WDM环网技术和光联网发展

           信息产业部电信研究院 张成良 李允博
　　现在的WDM光网络的演进与SDH网络非常相似，从网络组成上看。SDH有TM、ADM、DXC等几种网元，网络拓扑经过了点到点、自愈环和基于DXC网状网的几个发展阶段。
    WDM光网络也与此类似，有背对背WDM终端、OADM，OXC等几种网元，在网络拓扑上也要经过点到点线性系统、WDM自愈环和基于OXC网状网的几个发展阶段。与SDH网络相比。WDM光网络容量更大，对业务透明，保护速度更快。如表1所示。
　　　　　表1 SDH网络与WDM光网络比较
      
　　WDM光联网的演进由最初的线性点到点式传送结构，逐步转变为环型结构、网型结构。当前，OADM的应用日趋增多，特别是城域网和省网内，以OADM构成的WDM环网技术已成为一个发展热点。当业务需求超过2个4纤SDH2.5Gb/s自愈环的容量时，采用WDM环就可显示出优越性，可以节省光纤并提高容量。
    WDM自愈环技术和分类
　　WDM系统业务负载大，安全性特别重要。由于传送业务量巨大，在网络失效时实施保护至重要。构造WDM自愈网络的有两个主要方案：在物理层网状网拓扑结构中应用光交叉连接设备（OXC）构造自愈网；在特理层环网拓扑结构中应用光分插复用设备（OADM）构造自愈网。
　　环网结构的WDM自愈网络与网状网结构的WDM自愈网络相比，具有以下优势：1）由于OADM节点要求非常简单的倒换功能，比OXC更加经济；2）由于OADM具备相对较少的倒换步骤，OADM简单的功能结构使得网络的透明性增加，因此网络的光损耗降低，跨距增加；3）由于环网结构简单，环网采用共享备用资源的保护方式将简洁快速地进行保护。通过环网的互连，若干个环网可以组成一个规模较大的网络。
　　与SDH系统相类似，WDM环网存在两种保护模式，线路保护倒换环和波长通道保护倒换环，在线路倒换中，故障的恢复是在故障出现处的相邻节点之间进行。在通道倒换中，光通路故障的恢复是在这个光通路的源节点和终了节点之间进行。
　　从国外运营公司的应用来看，特别是在WDM自愈环上，除在光路上实行了1：1的保护外，在承载信号层，即SDH层还实施1：N保护，即在SDH层和WDM层上都有保护措施。光路保护主要应付光纤切断等特殊情况，而1：N的SDH系统则可以应付因光器件老化或单个系统劣化带来的故障。
WDM线路保护倒换环
　　现在WDM线路保护环主要有两种，一种是2纤单向线路保护环，另一种是4纤（2纤）双向线路保护环。
　　在2纤单向线路保护环中，一根光纤用来承载业务，另一根光纤用来作保护，在光缆被切断时，光缆切断的邻近两个节点执行倒换指令，完成环回，在发生中断的相邻两个节点处，光开关倒换，形成回路，中间的节点不需要处理什么信息，即对于倒换的信息是透明的，其中CIENA在日本开通的24波OADM环就是单向线路保护环。
　　在双向线路保护倒换环BFLSR中，工作通道是双向的，在链路失效时，网络的恢复通过链路基础上的倒换得以实现。双向线路保护倒换环可以为4纤环和2纤环。对于4纤BFLSR，两个环用于工作，另外两个环作为备用。对于2纤BFLSR，同一根光纤上的波长一分为二：一半用于工作，另一半作为备用。容量只有4纤环的一半。如果发生故障，与故障处相邻的节点进行保护。如果节点间的光纤全部切断，链路中的信号进行环回以实现保护，环网的透明周长，可能将近于光信号传送最长距离的一半。
环网的光纤
     分为工作光纤和保护光纤，保护光纤正常情况下不使用。在4纤双向线路保护环中（图1），4根光纤中的两根光纤出现故障时，其上的业务倒换到相应的另外两根光纤上，并且以相同的波长传送。在1+1区段保护倒换中，业务同时在不同传送方向上的光纤进行传送，由接收端根据具体情况（例如信号的优劣，业务将在环网中进行环回，业务环回到保护光纤上，并以相同的波长传送。

　　在2纤双向线路保护环中，两根光纤都用来传送业务，一根顺时针方向，一根是逆时针方向。每根光纤的一半波长用来传送业务，另一半波长用来保护另一根光纤的业务，这类似于SDH系统里的共享复用段保护环，现在许多公司都在开发这方面的产品，大约18个月内可以商用化。
WDM波长通道保护倒换环
　　波长通道保护倒换是基于逐个波长的保护，因为光纤上的各个光通路（波长通路）具有不同的源节点和终了节点，该保护不可能同时对所有由于光纤的切断而受损的波长信号进行处理。
　　在1+1通道保护中，数据同时从两个相对的方向进行传送，这种保护的速度非常快，但在波长利用率上是非常低的。1：n通道保护中，位于光通路的源节点和终了节点参与保护，即在某个方向上出现故障时，业务将从其相反的方向传送。通道保护比线路保护更加有效，但恢复的通道要短一些。
　　WDM波长通道保护环可以分为单向波长通道保护环（UWPSR）和双向波长通道倒换环（BWPSR）。在UWPSR中，工作通道是单向的，网络的保护是在波长通道倒换的基础上进行路径的恢复。UWPSR一般是双纤，基于单个波长的1+1保护，类似于SDH系统中的通道保护。在1+1保护倒换方式中，业务从源点同时在两条不同的光纤上传送到终点。终点从两条路径中选择一条接受数据。如果有一条光纤被切断，那么就转向另一条路径。这种保
护方式非常迅速，在光纤切断时不进行“环回”，而且不需要信令协议。UWPSR的缺点在于没有可再利用的路径或带宽。环路的带宽必须与环路上所有节点的进入环路的带宽总和相等，通道的配置效率低。（见图2）

　　双向波长通道保护环BWPSR在通道配置效率和环网的透明周长方面都较好，工作通道可以双向配置，共享备用资源。在构成保护通道时不需要环回操作，避免了长的环回路径，成本仍较高。对于4纤或2纤的BWPSR，工作和备用资源（波长）与BFLSR是以相同的方式进行配置的。通常情况下的备用环网，是在出现故障时才形成保护通道。当出现故障时，节点S和D之间的备用环网形成与原先工作通道位置相对的保护通道，没有环，使用与原先工作通道相同的波长如图3所示。

　　双向波长通道倒换环（BWPSR）的工作原理如下：当光缆检测到故障后，保护信令从失效通道的端点（终点D）发出，而不是与故障相邻的节点，向失效通道的另一个端点（源点S）发送。通过端点之间的信令，节点S和D完成倒换，构造保护通道。当仅是一条通道失效，仅仅对失效的通道进行保护，不影响其它的波长。当一条链路失效，所有经过该链路的通道（终结于不同的端点）失效，对每个失效的通道进行保护，彼此之间是独立的，各自的保护信令从各自的绺发出。在构成保护通道时，由于失效的链路配置了不同的波长，因此不会出现波长阻塞。BWPSR既可以应付线路失效，也右以应付波长通道失效。由于每个波长的信令类似于SDH系统的BLSR（双向通道倒换环），若每个波长的信令以并行方式独立操作，保护的速度可以达到50ms以内。
    WDM与“光传送网”发展
　　从发展趋势看，建立一个真正的、以WDM技术及光交换技术为基础的“光网络层”已成为光通信发展的必然趋势，从组网技术的发展来看，在SDH电层面以下出现了光网络层面，传输网在拓扑上分为光、电两层面。图4给出了按这种思路的“光传送网”分层结构。
      
　　“光传送网”是光纤通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段。从构成“光传送网”的设备基本网元看，无论是实现波长上下OADM，还是实现波长选路、交换的OXC设备，都与波分复用技术密不可分。“光传送网”技术就是基于“波长路由”的技术，提供端到端的“虚波长路由”。因而WDM技术是“光传送网”的基础。“光传送网”有时也被称作“WDM光网络”。
　　光传送网技术的研究已成为世界范围内的一个热点，各大公司、实验室和大学纷纷展开研究，建立了多个试验网，有些已经可以提供业务，90年代初，美国国防部ARPA已着手进行全光网络的研究计划，目前在器件技术及现场实验取得了显著进展。欧洲ACTS计划将分布于欧洲各国的国家通信设施利用起来，以此为基础开展各项实验。而我国的863计划资助上海
交大等也开展了这方面的研究。ITU-T也正加速“光联网”的标准化进程，现在至少有8个相关建议正在ITU-T SG-15讨论，准备在2001年前完成标准化。
　　当前“光传送网”的发展正处在从点到点WDM线性系统向“带OADM的WDM线性传送结构”和“WDM环网”过渡的阶段。点到点WDM线性传送结构是“光传送网”发展的第一步，在全球范围内已得到大规模的应用。其中象征“光传送网”第二阶段WDM环网技术在一些国家也正式投入了商用，OXC在许多大型试验网中也进行了成功的演示。“光传送网”正处于快速发展之中。
总 结
　　“光传送网”在过去1～2年中得到了飞速发展，特别是WDM技术在全世界范围内的广泛应用。WDM技术第一次把复用方式从电信号转移到光信号，在光域上用波分复用（即频分复用）的方式提高传输速率，光信号实现了直接复用和放大，并且各个波长彼此独立，对传输的数据格式透明，从某种意义上讲，WDM技术的应用标志着光通信时代的“真正”来临。在可预见的未来，基于WDM技术的光选路、交换技术也将得到大规划应用，作为通信领域发展最为迅速的前沿技术，WDM具有不可估量的发展潜力和光明前途。