WDM环形网的保护方式

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波分复用（WDM）技术日趋成熟，其组网方式也已从背靠背的链形连接向环形网和网状网发展。WDM环形组网有三种方式：光通道专用保护环 ( OCh-DPRing)、光复用段共享保护环（OMS-SPRing）和专为WDM环设计的光通道共享保护环（OCh-SPRing）。在这三种方式中，OCh-DPRing结构简单，造价低，但波长利用率低；OMS-SPRing结构复杂，造价较高，但却大幅提高了波长利用率；OCh-SPRing是OMS-SPRing在波分上的改进型，它不仅提高了波长利用率，还缩短了倒换后的光信号传输距离，从而减少了光信号的噪声积累和色散。在实际网络应用中，应根据具体的网络模型和业务类型，选择适合的WDM环组网方式。

一、前言

　　光通信技术是目前发展最快的技术领域，其传输速率平均每9个月翻一番，比摩尔定律（芯片的处理速度每18个月翻一番）还要快一倍。波分复用（WDM）技术正是实现高速大容量传输的首选技术。

　　WDM设备从1995年投入商用的8×2.5G系统到目前的160×10G系统，容量增加了80倍，将来还有增加到400个波的发展空间，表现出了强劲的发展势头。在这种情况下，越来越多的业务将跳过SDH电层，而直接接入WDM光层进行宽带传输。这就要求WDM系统能够提供象SDH环网一样的保护功能，确保承载业务可靠传输。WDM环形组网的保护方式是目前研究的一项热点技术，本文将对此进行介绍和讨论。

二、WDM的环保护

　　WDM最初以点到点（背靠背）方式进行组网，类似于PDH系统的组网方式。这种以背靠背方式组成的网络显然比环形网逊色很多，因此人们参照SDH系统中的ADM设备，研究开发出光上下复用设备OADM（Optical Add/Drop Multiplexes），用于组建光环网，并对光层业务提供保护。

　　OADM是WDM环的基本组成单元，它连接两个方向的光路，从系统中提取/插入一个或多个波，而将其余的波串通到下游。目前，朗讯、华为等厂商已经能提供固定的OADM（上下固定波长），而更加灵活的任意上下波长的OADM尚处于试验阶段，预计不久也会投入商用。

　　SDH的通道保护方式和复用段保护方式可同样类似地应用于WDM环，对应于光通道保护环和光复用段保护环两种保护方式。

　1、光通道保护环
　　光通道保护环（Optical Channel Protection Ring）类似于SDH系统中的通道保护环，采用双发选收方式实现保护。如图1所示，WDM环中的各节点在发端同时向环上的两个方向传输。




图1 光通道保护环的工作原理（点击放大）

　　当环上某段光纤或节点出现故障时，收端OADM检测到某一方向信号丢失后自动切换，选择接收另一方向的信号，如图2所示。




图2 环路出现故障时的保护路径（光通道保护环）（点击放大）

　　光通道保护环是一种1+1保护方式。其优点在于系统结构简单，不需要复杂的倒换协议，造价较低，目前已商用的上下固定波长的OADM可用于组成光通道保护环。但是，光通道保护环的缺点也非常明显，即光道波利用率低，这是由于它需要提供同样数量的保护波道用于保护主用波道，且每个波独占整个环路的一个波道资源。以三波系统为例，如图3所示，B点-D点在第二波道开通业务，其工作波道为B-C-D，则必须将B-A-F-E-D的第二波道作为保护波道。因此，如果购买了40×10G WDM设备，采用上述方式组网，则全网最大容量仅有20×10G。




图3 三波系统的保护通道资源利用情况（光通道保护）

　2、光复用段保护环
　　光复用段保护环（Optical Multiplex Section Protection Ring）保护方式与通道保护环完全不同，如图3所示，假设正常情况下A点-C点有业务传输，占用一个光波道。




图4 光复用段保护环的工作原理（点击放大）

　　当BC间光路中断时，该业务将按照协议倒换到A－B－A－F－E－D－C路由，并占有另外一条光波道，如图5所示。




图5 环路出现故障时的保护路径（光复用段保护环）（点击放大）

　　下面以八个波的环为例，具体说明光波道如何倒换。如图6所示，假设环上＃1波道开通了A－C的业务，如果环上B－C之间的光信号中断，与故障点相邻的B、C节点的OADM将受影响，光路上主用波的信号环回到保护波上。




图6 B-C光信号中断后对业务的影响（点击放大）

　　如图7所示，倒换后A－C业务所经过的路径为：A－B：保留在原路由的＃1波道；在B点倒换到B－A－F－E－D－C的＃5波道上，最终完成倒换。




图7 B-C光信号中断后的保护路径（光复用段保护环）（点击放大）

　　要实现上述过程，必须在OADM倒换时进行波长变换，例如图7中将A－C业务在B-C区间由＃1波变成B-A-C ＃5波。

　　光复用段保护环方式提高了每个光波道的利用率，如图7中的#2波道在环中承载了六个节点间的六个波的业务，而光通道保护环则只能承载两个节点间的一个波的业务。不过这种保护方式的倒换协议复杂，相应的设备造价较高。

　　此外，目前正在研究一种更加适用于光层的环形组网方式光通道共享保护环，其保护机理与光复用段保护环基本相同，区别在于倒换发生在业务受影响的节点，而不象光复用段保护环发生在光路中断的相邻节点。如图8所示，A点-C点业务在光缆中断时受到影响，则A、C两节点的OADM设备根据协议进行倒换，信号不再向B节点传送，从而缩短了倒换后的传输距离。




图8 光通道共享保护环工作原理（点击放大）

　　这种倒换方式的最大优点在于它减少了倒换后的光信号传输距离，这对于SDH环也许无关紧要，但由于全光网络中没有电再生设备，缩短光信号的传输距离就等于减少了光信号的衰减、变型和噪声积累，这在全光网中非常重要。当然，这种方式需要更复杂的倒换协议来支持。

三、总结

　　本文列举了WDM环的三种保护方式，这三种方式各有其优缺点和应用场合。一般来说，业务集中型网络多采用光通道保护环方式，省级干线和业务分散型网络多采用光复用段保护环方式。在实际网络的设计和建设时，我们应该根据网络结构和业务类型来选择合适的保护方式。