基于光纜網的通信安全網絡構建

摘要：文章從光纜網的網絡結構出發，結合通信接入網實際情況，重點分析資源整合、網絡安全、成本節約、網絡構建和結構優化等方面的問題。通過深入分析，提升了通信接入網的安全性能，優化了光纜網絡結構，提高了光纜線路的資源利用率，為全面提升通信業務網的安全性能提供了參考。

關鍵詞：接入網；網絡構建；安全組網；結構優化

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）07-0095-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

0 引言

隨著光纖通信技術的飛速發展，以光纜網、光傳輸設備和網絡管理系統構成的光纖通信網絡，已成為信息社會的主要信息高速傳輸通道。但在光纖通信飛速發展的過程中，除用于傳輸大顆粒業務的OTN、DWDM、ASON等骨干傳輸網絡以外，用于傳輸WLAN、GPON、EPON等業務的設備也在不斷增加，為大型骨干網中的小顆粒業務在網絡中的上下行提供了更多選擇，使用戶更加方便。但現有的通信接入網無論是網絡安全，還是光纖資源利用，以及網絡結構都存在一些問題。因此，如何結合現有光纜網資源，通過整合光纜網纖芯資源，優化光纜網絡結構，構建更加安全可靠的通信網絡，就變得尤為重要。

1 光傳輸網絡現狀分析

1.1 光纜網的網絡現狀分析

在當前的光纜網中，光纜網的建設采用環加鏈狀網，或環加星型網結構。從現有光纜網的資源分布、路由走向、業務承載等多方面情況來看，制約網絡安全發展的因素主要有以下四個方面，一是光纜纖芯資源利用率較低；二是部分光纜段無法監控；三是現有網絡結構安全性較低；四是網絡缺乏長遠的建設規劃[1]。

光纜網作為光纖通信傳輸網的重要組成部分，其分布情況、纖芯資源、傳輸質量等都對光傳輸網絡產生直接影響。然而，在現有的光纖通信傳輸網中，光纜網涉及27個傳輸節點，光纜總里程640余千米，覆蓋區域近5000平方千米。但主用的骨干網傳輸節點僅有4個，采取環狀網絡結構組網，每個節點配置2.5G/SDH及40波DWDM傳輸設備各一套，每兩兩節點臺站之間共占用4芯光纖，而骨干網的主干光纜大多采用48芯或24芯配置，骨干光纜中的纖芯資源利用率較低，僅為8％～16％。

現有光纜網骨干網占用230余千米光纜，接入網涉及光纜線路410余千米，約占光纜總里程的64％。接入網多采用鏈狀或星狀組網，導致部分光纜段光纜無法實時監控。

由于接入網采用的鏈型及星型組網，業務保護無論采用二纖雙向復用段保護，還是采用二纖單向通道保護，其保護方式均為業務層面的保護，業務纖芯與保護纖芯均在同一條光纜中，一旦光纜線路阻斷，所有業務層面的保護均失去作用[2]。特別是對于鏈帶星的網絡結構來說，一旦鏈狀網的節點臺站與骨干臺站之間的光纜阻斷，會直接導致鏈狀網及其下掛的其余臺站業務全部中斷。

當前光纜網的另一弊端是在光纜網的網絡結構上，現有網絡從第一代PDH光傳輸網至今。部分骨干節點之間仍采用第一代光纜網建設時期的光纜，光纜纖芯資源過少，線路傳輸質量下降。而新建的接入臺站多采用大芯數光纜，纖芯資源利用率過低。各接入站點一般采用星狀組網，隨著接入站點的不斷增加，矛盾逐漸凸顯，如果不進行全網的統一管理與規劃設計，網絡安全將會處于失控的狀態，最終將導致全網故障頻發[3]。

1.2 傳輸骨干網現狀分析

骨干傳輸網的問題主要集中在網絡的運行及傳輸能力上。一是因傳輸設備老化運行能力下降；二是由于接入站點業務量的增加傳輸能力不足；三是光纜網的骨干臺站建設不合理線路阻斷風險加大。

通信設備的迭代周期隨著業務量的變化而改變，當前光纖通信傳輸網中的主用傳輸設備已在網運行了21年，所有設備的運營廠商已全部停產，在網設備元件一旦損壞無法替換，且設備的老化也造成全網的斷網風險加大，網絡的傳輸質量下降，可靠性降低。

隨著光纖為傳輸載體的通信設備大量應用，光接入交換機、光接入語音設備、光接入圖像通信系統等都需要通過光傳輸設備通信，為光纖通信傳輸網的傳輸能力帶來了極大的挑戰。以現有的骨干節點的SDH傳輸網為例，目前主用設備仍為華為metro3000設備，交叉容量為2.5G，下掛接入臺站多達9個，骨干傳輸網絡的傳輸能力已接近飽和，需要犧牲網絡的保護功能，將保護通道的帶寬釋放來解決傳輸容量的問題，導致網絡的安全風險進一步增大[4]。

在光纖骨干傳輸網改造升級的建設初期，每相鄰臺站之間距離約為60千米左右，但在實際運行中，設計規劃的5個骨干傳輸臺站最終只建成4個，致使其中兩站之間的無中繼光纜傳輸距離達到近110千米。在線路質量劣化等諸多因素下，兩站間光纜線路總衰耗達到46dB左右，通過在設備側加裝放大設備才勉強達到設備傳輸的要求。但無論是線路的傳輸質量還是設備的噪聲，都對全網的運行造成了較大的影響。

1.3 光纖接入網現狀分析

全網的接入網部分占據了整個光纖傳輸網業務的三分之二以上，是整個光通信傳輸網的重要組成部分。在接入網的發展過程中，問題逐漸凸顯。例如，骨干傳輸站點分布不合理，且接入點過少，導致網絡傳輸能力差。接入網的網絡安全性不高。全網的接入站點資源分配不均，且業務體量過大，這些問題都是影響接入網安全可靠運行的重要因素，所以必須進行網絡規劃和結構重建[5]。

現有光纖通信傳輸網在建設初期，是根據SDH體制的業務量來分布建設的。骨干網核心節點主要的參考依據是電話用戶的數量，但隨著MSTP多業務傳送平臺的廣泛應用，大量的語音業務向數據業務遷移。波分復用DWDM等也都是基于大顆粒的業務設計的。原有的語音業務逐步縮小，網絡數據業務成為主流。然而，現有的骨干節點只有4個，導致網絡承載能力無法滿足現有需求，因此，調整和擴容骨干網的傳輸節點就成為網絡重構的重要一環。

從接入網的網絡組織結構來看，現有的光纖通信傳輸網中，4個骨干傳輸節點下面分別以星狀或鏈狀網絡結構完成12個接入臺站的組網，具體網絡結構，如圖1所示。圖中接入設備為華為metro1000設備，最大交叉容量為622M，部分站點配置為155M，傳輸能力遠遠無法滿足通信業務的發展需求。而鏈狀網骨干鏈路上的光纜一旦阻斷，所有涉及站點都會受到影響。在網絡層面進行的復用段保護，還要在本就緊張的資源中分出一半的通道用于保護倒換。因此，接入網需要解決的不僅是傳輸設備擴容的問題，還有網絡結構重建的問題。

在通信傳輸網的建設中，應該充分考慮到全網的業務承載能力，一般要確保最大傳輸需求不大于配置的傳輸設備傳輸能力的50％。而現有接入網缺乏統一的規劃與網絡資源的計算，建設并未充分考慮骨干接入點的設備傳輸能力，導致后期逐步建設的接入網末端業務容量不斷增加，而骨干節點的傳輸設備傳輸能力受限，所以在業務流量較大時，經常導致網絡擁塞。

正是基于上述問題，對現有光纖通信傳輸網進行網絡重建，合理增加骨干網中核心傳輸站點的數量，實現業務的擴容升級和傳輸能力的整體提升。對現有的接入網站點進行業務統籌計算，通過合理規劃將現有接入網的鏈型網和星型網絡結構調整重建為相切環或相交環結構，擴容末端接入設備的傳輸能力，在物理及網絡層面進行保護規劃，以實現網絡安全保護。

2 光纜網的通信安全網絡構建方案

根據上述分析，通信安全網絡構建方案應立足于現有光纜網進行，通過對光纜網的資源分配調整，完成骨干網及接入網的結構重建，具體從以下三個方面入手[6]。

2.1 優化光纖通信傳輸網光纜網結構

從光纜纖芯的利用率方面入手，將光纜網中的業務進行整合，提升光纖資源的利用率。解決光纜網中瓶頸段光纜路由，對老化及纖芯資源不足的光纜段進行擴容改造，提升全網的光纖資源合理性。骨干傳輸站依托現有的光纜路由，均勻分布骨干傳輸站點，降低損耗故障及誤碼影響，提升光纜網的安全性及合理性[7]。

2.2 骨干網設備升級及資源調整

骨干網的設備升級是整個網絡重構的重要部分，在SDH骨干傳輸網層面，現有的華為metro3000系列2.5G設備考慮其使用年限及傳輸能力，可以全面退網，選擇華為OSN3500系列10G設備進行SDH骨干鏈路組網，增強骨干節點站的傳輸能力，實現與現有的NCE網管兼容。

在接入網的建設中，將華為metro1000系列155/622M設備整體退網，解決接入網傳輸能力差、設備老化、維修成本高、安全風險大等問題，采用華為OSN1800系列設備，進一步提升網絡的整體性能。

波分復用DWDM采用華為6800系列波分設備組網，對光纜網結構調整優化，將WDM網絡中各設備站點之間的距離進行調整，降低網絡噪聲與誤碼，提升傳輸性能[8]。對現有波道進行擴容，加強核心骨干網承載較大顆粒業務的能力。

資源調整主要從通信業務使用情況進行計算，設計和規劃現有網絡傳輸能力，確保每個站點用戶資源接入的均衡性，避免網絡擁塞問題的發生。

2.3 光纖接入網結構安全性重建

接入網的結構重建從光纜網的網絡結構重建入手，通過結合現有的接入網的節點情況進行整體規劃。網絡建設采用接入網與骨干網相交環組網設計，接入網與接入網采用相切環的組網設計。另一方面從接入網的接入設備上進行重建重構，通過計算接入網傳輸容量，合理配置傳輸設備，特別是相交環與相切環節點站的設備，要充分考慮業務保護帶寬所占全網資源的問題。此外，還要充分考慮業務保護，利用新建網絡結構，實現物理上分離傳輸，采用二纖雙向復用段保護的方式進行全網業務保護，替換現有的接入網線性1+1的二纖單向通道保護方式，從而有效解決接入網業務層面的安全保護問題，如圖2所示。

3 結束語

基于光纜網的通信安全網絡構建，是立足現有光纖通信傳輸網現狀，對光纜網、傳輸設備、網絡安全保護、接入網的組網等問題進行的思考，同時也是對現有光纜網的網絡資源利用率低、網絡組網簡單、接入節點傳輸能力弱、骨干傳輸節點少等問題進行的深入分析與研究。提出了解決光纖通信網網絡擁塞、業務保護倒換、網絡安全等重要問題的安全重構方案，使光纜網資源利用更加合理，傳輸網絡的安全性能進一步提升。

參考文獻：

[1] 張略，范煒琳，陳功伯，等.基于智慧能源的光纖通信網過載檢測與升級優化[J].電力信息與通信技術，2021，19（10）：93-99.

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[3] 王池.光纖通信技術在電力通信網建設中的應用[J].網信軍民融合，2021（04）.

[4] 梁哲毅.淺論現階段我國光纖通信技術存在的問題及發展趨勢[J].數字通信世界，2020（11）：133-134，205.

[5] 朱永杰.淺談光纖通信技術的特點和發展趨勢[J].數碼世界，2020（9）：28-29.

[6] 白宇.光纖通信技術在電力通信中的應用分析[J].通訊世界，2018（2）：288.

[7] 李葉.探討光纖通信技術在電力通信網建設中的應用[J].通訊世界，2016（20）：83-83，84.

[8] 甄創和.電力通信網數據安全防護方案分析研究[J].通信電源技術，2020，37（9）：203-205.

【通聯編輯：聞翔軍】