光纖傳輸網結構分析及優化方案

原恩育，李林燕

（63887部隊，河南 洛陽 471000）

光纖傳輸網是通信網的基礎設施，建設合理可靠的光纖傳輸網，充分發揮光纖傳輸網在資源優化配置、通信業務傳輸中的作用，對各項工作的有序開展具有十分重要的現實意義。目前，光纖傳輸網主要以WDM（Wavelength Division Multiplexing）和 SDH（Synchronous Digital Hierarchy）光傳輸網作為構成通信傳輸的基礎支撐平臺，在保障通信不間斷以及其他網絡應用等方面發揮著重要的作用。

為滿足通信業務發展需求，對光纖通信傳輸網建設發展中出現的路由重合、鏈形網絡故障、資源緊張、線路損耗過大等問題進行針對性的分析，并提出了網絡優化方案，使光纖通信傳輸網在系統容量、可靠性、傳輸時延、資源合理利用等方面得到很大改善。

1 光纖通信傳輸網現狀

1.1 光纖通信傳輸網面臨的安全隱患

以目前最為常用的環形光纖通信傳輸網為例，網絡面臨的安全隱患主要有以下3個方面，即光纜網兩線故障導致全網阻斷、線路損耗過大導致業務阻斷、光纜路由復雜導致光纜線路阻斷。

光纜網兩線故障導致全網阻斷是指當光纖通信傳輸網光纜網采用環形組網時網絡保護多采用二纖雙向復用段保護環。此時從邏輯上可將光纜線路分為東線和西線，一般情況下，當西線或東線單邊發生線路阻斷時，業務發生保護倒換，能夠保證通信業務不中斷正常運行；但當東西兩線同時發生光纜線路阻斷時，就會導致相鄰機房之間的業務全部阻斷。

線路損耗過大導致業務阻斷是由于光纜線路相鄰機房之間距離過長導致線路全程損耗過大造成的業務中斷。一般光纖傳輸網兩機房之間距離都相對較遠，光纜線路過長導致線路因自然災害、人為破壞、傳輸質量劣化等造成的傳輸損耗增加，當線路全程損耗達到光端機接收光信號的下門限時，將觸發告警，業務發生倒換。在實際過程中，部分業務會因設備保護倒換瞬斷，而有些設備則會因業務路由倒換而無法正常運行。

光纜路由復雜導致光纜線路阻斷是指在光纜線路建設中由于城市建設、公路擴建、農村改造等原因造成光纜線路路由附近不安全因素增加，對光纜線路安全帶來的隱患。據統計，2015年以來，因施工直接或間接導致的阻斷搶修和改造割接共197次，占總阻斷數量的49.6%。光纜網阻斷原因統計如圖1所示。

圖1 光纜網阻斷原因統計圖

1.2 光纖通信傳輸網光纜網結構問題分析

從常見的光纜網結構來看，光纜網的結構矛盾主要為以下3個方面：①光纜網進出局業務路由重合的問題。光纜網進出局光纜在同一路由上，加大了業務全阻的風險，使網絡保護失去了實際意義。如將光纜網資源進行重新規劃，將進出局同一路由改為不同路由可大大降低光纜進出局相同路由造成的業務全阻風險。②光纖資源利用不合理的問題。可根據業務配置情況將部分占用光纖資源的離散業務納入傳輸網絡中，釋放光纖資源。結合光纖傳輸網業務配置實際情況，將部分需要經過機房跳轉的業務改為光纖直達，可有效減少跳纖帶來的線路傳輸損耗，縮短傳輸距離，降低故障發生的風險。③增加光纖接入資源過少的問題。針對部分機房的光纜纖芯資源緊缺的實際情況，擴容光纜網中瓶頸地段的纖芯容量是非常有必要的。特別是當中心網管機房作為各業務及核心設備的所在地，如通達其他站點的纖芯資源過少時，必然導致所有業務全部集中在單條光纜中傳輸，增加了通信業務的安全隱患。當單條光纜線路上纖芯占用率過高，附加業務越多時，光纜阻斷后造成的業務影響面就越大。

對于上述3個問題，提出了針對解決方案。在對網絡進行規劃時，將進出局為同一物理路由的光纜調整至不同的物理路由上；擴容瓶頸段光纜資源，增加中心網管機房的光纖容量；整合業務資源，減少光纜線路中光纖資源利用率，提高光纜網的可靠性，降低光纜阻斷后帶來的業務大面積阻斷的風險。

1.3 光纖通信傳輸網網絡結構分析

目前光纖傳輸網主要根據傳輸設備及傳輸容量進行組網，常見的光纖通信傳輸網一般包括核心骨干層、匯聚層和接入層。核心骨干層通常以擁有較大業務交叉處理能力的WDM或SDH組成，匯聚層以擁有較大交叉處理能力的SDH設備組網，接入層多采取較小交叉能力設備進行組網。以文獻中介紹的光纖傳輸網絡為例進行分析，目前常用的光纖傳輸網絡結構主要以WDM或SDH環作為骨干網，以SDH設備組建匯聚層網絡和接入層網絡。組網形式總體采用環帶鏈狀網絡結構。但在實際光纜路由中的業務配置上卻并非如此，某公司的骨干層WDM業務與匯聚層SDH業務均在同一光纜中的不同纖芯上，并未在物理上完全分離。這就導致了一旦光纜阻斷，單條光纜上承載的所有業務都將全部阻斷[1]。不僅如此，在實際的光纜網中如果阻斷點位于進出局光纜為同纜同路由地段的光纜處時，更會導致單站業務全部阻斷。對光纜線路阻斷的故障原因進行分析，一般情況下當發生機械損傷造成的光纜線路阻斷時，同一路由上的光纜都很難幸免。所以進出局同一光纜同一物理路由很大程度上增加了業務全部阻斷的風險，使網絡層面的保護失去了意義。

1.4 光纖通信傳輸網光纖資源利用問題分析

從目前市場通信應用場景來看，光纖傳輸網除用于WDM、SDH等骨干通信傳輸業務以外，還承載著其他零散通信業務，光纜網作為有線通信業務主要傳輸通道，其光纖資源利用效率顯得尤為重要。

圖2為一個典型的城域光纜網結構圖。因分布建設，現普遍存在網絡普遍存在分層建設不清晰，匯聚層光纜與主干層光纜混用現象，更有匯聚層與末端接入層混用光纜的現象存在。除此之外，網絡中無源光網絡接入點較多，這些接入點的通信業務接入主要是通過光纜線路上的備用空余纖芯，將業務調至節點機房，通過機房分發業務從而完成通信業務。但在實際應用中，容易造成光纜線路上纖芯資源利用不合理，通信業務阻斷風險加大的情況。各地光纖接入點采用鏈狀網絡組網，業務從匯聚點逐級分發，致使匯聚點一旦出現故障，其他下掛點的業務也全部阻斷。而有些村鎮片區則因業務保障過于密集，容易造成網絡擁塞。光纖通信傳輸光纜網在業務保障方面缺乏合理分配，光纖接入資源以及節點過少導致通信保障難度增加，依靠核心節點下放業務的方式保障又加大了業務阻斷的風險。

圖2 典型城域網光纜結構示意圖

2 網絡結構優化方案

根據上述分析，光纖通信傳輸網網絡結構優化方案主要從以下3個方面入手，即光纜網結構優化、傳輸網絡結構優化和光纖接入網絡結構優化。

2.1 光纜網結構優化方案

光纜網結構優化的重點是解決光纜線路的安全問題，重點考慮從物理上將WDM業務和SDH業務完全分離，相互獨立組網。將原有同路由光纜線路進行重新規劃，解決同纜同路由或不同纜同路由帶來的全阻風險問題。規劃光纖資源，可將光纜中同方向的離散業務納入SDH傳輸系統中進行統一管理，釋放光纖資源的同時提升離散業務運行的可靠性。

2.2 傳輸網絡結構優化方案

在網絡結構優化中，加強核心骨干層的建設也是非常必要的，根據核心骨干網承載較大顆粒業務的特點，應當重點解決網絡可靠性的問題。考慮光纜線路的實際情況，首先應解決因光纜線路過長，累計損耗過大導致的網絡運行不穩定問題，可通過在合適位置增加波分設備，將WDM網絡中各設備站點之間的距離調整至合理距離，可避免很多業務告警，使網絡更為可靠。考慮WDM網的業務主要是以網絡數據為主，業務顆粒較大，組網可以參考業務的具體資源分配進行業務調整[2]，如將相同站點的SDH業務納入WDM網中作為獨立業務進行傳輸也是可以參考的方案之一。

從網絡安全考慮，將WDM和SDH分別以不同路由、不同光纜進行組網，可從物理層面全面提升網絡的安全可靠性能，結構上也更為合理。此組網方式的優點是網絡更加安全，不會發生一個方向光纜阻斷后直接影響業務的情況，但缺點是前期建設成本較高，投資較大。

考慮SDH網中的業務主要是以地方政府、黨政機關、公司企業等單位的程控電話和2M業務等小顆粒業務為主，配置上業務量較小，但接入點較多，重要程度相對較高。基于此應當整合調配SDH業務資源，根據光纜路由及纖芯資源分布情況對SDH傳輸網進行重新調配，著重提升網絡的安全可靠性[3]。可以采用區域相切環組網的方式，將重要節點納入到網絡中較為合理。

基于以上情況，結合光纜線路實際路由走向及重要業務進行調整規劃SDH傳輸網，將現有的環帶鏈的組網方式調整為相切環的組網方式較為可行。可有效提升各網元之間通信業務的可靠性，增強通信傳輸網絡配置的合理性[4]。

2.3 接入網絡結構優化方案

2．3．1 優化光纜線路資源

整合利用光纜線路資源，增加光纖接入單元建設，通過光纜線路就近接入加新建光纜的方式，將光纜網延伸至每個無源光接入點。光纜纖芯可通達光纜路由上相鄰2個站點，當通信光纜阻斷時，通過倒換纖芯，可以將業務快速從備用站點上下放，大大縮短光纜阻斷時通信業務的阻斷時間，快速恢復通信。

2．3．2 優化光纖接入網資源配置結構

光纖接入網是立足于節點分散的特點建立的，優化光纖接入網光纜線路資源，可以更大限度地分配光纖接入網的網絡資源。一般情況下，接入業務主要采取區域接入的方式，而非采取分散接入方式，導致部分機房網絡資源利用率過高，業務承載壓力過大，網絡經常出現飽和擁塞狀態，而有些機房則有較大空閑網絡資源，帶寬利用率較低，網絡資源分配并不合理。可以通過優化光纖接入網網資源結構，建立光纜網就近光纖接入單元，最大限度地整合調配資源，做到均勻合理分配，使網絡運行更安全順暢。

2．3．3 優化光纖接入網纖芯資源利用率

光纜纖芯資源利用率FE的計算公式為：

式（1）中：n為光纜段數[5]；UF為各段光纜中使用的纖芯數；L為各段光纜的距離；AF為各段光纜的總芯數。

優化光纖接入網結構應當重點從纖芯資源利用率入手，通過合理規劃光纜纖芯的占用比例，考察光纜纖芯的使用情況和冗余程度。同時光纜纖芯使用率還應充分考慮各段光纜的長度，不同長度光纜的光纖芯數的剩余量對網絡而言是有不同意義的，因此該指標應該與光纜的距離相關聯。

從光纖接入網纖芯資源利用情況來看，一般組網中核心匯聚層光纜平均纖芯利用率為20%左右，接入層光纜平均纖芯利用率為25%左右。其中60%以上的接入層光纜段落纖芯利用率小于30%，有將近5%的接入層光纜段落的纖芯利用率大于70%，且有11個光纜段落纖芯已經全部用完，17個段落的纖芯利用率超過50%，部分段落纖芯利用率偏高，缺乏有效的管理。

由此可見，優化光纖接入網纖芯資源利用率，是統籌纖芯資源、節省建設成本、提升通信業務保障能力的重要手段，對業務開通、及時通信提供了強有力的支撐，同時也可有效解決網絡資源擁塞等問題，對緩解網絡壓力、提升通信能力起到了重要的作用。

3 結束語

光纖傳輸網結構分析及優化方案是立足目前常見的光纖通信傳輸網現狀，結合光纜網、傳輸網及光纖接入網在實際運行中存在的問題進行的思考研究，是有效解決當前光纖通信傳輸網現存問題的主要手段。該方案不僅可以解決光纖通信傳輸網光纜網路由重合以及線路全程損耗過大等問題，也對現有網絡進行了分析規劃，提出了更加安全合理的組網方案。還結合當前通信網絡遇到的問題，對光纖接入組網進行了分析，提出了有效解決網絡擁塞、業務阻斷、接入復雜等重要問題的解決方案，使光纜網資源利用更加合理，有效提升了光纖通信傳輸網絡的安全性能。