第8章光傳輸網(wǎng)絡(luò)管理

第8章光傳輸網(wǎng)絡(luò)管理8.1網(wǎng)絡(luò)管理概述8.2光學(xué)層管理8.3性能和故障管理8.4配置管理8.5自動交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）《光纖通信簡明教程》原榮8.1網(wǎng)絡(luò)管理概述8.1.1網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)8.1.2對網(wǎng)絡(luò)管理體系的要求8.1.3光網(wǎng)絡(luò)的分級管理《光纖通信簡明教程》原榮8.1.1網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)管理的目的是保證網(wǎng)絡(luò)正常、經(jīng)濟、可靠、安全地運行。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)也一直是通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的熱點和重點之一。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)主要包括管理者（Manager）、代理（Agent）和網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議三大要素。管理者采用標(biāo)準(zhǔn)的SNMP協(xié)議，通過代理者訪問被管理系統(tǒng)信息庫（MIB）實現(xiàn)對網(wǎng)元節(jié)點的監(jiān)控和操作，如圖8.1.1所示。《光纖通信簡明教程》原榮圖8.1.1傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)主要包括管理者（Manager）、代理（Agent）和網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議三大要素;被管理系統(tǒng)抽象成管理信息庫（MIB），采用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，如SNMP、CORBA等通過代理者來訪問被管理系統(tǒng)信息庫（MIB），實現(xiàn)對網(wǎng)元節(jié)點的監(jiān)控和操作，如圖8.1.1所示?！豆饫w通信簡明教程》原榮8.1.2對網(wǎng)絡(luò)管理體系的要求（1）強大的管理功能（2）分布式處理能力（3）提供實時管理服務(wù)（4）適應(yīng)跨平臺環(huán)境（5）具有可擴充性和自適應(yīng)性（6）用戶界面功能人性化（7）具有多種接口 以上這些要求，自動交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）就可以滿足，關(guān)于ASON用于光傳輸網(wǎng)（OTN）的管理和控制，本書將在8.5節(jié)介紹?！豆饫w通信簡明教程》原榮8.1.3光網(wǎng)絡(luò)的分級管理當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)管理的大多數(shù)功能是通過一個分級管理系統(tǒng)實現(xiàn)的《光纖通信簡明教程》原榮8.2光學(xué)層管理8.2.1對光學(xué)層的要求8.2.2設(shè)備的互操作性8.2.3光監(jiān)控信道8.2.4光學(xué)安全管理《光纖通信簡明教程》原榮8.2.1對光學(xué)層的要求(1)光學(xué)層為SDH、IP、ATM用戶層提供光學(xué)通道，對波長進(jìn)行復(fù)用/解復(fù)用、交換和路由選擇，對光信號進(jìn)行光/電/光3R放大，或全光放大，對光通道產(chǎn)生的色散累積進(jìn)行補償，并提供光監(jiān)控的功能，所以它是一個服務(wù)層。光通道要根據(jù)客戶層的要求和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的需求建立和取消，通常用戶層指定需建立的光通道帶寬、傳輸比特速率和所支持的協(xié)議。如果用戶層送來的光信號與光學(xué)層不一致，比如用戶使用波長與光層WDM設(shè)備使用的波長不一致，則需要一個轉(zhuǎn)發(fā)器，即波長轉(zhuǎn)換器來適配?！豆饫w通信簡明教程》原榮用戶要求光通道提供滿意的服務(wù)等級，通常用比特誤碼率來度量，一般是1012或更低。光通道要提供生存性保護(hù)，比如1+1或1:N設(shè)備保護(hù)，也可以進(jìn)行波長、光纖和節(jié)點備份，采用何種保護(hù)要由用戶層決定，并通知光學(xué)層。有關(guān)內(nèi)容見第9章。光通道網(wǎng)元間距離較長時，由于線路損耗和色散的存在，會使光信號波形畸變，誤碼率增加。為此，必須考慮在線路中間增加再生中繼器。中繼器有光-電-光3R中繼器和光放大中繼器。光通道要能支持大規(guī)模的錯誤管理，某個網(wǎng)元和網(wǎng)元部件的故障可能引起其他網(wǎng)元的故障報警，此時要能確認(rèn)并報告故障的根源所在，并隔離它，同時也要抑制其余的告警。8.2.1對光學(xué)層的要求(2)《光纖通信簡明教程》原榮8.2.2設(shè)備的互操作性WDM系統(tǒng)的設(shè)備接口是復(fù)雜的模擬接口，在光層上實現(xiàn)互操作是非常困難的。光通道上有很多設(shè)備，通常不可能采用同一個公司的產(chǎn)品，這些不同公司的產(chǎn)品互聯(lián)在一起可能就會出現(xiàn)不匹配的情況;為此，ITU-T已對WDM系統(tǒng)的光接口參數(shù)進(jìn)行了規(guī)范，這些參數(shù)包括發(fā)射機光波長及波長間距、發(fā)射光功率、比特率，接收機靈敏度和監(jiān)控信道波長等?！豆饫w通信簡明教程》原榮圖8.2.1采用轉(zhuǎn)發(fā)器

使不同廠家同一設(shè)備互聯(lián)一種解決同一廠家不同設(shè)備的互聯(lián)，或不同廠家同一設(shè)備的互聯(lián)問題，可以采用光/電/光轉(zhuǎn)發(fā)器（中繼器）來解決，如圖8.2.1所示。《光纖通信簡明教程》原榮8.2.3光監(jiān)控信道在光線路放大器（OLA）系統(tǒng)中，通常使用EDFA對光纖傳輸?shù)墓庑盘栠M(jìn)行放大，這就要求對EDFA的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，為此需要在OLA前端用WDM器件取出監(jiān)控波長osc信道，而在其后端用光耦合器再插入光監(jiān)控信道波長信號。光監(jiān)控信道也對EDFA進(jìn)行控制，比如接入或關(guān)閉該EDFA，以便用于測試。該信道也用于傳輸測試和監(jiān)控系統(tǒng)用的管理信息?！豆饫w通信簡明教程》原榮8.2.4光學(xué)安全管理（1）雖然激光器的發(fā)射功率有限，但它的發(fā)光強度仍然可以對人眼產(chǎn)生燒傷，甚至永久失明的損害。激光器波長越接近可見光范圍，它造成的損害就越大，因為角膜對這些波長的光更透明。因此，光纖通信系統(tǒng)必須遵循特定的光學(xué)安全標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)光纖通信系統(tǒng)激光器的發(fā)射功率電平不同分成幾類，其中1類系統(tǒng)不能發(fā)射有損害的輻射，規(guī)定波長在1.55m發(fā)射功率不能大于10mW（10dBm），而在1.3m發(fā)射功率不能大于1mW（0dBm）。等級3a系統(tǒng)允許更高的發(fā)射功率，在1.55m發(fā)射功率可達(dá)17dBm，但是只允許專業(yè)人員操作使用，這樣高的功率只要不射入眼睛，通常也是安全的。《光纖通信簡明教程》原榮通常激光器的發(fā)射功率不是很大，一般為3~3dBm，所以不必過分擔(dān)心激光安全問題。但是，對于WDM系統(tǒng)，當(dāng)多個波長的信號復(fù)用到一根光纖中時，或者雖然只有一個激光器的功率進(jìn)入光纖，但是經(jīng)光放大器放大后，其功率電平就很大，就不得不引起人們的足夠防備?？梢圆捎脦追N激光安全機制，一種是如果激光器的活動連接器被拔出，系統(tǒng)應(yīng)立即發(fā)現(xiàn)，自動關(guān)閉激光器或光放大器的電源；另一種是檢測出光放大器輸入端沒有光信號輸入，就關(guān)閉該放大器的泵浦激光器電源；第三種機制是利用光時域反射儀（OTDR），探測傳輸光纖線路上的后向散射光，當(dāng)該光強突然增大，說明該段光纖已損壞，就立即關(guān)閉相關(guān)設(shè)備或部件的電源。8.2.4光學(xué)安全管理（2）《光纖通信簡明教程》原榮圖8.2.3光纖信道中光纖鏈路失效控制協(xié)議在正常工作情況下，節(jié)點A和B均處于激活狀態(tài)。如果從A到B的鏈路失效，則節(jié)點B就檢測不到光信號，此時它就立即關(guān)閉本節(jié)點的發(fā)射激光器，進(jìn)入不連接狀態(tài)。隨后，A節(jié)點接收機也檢測不到光信號，它也關(guān)閉自己發(fā)射機的激光器，也進(jìn)入不連接狀態(tài)。與此類似，假如從節(jié)點B到節(jié)點A的鏈路也失效，或者兩條鏈路同時都失效，那么A和B就都進(jìn)入不連接狀態(tài)。在不連接狀態(tài)過程中，節(jié)點A每T秒鐘發(fā)射一個持續(xù)時間為

的脈沖，如果節(jié)點B接收機接收到A的光信號，B就直接從不連接狀態(tài)進(jìn)入激活狀態(tài)。與此類似，B也一樣?！豆饫w通信簡明教程》原榮8.3性能和故障管理性能管理的目標(biāo)是使服務(wù)提供者為他們網(wǎng)絡(luò)中的用戶提供服務(wù)質(zhì)量（QoS）的保證。故障管理是當(dāng)檢測出網(wǎng)絡(luò)某處發(fā)生故障時，向網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)發(fā)出告警。在光纖通信網(wǎng)絡(luò)中，通常能夠測量到的性能參數(shù)是光功率電平、光信噪比和誤碼率。但是測量到的這些參數(shù)是否滿足要求，要由信號類型決定。不同的信號速率，接收機要求的光功率電平不同，高比特率信號要求接收到的光功率要比低比特率信號的高，以保證每個比特接收到足夠多的光子。副載波模擬信號用載噪比（CNR）表示，數(shù)字信號用比特誤碼率表示。不同的調(diào)制方式，對載噪比的要求也不同，調(diào)幅副載波要求CNR=50dB，而調(diào)頻副載波則只要求16~17dB。在接收機中，是否使用超強前向糾錯（SFEC）和電子色散補償技術(shù)，對比特誤碼率的要求也不同。當(dāng)不使用這些技術(shù)時，要求比特誤碼率為109~1011；當(dāng)使用時則只要求102即可。如果網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)預(yù)先不知道網(wǎng)絡(luò)用戶的這些信息，那它就很難進(jìn)行性能和故障的管理?？紤]到光學(xué)物理層的復(fù)雜性，基于光功率電平和光信噪比參數(shù)的非直接測量方法，要想準(zhǔn)確計算誤碼率是困難的，它只能用于估計信號質(zhì)量的好壞，或者控制一個觸發(fā)器，啟動保護(hù)切換告警等?！豆饫w通信簡明教程》原榮8.3.1誤碼率測量誤碼率是數(shù)字信號光通道的關(guān)鍵性能參數(shù)，但它只能在電域測量，通常是在光中繼器或轉(zhuǎn)發(fā)器位置測量。SDH幀凈荷中的通道開銷字節(jié)用于性能檢測、控制、維護(hù)和管理，其中部分奇偶校驗字節(jié)用于計算誤碼率，進(jìn)行誤碼檢測。另外，利用光學(xué)層的數(shù)字包封程序字節(jié)也可以測量誤碼率。當(dāng)用戶層信號進(jìn)入光學(xué)層時，加入這些數(shù)字包封程序字節(jié)到光通道中；而當(dāng)光信號離開光學(xué)層要返回用戶層時，再把這些數(shù)字包封程序字節(jié)從光通道中去除，只留下用戶信息給用戶層（見ITU-TG.709）。采用數(shù)字包封程序字節(jié)不僅可以測量SDH信號的誤碼率，也可以測量光纖信道和千兆位以太網(wǎng)的誤碼率。這種測量誤碼率的技術(shù)已用于許多WDM產(chǎn)品中。數(shù)字包封程序字節(jié)也可用于路徑追蹤、故障指示、自動保護(hù)切換（APS）、前向糾錯（FEC）和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)（DCN）?！豆饫w通信簡明教程》原榮8.3.2報警管理在光通道中，某個網(wǎng)元（節(jié)點）和網(wǎng)元部件的故障可能引起其他網(wǎng)元進(jìn)行不正確的故障報警，此時要能確認(rèn)并報告故障的根源所在，并隔離它，同時也要抑制其余不正確的告警。《光纖通信簡明教程》原榮圖8.3.1告警管理警告抑制是通過使用一組前向故障指示（FDI）信號和后向故障指示（BDI）信號來完成的，如圖8.3.1所示。當(dāng)網(wǎng)元B和C間的一條鏈路發(fā)生故障時，失效鏈路下面的網(wǎng)元C檢測到送來的光功率電平突然變小，或者誤碼率突然增大。當(dāng)這種情況持續(xù)一定的時間（一般是幾秒鐘），網(wǎng)元C就發(fā)出告警信號。緊接著該網(wǎng)元將FDI信號插入到下傳的信息流中，當(dāng)網(wǎng)元D收到該信號后，知道是網(wǎng)元C發(fā)生了故障，它就不會再發(fā)出告警信號。同時，網(wǎng)元C也向其上游發(fā)送后向故障指示（BDI）信號，當(dāng)網(wǎng)元B收到該信號后，知道是網(wǎng)元C發(fā)生了故障，它也不會再發(fā)出告警信號。從而就不會發(fā)生連鎖告警的情況?！豆饫w通信簡明教程》原榮8.3.3控制管理系統(tǒng)的一個功能是監(jiān)控用戶信號波長和光功率電平，以便保證滿足網(wǎng)絡(luò)正常工作的需要。我們知道，光功率電平由信號類型和傳輸速率決定，并由用戶指定，網(wǎng)絡(luò)所能做的就是為每一種類型設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)閾值，并據(jù)此監(jiān)控它們。在設(shè)置閾值時也要考慮到激光器件因老化輸出光功率可能的下降。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的另一個重要功能是監(jiān)控用戶實際使用的服務(wù)，以便收費?！豆饫w通信簡明教程》原榮8.4配置管理8.4.1設(shè)備管理8.4.2波長管理8.4.3連接管理8.4.4帶寬和協(xié)議管理8.4.5適應(yīng)性管理《光纖通信簡明教程》原榮8.4.1設(shè)備管理一般來說，光傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備管理原則與其他高速網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備管理沒有什么區(qū)別。設(shè)備管理要能夠跟蹤網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，如光線路放大器（OLT）、光交叉連接器（OXC）和光放大器的位置、數(shù)量和性能狀態(tài)，性能包括最多可以使用的波長數(shù)，目前使用的波長數(shù)，光放大器是前置放大器還是功率放大器等。在使用激光器或接收機集成陣列器件時，當(dāng)其中的一個激光器或探測器失效時，就不得不更換整個器件。這樣就降低了系統(tǒng)的可用性，又增加了系統(tǒng)的成本。所以我們不得不權(quán)衡其利弊，作出選擇。在WDM系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的可靠性，需要為每一個波長作出備份，但這樣就增加了系統(tǒng)的成本。一種解決辦法是，在提供多個波長的插件卡上，只配置一個可調(diào)諧激光器，如果有一個波長發(fā)生失效，就把可調(diào)諧激光器調(diào)諧到這個失效激光器的波長上，替換這個失效的波長?！豆饫w通信簡明教程》原榮8.4.2波長管理在DWDM系統(tǒng)中，假如一個光學(xué)部件發(fā)生故障，它將影響一個或多個波長，所以應(yīng)指派保護(hù)波長取代故障波長。在任何速率下，當(dāng)信號質(zhì)量下降時，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能夠動態(tài)地切換到保護(hù)波長或備份波長，也可以切換到另外的波長。假如在一個段內(nèi)波長進(jìn)行了切換，那么通道上的其他段必須能夠知道這種改變，假如波長已進(jìn)行了轉(zhuǎn)換或再生中繼，通道上的其他段也必須轉(zhuǎn)換到新的波長上。在一定的情況下，由于缺乏可用的波長，必須尋找另外的路由以便建立端對端的連接。這就要求新的路由不能影響通道上的功率預(yù)算。目前波長管理剛剛開始研究，處于方案階段，網(wǎng)絡(luò)管理和保護(hù)也僅停留在簡單的1:N，1:1，1+1等模式?！豆饫w通信簡明教程》原榮8.4.3連接管理光傳輸網(wǎng)為它的用戶提供一條到達(dá)目的地的光通道，該通道中可能有光中繼、光放大、光交叉連接、甚至還有波長轉(zhuǎn)換。連接管理就是處理連接的建立、跟蹤和取消。用戶將根據(jù)需要，像撥號聯(lián)網(wǎng)一樣提出帶寬需求。為此，服務(wù)提供者采用了一種分布式連接管理控制協(xié)議，包括拓?fù)涔芾?、路由計算、信令發(fā)送協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)（DCN）。

《光纖通信簡明教程》原榮8.4.4帶寬和協(xié)議管理在DWDM網(wǎng)絡(luò)中，典型的節(jié)點具有許多輸入口，能夠以不同的比特速率，支持不同種類或質(zhì)量水平的業(yè)務(wù)，匯集從所有其他節(jié)點來的帶寬。所以，節(jié)點相當(dāng)于一個集線器，它要識別與它相連的其他節(jié)點支持的所有類型的業(yè)務(wù)，提供帶寬管理和網(wǎng)絡(luò)管理功能。在DWDM網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點的總匯集帶寬可能超過Tb/s。節(jié)點或集線器必須能夠處理每種業(yè)務(wù)要求的所有協(xié)議。光層還要支持和完成故障管理、故障恢復(fù)和網(wǎng)絡(luò)生存功能。它也要接受遠(yuǎn)端工作站的管理。

《光纖通信簡明教程》原榮8.4.5適應(yīng)性管理適應(yīng)性管理是將那些輸入與光層要求不一致的用戶光信號轉(zhuǎn)換成與光層要求一致的光信號。適應(yīng)性管理包括：把那些與ITU-TWDM波長標(biāo)準(zhǔn)不一致的用戶波長轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)波長，如圖8.4.1所示。這里，波長轉(zhuǎn)換使用光/電/光轉(zhuǎn)發(fā)器，因為它成熟，盡管比較費力。另外也可以使用全光轉(zhuǎn)換器（見4.6節(jié)），不過現(xiàn)在還不太成熟。把輸入信號的光功率電平等參數(shù)轉(zhuǎn)換成滿足WDM系統(tǒng)要求的參數(shù)?！豆饫w通信簡明教程》原榮8.5自動交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）8.5.1ASON概述8.5.2ASON的體系結(jié)構(gòu)8.5.3ASON提供的3種連接8.5.4ASON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型8.5.5ASON請求建立過程8.5.6ASON網(wǎng)絡(luò)管理《光纖通信簡明教程》原榮圖8.4.1用戶使用波長不符號ITU-TWDM波長標(biāo)準(zhǔn),需要進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換《光纖通信簡明教程》原榮8.5.1ASON概述ITU-T2003年3月傾向于暫時放棄或擱置全光網(wǎng)絡(luò)的概念，轉(zhuǎn)向更為現(xiàn)實的光傳輸網(wǎng)（OTN）的概念。在現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)只有管理平面和傳輸平面的基礎(chǔ)上，引入控制平面，從而構(gòu)成自動交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON），實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源按需分配的智能化，以便提高網(wǎng)絡(luò)的生存性、安全性和網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。目前所說的光傳輸網(wǎng)（OTN）是由高性能的光/電轉(zhuǎn)換模塊連接眾多透明的全光子網(wǎng)的集合。ASON不限定網(wǎng)絡(luò)的透明性，也不排除光/電轉(zhuǎn)換。ASON中的“自動”主要指在ASON網(wǎng)絡(luò)中，引入高度智能化的控制平面，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運行的種種需要，遵循標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議所引起的交叉或交換?！豆饫w通信簡明教程》原榮ASON與GMPLS的關(guān)系在5.4.5節(jié)已介紹了通用多協(xié)議標(biāo)記交換（GMPLS），在該建議提出之后，又出現(xiàn)了ASON，因此ASON大量采用了GMPLS許多行之有效的成果，特別是信令、路由、鏈路管理協(xié)議。不過也有不同，例如GMPLS沒有呼叫的概念，而ASON卻有。由于GMPLS支持多種交換類型，包括分組交換、TDM交換、波長交換和光纖交換，所以基于GMPLS的ASON控制平面可以實現(xiàn)多粒度的調(diào)度?！豆饫w通信簡明教程》原榮ASON是新一代光傳輸網(wǎng)ASON是對傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)的重大突破，它是從IP、SDH、WDM環(huán)境中升華而來的，它將IP的高效靈活、SDH的超強生存和WDM的超大容量，通過分布式控制系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起，形成以軟件為核心，能感知用戶對網(wǎng)絡(luò)的需求，能按需直接從光層提供服務(wù)的新一代光傳輸網(wǎng)。《光纖通信簡明教程》原榮圖8.5.1光傳輸網(wǎng)絡(luò)的3種節(jié)點結(jié)構(gòu)（a）IP/WDM（b）IP/SDH/WDM（c）用GMPLS/ASON控制和管理IP/SDH/WDAM網(wǎng)絡(luò)《光纖通信簡明教程》原榮8.5.2ASON的體系結(jié)構(gòu)ASON引入了分布式智能化的控制平面和信令數(shù)據(jù)通信網(wǎng)(DCN)