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谈谈光传送网络的安全性能要求

2/14/2005来源:光纤通信人气:8737

谈谈光传送网络的安全性能要求(张成良) 光纤通信系统的安全性一直深受重视。在常规SDH系统中,G.958首先提出了激 光器自动关断功能。要求系统在光缆切断时应自动关断激光器。虽然当时的要求只 是一个选项,并且明确光功率低于Class1(+10dBm)的激光器可以不需要该功能。 但是出于安全要求,大部分厂家都采用了激光器自动关闭技术。 光放大器(OA)技术的出现与成熟,促进了WDM技术的发展与应用,后者又促 使着光传送网(OTN)的加速实现与扩大。随着光放大器在通信网中不断地遍布, 防止OTN中的高功率对人身和眼睛的影响就越来越重要。G.681中规范了有光放大器 的单通道SDH系统或多通道的WDM系统安全进程。对链路切断情况下可能引起的强烈 “浪涌”效应采取了措施,其中一个重要规定就是关断光复用段内所有的光放大器, 同时对重启动时间进行了规范。这也是目前大部分厂家采用的技术。 但是,G.681由于面对的是点到点的WDM系统,存在着很大的局限性。在带有OA DM、OXC的光网络中应用会带来其他问题,例如全部关断所有的光放大器有可能使 有波长上下的OADM节点丢失业务。另外,如果完全关闭光放大器,重启动时所有链 路上的放大器都会被重新激活,在实施上比较复杂,且响应时间长。为此ITU-T又 推出了有关光通信系统安全的新规范G.664《光传送系统的安全进程和要求》,并 作为计划中的光传送网的系列建议之一,看作是光传送网标准化的重要一部分。它 适用于SDH系统、点到点线路WDM系统和未来的光传送网。G.644的突出特点是提出 了自动光功率减少进程,并就自动光功率切断(AL3)和自动光功率减少(APR) 的适用范围进行了详细描述。本文讨论APR进程和其实现方法,并对G.644、G.681 定义的两种ALS进程进行比较。 1APR功能和要求 对于光放大器输出的高功率,IEC有着明确的规定,对于常规1550nm波长区的 光功率,Class1等级为+10dBm, Class 3A等级为+17 dBm, Class 3B等级为+20dBm。 者又使得发送端口T1处输出功率减少。 G.644中规定APR功能功率减少后,剩余的所有通道的功率(包括由光监控通路 OSC来的功率)减少到危险等级3A水平以内(最大输出功率为+17dBm),同时不排 除光放大器的完全关闭。 在受影响的OTS内,所有光输出瑞处的功率应在38之内(OTS中断时刻起)减 成危险等级3A。APR不排除在受影响的OMS段内对其它放大器的二次动作,也不排 除 OMS外正在工作的设备,如SDH单波长设备的关断。然而这不能干扰受影响的 OTS的安全程序。APR程序也不会导致下游产生告警,即只有受影响的OTS知道。 当该OTS内的连接修复以后,可以采用自动或手工的重启动来恢复该OTS段内 的传输。在连接中断以后或在前一次(不成功的)重启动动作以后的100s内不应 激活重启动。重启动期间和重启动以后,直至连接性得到保证之前,在受影响的 OTS内的功率电平危险等级不应超过等级3A。 但 G.644对LOC-OTS的定义和检测准则却没有详细规定,另外对于支持横向兼 容的光接口的重启动的详细内容也没有规范。 1.1APR进程和激活、去激活时间 虽然G.664规定只有那些运行输出功率为危险等级 3B(+20dBm)的系统才有 必要采用 APR进程,但是对于实际应用,考虑到人身的安全,输出功率在Class1 (+10dBm)以上的WDM系统都应该采用APR进程。 对于APR中LOC-OTS,每个厂家有着不同的实现方法。有的公司采用功率判别 方法,即功率低于某一阈值时设置认定为连接丢失。下面以功率电平判决LOC-OTS 方法为例讨论APR进程。 (1)APR启动后的输出功率 在功率电平判决法中,系统终端(包括光放大器)通过监测线路上的功率电 平决定信号是否已经进入LOC-OTS,当总的输入功率(所有工作波长的输入功率) 小于某一阈值时(例如-40dBm)将会被认为光传送段的连接丢失,即光信号丢失。 从理论上讲,APR降低后的安全功率不宜太高。APR启动后的总功率如果依然 很高的话,判决阈值也必须高,这又会引起其他问题。以总输出功率降低到+12 dBm为例,线路损耗仍为22dB,判决电平必须>-10dBm,才能激活 LOC-OTS。 而正常工作波长不是满配时,有可能出现台路功率仍<-10dBm,正常状态有可 能被错认为连接丢失,引起APR自动功率减少,使正常的通信中断。因此在产品 制造中,虽然G.644规定可以将APR执行后的总功率控制在+17dBm以内,实际一般 制造商将光放大器的总输出功率降低得很多,一般在-20dBm以下,远远低于正常 工作值。 (2)自动/手动重启动进程 在重启动过程中,如果是自动重启动模式,每隔一段时间,系统在端口自动 将发送功率提高到一个合理水平, 重启动脉冲电平G.664也规定为≤+17dBm,但实际应用时有些厂商的功率并 没有达到那么高,但经过线路衰减后仍必须大于判决阈值,一般在+5dBm左右。 有些公司则没有特别选择适当电平,只是沿用正常工作信号作为自动重启动脉冲, 这一选择并不是很好。一方面,对于32波以上的WDM系统有可能工作功率达到 +20dBm,超过Class 3A的限制;另一方面重启动脉冲与正常工作信号有可能不 相同。 在手动启动方式,此刻“T1”发送信号的打开由维护人员控制,只有APR工 作在减少状态时,“手动启动”和“手动启动测试”才能激活。 (3)APR进程去激活时间 APR去激活时间,即从“R2”出现LOC-OTS那一时刻起至“T1”减少发送光 功率完成为止的时间。 该时间由两大部分组成。即“R2”端设备的去激活时间和“R1”端设备的 去激活时间(考虑到线路的传输延时比较小,可以忽略不计)。这包括两端的 LOC-OTS的确认时间、监测时间和减少光放大器输出的响应时间。一般说: “R1端和“R2”端的去激活时间相等。ITU-T要求总的去激活时间<3s,则每 端的去激活时间必须<1.5s。 LOC-OTS的确认时间很短,监测时间许多厂商取500ms,而光放大器的去激 活时间在100ms以内,单端的去激活时间在800~1000ms,两端的去激活时间应 在2s以内。 (4)APR进程的激活时间 APR的激活进程与去激活类似,应包括R2端设备的激活响应时间和RI设备 端的激活响应时间。假设T1发出重启动脉冲, R2瑞激活时间应为从R2接收到 重启动脉冲到T2正常发送信号的时间。R1端时间段应为从R1接收到正常工作 信号至T1发送正常工作信号,而不再发送重启动脉冲为止。这两端的激活时 间差不多。一般单端的响应时间在800~1250ms,整个APR进程激活时间应在 1600~2500ms之间。 1.2莫他LOC-OTS的判决方法 除了功率电平作为LOC-OTS的判决准则外,有些公司则采取了监测反射的方 法。通过监测光纤的反射功率来确定光纤的正常工作或切断状态。 有的公司认为当接收的反射功率大于发送功率的-18dB时,即Pref Pout> -18dB时,就可判断光纤切断,APR进程将会被启动。当反射功率小于发送功率 的一24dB时(与APR进程已经减少的光功率相比),系统认为光纤链路已经被恢 复,光放大器重新进入正常状态。采用这种方法的缺点在于当光纤的断点距离 光放大器比较远时,反射功率比较小,APR功能有可能不起作用。另外在光功率 减少的状态下,依然要监测到低于发送值-24dB的功率,因此APR启动后输出功 率仍不能太低,光功率一般在0dBm以上。 2 ALS自动功率关断进程 为了保持后向兼容性,与光安全部分已有的相关规定不相矛盾,对于已经 敷设承载SDH系统带线路放大器的WDM系统,G.664规定可以继续采用ASL进程, 同时对ALS进程进行了重新规范。G.644中规定的ASL进程与G.681规定的ALS进程 类似。它们的相同点是:若在MPLS和MPLR之间的某一点光缆断开,不仅受影响 的段的光放大器会被关闭,MPI-S和MPI-R之间的所有光放大器均会被关闭。关 闭与否的判断准则是检测到LOS。所有线路放大器都工作在主/从状态,当光放 大器在R’点侦听到LOS信号,它就会导致在S’的光放大器关闭,依次导致下一 个线路光放大器中继站R’失去输入信号,这将进一步导致关断光放大器。另外 只有当所有主通路的光信号都丢失时才启动ALS进程。ALS实施时不影响并且能 保持所有OSC(光监控通路)功能的实施。 但是两个进程在参数的选择上有所不同。具体的APS时间常数如表1所示。 Untitled Document
表1 ALS功能要求的APS时间常数
时间常数
参考点
数值(G.644)
数值(G.68)
终端激活响应时间
MPI-R至MPI-S
最大850ms
最大1250ms
终端去激活时间
MPI-R至MPI-S
500-800ms
500-700ms
BA激活时间
R’-MPI-S
最大100ms
最大100ms
LA激活时间
R’-S’
最大300ms
最大300ms
LA激活时间
R’-S’
最大100ms
最大100ms
手动启动和自动重启动和脉冲长度
N.A
8.5-9.5s
8.5-9.5s
自动启动和脉冲间隔时间
N.A
100-300s
60-300s
测试目的的手动启动TX工作时间
N.A
80-100s
80-100s
从表1可以看出,两种ALS进程有如下几点不同: (a)MPL-R至MPLS的终端设备激活时间不一样。G.681中考虑到了前置光放 大器 PA和功率放大器BA的响应时间(分别为300ms和100ms),由原来G.958规定 的850ms提高到1250ms。但是G.664把激活时间又恢复到850ms,这意味着“发送 机/接收机”组合终端(不包含光放大器)的激活反应时间比过去的要快400ms 左右。 (b)终端设备的去激活时间从G.681中的500~700ms放宽到500~800ms,但 是仍然是在LOS确定,连续500ms LOS告警信号后,启动ALS进程。只是完成关闭 的时间延长了100ms。这主要是考虑前置放大器PA的去激活时间,增加了100ms。 在G.681定义时只考虑了功率放大器BA的100ms去激活时间。 (c)对关闭系统的重启动, G.681中的脉冲间隔为60s。G.644则建议采用 间隔更长的重启动脉冲。最小重启动脉冲之间至少100s。同时它也规定:脉冲间 隔为60s也是允许的,但功率电子必须比100s时延的低3dB。 另外为了避免受危险光功率影响,G.664规定MPI-S和MPI-R之间的所有放大 器应在连接实际中断瞬间以后的3s内全部关闭。而在G.681中并没有类似要求。 3总结 当前,WDM技术仍处于快速发展阶段,复用的波长数目已经超过32,随着 WDM系统通道数的增加,光放大器总输出功率已经突破 3A等级,提高到+20dBm 或更高。从各个厂商多通路 WDM系统彼产品看,基本上各厂商的输出功率都在 +20dBm以上。高功率状态下的自动功率关断ALS功能和自动功率减少APR功能也 显得更为重要。 目前,许多厂商都在开发自己产品的APR功能,有些厂商已经宣称可以支 持APR,但实际方法各异。在这里笔者只是提出个人对自动光功率保护的一些 看法,权当抛砖引玉,希望引起更多人的关心和讨论。 摘自《电信技术》