谈谈光传送网络的安全性能要求

2019-11-03 18:04:45

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谈谈光传送网络的安全性能要求（张成良）光纤通信系统的安全性一直深受重视。在常规SDH系统中，G.958首先提出了激光器自动关断功能。要求系统在光缆切断时应自动关断激光器。虽然当时的要求只是一个选项，并且明确光功率低于Class1（＋10dBm）的激光器可以不需要该功能。但是出于安全要求，大部分厂家都采用了激光器自动关闭技术。光放大器（OA）技术的出现与成熟，促进了WDM技术的发展与应用，后者又促使着光传送网（OTN）的加速实现与扩大。随着光放大器在通信网中不断地遍布，防止OTN中的高功率对人身和眼睛的影响就越来越重要。G.681中规范了有光放大器的单通道SDH系统或多通道的WDM系统安全进程。对链路切断情况下可能引起的强烈“浪涌”效应采取了措施，其中一个重要规定就是关断光复用段内所有的光放大器，同时对重启动时间进行了规范。这也是目前大部分厂家采用的技术。但是，G.681由于面对的是点到点的WDM系统，存在着很大的局限性。在带有OADM、OXC的光网络中应用会带来其他问题，例如全部关断所有的光放大器有可能使有波长上下的OADM节点丢失业务。另外，如果完全关闭光放大器，重启动时所有链路上的放大器都会被重新激活，在实施上比较复杂，且响应时间长。为此ITU-T又推出了有关光通信系统安全的新规范G.664《光传送系统的安全进程和要求》，并作为计划中的光传送网的系列建议之一，看作是光传送网标准化的重要一部分。它适用于SDH系统、点到点线路WDM系统和未来的光传送网。G.644的突出特点是提出了自动光功率减少进程，并就自动光功率切断（AL3）和自动光功率减少（APR）的适用范围进行了详细描述。本文讨论APR进程和其实现方法，并对G.644、G.681定义的两种ALS进程进行比较。1APR功能和要求对于光放大器输出的高功率，IEC有着明确的规定，对于常规1550nm波长区的光功率，Class1等级为+10dBm， Class 3A等级为+17 dBm， Class 3B等级为+20dBm。者又使得发送端口T1处输出功率减少。 G.644中规定APR功能功率减少后，剩余的所有通道的功率（包括由光监控通路OSC来的功率）减少到危险等级3A水平以内（最大输出功率为+17dBm），同时不排除光放大器的完全关闭。在受影响的OTS内，所有光输出瑞处的功率应在38之内（OTS中断时刻起）减成危险等级3A。APR不排除在受影响的OMS段内对其它放大器的二次动作，也不排除 OMS外正在工作的设备，如SDH单波长设备的关断。然而这不能干扰受影响的OTS的安全程序。APR程序也不会导致下游产生告警，即只有受影响的OTS知道。当该OTS内的连接修复以后，可以采用自动或手工的重启动来恢复该OTS段内的传输。在连接中断以后或在前一次（不成功的）重启动动作以后的100s内不应激活重启动。重启动期间和重启动以后，直至连接性得到保证之前，在受影响的OTS内的功率电平危险等级不应超过等级3A。但 G.644对LOC-OTS的定义和检测准则却没有详细规定，另外对于支持横向兼容的光接口的重启动的详细内容也没有规范。1.1APR进程和激活、去激活时间虽然G.664规定只有那些运行输出功率为危险等级 3B（＋20dBm）的系统才有必要采用 APR进程，但是对于实际应用，考虑到人身的安全，输出功率在Class1（＋10dBm）以上的WDM系统都应该采用APR进程。对于APR中LOC-OTS，每个厂家有着不同的实现方法。有的公司采用功率判别方法，即功率低于某一阈值时设置认定为连接丢失。下面以功率电平判决LOC-OTS方法为例讨论APR进程。（1）APR启动后的输出功率在功率电平判决法中，系统终端（包括光放大器）通过监测线路上的功率电平决定信号是否已经进入LOC-OTS，当总的输入功率（所有工作波长的输入功率）小于某一阈值时（例如-40dBm）将会被认为光传送段的连接丢失，即光信号丢失。从理论上讲，APR降低后的安全功率不宜太高。APR启动后的总功率如果依然很高的话，判决阈值也必须高，这又会引起其他问题。以总输出功率降低到+12dBm为例，线路损耗仍为22dB，判决电平必须＞－10dBm，才能激活 LOC－OTS。而正常工作波长不是满配时，有可能出现台路功率仍＜－10dBm，正常状态有可能被错认为连接丢失，引起APR自动功率减少，使正常的通信中断。因此在产品制造中，虽然G.644规定可以将APR执行后的总功率控制在+17dBm以内，实际一般制造商将光放大器的总输出功率降低得很多，一般在-20dBm以下，远远低于正常工作值。（2）自动／手动重启动进程在重启动过程中，如果是自动重启动模式，每隔一段时间，系统在端口自动将发送功率提高到一个合理水平，重启动脉冲电平G.664也规定为≤＋17dBm，但实际应用时有些厂商的功率并没有达到那么高，但经过线路衰减后仍必须大于判决阈值，一般在+5dBm左右。有些公司则没有特别选择适当电平，只是沿用正常工作信号作为自动重启动脉冲，这一选择并不是很好。一方面，对于32波以上的WDM系统有可能工作功率达到+20dBm，超过Class 3A的限制；另一方面重启动脉冲与正常工作信号有可能不相同。在手动启动方式，此刻“T1”发送信号的打开由维护人员控制，只有APR工作在减少状态时，“手动启动”和“手动启动测试”才能激活。（3）APR进程去激活时间 APR去激活时间，即从“R2”出现LOC-OTS那一时刻起至“T1”减少发送光功率完成为止的时间。该时间由两大部分组成。即“R2”端设备的去激活时间和“R1”端设备的去激活时间（考虑到线路的传输延时比较小，可以忽略不计）。这包括两端的LOC-OTS的确认时间、监测时间和减少光放大器输出的响应时间。一般说：“R1端和“R2”端的去激活时间相等。ITU-T要求总的去激活时间＜3s，则每端的去激活时间必须＜1.5s。 LOC-OTS的确认时间很短，监测时间许多厂商取500ms，而光放大器的去激活时间在100ms以内，单端的去激活时间在800～1000ms，两端的去激活时间应在2s以内。（4）APR进程的激活时间 APR的激活进程与去激活类似，应包括R2端设备的激活响应时间和RI设备端的激活响应时间。假设T1发出重启动脉冲， R2瑞激活时间应为从R2接收到重启动脉冲到T2正常发送信号的时间。R1端时间段应为从R1接收到正常工作信号至T1发送正常工作信号，而不再发送重启动脉冲为止。这两端的激活时间差不多。一般单端的响应时间在800～1250ms，整个APR进程激活时间应在1600～2500ms之间。1.2莫他LOC-OTS的判决方法除了功率电平作为LOC-OTS的判决准则外，有些公司则采取了监测反射的方法。通过监测光纤的反射功率来确定光纤的正常工作或切断状态。有的公司认为当接收的反射功率大于发送功率的-18dB时，即Pref Pout＞－18dB时，就可判断光纤切断，APR进程将会被启动。当反射功率小于发送功率的一24dB时（与APR进程已经减少的光功率相比），系统认为光纤链路已经被恢复，光放大器重新进入正常状态。采用这种方法的缺点在于当光纤的断点距离光放大器比较远时，反射功率比较小，APR功能有可能不起作用。另外在光功率减少的状态下，依然要监测到低于发送值-24dB的功率，因此APR启动后输出功率仍不能太低，光功率一般在0dBm以上。2 ALS自动功率关断进程为了保持后向兼容性，与光安全部分已有的相关规定不相矛盾，对于已经敷设承载SDH系统带线路放大器的WDM系统，G.664规定可以继续采用ASL进程，同时对ALS进程进行了重新规范。G.644中规定的ASL进程与G.681规定的ALS进程类似。它们的相同点是：若在MPLS和MPLR之间的某一点光缆断开，不仅受影响的段的光放大器会被关闭，MPI-S和MPI-R之间的所有光放大器均会被关闭。关闭与否的判断准则是检测到LOS。所有线路放大器都工作在主／从状态，当光放大器在R’点侦听到LOS信号，它就会导致在S’的光放大器关闭，依次导致下一个线路光放大器中继站R’失去输入信号，这将进一步导致关断光放大器。另外只有当所有主通路的光信号都丢失时才启动ALS进程。ALS实施时不影响并且能保持所有OSC（光监控通路）功能的实施。但是两个进程在参数的选择上有所不同。具体的APS时间常数如表1所示。Untitled Document

表1 ALS功能要求的APS时间常数

时间常数	参考点	数值（G.644）	数值（G.68）
终端激活响应时间	MPI-R至MPI-S	最大850ms	最大1250ms
终端去激活时间	MPI-R至MPI-S	500-800ms	500-700ms
BA激活时间	R’-MPI-S	最大100ms	最大100ms
LA激活时间	R’-S’	最大300ms	最大300ms
LA激活时间	R’-S’	最大100ms	最大100ms
手动启动和自动重启动和脉冲长度	N.A	8.5-9.5s	8.5-9.5s
自动启动和脉冲间隔时间	N.A	100-300s	60-300s
测试目的的手动启动TX工作时间	N.A	80-100s	80-100s

从表1可以看出，两种ALS进程有如下几点不同：（a）MPL-R至MPLS的终端设备激活时间不一样。G.681中考虑到了前置光放大器 PA和功率放大器BA的响应时间（分别为300ms和100ms），由原来G.958规定的850ms提高到1250ms。但是G.664把激活时间又恢复到850ms，这意味着“发送机／接收机”组合终端（不包含光放大器）的激活反应时间比过去的要快400ms左右。（b）终端设备的去激活时间从G.681中的500～700ms放宽到500～800ms，但是仍然是在LOS确定，连续500ms LOS告警信号后，启动ALS进程。只是完成关闭的时间延长了100ms。这主要是考虑前置放大器PA的去激活时间，增加了100ms。在G.681定义时只考虑了功率放大器BA的100ms去激活时间。（c）对关闭系统的重启动， G.681中的脉冲间隔为60s。G.644则建议采用间隔更长的重启动脉冲。最小重启动脉冲之间至少100s。同时它也规定：脉冲间隔为60s也是允许的，但功率电子必须比100s时延的低3dB。另外为了避免受危险光功率影响，G.664规定MPI-S和MPI-R之间的所有放大器应在连接实际中断瞬间以后的3s内全部关闭。而在G.681中并没有类似要求。3总结当前，WDM技术仍处于快速发展阶段，复用的波长数目已经超过32，随着WDM系统通道数的增加，光放大器总输出功率已经突破 3A等级，提高到+20dBm或更高。从各个厂商多通路 WDM系统彼产品看，基本上各厂商的输出功率都在+20dBm以上。高功率状态下的自动功率关断ALS功能和自动功率减少APR功能也显得更为重要。目前，许多厂商都在开发自己产品的APR功能，有些厂商已经宣称可以支持APR，但实际方法各异。在这里笔者只是提出个人对自动光功率保护的一些看法，权当抛砖引玉，希望引起更多人的关心和讨论。摘自《电信技术》

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