SDH和DWDM的结合应用(SDH over DWDM 自愈方案)

摘 要：DWDM解决了传统电信业务大容量和远距离传输的基本问题,超长距离DWDM传输技术由于节省了大量的电中继设备,能够大幅度降低投资成本,提高系统的传输质量和可靠性,具有良好的升级扩容潜力及高效方便的维护特性。SDH在光纤(或无线)上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络。

并研究了 SDH/DWDM 多层传送网结构中的自愈问题，提出了一种用于SDH over DWDM 的自愈方案。该方案采用了有保护的SDH 层架构，在无保护的DWDM 光层的体系结构，根据不同节点对间业务量的大小和恢复时间要求的不同，分别采用基于光路的1+1 复用段保护和双光路双向复用段倒换环来提供传输和保护，满足了不同业务对自愈性能的需求，可实现快速有效的自愈。

它有全世界统一的网络节点接口和一套标准化的信息结构等级，具有丰富的开销比特，专用于网络的维护管理，采用同步复用结构并具有横向兼容性，因而能够灵活动态地适应任何业务和网络的变化，是一种理想的新一代传输体制。

关键词：SDH、DWDM、自愈、双向保护

一、 引言

光纤通信技术问20多年，但光纤已经取代大部分的通信电缆，成为固定通信网络中最主要的传输介质，引发了通信领域的一场剧烈革命。

光纤通信作为通信专业最具有代表性的技术，不仅从深度和广度两方面促进了通信学科与许多相关学科的影响和渗透，而且与数理，材料等基础学科交叉，形成可许多前沿研究领域。

20世纪90年代以前的光纤通信是以电时分复用为基础的单波长系统。80-90年代是光纤通信大发展的年代，在世界各国都是按照两步来走的第一步是长途干线缆化;第二步是进入用户家。发达国家在80年代就实现了长途输干线光缆化，现在正在研究光纤到用户的问题。近年来,我国的光纤通信有突飞猛进的发展。最具有代表性的是在2000年，光波分复用系统使用技术在一跟光纤上实现了3.28TB/s的传输速率。而光波分复用的突出优点在于它可以有效的利用单模光纤低损区所带来的巨大带宽资源。明显提高系统的传输容量，同时也将相应增加的成本降低到很低的程度，所以在光纤资源较为紧张的情况下，WDM作为目前系统升级扩容的首选方案。

SDH/DWDM 多层传送网结构中的自愈问题提出了一种用于SDH over WDM 的自愈方案。该方案采用了有保护的SDH 层，架构在无保护的DWDM 光层的体系结构，根据不同节点对间业务量的大小和恢复时间要求的不同，分别采用基于光路的1+1 复用段保护和双光路双向复用段倒换环来提供传输和保护，满足了不同业务对自愈性能的需求可实现快速有效的自愈。

二、 网络结构及SDH中的两种保护方案

假定骨干网由一组光纤互连的节点构成，节点中有光交叉连接设备(OXC)，本文采用单光纤网，不同的本地SDH 环网通过OXC 互连，如图1所示。

利用OXC，可以建立端-端的光路(有时也称为光通路，光信道)。光路在中间节点不进行任何光电/电光变换。在自愈方案中，不同的本地SDH环网之间的互连方式有两种：1+1复用段保护(MSP)和双纤复用段保护环(MS/SPRing)。

最简单的 SDH 自愈网形式是线路保护倒换方式。终端复用器将低速信号复用为高速数据流, 并利用1+1复用段保护为高速数据流提供可靠的传输。在1+1复用段保护中，每个工作的光纤系统都有专门的保护设备提供保护。输入信号一直桥接在发送端。而接受端则根据信号的质量选择两路信号中质量较好的一路。由于工作光纤和保护光纤是分离的，因此该方案可以对付链路故障，并且单向保护切换不需要自动保护切换(APS )信道来协调两个端点。

复用段保护环是一种双向的1:N 的复用层的共享保护结构。由复用段的指示激活保护操作。对于双纤复用段保护环，每条光纤的一半带宽用于保护另一光纤的工作带宽。保护切换通常由一个上下复用器(ADM，也称为分插复用器)用时槽交换来实现。任一一对节点间的工作业务经由相同的路由传送。

DWDM 光传送网上可以支持不同的数据格式，如SDH、ATM 以及IP 等。当SDH over DWDM时由于SDH 层自身有很强大的保护功能，因此无需在光传送层引入保护。在这种情况下，光层负责向SDH 层提供透明的链路(光路)，此时的光路与传统的SDH 网中的光纤是没有分别的。

(一) 基于光路的1+1复用段保护

图2是基于光路的1+1复用段保护示意图。图中，环网2~5的数据在两条通道(即光路)上同时传输。在接收端，根据SDH 复用层的指示信号选择质量较好的一路信号。两条光路所采用的路由和波长决定了基于光路的1+1复用段保护方案的保护能力和设备的复杂性。

1. 两条光路采用的路由相同。这种方式下发端必须能将SDH 信号加载到两个不同波长的发射机上，收端也必须能从两个不同波长的光路上收取SDH 信号。该方案最大的好处是建立光路的算法较简单，但解决的网络故障十分有限。当OXC 中某个波长交换平面出现故障，导致一条光路中断或传输质量下降时，该方案能迅速选择另一条光路传输的信号，但对于一些故障如光缆被切断就无能为力了。因为光路经过的任一一条光缆被切断都会导致两条光路同时被切断。为避免这种情况，可采用路由不同的方案。

2. 两条光路采用的路由不同。假定两条光路的路由是完全链路分离的，即不会经过同一链路，这种方式能够保护一条光路所经过的设备的所有故障，如果要求两条光路必须使用同一波长，则收端和发端的设备只需能够收发一个波长，网络设备较简单，但缺乏灵活性。当网络负载较高时，会出现以下情况：在两条路由上都能找到空闲波长，但是其空闲波长是不同的，从而无法建立1+1的光路。在这种情况下，如果允许两条光路使用不同的波长，则能实现基于光路的1+1复用段保护，即收发端采用可调谐收发射机能够提高网络的灵活性。

与方案1)相比较，方案2)建立光路的算法较复杂，但保护能力有很大的提高，本文提出的自愈方案采取方案2)，并且允许两条光路使用不同的波长。

(二) 基于光路的自愈环网

自愈环网是基于光路的双纤双向复用段倒换环，其工作原理与二纤双向复用段倒换环相同[1]，主要的区别在于用光路替换了二纤环中的光纤。

在双光路双向复用段倒换环中，两条光路各有一半的带宽用于保护另一光路的工作带宽。两个节点间的工作流量的路由是相同的。如图3b 中节点1到3以及3到1的工作流量都是在节点1和3之间的光路上传输的。双光路双向复用段倒换环利用自动保护倒换协议完成保护倒换。当某条光路出现故障时，邻近故障的两个ADM 完成以下操作：

1) 将原朝故障方向去的工作信道切换到远离故障方向的输出保护信道；

2) 利用环回切换，选择远离故障方向过来的输入保护信道作为输入工作信道。图3c 为1和3之间的两条光路都被切断时，双光路双向复用段倒换环的保护状态。

与基于光路的1+1复用段保护类似，在建立基于光路的自愈环网时也必须考虑各条光路的路由和波长问题。

1. 双光路双向复用段倒换环中的路由问题

由于双光路双向复用段倒换环具有独特的自动保护倒换功能，能够有效地对付一对节点间两条光路同时被切断的故障，即如果两条光路的路由完全相同，当经过的某条链路被切断时，该自愈环网也能有效地恢复所有的业务。

在普通的二纤双向复用段倒换环中，一条链路被切断的故障不会影响别的链路。但是在双光路双向复用段倒换环中，如果允许不同节点对间的光路经由相同的链路，则一条链路的被切断可能导致该环网内多对节点间的光路同时被切断。在图3中，环网1和4之间的光路建立在链路1~5和5~4上。在图4中，环网1和4之间的光路建立在链路1~3和3~4上。尽管从SDH 层的角度来看图3和图4为其提供了相同的环网，但当光路经过的某条链路出现故障时，对环网的影响是不同的。例如，当链路1~3出现故障，按照图3建立的环网，仅有节点对1~3之间的一对光路被切断，而双光路双向复用段倒换环能够利用自动保护倒换实现自愈。而按照图4建立的环网，当链路1~3出现故障时，不仅节点对1~3之间的一对光路会被切断，而且节点对1~4之间的光路也会被切断，该环网无法自愈，因此在建立光路时，必须限定不同节点对之间的光路不能经由相同的链路。

2. 双光路双向复用段倒换环中的波长问题

如果整个环网的所有光路都采用相同的波长，则各节点的光端机只需收发一个波长，设备较简单。但若要建立的环网较大或者网络负载较高时，要找到满足条件的波长是非常困难的。因此，如果允许收发端采用可调谐收发射机有助于提高网络的灵活性实现自愈环网。

三、 SDH over DWDM 自愈方案

(一) 基于光路的1+1复用段保护和双光路双向复用段倒换环的比较

在基于光路的1+1 复用段保护方案中，一个本地SDH 环网到另一个本地SDH 环网的业务是同时在WDM 骨干网上的两条光路上传输。当其中一条光路中断或传输质量下降时，接收端只需根据两条光路的传输质量选取质量较好的一条。由于无须APS 协议和两端的协调，该方案恢复的时间很快。对于两点间有稳定的较大业务量或者两点间业务需要很高的恢复时间的场合，该方案为一种较好的保护手段。

基于光路的1+1 复用段保护的缺点是所需系统资源太多。假定每条光路能支持的传输速率为C， 某个本地环网到另一个本地环网的数据率为B ，当B=C 时，该方案将占用2C 的网络资源来提供数据传输及保护。如果B 很小，例如B=1/4C 时，系统仍需消耗2C 的网络资源来提供数据率，仅为1/4C 的业务的传输和保护，这会对网络资源造成浪费。如果所有节点对之间的业务都采用该方案来传输和保护，网络资源将很快耗尽。

如果多对节点间的业务较分散，则可以采用双向复用段倒换环为其提供传输和保护[2]。因为双向复用段倒换环是一种共享保护结构，能充分利用网络资源，为分布式业务提供有效的传输和保护。由于双向复用段倒换环需要APS 协议实现保护，因此恢复时间比基于光路的1+1 复用段保护的恢复时间长。

(二) SDH over WDM 自愈方案的实现过程

在给定了网络拓扑，每条光路能支持的最大数据率(假定为)和每对节点间的数据率的条件。下按照以下步骤为业务提供传输和保护：

三、 将业务需求划分为AB 两类。A 类业务包括数据率大于C/2的业务以及对恢复时间有特别要求的业务(如军事通信)。B 类业务是除A 类业务以外的其他业务。

四、 对于A 类业务采用基于光路的1+1 复用段保护方案来传输和保护。要求两条光路采用不同的路由，允许两条光路使用不同的波长。

五、 对于 B 类业务采用双光路双向复用段倒换环来传输和保护。要求同一对节点对之间的光路采用相同的路由，同一环网不同节点对之间的光路不能经由任一相同链路(光纤)，允许不同节点对之间的光路使用不同的波长。在DWDM 格型网中，为了建立多个双光路双向复用段倒换环网实现对所有B 类业务的支持，可以采用文献[3]中的方法。在双向复用段倒换环中，每条光路仅有一半的带宽传输业务，另一半带宽用于保护另一光路的工作业务。因此在设计环网时，应该确保每条光路所需承载的业务数据率不超过C/2。

四、 结论

在DWDM骨干光网中有效支持SDH 业务的方法，提出了一种用于SDH over DWDM的自愈方案，研究了基于光路的1+1 复用段保护和双向复用段倒换环中的关键问题。根据节点对间业务量的大小和恢复时间要求的不同，分别采用基于光路的1+1 复用段保护和双向复用段倒换环来提供传输和保护，从而实现快速有效的自愈。

注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开