基于FTTH的光网络保护系统的研究

昭圆臼

之骸心１≯

基于ＦＴＴＨ的光网络保护系统的研究

冯先成１，韵湘ｚ，何岩：

（１．武汉工程大学，武汉４３００７３；２．烽火通信科技股份有限公司，武汉４３００７４）

摘要：针对ＦＴＴＨ光纤线路的保护问题，提出了一种无源光网络光纤线路切换保护系统。光纤线路切换设备通过不同的光纤链路连接远端设备的两个光通信端口，当某一个与远端设备连接的分支光纤链路出现故障时，光纤线路切换设备通过连接备用的分支光纤链路，保障通信的及时恢复。实验结果表明，ＯＮＵ能够在５０ｍｓ内自动完成在光口１和光口２间的识别与光路保护切换，极大地提高了ＰＯＮ光纤线路保护

的可靠性和生存性，有利于ＦＴＴＨ／Ｂ的应用。

关键词：无源光网络；光纤到户；光纤线路切换；光检测单元

中图分类号：ＴＮ９１３．７

文献标识码：Ａ

文章编号：１００２—５５６１（２０１３）０３—００２７—０４

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｏｐｔｉｃａｌｎｅｔｗｏｒｋｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＦＴＴＨ

ＦＥＮＧＸｉａｎ—ｃｈｅｎ９１，ＹＵＮ

Ｘｉａｎ矿，ＨＥ‰２

Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）

ｏｎ

（１．ＷｕｈａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７３，Ｃｈｉｎａ；

２．ＦｉｂｅｒｈｏｍｅＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＦｏｒＦＴＴＨｏｐｔｉｃａｌｌｉｎｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓ．ａｋｉｎｄｏｆｏｐｔｉｃａｌｌｉｎｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｗｉｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

ＰＯＮｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．ＯｐｔｉｃａｌｃｉｒｃｕｉｔｓｗｉｔｃｈｉｎｇｄｅｖｉｃｅｔｈｒｏｕｇｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｌｉｎｋｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｔｈｅｔｗｏｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｐｏｒｔｏｆＯＮＵ，ｗｈｅｎ

ａ

ｂｒａｎｃｈｏｐｔｉｃａｌｌｉｎｋ

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ｑｕｉｐｍｅｎｔｂｙｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｔｈｅａｌｔｅｒｎａｔｅｂｒａｎｃｈｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｌｉｎｋ，ｗｉｌｌｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｔｉｍｅｌｙｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｏｆｃｏｒｎ?

ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＯＮＵＣａｎａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｎｄｒｅａｌｉｚｅｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈ

ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ

ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｉｎｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐｏｒｔ１

ａｎｄｏｐｔｉｃａｌｐｏｒｔ

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５０ｍｓ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｇｒｅａｔｌｙ

ｉｍｐｒｏｖｅｓｏｐｔｉｃａｌｌｉｎｅ

ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｕｒｖｉｖａｂｉｌｉｔｙｏｆＰＯＮ．ｉｓｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｔｏｐｒｏｍｏｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦＴＨ４ＪＢ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｓｓｉｖｅｏｐｔｉｃａｌ

Ｎｅｔｗｏｒｋ；ＦｒＴＨ：ｏｐｔｉｃａｌｃｉｒｃｕｉｔｓｗｉｔｃｈｉｎｇ；ｏｐｔｉｃａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎｕｎｉｔ

０引言

随着电信网接人技术的发展．网络综合接入能力

接（或直接进行熔接），而对于光纤线路的保护问题。

一般是由不同的光缆线路最终到达通信机房后再进

行线路的切换．光缆交接箱作为一个无源系统存在于光网络中旧。对于主干线路的保护，因为线路数量少、构造简单．一般在通信设备所在的机房选择光纤路由来保护线路。主干光纤线路保护主要由光缆终端设备

（ＯｐｔｉｃａｌＬｉｎｅＴｅｒｍｉｎａｌ，ＯＬＴ）独立完成，如图１（ａ）所

得到很大提高。三网融合（话音、数据、图象）逐步实

（ＯｐｔｉｅＭ

现。由于ｎ’Ｉ＇Ｂ删建设的逐步扩大。光分配网络

Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ

Ｎｅｔｗｏｒｋ．ＯＤＮ）的网络构造已经

超出了原有光通信网的复杂程度．兀ＴＨ光纤线路的保护问题越来越引起重视．本文就此提出了一种无源

光网络光纤线路切换保护系统。

示。主干光纤线路和分支光纤线路保护．能够对主干光纤线路和分支光纤线路进行保护．但不管出现什么

１光纤线路切换保护系统

在光网络线路建设中．一般在户外光缆交接箱处．仅仅是对不同路由光缆中的光纤通过光纤跳线连

收稿日期：２０１２—１１－２７。

线路故障．主要由ＯＬＴ设备独立完成全线路倒换．如图１（ｂ）所示。分支光纤线路保护能够对主干光纤线路和分路端光纤线路进行保护．主要由ＯＬＴ设备和ＯＮＵ设备完成。如图１（ｃ）。

基金项目：国家科技支撑项目（２０１２ＢＡＨ０６８０３）资助。

作者简介：冯先成（１９６８一），男。副教授，研究方向为综合宽带光纤接入技术。

目前．Ｆ１’ｒＨ／Ｂ方案中１３］普遍采用通过二级分光方式进行用户端接人的方案．在该方案中。ＯＤＮ网络仅仅依靠原有的方案对数量众多的一级分光器到二级

万方数据

鼯圃络

冯先成，韵湘，何岩：基于ｎＴｒＨ的光网络保护系统的研究

ＯＬＴＰＯＮ．１

ＰＯＮ．２

≯璐瑚分：

（副主干光纤线路保护

０ＬＴ

ＩＰＯＮ一１

ＩＰＯＮ一２

丫。堪

（ｂ）丰干光纤线路和分支光纤线路保护

图２无源光网络的保护系统结构

ＯＬＴ

Ｉ

ＰＯＮ．‘１

坝／１以／／

、ＪＡ

、４

闽、Ｊ洲Ｐ

／Ｉ∑７

工作光纤链路连接．对来自该远端通信设备的光信号进行监测，并向切换控制单元反馈所述监测的结果。

②信息接收单元：用于接收光通信系统的相关切

到

换请求。

Ｉ

ＰＯＮ．２

杪／＼＼。．。

、｛一～～～～｝、ｏＮｕ‘ｌｑ

（ｃ）分支光纤线路保护

③切换控制单元：根据所述监测结果判断分支工

作光纤链路是否发生故障，若发生故障．则接通备用分支光纤链路，并通知ＯＬＴ设备光纤链路连通．恢复与原有ＯＮＴ／ＯＮＵ设备的通信。

④切换单元：由一个Ｉ：Ｎ或２：Ⅳ的分光设备和Ⅳ

图１光纤线路切换保护

个ｌｘ２的开关构成；输入端连接ＯＬＴ设备，输出端与Ⅳ个具备双端口的远端通信设备对应连接。

将光纤线路切换设备通过不同的光纤链路连接远端通信设备的两个光通信端口．当某一个与远端通

分光器的接入光纤线路进行保护．存在网络构造复杂、系统设计复杂和施工困难等问题Ｆ３］。因此。采用在近端分光设备输出端增加光纤线路切换设备的方式

来选择不同路由的接入光纤线路．连接远端通信设备的两个光通信端口。提供光网络线路的保护功能ｆ４】。

１．１无源光网络的保护方法

信设备连接的分支工作光纤链路出现故障时．由光纤

线路切换设备通过连接备用的分支光纤链路．保障通信的及时恢复。相对于现有技术，采用与远端通信设备的两个光通信端口之间通过不同路由的光纤链路连接．并根据需求选择其中之一进行通信．提高了ＯＤＮ网络线路保护的能力。

①光纤线路切换设备通过与远端通信设备的分

支工作光纤链路连接．对来自该远端通信设备的光传输信号进行监测。

②根据所述监测结果判断分支工作光纤链路是否发生故障。若发生故障，则接通备用分支光纤链路；

所述光纤线路切换设备与至少一个具备双输入端口的远端通信设备通过两个光纤链路连接。

２工作原理

２．１光纤线路切换

０ＬＴ获知通过光纤线路切换设备与某一远端通信设备连接的分支工作光纤链路出现故障的过程包

③通知ＯＬＴ设备，该光纤链路切换成功，ＯＬＴ设

备恢复与该光纤链路连接的ＯＮＵ，ｏＮＴ设备通信。１．２光纤线路切换保护系统结构

光纤线路切换系统包括光检测单元、信息接收单元、切换控制单元和切换单元，如图２所示。

括［３１：①ＯＬＴ未能收到该分支工作光纤链路下属的所

有ＯＮＵ／ＯＮＴ设备所发出的光传输信号．表明该分支

光纤链路出现故障；②ＯＬＴ所获得该分支工作光纤链

路下属的所有ＯＮＵ／ＯＮＴ设备所发出的光传输信号异常．表明该分支光纤链路出现故障。

①光检测单元：用于与远端通信设备连接的分支

③兜通信技书２０１３年第３期

万方数据

鼯阿络

冯先成，韵湘，何岩：基ｆ兀’ｒＨ的光阚络保护系统的６『ｒ灸

当ＯＬＴ设备获知通过光纤线路切换设备与某一

远端通信设备连接的分支工作光纤链路出现故障时．向光纤线路切换设备发送切换请求．并向ＩＰ边缘节点发送相关告警消息．ＩＰ边缘节点向光纤线路切换设备发送切换请求。

光纤线路切换设备获得的光纤线路切换请求包含：光纤线路切换设备端口信息；与远端通信设备输入端连接的分支工作光纤链路信息。

根据所述光纤线路切换设备端口信息或与远端通信设备工作光纤链路信息．接通与远端通信设备的备用分支光纤链路。所述光纤线路切换设备至少与一个具备双输入

ｌ

光纤线路切换设备获得光纤线路切换请求，切换

切换端口ｍ的开关连接到备用光纤链路纤

厂一一一一ＩＯＬＴｉ，殳备Ｉ

Ｌ…一．Ｊ

检测到第ｍ分支工作光纤链路下属所有ＯＮＵ／ＯＮＴ设备的ＬＯＳ／ＬＯＦ告警

广一一一一Ｉ

Ｌ…一．Ｊ

ＢＮＧ／ＢＲＡＳＩ

Ｌ２ＣＰ／以太网ＯＡＭ消息直接将该告警信息上报

检测到第ｍ分支工作光纤链路故障

ＯＭＣＩ／Ｌ２ＣＰ消息通知有第埘路分支工作光纤链路故障告警，启动光纤链路切换请求

链路

ＯＭＣＩ／Ｌ２ＣＰ，￥息通知光纤链路切换成功

端口的远端通Ｉ请求包含光纤线路切换设备端口信息或与远端通信设信设备通过两个光纤链路连接：通知ＯＬＴ设备．该光纤链路切换成功．ＯＬＴ设备恢复与该光纤链路连接的

图３无源光网络的保护方法

Ｉ备输入端连接的分支工作光纤链路信息。

ＯＬＴ恢复该分支工作光纤链路下属的所有ＯＮＵ／ＯＮＴ的通信

ｌ

光纤线路切换设备根据所述与远端通信设备工作光纤

链路信息，接通与远端通信设备的备用光纤链路；所述光纤线路切换设备通过两个光纤链路与远端通信设备的两个光通信端口连接。

图４通过臂理系统／ＩＰ边缘节点触发光纤链路切换

③ＢＮＧ／ＢＲＡＳ由于收到Ｌ２ＣＰ／以太网ＯＡＭ消息

的ＬＯＳ／ＬＯＦ告警上报．从而判定第ｍ路分支工作光纤链路故障。

④ＢＮＧ／ＢＲＡＳ利用Ｌ２ＣＰ／以太网ＯＡＭ消息通知光纤线路切换设备有第ｍ路分支光纤链路故障．还可

以直接通知光纤线路切换设备启动对第埘路分支光

ＯＮＵ／ＯＮＴ设备通信。如图３所示。

ＯＬＴ设备或ＩＰ边缘节点向光纤线路切换设备发

纤链路的主备光纤链路倒换。

⑤光纤线路切换设备切换端口ｍ的开关．连接到

备用分支光纤链路。

送切换请求的过程是：ＯＬＴ设备向光纤线路切换设备

内嵌式ＯＮＵ设备发送相关信息：ＯＬＴ设备或ＩＰ边缘

节点通过２Ｇ／３唧ＩＦＩ等无线传输系统向光纤线路切

纤收发器向光纤线路切换设备发送相关信息。

应用二层控制协议（Ｌａｙｅｒ

２ＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｔＯＣＯｌ，

Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａ．

⑥ＯＬＴ设备恢复与该分支光纤链路下属的ＯＮＵ／

ＯＮＴ设备的通信。

换设备发送相关信息：ＯＬＴ设备或ＩＰ边缘节点通过光

图５为ＯＬＴ设备触发相关切换请求的流程。①当出现第ｍ路分支工作光纤链路故障时。ＯＬＴ

设备检测到属于该分支工作光纤链路下属的所有

Ｌ２ＣＰ）或以太网维护管理协议（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ

ｔｉｏｎａｎｄ

Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ。ＯＡＭ）进行相关切换的过程如图

４和图５所示．

图４是一种通过管理系统或ＩＰ边缘节点（如宽带网络网关（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ入服务器（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ

Ｎｅｔｗｏｒｋ

Ｇａｔｅｗａｙ．ＢＮＧ）或宽带接

Ｓｅｒｖｅｒ。ＢＲＡＳ））触

ＲｅｍｏｔｅＡｃｃｅｓｓ

发相关切换请求的流程。

①当出现第Ｊｎ路分支工作光纤链路故障时，此时

ＯＬＴ设备检测到属于该分支工作光纤链路下属的所有ＯＮＵ／ＯＮＴ设备的信号丢失（Ｌｏｓｔ

ｏｆ

ｓｉｇｎａｌ．ＬｏＳ）／帧

丢失（Ｌｏｓｔ

ｏｆ

Ｆｒａｍｅ，ＬｏＦ）告警。

②ＯＬＴ设备可以直接用Ｌ２ＣＰ／以太网ＯＡＭ消息

将该ｋＳ，ｋＦ告警上报给ＢＮＧ／ＢＲＡＳ．表明第ｍ路分支工作光纤链路故障。

图５ＯＬＴ触发光纤链路切换

２０１

３年第３期雹蓬髫氛’知ｒ园

万方数据

鼯阿臼

ｒ屿先成．韵湘．何措：基于｜ＴＩＴＨ的光网络保护系统的研究

ＯＮＵ／ＯＮＴ设备的信号丢失（Ｌｏｓｔ失（Ｌｏｓｔ

ｏｆ

ｏｆ

ｓｉｇｎａｌ．ＬｏＳ）／帧丢

Ｆｒａｍｅ，ＬｏＦ）告警。

②ＯＬＴ设备由于检测到属于该分支工作光纤链

路下属的所有ＯＮＵ／ＯＮＴ设备ＬｏＳ／ＬｏＦ告警．从而判定第ｍ路分支工作光纤链路故障。

ｌ三卜塑二Ｅ至至三晡ｏＬＴ和ＯＮＵ，Ｌ）≮矿Ｌ丝墨＿蚓垄！！卜］

票耋：罨量霪ｌ示问，①连接Ｌ—ｏＬＴｒ卜—二吐兰兰兰州光口ｌ

通过光口１完成ＯＮＵ注

图６光路保护倒换测试

测试步．厂菇习

厂

ＰＣ一

③ＯＬＴ设备利用Ｌ２ＣＰ／以太网ＯＡＭ消息／光网络

单元管理和控制接口（ＯＮＵ

ＭａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ

册，Ｓｍａｒｔｂｉｔ发送上／下行１００Ｍｂ／ｓ的数据帧：②拔除

主用／备用光纤．系统能否在５０ｍｓ内自动完成在主用光路／备用光路间的识别和切换．Ｓｍａｒｔｂｉｔ收发数据能

Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．ＯＭＣＩ）协议通知光纤线路切换设备的第ｍ路分支光纤链路出现故障．并可直接通知光纤线路切换设备启动对第脚路分支光纤链路的主备光纤链路倒换。

否恢复；③拔除光路１或光路２，观察ＯＮＵ能否在

５０ｍｓ内自动完成在光口１和光口２间的识别和切换．Ｓｍａｒｔｂｉｔ收发数据能否恢复。结果表明．拔除光路１或光路２．ＯＮＵ能够在５０ｍｓ内自动完成在光口１和光口２间的识别和切换。Ｓｍａｒｔｂｉｔ收发数据恢复正常。

④光纤线路切换设备切换端口ｍ的开关，连接到

备用分支光纤链路。

⑤ＯＬＴ设备恢复与该分支光纤链路下属的ＯＮＵ／

ＯＮＴ设备的通信。２．２光传输信号监测

光纤线路切换设备和光检测器都是与各自远端

４结束语

我们对兀ＴＨ系统光路保护倒换进行测试．ＯＮＵ

能够在５０ｍｓ内自动完成在光口１和光口２间的识别和切换。当某一个与远端通信设备连接的分支工作光

通信设备的分支工作光纤链路连接．对来自该远端通

信设备的光传输信号进行监测．根据所述监测结果判

断分支工作光纤链路是否发生故障。在预置时间内。

如果光检测器未能检测到来自该分支工作光纤链路远端通信设备侧的光传输信号．或检测到光传输信号异常，则可以判断分支工作光纤链路发生故障。２．３光纤线路切换设备

光纤线路切换设备由内嵌式ＯＮＵ设备、光收发器和２Ｇ／３Ｇ／ＷＩＦＩ等无线传输系统构成。

光纤线路切换设备的切换单元由一个Ｉ：Ｎ或２：Ｎ的分光设备和Ⅳ个ｌｘ２的开关构成。输入端连接ＯＬＴ

纤链路出现故障时．由光纤线路切换系统连接备用的

分支光纤链路保障通信的及时恢复。这种方式提高了ＯＤＮ网络线路保护的能力．有利于ＦＩＴＨ／Ｂ的推广和应用，能够快速响应用户的各种需求，全面提高用户的服务质量和网络的可靠性、生存性。

参考文献：

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设备．输出端与Ⅳ个具备双端１３的远端通信设备对应

连接。有多种方式可以开启和关闭远端通信设备的光纤链路，如使用光开关、机械式开关或电子开关等。

【２】张继东，陶智勇．ＥＰＯＮ的发展现状与关键技术叨．光通信研究，２００２，（１）：２６－３０．

【３】徐志国．一种光网络保护方法和光纤线路切换设备：中国，２０１２１００４５２１９［Ｐ］．２０１２—）９一１９．

【４】张传浩．电信级以太无源光网络接入理论与实验研究【Ｄ】．武汉：华中

３保护倒换测试

在ＰＯＮ系统中采用光纤保护切换机制．切换时延应不大于５０ｍｓ．光纤保护切换ＯＬＴ和ＯＮＴ上均有两个ＥＰＯＮ接口嘲。当ＯＮＵ的主用ＰＯＮ口或用户线路出现故障时．ＯＮＵ会自动将业务倒换到备用ＰＯＮ口上，业务通过备用线路和ＯＬＴ的备份端１３上行．数据业务不会中断。

科技大学２００９．

［５】张文，吴娟：ＥＰＯＮ体系结构及应用分析叨．光通信技术２００６，３０（１０）：

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魏四四阅飚四魍躅魏四铡凰庐台ｇ

孙

’

魏‘爹：撼。ｉ冬２０１

３年第３期

…——

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万方数据

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基于FTTH的光网络保护系统的研究

作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷(期)：冯先成， 韵湘， 何岩， FENG Xian-cheng， YUN Xiang， HE Yan冯先成,FENG Xian-cheng(武汉工程大学,武汉,430073)， 韵湘,何岩,YUN Xiang,HE Yan(烽火通信科技股份有限公司,武汉,430074)光通信技术Optical Communication Technology2013,37(3)

1.陈光武;杨菊花;范多旺 EPON的性能分析及优化[期刊论文]-光电工程 2007(07)

2.张继东;陶智勇 EPON的发展现状与关键技术 2002(01)

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4.张传浩 电信级以太无源光网络接入理论与实验研究[学位论文] 2009

5.张文;吴娟 EPON体系结构及应用分析[期刊论文]-光通信技术 2006(10)

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引用本文格式：冯先成.韵湘.何岩.FENG Xian-cheng.YUN Xiang.HE Yan 基于FTTH的光网络保护系统的研究[期刊论文]-光通信技术 2013(3)