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DWDM光网络性能评估及其检测

2/14/2005来源:光纤通信人气:10851

DWDM光网络性能评估及其检测(方来付、刘雪源、林绵锋、张杰) 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(OA DM)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,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 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 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。 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道 的完整性。这可能会逐渐形成对所有OXC制造商的新的标准。当然,各种系统类型中(T DM,WDM,DWDM)在线滤波器的应用必然增加,也包括新的光技术的在线监测。 将来的光网络前景光明,更好地利用已有的光纤来满足高带宽的要求,这种现状将 需要经历很长一段时间。 为了克服新的光网络检测技术所面临的挑战,必须有好的网络规划方法,包括一个 固定的管理计划以保护网络失效和性能下降。随着OXC的发展,它将需要越来越多的检 测来使未来的全光网更加完善可靠。