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中兴通讯长途骨干网波分保护方式分析
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一、引言
近期，为顺应GE/2.5G/10G等大颗粒数据业务的传送需求，并降低网络建设成本，IPoverWDM技术已逐渐成为各运营商关注的新一轮焦点技术。IPover WDM又名光因特网，它是由WDM系统、路由交换组成的数据通信网络，其核心技术就是充分利用WDM技术引入的巨大传送带宽和高速路由器交换机的强大交换能力，在IP层与光学层之间合理地实现流量工程、保护恢复、QoS和网络管理等优化配置，构筑成一种简单高效的网络体系结构。
由于IPoverWDM技术的发展导致SDH层边缘化，IP传输将极大地依赖于WDM层面的保护，因此，IPover WDM的演进对波分骨干网层面保护技术的灵活性和安全性、保护资源利用率、保护方式的高效率等方面均提出了严峻挑战。
二、中兴通讯波分保护方式及原理
波分系统的保护方式大致有以下3种：基于单个光通道的保护、基于光复用段的保护和基于环网的保护。中兴通讯在此基础上提供7种保护实现方法，是业界提供光层保护方式最多的厂家。本文将重点介绍1:N保护和双向光通道共享2种保护方式，其他保护方式简要概述。
1．基于单个通道的1＋1保护
在1＋1保护系统中，业务接口、复用器/解复用器、线路光放大器、光缆线路等所有的系统设备都需要备份，业务信号在发送端被永久桥接在工作系统和保护系统上，接收端从2个线路通道收到业务信号，择优选择更合适的信号。该种保护方式的可靠性比较高。
由于一条WDM线路可以承载多个通道，因此在这种方式中，可以使用同一WDM系统内的通道来作为保护通路。在一个WDM系统内，每一个通道的倒换与其他通道的倒换没有关系。
2．基于单个通道的1:N保护
图1 基于单通道1:N保护
图1所示，T×11、T×21～T×n1共用一个保护段，与T×p1构成1:N的保护关系。以此类推，T×1m、T×2m、T×nm共用一个保护段，与T×pm构成1:N的保护关系。接收端监视和判断接收到的信号状态，并执行来自保护段合适信号的桥接和选择。
在一个WDM系统内，每一个通道的倒换与其他通道的倒换没有关系，即WDM系统1里的T×11倒换到WDM保护系统1时，T×12、T×13，T×1m可继续工作在WDM工作系统1上。
3．光复用段保护OMSP
这种方案是在光路上进行1＋1保护，而不对终端线路进行保护。在发端和收端分别使用1×2光分路器和光开关，或采用其他手段，在发送端对合路的光信号进行分离，在接收端对光信号进行选路。
在这种保护系统中，只有光缆和WDM的线路系统是备份的，WDM系统终端站的业务终端和复用器/解复用器无需备份。
光复用段保护OMSP只有在独立的2条光缆中实施才具有实际意义。
4．单向光通道保护倒换UPSR
单向光通道保护属于专用式光通道保护，采用并发选收的方式，当工作通道（主用通道）发生故障时，自动切换到保护通道（备用通道）；当工作通道恢复正常后，可设置返回方式（从备用通道切换到主用通道）或不返回方式（仍工作在备用通道）。在从备用通道返回到主用通道的过程中，应给出一定的等待和确认时间，该时间可以是固定的，也可以通过网管来设定。
5．双向光线路共享保护倒换BLSR
双向光线路共享保护属于共享式保护，在保护通路闲置情况下可以传送一些低等级的业务，适合于环网各节点之间的业务流量相对均匀的情况，从工作方式上看相当于一种光复用段保护倒换。
双向光线路共享保护环上的两个相邻节点间只需两根光纤。一根光纤同时载送工作波长（S1）和保护波长（P2），另一条光纤上同时载送工作波长（S2）和保护波长（P1），即可设置每条光纤上的一半波长载送工作信号（S），另一半波长载送保护信号（P）。在一条光纤上的工作波长（S1），由沿环的相反方向的另一条光纤上的保护波长（P1）来保护。反之亦然，这就允许了工作业务量的双向传送。
6．双向光通道共享保护倒换BPSR
双向光通道共享保护属于共享式光通道保护，保护通道在正常情况下可以传送低优先级的业务，适合于均匀型的环网业务分布模式。
双向光通道保护环上的两个相邻节点之间需要两根光纤，其中一条光纤（F1）中有一半波长作为工作波长（S1），另一半波长作为保护波长（P2）；另一条光纤（F2）中也有一半波长作为工作波长（S2），另一半波长作为保护波长（P1）；并且由P1保护S1，P2保护S2。F1和F2的业务方向相反，两个节点之间的业务必须分别通过F1中的S1和F2中的S2双向传送。
为了说明保护倒换的机理，假设节点A与节点C之间的业务通过光纤F1中的工作波长Sac（S1波长组中的一个波长）传送（经过节点B）；节点C与节点A之间的业务通过光纤F2中的工作波长Sca（S2波长组中的一个波长）传送（也经过节点B），工作波长Sac从节点A上路到节点C下路（还可以从节点C上路到其他节点下路）；工作波长Sca从节点C上路到节点A下路（还可以从节点A上路到其他节点下路）。节点A和节点C之间的业务经过的光纤区段相同，业务流向相反，构成一个双向环。如图2所示。
图2 正常工作状态下的双向光通道保护倒换环（工作在工作通道）
当节点A和节点C之间的Sac发生故障后（例如在AB段发生故障，一般Sca不受影响），由节点C检测到该故障，并且启动自动保护倒换程序，自动保护倒换程序运行双纤双向WDM环网的自动保护倒换协议，通知节点A在A－B区段发生了故障，由节点A启动保护倒换，将节点A到节点C的业务Sac倒换到Pac（P1波长组中的一个波长），而从节点A到其他节点的业务都不受影响，节点C到节点A的业务也不受影响。在自动保护倒换协议的控制下，节点D对Pac进行直通，最后节点C将该业务从Pac倒换回到Sac。同理，当节点C和节点A之间的Sca发生故障后（例如在CB段发生故障，一般Sac不受影响），由节点A检测到该故障，并且启动自动保护倒换程序，自动保护倒换程序运行双纤双向WDM环网的自动保护倒换协议，通知节点C在C－B区段发生了故障，由节点C启动保护倒换，将节点C到节点A的业务从Sca倒换到Pca（P2波长组中的一个波长），而从节点C到其他节点的业务都不受影响，节点A到节点C的业务也不受影响。在自动保护倒换协议的控制下，节点D对P2进行直通，最后节点A将该业务从Pca倒换回到Sca。如图3。
7．光子网连接保护倒换
光子网连接保护属于专用式的双向光通道保护，采用并发选收的方式，当工作通道（主用通道）发生故障时，自动切换到保护通道（备用通道）；当工作通道恢复正常后，可设置为返回方式或不返回方式。返回方式可以是自动启动或人工启动，在从备用通道返回到主用通道的过程中，应给出一定的等待和确认时间，该时间可以是固定的，也可以是通过网管来设定的。
在子网连接保护环中，两个节点之间的双向工作业务经过的物理路由相同，即双向的工作波长信号由一个方向的内环和外环分别光纤承载，双向的保护波长信号由另一个方向的内环和外环分别光纤承载。子网连接保护同样使用"首端桥接，末端倒换"的结构。
三、中兴通讯在中国移动IP over WDM测试中的保护实现方式及结论
2006年10月，中国移动研究院和信息产业部电信传输所联合举行了IPoverWDM的组网测试研究。该测试设计的网络模型是基于中国移动现有IP专网、省际干线光缆网和WDM网络，在中国移动通信研究院的实验室搭建了模拟现网的IP和WDM网络试验环境，用于充分验证IPover WDM网络方案在中国移动省际干线的可行性，通过测试确认IP over WDM在中国移动省际干线层面组网的实现方案。
在此次测试中，中兴通讯经过研究分析，推出了1＋1光通道保护和光通道共享保护两种保护方式。根据中国移动的要求，整个测试网络的设计完全模拟现网站点及现网实际运行的业务进行，测试网络设计模型的整个环长跨度为2000km。
经过1个多月的严格测试，取得了良好的效果，在此次中国移动IPoverWDM整体测试中针对2种保护的性能比较如表1所示。
随后，中兴通讯先后进行了重庆移动、廊坊移动、河北移动、陕西移动及西部环一干等项目的现网测试，目前所有测试项目已全部完成，是所有参测厂家中第一个完成全部测试的厂家，测试结果均显示无异常，测试过程及结果均受到用户的一致好评。其中在重庆移动、廊坊移动采用的保护方式是中兴通讯独有的二纤双向光通道共享保护技术。
经过上述测试，得出如下结论：
●1＋1波长保护：技术成熟，配置简单，满足50ms倒换时间要求。
●光波长共享保护：技术成熟，现网有很多实际工程应用案例，满足50ms倒换时间要求；在分布式业务、多点汇聚业务模式下能大量节约波长资源；本次测试了2000km的传输环网，充分模拟工程实际配置，其倒换时间小于30ms。
四、中兴通讯1:N保护方式在骨干网的应用案例
2005年10月，中兴通讯在新疆某运营商成功使用了1:N的保护技术。该项目的主要站点有乌鲁木齐、库尔勒、阿克苏，其中库车和羊大为电中继站。根据网络结构，在乌鲁木齐－库尔勒、库尔勒－阿克苏之间建立1:5的保护，由40波保护1、2、3、4、39波。
五、结论
1:N通道保护和1＋1通道/通道共享保护的出发点是基于对业务本身的保护，1:N保护与1＋1通道/通道共享保护相比，更有效地节省了业务波长资源，对保护通道的利用更加高效，但当多个业务同时出现故障时，无法提供有效的保护。1:N保护方式适用于业务紧张、空余波道资源短缺的组网应用场合。1＋1通道/通道共享保护方式相对简单、高效，可以在多个业务同时发生故障的情况下，提供有效保护。1＋1通道/通道共享保护方式适用于网络资源富裕、业务QoS优先级高的应用场合。
与传统的1＋1光通道保护技术相比，中兴通讯独有的二纤双向光通道共享保护的出发点是基于对资源本身的保护，大幅节省了网络资源的使用率，提升了工程应用中的业务通道利用率。另外，光通道共享保护与现有的复用段保护技术相比，是在业务的上、下路节点直接进行倒换，避开了现有技术在故障区段两端节点进行双端倒换的方式，从而极大地减少了保护路径长度，保证了保护倒换的高效率完成。
据第三方数据统计，中兴通讯凭借灵活多样的光层保护方式及领先技术，已连续3年在光层保护市场实现占有率第一。随着二纤双向光通道共享保护技术在2000km环网的验证成功，以及在国内各大运营商、国际众多运营商网络中的大规模应用和稳定运行，二纤双向光通道共享保护势必会在不远的将来，替代传统的1＋1保护方式，成为各运营商在骨干网保护方式中的首选方案。
近期，为顺应GE/2.5G/10G等大颗粒数据业务的传送需求，并降低网络建设成本，IPoverWDM技术已逐渐成为各运营商关注的新一轮焦点技术。IPover WDM又名光因特网，它是由WDM系统、路由交换组成的数据通信网络，其核心技术就是充分利用WDM技术引入的巨大传送带宽和高速路由器交换机的强大交换能力，在IP层与光学层之间合理地实现流量工程、保护恢复、QoS和网络管理等优化配置，构筑成一种简单高效的网络体系结构。
由于IPoverWDM技术的发展导致SDH层边缘化，IP传输将极大地依赖于WDM层面的保护，因此，IPover WDM的演进对波分骨干网层面保护技术的灵活性和安全性、保护资源利用率、保护方式的高效率等方面均提出了严峻挑战。
二、中兴通讯波分保护方式及原理
波分系统的保护方式大致有以下3种：基于单个光通道的保护、基于光复用段的保护和基于环网的保护。中兴通讯在此基础上提供7种保护实现方法，是业界提供光层保护方式最多的厂家。本文将重点介绍1:N保护和双向光通道共享2种保护方式，其他保护方式简要概述。
1．基于单个通道的1＋1保护
在1＋1保护系统中，业务接口、复用器/解复用器、线路光放大器、光缆线路等所有的系统设备都需要备份，业务信号在发送端被永久桥接在工作系统和保护系统上，接收端从2个线路通道收到业务信号，择优选择更合适的信号。该种保护方式的可靠性比较高。
由于一条WDM线路可以承载多个通道，因此在这种方式中，可以使用同一WDM系统内的通道来作为保护通路。在一个WDM系统内，每一个通道的倒换与其他通道的倒换没有关系。
2．基于单个通道的1:N保护
图1 基于单通道1:N保护
图1所示，T×11、T×21～T×n1共用一个保护段，与T×p1构成1:N的保护关系。以此类推，T×1m、T×2m、T×nm共用一个保护段，与T×pm构成1:N的保护关系。接收端监视和判断接收到的信号状态，并执行来自保护段合适信号的桥接和选择。
在一个WDM系统内，每一个通道的倒换与其他通道的倒换没有关系，即WDM系统1里的T×11倒换到WDM保护系统1时，T×12、T×13，T×1m可继续工作在WDM工作系统1上。
3．光复用段保护OMSP
这种方案是在光路上进行1＋1保护，而不对终端线路进行保护。在发端和收端分别使用1×2光分路器和光开关，或采用其他手段，在发送端对合路的光信号进行分离，在接收端对光信号进行选路。
在这种保护系统中，只有光缆和WDM的线路系统是备份的，WDM系统终端站的业务终端和复用器/解复用器无需备份。
光复用段保护OMSP只有在独立的2条光缆中实施才具有实际意义。
4．单向光通道保护倒换UPSR
单向光通道保护属于专用式光通道保护，采用并发选收的方式，当工作通道（主用通道）发生故障时，自动切换到保护通道（备用通道）；当工作通道恢复正常后，可设置返回方式（从备用通道切换到主用通道）或不返回方式（仍工作在备用通道）。在从备用通道返回到主用通道的过程中，应给出一定的等待和确认时间，该时间可以是固定的，也可以通过网管来设定。
5．双向光线路共享保护倒换BLSR
双向光线路共享保护属于共享式保护，在保护通路闲置情况下可以传送一些低等级的业务，适合于环网各节点之间的业务流量相对均匀的情况，从工作方式上看相当于一种光复用段保护倒换。
双向光线路共享保护环上的两个相邻节点间只需两根光纤。一根光纤同时载送工作波长（S1）和保护波长（P2），另一条光纤上同时载送工作波长（S2）和保护波长（P1），即可设置每条光纤上的一半波长载送工作信号（S），另一半波长载送保护信号（P）。在一条光纤上的工作波长（S1），由沿环的相反方向的另一条光纤上的保护波长（P1）来保护。反之亦然，这就允许了工作业务量的双向传送。
6．双向光通道共享保护倒换BPSR
双向光通道共享保护属于共享式光通道保护，保护通道在正常情况下可以传送低优先级的业务，适合于均匀型的环网业务分布模式。
双向光通道保护环上的两个相邻节点之间需要两根光纤，其中一条光纤（F1）中有一半波长作为工作波长（S1），另一半波长作为保护波长（P2）；另一条光纤（F2）中也有一半波长作为工作波长（S2），另一半波长作为保护波长（P1）；并且由P1保护S1，P2保护S2。F1和F2的业务方向相反，两个节点之间的业务必须分别通过F1中的S1和F2中的S2双向传送。
为了说明保护倒换的机理，假设节点A与节点C之间的业务通过光纤F1中的工作波长Sac（S1波长组中的一个波长）传送（经过节点B）；节点C与节点A之间的业务通过光纤F2中的工作波长Sca（S2波长组中的一个波长）传送（也经过节点B），工作波长Sac从节点A上路到节点C下路（还可以从节点C上路到其他节点下路）；工作波长Sca从节点C上路到节点A下路（还可以从节点A上路到其他节点下路）。节点A和节点C之间的业务经过的光纤区段相同，业务流向相反，构成一个双向环。如图2所示。
图2 正常工作状态下的双向光通道保护倒换环（工作在工作通道）
当节点A和节点C之间的Sac发生故障后（例如在AB段发生故障，一般Sca不受影响），由节点C检测到该故障，并且启动自动保护倒换程序，自动保护倒换程序运行双纤双向WDM环网的自动保护倒换协议，通知节点A在A－B区段发生了故障，由节点A启动保护倒换，将节点A到节点C的业务Sac倒换到Pac（P1波长组中的一个波长），而从节点A到其他节点的业务都不受影响，节点C到节点A的业务也不受影响。在自动保护倒换协议的控制下，节点D对Pac进行直通，最后节点C将该业务从Pac倒换回到Sac。同理，当节点C和节点A之间的Sca发生故障后（例如在CB段发生故障，一般Sac不受影响），由节点A检测到该故障，并且启动自动保护倒换程序，自动保护倒换程序运行双纤双向WDM环网的自动保护倒换协议，通知节点C在C－B区段发生了故障，由节点C启动保护倒换，将节点C到节点A的业务从Sca倒换到Pca（P2波长组中的一个波长），而从节点C到其他节点的业务都不受影响，节点A到节点C的业务也不受影响。在自动保护倒换协议的控制下，节点D对P2进行直通，最后节点A将该业务从Pca倒换回到Sca。如图3。
7．光子网连接保护倒换
光子网连接保护属于专用式的双向光通道保护，采用并发选收的方式，当工作通道（主用通道）发生故障时，自动切换到保护通道（备用通道）；当工作通道恢复正常后，可设置为返回方式或不返回方式。返回方式可以是自动启动或人工启动，在从备用通道返回到主用通道的过程中，应给出一定的等待和确认时间，该时间可以是固定的，也可以是通过网管来设定的。
在子网连接保护环中，两个节点之间的双向工作业务经过的物理路由相同，即双向的工作波长信号由一个方向的内环和外环分别光纤承载，双向的保护波长信号由另一个方向的内环和外环分别光纤承载。子网连接保护同样使用"首端桥接，末端倒换"的结构。
三、中兴通讯在中国移动IP over WDM测试中的保护实现方式及结论
2006年10月，中国移动研究院和信息产业部电信传输所联合举行了IPoverWDM的组网测试研究。该测试设计的网络模型是基于中国移动现有IP专网、省际干线光缆网和WDM网络，在中国移动通信研究院的实验室搭建了模拟现网的IP和WDM网络试验环境，用于充分验证IPover WDM网络方案在中国移动省际干线的可行性，通过测试确认IP over WDM在中国移动省际干线层面组网的实现方案。
在此次测试中，中兴通讯经过研究分析，推出了1＋1光通道保护和光通道共享保护两种保护方式。根据中国移动的要求，整个测试网络的设计完全模拟现网站点及现网实际运行的业务进行，测试网络设计模型的整个环长跨度为2000km。
经过1个多月的严格测试，取得了良好的效果，在此次中国移动IPoverWDM整体测试中针对2种保护的性能比较如表1所示。
随后，中兴通讯先后进行了重庆移动、廊坊移动、河北移动、陕西移动及西部环一干等项目的现网测试，目前所有测试项目已全部完成，是所有参测厂家中第一个完成全部测试的厂家，测试结果均显示无异常，测试过程及结果均受到用户的一致好评。其中在重庆移动、廊坊移动采用的保护方式是中兴通讯独有的二纤双向光通道共享保护技术。
经过上述测试，得出如下结论：
●1＋1波长保护：技术成熟，配置简单，满足50ms倒换时间要求。
●光波长共享保护：技术成熟，现网有很多实际工程应用案例，满足50ms倒换时间要求；在分布式业务、多点汇聚业务模式下能大量节约波长资源；本次测试了2000km的传输环网，充分模拟工程实际配置，其倒换时间小于30ms。
四、中兴通讯1:N保护方式在骨干网的应用案例
2005年10月，中兴通讯在新疆某运营商成功使用了1:N的保护技术。该项目的主要站点有乌鲁木齐、库尔勒、阿克苏，其中库车和羊大为电中继站。根据网络结构，在乌鲁木齐－库尔勒、库尔勒－阿克苏之间建立1:5的保护，由40波保护1、2、3、4、39波。
五、结论
1:N通道保护和1＋1通道/通道共享保护的出发点是基于对业务本身的保护，1:N保护与1＋1通道/通道共享保护相比，更有效地节省了业务波长资源，对保护通道的利用更加高效，但当多个业务同时出现故障时，无法提供有效的保护。1:N保护方式适用于业务紧张、空余波道资源短缺的组网应用场合。1＋1通道/通道共享保护方式相对简单、高效，可以在多个业务同时发生故障的情况下，提供有效保护。1＋1通道/通道共享保护方式适用于网络资源富裕、业务QoS优先级高的应用场合。
与传统的1＋1光通道保护技术相比，中兴通讯独有的二纤双向光通道共享保护的出发点是基于对资源本身的保护，大幅节省了网络资源的使用率，提升了工程应用中的业务通道利用率。另外，光通道共享保护与现有的复用段保护技术相比，是在业务的上、下路节点直接进行倒换，避开了现有技术在故障区段两端节点进行双端倒换的方式，从而极大地减少了保护路径长度，保证了保护倒换的高效率完成。
据第三方数据统计，中兴通讯凭借灵活多样的光层保护方式及领先技术，已连续3年在光层保护市场实现占有率第一。随着二纤双向光通道共享保护技术在2000km环网的验证成功，以及在国内各大运营商、国际众多运营商网络中的大规模应用和稳定运行，二纤双向光通道共享保护势必会在不远的将来，替代传统的1＋1保护方式，成为各运营商在骨干网保护方式中的首选方案。
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