光开关的应用实现光网络的高效运维和成本控制
发布时间：2016-04-18 14:57:25 热度：2564
4/18/2016，光纤在线讯：伴随着人们对于网络需求的增长，光纤带宽越来越宽，光纤链接的数量也以惊人的速度增长，这一发展对于技术人员的要求也越来越高，需要技术人员对于日益增长的光纤连接器的处理技术日益娴熟。减少对嵌入式光纤的安装、配置和维护相关的费用，在现今竞争激烈的运营环境中变得越来越重要。近几年，许多光交换的应用正在兴起，根本原因是光交换可以帮助实现远程自动光纤连接，降低光网络运营成本。这种光纤交叉连接系统（FOCS）可以有效避免人工误操作，缩短业务提供时间，通过快速连接测试器件阵列以提高测试效率。本文中，我们介绍了一个Verizon长途网络中测试现场，该长途网靠近佛罗里达的奥兰多，测试中使用了两种常见的光交换技术，在实际网络中来验证我们的测试想法。结果表明，在网络中使用光开关可以有效减少停机时间和降低运营费用。
在过去的几年中，光开关技术持续稳定的发展已经使光损耗大大降低，开关速度大幅提高，成本显著降低。在这次现场测试中，我们测试了两种成熟的光开关技术：MEMS和DBS（直接光束偏转）。两种技术具有切换速度快（小于20ms），损耗低（1-2dB），开关矩阵数大，并且在未来有潜力可以扩展到更大端口数，而其中低损耗特性对于减少传输链路的损伤预算非常重要。MEMS光开关采用微小可移动的镜子、在固定输入和输出准直器之间转动光束实现光的交换连接。DBS（直接光束偏转）采用小的压电元件改变输入输出准直器角度、使它们准确定位并互相对准从而实现光的交换连接。测试中，我们用了两个PolatisDirectlight OST矩阵开关和一个CALIENT DiamondWave?Fiberconnect FOCS。
现场测试重点
在网络上可以测试多种光开关的潜在应用，在这项测试中，我们专注在与光开关如何帮助现场运营团队解决日常任务方面的应用。通常每个团队管理一些站点，只要在网络中有事件或故障报告发生，技术人员就需要到各个站点的现场去，与多个部门协调以发现并解决问题。甚至在业务提供之前的常规测试和备用光纤测量也都需要赶到现场。这个现场测试的一个重要目标是表明，利用网路中的光开关可以减少赶到现场出车的次数以及减少技术人员执行日常任务的时间，最终能够降低运营费用。
光开关可以用于自动化的远程站点测量，可以从一个中心位置进行控制，这可以减少现场出车的数量和执行每个测试的时间。测试设备可以直接嵌入到远程站点，或者测试信号可以通过备用光纤切换到远程站点。无论何种方式，许多线路可以共享测试设备，分摊前端的投入成本。
在安装和配置过程中的光学性能验证有时需要断开光连接，这既耗时又存在多种的问题。此外，故障定位和其他维护运营通常需要技术人员赶到远程位置，查找光纤、断开连接和手动连接测试设备。所有这些额外的工作往往转化成更高的运营费用。光开关可以减少这些成本，通过减少中断连接的需要，自动保持嵌入式光纤站点的准确数据库。一旦光纤、终端设备或测试设备到光开关之间的连接在安装过程中得以实施验证，几乎所有的业务活动有需要断开某些光纤连接，都可以通过光开关来完成，简单高效。
以下是我们在这次现场测试中进行的测试内容，目的是寻找对例行现场运营有帮助的工作方式：
1.远程光纤测试
2.通过备用光纤把测试信号传到远程站点
3.利用光的回环进行设备故障识别
4.远程光纤端点定位
5.在工作和备份光纤之间切换业务和测试设备
现场测试细节
Verizon公司在佛罗里达州奥兰多的四个业务站点被选为测试点。站点名称分别：TES，BCB0，AWM和AWR。图1显示的是站点的物理连接和光纤长度。站点之间的距离是分别是2公里（AWR–AWM），12公里（AWM–TES），和1公里（TES–BCB0）。
图1. Verizon 商务站点实验情况
TES作为现场测试工作的基地。站点之间都有工作链路和备用链路。测试中工作和备用光纤都被连接到光开关上。下面是本次测试用到的光学测试设备：EXFO的OTDR（光时域反射计），ModelFTC-400；SONET测试装置，ModelTTC T-BERD 310；光源（EXFO 53A）和功率计（EXFO 66A）；FiberMatch（无线探测）。北电Optera3500和富士通FLM2400用于测试线路侧响应。图2显示了测试中采用的两个SONET 终端。站点BCB0、AWM和AWR之间的备用光纤用来传输测试信号和SONET信号。
远程光纤测试
通常远程站点备用光纤测试需要出车到现场。在现场，需要人工识别光纤并逐一手动连接到测试设备。测试完成后，数据必须手动记录在纸上或存储到电子数据库中，所有的工作都非常耗时耗力。
图2. (a) 北电Optera 3500和(b)富士通 FLM 2400 SONET 系统
本次测试表明，可以从远程位置控制光开关和OTDR测试装置来实时测试备用光纤。测试装置如图3所示。先把CALIENT的FOCS光开关安装在TES位置。把一个EXFO OTDR连接的光开关的一个输入端口，开关的输出端口连接到备用光纤上。在AWM站点，技术人员使用数据通道网络（DCN）开启远程控制开关和OTDR。在我们的测试中，一个技术人员能够测试远程站点的备用光纤，并在本地几秒内查看结果。使用Polatis的Directlight光开关在AWM站点进行相同测试，技术人员在TES站点获得了相同的结果。这两项测试表明，用光开关显著节省时间和现场出车的次数。
图3.所示为远程开关控制和测量节省时间和出车次数
通过备用光纤传输测试信号到远程站点
本次测试目的是为了证明一个光开关可以通过在两个站点之间的备用光纤，实现将光测试信号从一个站点传输到远程的其他站点。在这个测试中，一个SOENT测试仪（TTC T-BERD310）位于TES。一个OC12测试信号被送入到CALIENT光开关，CALIENT开关的输出端口连接到位于TES和BCB0之间的一对备用光纤上。图4显示了这个测试装置。在BCB0，这对备用光纤连接到Polatis开关上。Polatis光开关的输出端口连接到一个OC48传输系统（富士通FLM2400）的一个支路端口OC12上，在BCB0和TES之间建立起一个OC48链路。在TES，OC12信号通过一个衰减器环回。结果表明，通过自动的连接光纤到测试设备，光开关可以用来远程测试光纤信号，避免了携带所有的测试设备到远程站点，显着地减少了测试时间。
图4.用于给远程站点传送光测试信号的实验
利用光学环回进行设备故障识别
在这个测试中我们在远程站点使用了一个光学还回链路识别故障终端板卡。为了执行测试，光开关与网络性能管理层配合工作，用于监测SONET的线路性能（这也可以从中心位置进行监测）。装置如图5所示。在AWR和AWM之间建立起一个OC48链路。在测试中假定一个线路卡坏了，我们不能指出到底是哪一个发射/接收卡故障。通常在这种情况下，在AWR和在AWM的板卡都需要进行测试以确定哪一个出现问题。我们的测试表明，采用光开关，在一个中心位置，技术人员可以在几秒内设置光的环回链路来测试每个板卡，在派出维修人员之前确定故障设备的准确位置，可以大大节省时间，减少对工作站点的干扰。
图5. 用于环回测试的方案图
远程确定光纤断点位置
当现场光纤一旦被切断，必须立刻对一个承载业务的光缆链路进行重新熔接，例如，使用FiberMatch仪器判定本地问题并尽快解决。通常，FiberMatch的输出端口连接到在一个站点的光纤，在远程站点的技术人员用手持式设备FiberIdentifier验证光缆中每个光纤的连接性。FiberMatch每个端口都有一个调制在光信号上的独特的声波信号，允许FiberIdentifier识别每个光纤端口的连接。由于需要拉出工作面板以连接FiberMatch到维护的光缆上，这种测试非常耗时，而且容易出错。
图6.用于光纤断点鉴别试验
在这个测试中我们通过位于AVM的Polatis光开关把一个36端口FiberMatch和一条跨越AWM和AWR的光缆连接起来，如图6所示。Fiber Identifier位于AWR，由于FiberMatch端口连接到光缆不同光纤上，在AWR的技术人员可以通过Fiber Identifier准确判断光纤状态，找到断点。我们可以设想，在不久的将来，FiberMatch结合光开关会使FiberMatch和户外光缆之间的连接更为快速和准确，问题判断和解决更加及时。
在工作光纤和备用光纤之间切换业务和测试设备
这些测试的目的是证明光交换在城域SONET环境中的灵活性。图7给出了测试的装置。Calient光开关安装在TES，Polatis光开关安装在BCB0。富士通FLM2400被设置为一个UPSR链路。两个节点之间的一个空闲光纤作为备用光纤。测试过程中，在TES和BCB0之间将OC48测试业务信号从工作光纤切换到备用光纤。
图7在工作和备用光纤之间切换通信和测试设备
使用3dB耦合器使两个开关可以做串行切换。Polatis光开关先进行切换连接到备用光纤和业务光纤的G1的接收器上。使用3dB衰减器的目的是用来避免当信号从无3dB耦合器的配置切换到有3dB耦合器配置时出现的突然光功率下降。为了确保一切都工作良好，OTDR、光源和功率计用来检查光损耗以及在加业务信号前光开关和光纤的连接。当验证光纤工作正常之后，在BCB0的Polatis光开关先切换，接着位于TES的CALIENT光开关把业务切换到备用光纤。最后，Polatis光开关再次改变配置完成整个交换过程。结果表明，光开关提供了一种方便的方式实现测试设备（OTDR、光源、功率计等）和光纤的远程连接。这些测试表明，光开关可以节省时间，减少人工误操作。还表明，远程控制改变光纤交换是可行的。
真实的光纤故障修复过程案例研究
这个真实的网络电路故障案例研究介绍了光开关是如何节省电路恢复时间和维修工时的。在这个案例中，两个远程站之间的工作和备用光纤都遭到雷击损坏。在故障发生之前，两个站点通过8路工作光纤和4路空闲的备用光纤链路连接，如图8所示。雷击损坏了一个承载两个OC48链路（线路11）的工作线路和两个备用光纤（线路7和8）。派出2名技术人员，一个站点一个人，检查光纤并恢复业务。当发现在业务线路11上有光纤故障时，他们试着使用备用线路7和8来恢复业务，发现这两个也都坏掉了。他们最终选择了备用光纤5恢复两个OC48链路。整个链路恢复时间约为4小时，涉及8个工时。而对两个站点通过光开关进行远程控制，整个电路恢复时间不到0.5小时，同时仅使用一个技术人员。
图8.真实的光纤故障修复过程案例
结论
测试结果符合光开关在实际网络中应用的期望。现场测试表明，光开关可以用来实现自动远程测试，通过减少现场出车次数、减少准备和测试时间、减少人工误操作，从而大大减少现场运维的人力和时间成本。最终帮助实现和保持实时准确的光纤连接，缩短链路停机时间，整体降低运营成本。
凌云集团&光纤器件与仪器事业部介绍
凌云光技术集团创办于1996年6月9日，是致力于光通信与传感（Fiber Optical Communication & Sensing）、视觉与图像（ Vision & imaging ）领域的高科技企业，为国内最早从事光通信与视觉图像领域的企业之一。二十年来，为世界上五十多家光电子专业技术公司在中国内地与香港特区作产品推广、应用技术服务、市场拓展和渠道建设等工作。自2000年起，凌云公司开始在高端视觉图像和光通信领域进行专业的自主研发生产。当前，自主产品产值近4亿，占集团总产值40%。凌云公司崇尚集体艰苦奋斗，致力成为客户心中最优的、战略的、放心的与荣耀的选择，共同努力把公司建设成为广泛受人尊敬与信任的现代高科技企业。目前，公司拥有超过百余项自主产权和专利技术，员工队伍近1000人。
凌云光技术集团光纤器件与仪器事业部，1996年成立，为Finisar、TeraXion、Fujikura、NKT Photonics、VPI Photonics、SHF、General Photonics、EXFO、Polatis等二十多家世界著名的专业技术公司在中国做产品推广、应用技术支持和市场拓展等工作，事业部专注于40G/100G/400G/1T光传输系统、光纤激光、集成光子学、光纤传感等诸多应用领域，为广大用户提供软件模拟、核心光器件，测试仪表等高端产品解决方案。
凌云公司是美国Polatis公司在中国市场的合作伙伴，负责Polatis产品的市场推广和售后服务工作。如有任何该产品的相关问题，欢迎随时与我们联系。
作者：Tiejun J. Xia (夏铁军博士)等/Verizon
在过去的几年中，光开关技术持续稳定的发展已经使光损耗大大降低，开关速度大幅提高，成本显著降低。在这次现场测试中，我们测试了两种成熟的光开关技术：MEMS和DBS（直接光束偏转）。两种技术具有切换速度快（小于20ms），损耗低（1-2dB），开关矩阵数大，并且在未来有潜力可以扩展到更大端口数，而其中低损耗特性对于减少传输链路的损伤预算非常重要。MEMS光开关采用微小可移动的镜子、在固定输入和输出准直器之间转动光束实现光的交换连接。DBS（直接光束偏转）采用小的压电元件改变输入输出准直器角度、使它们准确定位并互相对准从而实现光的交换连接。测试中，我们用了两个PolatisDirectlight OST矩阵开关和一个CALIENT DiamondWave?Fiberconnect FOCS。
现场测试重点
在网络上可以测试多种光开关的潜在应用，在这项测试中，我们专注在与光开关如何帮助现场运营团队解决日常任务方面的应用。通常每个团队管理一些站点，只要在网络中有事件或故障报告发生，技术人员就需要到各个站点的现场去，与多个部门协调以发现并解决问题。甚至在业务提供之前的常规测试和备用光纤测量也都需要赶到现场。这个现场测试的一个重要目标是表明，利用网路中的光开关可以减少赶到现场出车的次数以及减少技术人员执行日常任务的时间，最终能够降低运营费用。
光开关可以用于自动化的远程站点测量，可以从一个中心位置进行控制，这可以减少现场出车的数量和执行每个测试的时间。测试设备可以直接嵌入到远程站点，或者测试信号可以通过备用光纤切换到远程站点。无论何种方式，许多线路可以共享测试设备，分摊前端的投入成本。
在安装和配置过程中的光学性能验证有时需要断开光连接，这既耗时又存在多种的问题。此外，故障定位和其他维护运营通常需要技术人员赶到远程位置，查找光纤、断开连接和手动连接测试设备。所有这些额外的工作往往转化成更高的运营费用。光开关可以减少这些成本，通过减少中断连接的需要，自动保持嵌入式光纤站点的准确数据库。一旦光纤、终端设备或测试设备到光开关之间的连接在安装过程中得以实施验证，几乎所有的业务活动有需要断开某些光纤连接，都可以通过光开关来完成，简单高效。
以下是我们在这次现场测试中进行的测试内容，目的是寻找对例行现场运营有帮助的工作方式：
1.远程光纤测试
2.通过备用光纤把测试信号传到远程站点
3.利用光的回环进行设备故障识别
4.远程光纤端点定位
5.在工作和备份光纤之间切换业务和测试设备
现场测试细节
Verizon公司在佛罗里达州奥兰多的四个业务站点被选为测试点。站点名称分别：TES，BCB0，AWM和AWR。图1显示的是站点的物理连接和光纤长度。站点之间的距离是分别是2公里（AWR–AWM），12公里（AWM–TES），和1公里（TES–BCB0）。
图1. Verizon 商务站点实验情况
TES作为现场测试工作的基地。站点之间都有工作链路和备用链路。测试中工作和备用光纤都被连接到光开关上。下面是本次测试用到的光学测试设备：EXFO的OTDR（光时域反射计），ModelFTC-400；SONET测试装置，ModelTTC T-BERD 310；光源（EXFO 53A）和功率计（EXFO 66A）；FiberMatch（无线探测）。北电Optera3500和富士通FLM2400用于测试线路侧响应。图2显示了测试中采用的两个SONET 终端。站点BCB0、AWM和AWR之间的备用光纤用来传输测试信号和SONET信号。
远程光纤测试
通常远程站点备用光纤测试需要出车到现场。在现场，需要人工识别光纤并逐一手动连接到测试设备。测试完成后，数据必须手动记录在纸上或存储到电子数据库中，所有的工作都非常耗时耗力。
图2. (a) 北电Optera 3500和(b)富士通 FLM 2400 SONET 系统
本次测试表明，可以从远程位置控制光开关和OTDR测试装置来实时测试备用光纤。测试装置如图3所示。先把CALIENT的FOCS光开关安装在TES位置。把一个EXFO OTDR连接的光开关的一个输入端口，开关的输出端口连接到备用光纤上。在AWM站点，技术人员使用数据通道网络（DCN）开启远程控制开关和OTDR。在我们的测试中，一个技术人员能够测试远程站点的备用光纤，并在本地几秒内查看结果。使用Polatis的Directlight光开关在AWM站点进行相同测试，技术人员在TES站点获得了相同的结果。这两项测试表明，用光开关显著节省时间和现场出车的次数。
图3.所示为远程开关控制和测量节省时间和出车次数
通过备用光纤传输测试信号到远程站点
本次测试目的是为了证明一个光开关可以通过在两个站点之间的备用光纤，实现将光测试信号从一个站点传输到远程的其他站点。在这个测试中，一个SOENT测试仪（TTC T-BERD310）位于TES。一个OC12测试信号被送入到CALIENT光开关，CALIENT开关的输出端口连接到位于TES和BCB0之间的一对备用光纤上。图4显示了这个测试装置。在BCB0，这对备用光纤连接到Polatis开关上。Polatis光开关的输出端口连接到一个OC48传输系统（富士通FLM2400）的一个支路端口OC12上，在BCB0和TES之间建立起一个OC48链路。在TES，OC12信号通过一个衰减器环回。结果表明，通过自动的连接光纤到测试设备，光开关可以用来远程测试光纤信号，避免了携带所有的测试设备到远程站点，显着地减少了测试时间。
图4.用于给远程站点传送光测试信号的实验
利用光学环回进行设备故障识别
在这个测试中我们在远程站点使用了一个光学还回链路识别故障终端板卡。为了执行测试，光开关与网络性能管理层配合工作，用于监测SONET的线路性能（这也可以从中心位置进行监测）。装置如图5所示。在AWR和AWM之间建立起一个OC48链路。在测试中假定一个线路卡坏了，我们不能指出到底是哪一个发射/接收卡故障。通常在这种情况下，在AWR和在AWM的板卡都需要进行测试以确定哪一个出现问题。我们的测试表明，采用光开关，在一个中心位置，技术人员可以在几秒内设置光的环回链路来测试每个板卡，在派出维修人员之前确定故障设备的准确位置，可以大大节省时间，减少对工作站点的干扰。
图5. 用于环回测试的方案图
远程确定光纤断点位置
当现场光纤一旦被切断，必须立刻对一个承载业务的光缆链路进行重新熔接，例如，使用FiberMatch仪器判定本地问题并尽快解决。通常，FiberMatch的输出端口连接到在一个站点的光纤，在远程站点的技术人员用手持式设备FiberIdentifier验证光缆中每个光纤的连接性。FiberMatch每个端口都有一个调制在光信号上的独特的声波信号，允许FiberIdentifier识别每个光纤端口的连接。由于需要拉出工作面板以连接FiberMatch到维护的光缆上，这种测试非常耗时，而且容易出错。
图6.用于光纤断点鉴别试验
在这个测试中我们通过位于AVM的Polatis光开关把一个36端口FiberMatch和一条跨越AWM和AWR的光缆连接起来，如图6所示。Fiber Identifier位于AWR，由于FiberMatch端口连接到光缆不同光纤上，在AWR的技术人员可以通过Fiber Identifier准确判断光纤状态，找到断点。我们可以设想，在不久的将来，FiberMatch结合光开关会使FiberMatch和户外光缆之间的连接更为快速和准确，问题判断和解决更加及时。
在工作光纤和备用光纤之间切换业务和测试设备
这些测试的目的是证明光交换在城域SONET环境中的灵活性。图7给出了测试的装置。Calient光开关安装在TES，Polatis光开关安装在BCB0。富士通FLM2400被设置为一个UPSR链路。两个节点之间的一个空闲光纤作为备用光纤。测试过程中，在TES和BCB0之间将OC48测试业务信号从工作光纤切换到备用光纤。
图7在工作和备用光纤之间切换通信和测试设备
使用3dB耦合器使两个开关可以做串行切换。Polatis光开关先进行切换连接到备用光纤和业务光纤的G1的接收器上。使用3dB衰减器的目的是用来避免当信号从无3dB耦合器的配置切换到有3dB耦合器配置时出现的突然光功率下降。为了确保一切都工作良好，OTDR、光源和功率计用来检查光损耗以及在加业务信号前光开关和光纤的连接。当验证光纤工作正常之后，在BCB0的Polatis光开关先切换，接着位于TES的CALIENT光开关把业务切换到备用光纤。最后，Polatis光开关再次改变配置完成整个交换过程。结果表明，光开关提供了一种方便的方式实现测试设备（OTDR、光源、功率计等）和光纤的远程连接。这些测试表明，光开关可以节省时间，减少人工误操作。还表明，远程控制改变光纤交换是可行的。
真实的光纤故障修复过程案例研究
这个真实的网络电路故障案例研究介绍了光开关是如何节省电路恢复时间和维修工时的。在这个案例中，两个远程站之间的工作和备用光纤都遭到雷击损坏。在故障发生之前，两个站点通过8路工作光纤和4路空闲的备用光纤链路连接，如图8所示。雷击损坏了一个承载两个OC48链路（线路11）的工作线路和两个备用光纤（线路7和8）。派出2名技术人员，一个站点一个人，检查光纤并恢复业务。当发现在业务线路11上有光纤故障时，他们试着使用备用线路7和8来恢复业务，发现这两个也都坏掉了。他们最终选择了备用光纤5恢复两个OC48链路。整个链路恢复时间约为4小时，涉及8个工时。而对两个站点通过光开关进行远程控制，整个电路恢复时间不到0.5小时，同时仅使用一个技术人员。
图8.真实的光纤故障修复过程案例
结论
测试结果符合光开关在实际网络中应用的期望。现场测试表明，光开关可以用来实现自动远程测试，通过减少现场出车次数、减少准备和测试时间、减少人工误操作，从而大大减少现场运维的人力和时间成本。最终帮助实现和保持实时准确的光纤连接，缩短链路停机时间，整体降低运营成本。
凌云集团&光纤器件与仪器事业部介绍
凌云光技术集团创办于1996年6月9日，是致力于光通信与传感（Fiber Optical Communication & Sensing）、视觉与图像（ Vision & imaging ）领域的高科技企业，为国内最早从事光通信与视觉图像领域的企业之一。二十年来，为世界上五十多家光电子专业技术公司在中国内地与香港特区作产品推广、应用技术服务、市场拓展和渠道建设等工作。自2000年起，凌云公司开始在高端视觉图像和光通信领域进行专业的自主研发生产。当前，自主产品产值近4亿，占集团总产值40%。凌云公司崇尚集体艰苦奋斗，致力成为客户心中最优的、战略的、放心的与荣耀的选择，共同努力把公司建设成为广泛受人尊敬与信任的现代高科技企业。目前，公司拥有超过百余项自主产权和专利技术，员工队伍近1000人。
凌云光技术集团光纤器件与仪器事业部，1996年成立，为Finisar、TeraXion、Fujikura、NKT Photonics、VPI Photonics、SHF、General Photonics、EXFO、Polatis等二十多家世界著名的专业技术公司在中国做产品推广、应用技术支持和市场拓展等工作，事业部专注于40G/100G/400G/1T光传输系统、光纤激光、集成光子学、光纤传感等诸多应用领域，为广大用户提供软件模拟、核心光器件，测试仪表等高端产品解决方案。
凌云公司是美国Polatis公司在中国市场的合作伙伴，负责Polatis产品的市场推广和售后服务工作。如有任何该产品的相关问题，欢迎随时与我们联系。
作者：Tiejun J. Xia (夏铁军博士)等/Verizon
