DWDM光网络性能评估及其检测

1、DWDM光网络性能评估及其检测摘要 介绍了目前WDM光网络的发展现状，提出了 OXC和OADM的评估方案，分析 了 DWDM目前存在的问题及其相应的检测方案。关键词光网络光分插复用设备光交叉连接性能评估检测1DWDM光网络1.1DWDM系统DWDM技术使承载多个并行光波长的复合光信号可在一个传输系统中 传输。不像TDM系统，仅仅用了光纤潜在容量的1%,速率仅仅为2.5Gb/S,至多10 Gb/S。DWDM支持相同速率的40个或更多的通道。或者说，它等于10个OC-192s。 DWDM要求在制造过程中严格检测以保证收发机在系统的两端经过特定的波长。在 DWDM系统中一根光纤的容量是SONET中的

2、40信或者更多，一旦网络失效，它的影 响之大也是显而易见的。为了支持中心骨干网络越来越多的业务要求，DWDM的应用 在开放式系统中取得了极大的发展。目前的全光实验网主要有美国各大公司联合研发的 MONET网和MWTN网、泛欧光通信网（OPEN）、欧洲全光网络、环非洲WDM全光 网、SEA-ME - WE-3海底光缆系统等。最近中国的“863”项目也正在开始研究开发 自己的高速信息示范网。该项目计划首先建立一个由3个光交叉连接（OXC ）节点组成 的骨干网，每个OXC节点都有自己的一个由光分插复用设备（OADM）组成的子网。1.2 OADM和OXC及其性能评估DWDM的安装扩大了 SDH骨干网的

3、容量，下一个研 究热点是OADM。OADM将提供灵活的波长配置，就像电系统中提供基于时隙的带宽 配置一样，OADM将会使网络规划者在整个网络的配置上更加灵活容易。全光网的另 一里程碑是OXC。OXC用来改善宽带大容量业务系统的效率。OXC支持高速传输系统 的网络恢复和动态重构。它与现在的DXC相比，功能更加强大。商用的OXC目前还未 出现。这主要在于端口容量和目前操作系统性能的限制。其优点是明显的：运营价格降 低（光交换与电交换系统相比，耗能少，体积小）；网络也更容易升级。OADM和OXC 性能的好坏应以以下几点为标准。（1）逻辑特征*规模。端口数量和可容纳的复用 的波长数量以及OADM中可以

4、上下路波长的端口数量。端口数量和复用的波长数量是 衡量OXC和OADM性能的一个重要标准。*可重构性。OADM和OXC应该能够根据 网管的要求，灵活地对上下路的通道配置进行重新分配，并根据网管的要求实施指配功 能。*是否具有端口模块性和波长模块性。端目模块性和波长模块性就是指当增加端口 数量或者增加复用的波长数目时，只需添加部分新的器件，而不必或尽量少地改动原有 的器件和连接结构。未来的光网络应有良好的扩容性能，因此是否具有良好的端口模块 性和波长模块性也是衡量节点性能的一个重要标准。*升级能力。未来的节点可能不但 要有波长和链路的升级能力，而且必须支持虚波长通道。如果现在不支持虚波长通道，

5、那么，在向未来的虚波长通道升级的过程中，也应做到尽量简单，尽量少地改变原来的 节点结构。这也是衡量它们性能的一个标准。*环回功能。环回功能主要用于网络的诊 断，包括近瑞环回和远瑞环回。近瑞环回指在本地节点进行环回，用来诊断本地节点是 否出现故障。远端环回指从本地到远端节点再回到本地的环回，它可用于诊断线路和节 点是否故障。从波长来分，又可分为同波环回和异波环回，异波环回与同波环回相比， 主要不同点是异波环回可诊断到OXC和OA DM节点集中级OTU单元序列是否正常工 作，而同波环回却没有该项功能。*自动保护倒换能力。该项功能主要用于网络的保护 和自愈。即当网络运行出现故障时，网络是否能在极短的

6、时间内，使受影响的业务得到 恢复。*开放性。即该OXC或OADM是否能兼容不同厂家的产品（主要指OTU的中 心波长），这是其是否具有良好的兼容性的重要标准。*是否支持虚波长通道。虚波长 通道是未来全光网发展的必然趋势，因此是否支持虚波长通道也就成为衡量节点的一个 重要标准。如果现在不能支持虚波长通道，也应考虑到将来升级时做到尽量简单。*是 否具有强大的网管能力；是否支持OSC通道。（2）性能特征*串扰的影响。串扰是 影响全光网特别是未来的密集波分复用光网络的传输性能的重要因素，在OADM结构 中，我们不仅要考虑OADM引入的串扰及消除的措施，而且在下路信号中也应考虑到 如何消除由其它的网络节点

7、引入的串扰。*回波损耗。*光信噪比。*误码率。误码率 是衡量各个网元性能优劣的主要标准。*消光比。*损耗和色散。（3）成本良好的 性能和低廉的成本是我们永远追求的目标。1.3面临的挑战随着技术的发展，下一步 面临的挑战就是使网络运营商获得自信，就像当时采纳SONE 一样。管理一个光网络 需要的工具至少等同于管理电网络所需要的工具，然而，管理在一根光纤中的一系列的 光通道则与过去网络的管理是完全不同的概念，光网络中的一些问题也是电网络中从 未有过的。有3个基本的领域：回波、衰减和色散。回波来源于线路中的节点或光纤的 过度弯曲。不合适的成缆或回波可导致噪声、抖动（在特定波长的时移）和在某些特定 情

8、况下可能的激光器啁啾。衰减是光纤传输的结果。我们必须适当地控制衰减，因为如 果衰减太小，功率过大，将超过接收机的过载点；如果衰减太大而功率太小，将低于接 收机的灵敏度而使误码率增加。当激光器发出的窄的谱宽通道沿着长的光纤传播时，色 散发生了。由于这些通道在向接收机传输的过程中，高频成分集中在脉冲前沿，低频成 分集中在脉冲后沿，这样在接收机中就以时移或延迟的形式引入了色散。这被称为“码 间干扰”，它使接收机不能区分叠加的相邻脉冲而导致误码的增加。当在同一光纤中传 输更多的信号时，业务管理将变得更加复杂。为了重新分配路由或进行故障恢复，网络 必须能监视每一个业务通道，比如某一终端用户的信号发生了抖

9、动或漂移。就光网络而 言，它还必须能容易地区分线型、激光器（比如1310nm还是1550 nm激光器）以及一 些具体的问题。对现在的电网络而言，这些都不是什么问题，因为其管理系统建在了 DS-n和SONET体制内。光网络所固有的宽带宽和多通道特性也使其在光纤断裂时造 成的损失更大。这种损害远远大于任何电缆断裂的影响。因此，光网络的诊断和检测以 及迅速的开关动作以建立新的连接的能力是相当重要的，SONET在这方面就有良好的 设计，为环上业务提供了很多通道。在光网络中，仍要求在设计中保证适当的保护策略 和避免业务过载的管理。在考虑业务的保护倒换通道设计之后，下一个重要的问题是 判断断裂的位置以便对

10、遭受破坏的网络进行修复，并在修复后再次切换到原来的状态， 这避免了倒换和传输过载。这种情况在网络采用备用通道而备用通道却不能应付长期的 大的峰值业务时极易发生。在全光网中有大量的潜在的问题。为了提供像电网络那样 的精度，对全光网在检测和维护上提出了新的挑战。2DWDM光网络的检测运营者在 现在电信系统中极好的业务维护证明了现在的检测方法的合理性。DS-1、DS-3的 误码率以及电路的指配都被考虑在内且能被检测装置所实现。在全光网中目前面临的挑 战是发展新的检测方法，提供给网络运营者以足够的自信来用新的技术如 DWDM、 OADM和OXC改变他们的网络策略。第个避免全光网失效的方法是保证光纤工作

11、 在严格的反射范围内。在该范围内，SONET OC-48能正常地运行。如果出现了回波， 就会出现快速的随机的波长移动。我们可用OTDR来诊断回波并在发现回波后采取相应 的保护措施。为了对网络进行在线测量，可用带外OTDR和WDM滤波器来实现。在 该方法中，OTDR检测的波长不是系统波长，在一般的OTDR中，这可以是一个替代 的波长（例如在1310系统中用1550波长）或者是特定OTDR中的一个非传输波长。该 方法的关键在于把WDM滤波器置于初始的工作网络中，这样将会有一个检测端口和防 止OTDR信号与传输信号干涉的滤波器。用光功率计测量传输距离以确定接收机是否 过载是另一个线路完整性的重要检测

12、。在TDM系统中，信号通道沿线路传播，一个光 功率计和参考源就可测量衰减，在DWDM系统中，有多个波长通道，衰减需要基于每 个通道测量。这可以通过一个OSA来实现。通过滤波来测量每个波长通道的通道。如 果功率太大，可加一个在线衰减器来降低功率水平。如果功率太低，可用一个OTDR 来决定衰减源（不合适的放大器或泄漏）并采取相应的措施。色散是DWDM网络中 业务恶化和噪声的重要来源之一，面临的问题是色散测量并适当地插入再生器来除去色 散的影响。最一般的方法是利用误码仪来测量色散应当注意的是：误码的原因可能与 衰减有关。不过衰减与色散相比，衰减引起的误码更易于处理。因此，在进行色散检测 之前，首先进

13、行衰减检测。与电系统所不同的是，在光系统中的误码检测包括EDFA的 ASE噪声。在对一个良好的光系统进行点对点误码检测时，“1”的误码概率由信号和 ASE噪声所决定。“0的误码概率仅仅由ASE所决定。如果端对端的测量发现了一 个问题。例如，用误码仪测到了 一个不可接收的SNR，网络应能判定故障是源于不合适 的放大器间隔还是网元的失效。注意：在每一个光通道中的传输功率与放大器的数目成 线性比例关系。由放大器引人的噪声和SNR也是如此。SONET误码仪也可用来测量 在某个独立网元中是否有误码发生。它也用来检测系统所能承受的最大误码率（例如 SONET的误码要求10-10=。如果你选择了一个测量装置

14、不能满足SONET标准，就 必须增加其它的测量装置来保证网络性能，因为DWDM系统波长通道分布非常紧密， 极易导致色散。采取的各种检测方法的总的发展方向是寻求一种方法来精确定位光网络 的失效位置。随着网络的发展，将需要更多的检测特性来对网络进行更好的分析，以 增加运营者的信心。OXC必须有高度的网管来管理大量的业务，对网络失效精确定位， 并给出通过它们的业务选择路由。一般认为OXC不需要进行维护，因为与电的对应部 分相比，OXC功率低，可动器件更少。但它们仍需要网管能力来实现网络的正常运行 和指配，在失效时能实现紧急的网络恢复。现在的DWDM和OADM制造商必须综合 网管程序，把它设计成与现在的操作系统和ITU协议兼容。这些系统一般提供选路功能 和路由维护和恢复的友好界面。为了光系统中更好地插入测量，需要光的在线监测， 以维护在光纤中整个业务通