经济安全的DWDM光开关

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 密集波分DWDM系统在干线及本地光传输网中已大量应用，由于所承载的业务量集中，其安全的重要性也越来越受到重视，一旦发生全阻将影响到所承载的所有业务网络。因此，DWDM网络的安全一直是传输维护工作中的重中之重。而DWDM本身的保护技术受其自身限制，存在不灵活、投资大、效果不理想的问题，因此光切换保护技术的引入起到了很重要的作用。本文介绍了光切换技术的基础原理及在实际中的应用，说明了保护技术的发展趋势，将在现网中大量使用来提高网络的安全性。
DWDM网络主要保护方式：基于光通道的1+1或1：n的保护、OLP保护、双发选收保护及收发双选保护。这些方式能有效的提高网络的安全性，但是成本也比较高，相对其他层面的保护不够灵活。在实际系统中，光纤、光缆的可靠性比设备的可靠性要差，只对系统保护，而不对线路保护，实际效用也不是太大。
因此，一种方便、灵活、投资小的光自动保护技术应运而生，它可有效解决目前的保护问题，提供经济、实用、安全的保护网络。
光自动切换保护系统
光自动切换保护系统为通信网的重要通信光纤路由的安全保护提供一套经济、实用的解决方案，可以组建一个无阻断、高可靠性、安全灵活、抗灾害能力强的光通信网。光自动切换保护系统由自动切换站和网管组成，可以实现光系统切换保护、光功率监测和光路应急调度三大主要功能。
光自动切换保护系统的切换模块是集光开关控制、光功率监测、稳定光源监测于一体的高集成度模块。光功率监测模块和光开关控制模块之间协调工作，选用分光比97：3在干线上应用比较合适，相当于在传输线路上增加了约0.2dB的衰耗；光路切换模块要包含1×2或2×2光开关，受控完成在主、备用光路由之间的切换操作。
光功率监测模块实时监测通信光纤的光功率值并上报给主控模块；主控模块分析比较，发现光功率变化值超过预设切换门限即刻给光开关模块下发指令；光开关模块受到指令即刻发生切换动作。从而实现了切换动作。
光路自动切换保护设备介入干线传输系统时丝毫不会影响传输特性。实际上，切换设备只介入光开关和分光器两种无源光器件。
切换单元的一端连接着传输系统的收发，主用光缆和备用光缆分别连接在2x2光开关的两个输出端。当光路发生光功率异常时，光开关自动切换到备用路由。
据了解，光自动切换保护系统具有以下优势：
切换速度快，光开关的切换速度一般为5ms，加上系统分析、响应的时间，单端切换时间小于20ms，整个系统的切换时间小于50ms，切换动作基本可以做到不中断通信，达到了业务级的保护水平。
切换可靠性高，通过对光功率实施监测，避免光端机架的误告警，确保切换判断的无误。同时对备用光纤路由进行监测，确保切换的有效性，并且对倒换后的光路继续进行监测。
应急调度功能方便，只需从程序发出切换指令，即可调配路由，方便地实现了无阻断割接和线路检修工作。
切换设备对于传输系统是透明的，即切换设备对传输系统的类型没有要求，无论SDH还是DWDM均可以使用。
光切换系统在DWDM中的应用
光自动切换保护系统对于DWDM是一个即经济又安全的一种线路保护方法，但是把光自动保护系统介入到DWDM系统之中，还有很多问题需要考虑。
以分光器为97：3分光计算，一对光切换设备的插损约为2dB，介入光切换设备后，系统又额外增加了两个光跳纤，插损估计为1dB，所以整个切换设备的介入，理论上最大将会带来3dB的衰耗，而实际使用中仅在1.5-2.5dB间的情况较多。
如果主备路由的全程衰耗均匀，即主备路由线路的衰耗差很小，则系统对备用线路不用考虑。如果备用路由的衰耗过大，则需要考虑在备用路由中使用EDFA，对备用线路进行放大。放大的原则就是，备用路由比主用路由的线路衰耗大多少，EDFA就补偿多少。当然，EDFA一般留有一定的余量可调。
信噪比OSNR值方面。以2.5G系统为例，如果无FEC功能，OSNR>20dB；如果有FEC功能，OSNR>16dB。而10G系统如果有FEC功能，OSNR>20dB。
介入光切换设备以后，全程衰耗会降低3dB，系统的OSNR值也将会降低3dB，如果这时DWDM系统仍能够满足开通需求，则不需要再介入EDFA。如果不能满足DWDM系统的开通需求，则需要介入EDFA光放大器，EDFA的介入，虽然增加了NFEDFA(一般取5.5dB)，但也降低了线路的全程衰耗并提高了单波的发光功率，整体上OSNR值比介入前稍有提高。
光纤的色散用色散系数来衡量，色散系数就是两个波长间隔为1nm的两个光波传输1 km长度光纤到达时间之差，单位为ps/nm·km。G.652光纤上色散系数为17 ps/nm·km，G.655光纤上色散系数为6.5ps/nm·km，2.5G的信号一般不需要进行补偿。10G信号由于色散容限比较小，10G速率信号在G.652光纤上传输距离超过了30km就需要进行色散补偿，如果在G.655光纤上传输距离超过了100km也需要进行补偿。色散补偿的原则是色散补偿后必需留有10～30km余量，色散补偿最好是色散容限正负交替，效果最好。
目前多采用分段放置用色散补偿光纤(DCF)制成的色散补偿模块(DCM)，周期性地使光纤链路上累积的色散接近于零的方法进行色散补偿。一般说来，备路由的色散量应和主用路由相当。
需要注意的是，DCF光纤的插损一般比较大，所以一般DCM模块与EDFA一起使用。
光自动切换系统对于DWDM线路保护是个既安全又经济的保护手段。呼(和)——银(川)——兰(州)一级干线系统采用烽火4×2.5G的波分设备，承载了北京到西部的重要传输电路，为保障其安全，内蒙古联通于2011年安装了烽火光切换保护系统，由切换设备及本地网保护光缆组成，在原有系统中介入了1.5dB的衰耗，不影响业务的使用。由于保护措施得力，2012年传输干线在发生光缆故障后，能及时切换到备用路由使用，因此保证了通信的畅通。
今后，随着网络规模的不断扩大，光切换保护系统将会发挥更加重要的作用，满足了考核指标的要求，提高传输网络运行的安全性。
实际情况表明，DWDM必然在光传输网络中扮演重要的角色，由于EDFA和光纤技术的不断发展，光传输系统克服了光信号衰减和色散的障碍，实现了长途无再生传输。新技术的不断涌现，将推动DWDM从线路传输应用到全光网络应用的发展。
光开关