基础，不仅实现了超大容量的传输，而且可不断地根据业务发展情况进行网络的扩容。全关网络采用了光交换技术，具有极强的可重构性与保护、恢复功能。1 光传送网管理功能的确定监控和管理技术是网络的基本问题，透明光网络对控制和管理提出了新的问题。第一，由于网络状况的正常数字信号不能由透明的光网络中取得，必须使用新的监控方法；第二，现行的传输系统有自定义的表示故障状态监控的协议，光网络层必须传输层一致，因为作为交

34、换节点，必须与传输系统兼容，而不能对其有影响；第三，光传送网由不同厂家生产的节点设备混合组网，按照网络管理的要求，网络的互通要求节点之间的互通，因此不仅需要从管理功能上互通，还应该从管理的物理通道、通信协议和上层管理功能都作出统一的规定。从现阶段WDM全光网络的发展来看，网络的控制和管理可能比网络纯粹的实现技术更具挑战性，因为如果没有令人满意的网络管理和控制系统，全光网络的实用化是不可能的。从功能和结构上看，OTN与SDH网络基本一致。因为，OTN采用了同SDH网络相一致的网络结构和技术，其网络管理功能也与SDH网络相一致，同样采用了面向目标和分布的处理技术。由于OTN要实现对协议透明，所以无

35、法直接采用SDH所采用的开销比特的方法来实现管理功能，而是采用独立的管理开销。对OTN管理功能的基本要求仍然是故障管理、性能管理、配置管理、安全管理。为了实现网络的互通和互操作，要求各厂家设备至少能够实现预定的最小管理功能集合。OTN中的管理信息主要是故障信息，如信号失效指示，包括服务层失效SSF、路径信号失效TSF等；缺陷信息，如路径踪迹失配缺陷（连接性监控）连续性丢失缺陷等；以与性能质量信息、保护控制信息等。从目前可实现性和技术成熟性考虑，采用共路传送方式，管理开销与相应的通路信息不在一起传送，而是将OCH层的维护和管理信息用一个单独的OSC传送。这种方式可以节省网络投资，开销传送的信息量

36、大。2 光监控信道技术OSC是一个相对独立的子系统，主要功能包括：OSC信道接受和发送；时钟恢复和数据的再生；OSC信道故障检测和处理以与性能监测；CMI码编解码；OSC帧定位和组帧处理，监控信息处理。系统功能框架如图4.1所示： 根据光传送网的互通和管理功能，OSC需要实现的管理功能包括：各层的缺陷处理功能；自动保护倒换功能；统一的DCC通道，路径踪迹识别功能；统一的设备公务功能；统一的透明使用者通路功能。3 管理开销设置OSC承载OADM/OXC系统工作状态，传送各种管理信息。要实现不同厂家的网络节点设备的互通，首先必须对OSC中携带的相关管理信息的容和操作做出统一的规定，也就需要对OSC

37、中携带的告警信息、性能面向比特的方式传输管理信息时，应该对OSC帧结构中比特的含义和可能的操作方法作出规定。对OSC的时隙分配依据相关的标准和规定，并结合OTN的分层结构，将OSC需要完成的开销功能分为四个部分：通用管理功能；OTS开销；OMS开销；Och开销。通用管理功能开销包括OSC的组帧所需的同步码，以与其他的一些功能，如公务、用户通道、OSC工作状态指示等。OTS开销主要用来实现OTS的连通性和连续性管理。主要的管理容包括OTS的工作状态和相关性能参数。OTS安排的管理开销可包括传输段路径踪迹识别（TTI）、远端缺陷指示（FDI/BDI）和数据通信通路（DCC）。传输段缺陷指示字节可以

38、表示前向缺陷指示（FDI）和后向缺陷指示（BDI），用来通知同一复用段下游节点和上游节点有某一光传输段出现了缺陷条件，通知相应节点启动相应的管理操作。关键技术是通知光复用段启动APS。光传输段的DCC用来传递组成光复用段的各个光传输段的工作状态，包括传输段节点和线路的状态，包括光线路放大器的告警情况等。OMS开销主要用来实现光复用段的连通性和连续性管理，包括网络连接的创建、删除和管理，节点状态的检测和传输以与复用段故障条件下的保护倒换问题。安排的开销可包括OMS-FDI/OMS-BDI、DCC和用于自动保护倒换协议的APS字节。OMS的缺陷指示信号是用来指示一个复用段产生了缺陷。OMS-FDI

39、信号用来向下游的OMS终端节点指示本地检测到缺陷条件。OMS-BDI是光复用段终端在检测到复用段缺陷条件时后发出的指示信号，用来告诉复用段源端在宿端检测到了复用段的故障条件。在OMS安排两个字节的APS协议字节，可使用OMS-BDI来配合自动保护倒换协议。光复用端的DCC携带OMS的各种工作状态和工作信息。Och层开销用来监视和管理Och层的连接，目前建议管理开销只提供信道层的缺陷指示信号（FDI/BDI），用来监视波长连接的连续性。4.4 光段开销光段开销是在光净负荷之外附加一个与SDH段开销结构相似的光字节簇以便用来承载相应的光层信息，直接支持光层的管理功能。光段开销方案提出并不晚，只是实

40、现起来难度比较大。伴随光网络技术的高速发展，陆续提出了若干光段开销的实现方案，数字包封（DWDigital Wrapper）技术就是其中的一种。数字包封技术能够提供类似于SDH段开销的功能和可靠性，而成本更低，也不需要添加网络设备，它能提供ITU-T标准所要求的网络管理功能。光段开销需要进行光电转换，但其转换过程在相应波长通道的净负荷转换之前完成，不会产生滞后现象。同时由于每个波长的段开销彼此独立，当一个波长通道发生故障时不会影响其它波长通道的网络保护功能。该技术是基于以下三个出发点：a) 光通路信号质量的电域检测，通过光通路电中继来增加OCH客户层额外的性能管理功能。上文已经提到光通路质量光

41、域监测和维护难点，该技术把广域的光通路质量检测转化为电域来处理。实际的网络工程也要求子网和管理域边界上的3R中继以实现Och性能监测和运营商信号的汇接。b) 随着原来提出的关于OTN应是“全光的”的观点不切实际，现在大家逐步认识到OTN应能传送各种规的数字信号，“业务透明”替代了传统的“光透明”。基于Och层客户信号是数字信号这一的出发点，通过Och帧结构开销传送技术可以采用类似SDH中BIP的电信号误码监测方式来指示光通路质量。c)借用了传统时分复用的思想，进一步引进FEC技术，通过使用FEC，可以提高客户层信号的误码性能并减少光电转换的需求，改善信号传输质量以提高系统的性能。目前唯一支持信

42、号中继、监测、分析和管理每一光信道的技术时SDH技术，在SDH技术中，通过加入信道开销（POH）实现信道质量的监视，通过再生段开销（SOH）和复用段开销（MOH）来实现对SDH再生段和复用段的性能监视。数字封包技术（DW）正是借用了SDH的思想，通过加入必要的光通路开销以实现对光通路的质量监视。同时采用FEC技术以提高传送网的性能，可见Och帧结构技术是SDH技术在光通路层的扩展。1 Och帧结构如图4.2所示，从图中可以看出Och基帧结构由三大区域组成：a) 光通路开销区域（Optical Channel Overhead）b) 光通路净荷区域（Optical Channel Payload

43、）c) 前向误码纠错区域（Forward Error Correction） 目前已被ITU-T SG15小组会以接受的是四个Och基帧组成的Och开销复帧。 2 Och开销功能与字节分配 表4.3是ITU-T SG15 小组会议已经同意的Och 开销功能与相应的字节分配表，其他尚未达成一致的Och 开销功能没有在表中列出。 第五章 改进的WDM环形网保护机制在这一章中，根据环网保护的不同结构和传送APS协议的不同方式等概念，提出了一种的保护机制，并将这种机制与已有的机制进行了比较。最后，根据物理逻辑最短的方法，又提出了一种保护机制。5.1 改进的四纤环WDM光通信系统中光信号的最长无中继传输

44、距离必须遵循一些模拟量如色散等等的限制。因此，我们可以利用这样一种思路：当进行环保护时，被保护信道无论无何不能经过同一中继段一次以上。 1 2 4 3工作光纤保护光纤 图5.1 正常情况下的信息传递 在正常情况下，先将节点编号，信息传递如上图所示：123当两节点之间发生故障时：首先，必须先判别是何种故障。在这里将故障分为三类：类型一，两节点之间光纤断裂，从而形成断路。类型二，是两节点之间仅仅通道部信道断路，而保护纤和其它光纤没有损坏。类型三，是两节点之间仅仅是工作光纤的信道全部损坏。其次，选择执行环保护动作。保护动作可分为：段保护和信道保护。当判定故障类型为第一、二种时，执行信道保护；当判定故

45、障类型为第三种时，执行段保护。在执行信道保护时，利用我们提的思路（当进行环保护时，被保护信道无论无何不能经过同一中继段一次以上）选择最短路径。在执行复用段保护时，在传输方向的最后一个节点进行倒换。具体步骤如下所示：从图5.2可以清楚的看出，当故障发生后的环网保护动作。在传送协议上，这里采用光段开销（Och-Frame）。在开销中，分配一定的字节留给记忆节点地址信息，记忆信号所走过的节点。由于是在环形网中，开销中有一定的字节记忆源点和宿点的地址信息。如下表：以下举列说明：正常情况时，13顺时针沿工作光纤传送，如图5.1所示。发生ABC的情况时（与四纤复用段共享保护环作对比），如图5.3所示：节点

46、23间出现断路，即发生类型一的故障。此时，若是四纤复用段共享保护环，会在节点2处桥接到保护光纤上（如图5.2）。这样以来，信号就要重复经过节点1和节点2之间，并第二次到达节点1。在这里，我们采用了上文提出的思路（当进行环保护时，被保护信道无论无何不能经过同一中继段一次以上），信号就不能第二次通过节点1，执行图5.2的E处。 1 2 4 3 工作光纤 保护光纤 图5.3 1 2 4 3 工作光纤 保护光纤 图 5.4 由于我们已在开销中留有一定的字节数记忆节点的地址信息，就可以简单的判别出是否第二次通过该节点。接下来，就要利用开销中源宿节点的地址信息，判别第二次经过的节点是否是宿节点，如果不是，则执行图5.2的F处，且反向选择保护路由，如图5.3粗线所示。如果是宿节点，就从此节点送出。如图5.4示。如图5.4，12间断路，若利用四纤复用段保护环，则信号将会经过14323，与23间断路类似。我们利用提出的这种思路，执行图5.2的G处。重复节点与宿节点一样，在此节点将信号送出。如图5.4粗线所示。当出现类型二的故障情况时，与类型一故障处理类似。发生