光纤WDM信道的超快速自恢复与增强的服务可用性

[摘 要] 下一代光传输网络将负载现有所有类型的有效载荷(同步和异步),以及语音、视频和互联网等所有业务类型。由于每路光纤都负载着巨大的流量,它需要体现出快速的服务保障。这由一个具有不同层次的保护策略来完成,包括网络、节点、链接和服务,以实现网络和业务的可用性。在链路层,业务的可用性主要依赖于信号的质量和自主保护机制。然而,这种策略是仅在以下情况下起作用:在服务监控中链路性能一旦低于某个阈值水平,立即自动触发切换至保护状态。本文提出一个适用于光WDM网络的自监测和自修复的方法。

[关键词] 光网络;WDM网络;光网络修复

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2010 . 20. 015

[中图分类号]TN929.11 [文献标识码]A [文章编号]1673 - 0194(2010)20- 0041 - 04

一、 介 绍

下一代光传输WDM(波分复用)网络将传输巨大的集群数据,负载现有所有类型的有效载荷(同步和异步),以及语音、视频和互联网等所有业务类型。因此,它需要表现出快速的服务保障,比已有的SDH / SONET的 50毫秒更快,为了超过50毫秒,需制定保护策略,在网络中监视信号质量性能,并自动切换至保护状态。然而,这种策略仅在以下情况下起作用:在服务监控中链路性能,一旦低于某个阈值水平,立即自动触发切换至保护状态。然而目前,对于每一个信道服务性能的不间断监测只限于对错误检测编码误码率估计。然而,这些码速却没有达到WDM的速度要求:每信道传输速率10 Gbps,每根光纤的集群速率达到超过1Tbps。更精确的措施需要开销抑制和具有服务突破性能的仪器。本文提出一种自我监督和自我修复方法,适用于光WDM网络。 我们提出一个高效的解决方案,它包括脉冲幅值统计估计,SNR,Q和每个信道BER、积极调动算法(PRA),以及源-接收器的闭环同步多重均衡(SME)理论。均衡和重赋值将在多重信道内同步进行。模拟结果对多种应用提供鲁棒性和高效性的理论支持。

二、影响信号和业务的因素

影响光信号质量的因素有以下分类:线性和非线性的、衰减,串扰,色散斜率和色散,偏振模色散(PMD),极化色散损耗(PDL),四波混频(FWM)),交叉相位调制(XPM),符号间干扰(ISI)等。另一个主要因素是噪声。噪声可以来自本身或者外界。光纤放大器的自发辐射(ASE)是一种由掺铒光纤放大器(EDFA)的拉曼噪声叠加的噪声。最后,有抖动和漂移添加到信号中。所有这些降解因素主要表现在脉冲形状的联合降解幅度、形状和两种脉冲漂移。即波谱脉冲漂移(中心波长,λ0)和时序脉冲漂移(周期中间点,T/ 2)。因此,到达接收端的信号衰弱(见图1)。更重要的是到达接收端的脉冲失真的相对量和接收器期望信号的噪声附加影响。光信号噪声比(OSNR)提供了光探测器检测光信号清晰度的措施,误码率(BER)为某些脉冲将被严重扭曲,致使其逻辑值将被误读的概率测量提供了可能性;也就是说,“1”是作为一个“0”,反之亦然。但是,接收器本身就产生了很多噪声,如热,散粒噪声,以及闪烁时信号噪声比(SNR)。因此,信噪比和误码率是两个可观测到的关键参数,它们为连续基(接收端)提供了对从激光源到接收器的完整链接的光学信道衰落的检测措施。

三、误码率,信噪比,Q值和功率的统计估计

误码率由观察信号本身或者对错误比特的检测而得到。对一个信息帧的帧头中的冗余校验码进行复杂的错误校验得出误码率。定性准确地监视信号质量的一个合理的方法是采用眼图测试。眼图包含以下信息:振幅信息,误码率,信噪比,噪声系数,Q因子等。通过对许多帧/数据包的错误检测/纠正之比进行多项式方法的快速算法得出误码率估计值。

根据统计估算强度方程,

SNRappr = (ρ + 1)/ (ρ 1); where ρ = Emax/Eeye

Q = (|μ1 - μ0 |)/(| σ1 σ0|)

BER =erfc [Q/sqrt(2)], or

BER= {1-erf(Vp/[2σn sqrt(2)]｝

Extinction ratio Rext.= μ1/μ0

NF = (Psi/kTodf )/SNR

根据这些方程, Q -因子,误码率和信噪比可通过统计估算的手段对收到的脉冲样本进行标准偏差计算。

四、在役自监测链路性能

基于统计的G -因子,误码率和信噪比的方法可以通过搭建一个超大规模集成电路来实现(如图2所示)。

图2中的电路工作过程如下:光信号通过光检测器检测,它被采样(S&H),形成2个直方阈值。其中一个为低于已定阈值(如逻辑“0”s),另外一个为大于(逻辑 “1”s)的其余阈值采样。通过这些采样计算均值和标准差。因此,品质因数,误码率和信噪比也可以得出。由于该电路可单片集成接收器,它可用于在每个输入端口连续工作。对脉冲抽样,误码率,信噪比,Q因子和功率幅度估计进行记录,从接收端返回到发射端的监测帧(包)的过程亦进行上述工作。

五、自修复策略

目前的性能估计值都被存储,与之前的值进行比较。以便判定一个信道或一个链接是继续保持合理状态还是性能下降了。如果它降低和退化达到阈值,一个消息将被发送到源端。后者的信息发送到接收端,该性能下降的信道将被重新分配到另一个信道(具有更好的性能,然后它重新分配的渠道)。

在本文的模型中,衰落阈值设置高于最低可接受的性能。这种主动的重新分配算法(PRA)可以使信息(数据包)的损失最小化。检测速度与Q的,误码率和信噪比的估计速度是相称的,符合实际应用中WDM网络中接收速度(1000bits)的要求。即在10Gbps时为0.1μs,当“松弛”抽样时,它可能会低至1μs。性能估计在微秒级别,比现今任何已知估计方法精确3个数量级。

六、信道自我修复

本文假定讨论的情况都支持信道均衡。一个典型的WDM均衡器位于链路由局部反馈回路构成的发送端,反馈回路由执行顺序优化算法的计算单元驱动无线接收端组成。无线接收端是用来调节信道功率的可变衰减器,使所有信道功率都维持在0.1dB范围内。此信道均衡是一个开环系统(从发射端到接收端),由于在特定的信道上的链接没有被占据,在接收端的每个信道的功率可能不一样。

在本文的模型中,是在发射端执行均衡,接收端需要辨别哪些信道需要均衡。均衡量是根据接收端测得的功率(在监测信道从发射端传回)得到。这就表示一个闭环系统和功率水平调整系统具有代表性、可行性和更快的速度。此外,该方法支持同步多新道均衡(SME),也就是说支持多信道的同步和非顺序。

因此,根据我们的算法,凭借发射端—接收端的闭合环的快速反馈,均衡速度更快,具有更高的准确性和更好的整体性。

七、结 论

在WDM链接中,信道性能估计需要快速进行,衰落和损耗必须被自修正,以保证不间断的业务进行。本文提出一种统计方法,估计一个WDM信道和链路的性能参数,我们描述了一种体系结构,每个电路可单片集成接收器,它可用于在每个输入端口连续工作。在接收端,在业务进行中,每个端口电路估计信道性能。在发射端调解通道性能,这样才能构建一个发射端—接收端闭环链接系统。衰落的信道同时快速重新分配实现更准确的均衡。根据这个方法,快速信道保护或均衡达到了预期的性能水平,为 WDM光网络提供了一种高效的和高鲁棒性的解决方案。

八、中国联合网络通信有限公司长春市分公司2009年国干波分扩容工程(沈长哈齐通WDM80λ/L-1)实际工程概况

笔者参加了2009年沈阳—长春—哈尔滨—齐齐哈尔—通辽联通波分国干WDM80λ/L-1工程。

本系统标准命名:沈长哈齐通WDM80λ/L1。

本工程WDM系统采用80波以10Gbps为基础速率的单纤单向波分复用系统,提供80波10Gbps和2.5Gbps SDH系统混合传输能力。采用设备类型为华为技术有限公司的BWS 1600G。

沈阳—通辽段:沈阳—铁岭—昌图—四平—公主岭—长春—德惠—扶余—哈尔滨—肇东—大庆—林甸—齐齐哈尔—江桥—嘎什根—镇贲—白城—通榆—太平川—长岭—双辽—大林—通辽,其中沈阳、长春、哈尔滨、齐齐哈尔、通辽为OTM站,其他站点为OLA站。

该工程在北京、沈阳利用原有EMS网管,除网关网元之外,其他各网元均通过光监控信道将告警等数据信息传送至EMS网管系统,在呼和浩特、通辽、长春、哈尔滨利用原有网管终端监控本省设备。

九、DWDM系统的展望与光纤WDM信道的超快速自恢复与增强的服务可用性的意义

WDM技术因其对业务的透明性使得它在引入新业务的方便快捷方面具有得天独厚的优势,而城域网又往往是新业务层出不穷的地方,因此采用WDM技术建设城域网,对于新业务的方便引入和快速开通具有重要意义,是其他技术手段(往往需要开发专门的接口并在协议层面进行转换或协调)难以企及的。由于用户需求的逐年提高,WDM技术会被各运营商广泛应用。WDM信道的超快速自恢复与增强的服务可用性使得在网络环境比较复杂的网络中引入WDM技术的理由更加充足。一方面它可以为架构于其上的数据网络提供电信级的业务保护,增强了可靠性;另一方面,它可以释放它所承载的SDH(或基于SDH的MSTP)网络中用于保护的容量,在不降低业务保护级别的前提下,延长了原业务网络的扩容间隔,从而使网络的可延续性、可扩容性、安全性大幅度提高。

主要参考文献

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