江敬周１ 刘 珅１ 王浩屹２
（１广西电网公司百色供电局 广西 百色 ５３３０００２武汉大学电气工程学院 湖北 武汉 ４３００７２）
摘 要：基于选发选收模式的ＯＬＰ光纤保护系统具有切换时间较快，插入损耗较小等优点，对于ＳＤＨ、ＤＷＤＭ等光传输系统来说都是有效可靠的保护方案，可以大幅提高光网络抗阻断能力与恢复能力。文章研究选发选收模式的ＯＬＰ系统的原理、组成、指标参数及实际应用下的问题，并提出了其设计的整体方案。
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关键词 ：光纤保护；选发选收；设计应用
中图分类号：TN915 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．06．０38
光纤通信技术的高速发展使得光网络容量与规模不断拓展，通信业务对于传输线路的要求不断提高，因此网络中断对业务传输造成的影响和产生的后果也越来越大。因此，保障光网络的传输质量，为光网络提供快速、有效的保护和故障恢复成为了光网络体系建设中的重点。目前较为常用的方法有：ＳＤＨ自愈环保护、光路分流保护、光路自动切换保护等。其中光路自动切换保护（ＯＬＰ系统）以其安全可靠、快速灵活、业务恢复力强、成本较低等特点成为当前光网络的主流保护方式之一。
以占用带宽不同划分，可以将ＯＬＰ分为１＋１保护和１∶１保护两种。其中所谓的选发选收模式就是指１∶１保护，它具有切换速度快、插入损耗小的特点，主要适用于系统功率富裕量较小的线路与长途系统保护。
１ 选发选收ＯＬＰ系统的原理及组成
ＯＬＰ系统主要由两部分组成，即实现光路切换的硬件部分与负责网络管理的软件部分。其中，硬件部分主要包括：负责控制协调的控制模块；负责数据采集与监测的光功率监测模块；实现主路由与备路由之间切换的切换模块。
ＯＬＰ的工作原理是：当工作链路传输中断或性能劣化到一定程度后，系统自动进行倒换，将主光纤上的业务信号切换到备用光纤进行输送。这样一来，在接收端同样可以接收到正常的业务信号。倒换过程如下：光功率探测器对光功率值进行实时的采集和监测，并上传给主控制模块，在主控制模块内进行分析，并与预先设定的阈值比较，判断是否下达切换指令；如果超过阈值，则切换模块内的光开关收到指令后进行切换动作。
光开关负责线路光信号在主用和备用光缆之间的快速切换，是ＯＬＰ系统的最核心器件。选发选收的ＯＬＰ设备最主要的特点是由２×２光开关组成，其结构原理见图１。
默认情况下，光传输设备Ｔｘ口发出的所有业务光将经主路由进行传输（图１中实线）。当主路由的任意一个或全部光纤质量下降或出现中断时，ＯＬＰ 设备会与预先设定的参数值进行比较，从而对两端传输设备所发出的光进行判断，如果传输系统发光正常，而收光功率达到或者超过了预先设置的倒换阈值时，ＯＬＰ设备会同时将两端收、发线路全部倒换至备用路由（图１中虚线），从而达到保证业务通信正常的目的。
２ 选发选收ＯＬＰ系统的总体设计
２．１ 设计原则
对于ＯＬＰ保护系统的设计，应使得其最终效果满足以下两点：一是主备路由间自动切换功能正常，网管系统能够对ＯＬＰ系统进行实时管理、监测、参数设置，系统无论工作在主线路或备用线路，线路上所承载的ＳＤＨ系统均可正常进行倒换； 二是所保护的波分光路无报警，波分光复用段内，各波道波长转换器端到端均无报警，光功率检测正常，无光功率、误码性能劣化事件。
２．１．１ 设计基本要求
（１）系统具有可靠性、拓展性、适用性。
（２）ＯＬＰ设备应该能对符合输入波长和输入强度范围内的光信号进行透明传送， 即对上述光信号不能造成模拟量劣化（插入损耗除外）。
（３）符合行业标准：满足信息产业部颁布的ＹＤ／Ｔ １５２９．２００６《光纤线路自动切换保护装置技术条件》和ＹＤ／Ｔ １７６９．２００８《光线路保护管理系统技术要求》中的要求。
２．２．２ 要性能参数要求
（１）工作波长。所谓ＯＬＰ系统的工作波长范围，即根据设计所考虑到的光衰、色散、模式噪声所分别规定的工作波长区。ＯＬＰ设备工作波长范围的设计，通常定为传输系统常用的１３１０波段范围和１５５０波段范围。
（２）切换时间。ＯＬＰ系统的自动切换时间，指的是从ＯＬＰ系统检测到光纤线路出现故障开始，到经光纤线路自动切换系统实现倒换过程后使得信号恢复正常时的时间。１∶１ＯＬＰ系统的自动时间应不大于５０ｍｓ。
（３）插入损耗。插入损耗是评定ＯＬＰ系统性能的重要指标之一，也就是被保护系统接入ＯＬＰ设备后所带来的附加损耗。定义输入端口和输出端口之间的光功率之比为插入损耗，其计算公式如下：
其中，Ｐｏ是输出端口接收到的光功率；Ｐｉ是输入到输入端口的光功率。
ＩＬ值越大对原系统带来的影响就越大，因此ＯＬＰ系统的插入损耗必须控制在一定范围内，对于１：１类型的ＯＬＰ设备，其收发端插入损耗均要求在１．５ｄＢ以内。
（４）光功率精确度。ＯＬＰ系统检测的光功率强度与标准光功率的差值，以ｄＢ为单位。通常要求光功率精确度至少要小于０．５ｄＢ。
（５）光功率分辨率。指在规定的波长、功率范围内，能够稳定显示的最小光功率值的变化量即光功率分辨率，以ｄＢ为单位。通常要求ＯＬＰ设备光功率分辨率至少小于０．１ｄＢ。
２．２ 设计关键问题
（１）光开关倒换时长。当光纤发生故障后，保护／恢复的速度是判定通信系统可靠性的最重要指标之一。因此，保护／恢复速度体现ＯＬＰ系统处理故障的能力与保护效果。目前，长途传输网络在ＳＤＨ层面最主要的组网形式为双纤双向复用段保护环网结构，建议规定该组网方式的故障倒换时间小于５０ｍｓ。ＯＬＰ系统若要实现对干线波分系统的保护，就必须迅速发现故障、并进行自动切换。所以ＯＬＰ系统的光开关倒换时间是设计时要重点考虑的问题。
（２）光路切换的可靠性。ＯＬＰ系统实时的对主用或备用纤芯进行衰耗监测，当主用线路的光纤中断或衰耗的降低导致内部中断或告警时，可以通过光功率检测模块提前告警，如果线路继续恶化，达到切换阈值后，首先要检测备用线路是否正常，然后再触发光开关进行切换，避免传输系统切换到备用线路后工作不正常，防止误切换的发生，即切换的发生须确保备用路由工作正常，切换的恢复须确保主用路由工作正常。当检测到系统满足切换条件后，本端的ＯＬＰ设备通过内部通信模块和备用光纤和对端进行握手，以确保两端的切换动作在时间上同步。
２．３ １：１ＯＬＰ系统的设计
ＯＬＰ系统的主要功能是通过对光线路的状态监测，完成传输光路的切换保护。系统设备的硬件采用插盘式设计的方案，包括电源盘、主控盘和切换单盘３部分，其设计逻辑图见图２。
其中，电源盘为整个ＯＬＰ设备提供电能，采用外接电源供电方式，需使用电平转换芯片对外接电源大小进行处理。电源盘采用１＋１备份的模式，以便在主电源出现故障的情况下切换至备份电源，从而可以有效保证系统的不间断工作。
主控盘负责采集光纤线路上的有效光信号，实现光电转换和功率检测并根据工作模式选择是否自动切换。主控制模块由单片机、光开关、分光器、光电转换与放大模块等组成，是ＯＬＰ系统硬件部分的核心，其设计结构（见图３）。通过串口通信，主控盘经过背板控制切换盘。在主控盘上可实时显示切换盘工作状态、工作模式、传输路由等信息，并能够对切换盘的切换阈值以及工作模式进行设置。
切换单盘主要由以下四个部分构成：光功率检测模块、控制模块、光路切换模块和内部通信模块。其中，通过串口通信模块，切换盘内的控制模块可以与主控盘进行通信，将光功率检测模块采集到的线路状态和光开关所处的开断状态进行上报；系统内部的自动保护倒换协议经过内部通信模块进行调制，通过光收发模块发送到配对的切换单盘，实现被保护线路的自动切换和同步手动切换。
３ 结论
为了有效实现光缆线路层面的保护，提高光纤通信的抗阻断能力与可靠性，引入ＯＬＰ保护系统是行之有效的方案。其中选发选收型的ＯＬＰ系统切换、恢复速度快，引入损耗小，适用于很多场合的光纤保护。对于其设计，应充分考虑切换时延、插入损耗等重要指标参数，保证光路切换的可靠性，满足拓展性、适用性原则，并根据不同设备的连接方式进行施工设计。
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参考文献
１ 刘明． 光纤自动切换保护系统中网络监控系统的研究［Ｄ］． 北京：北京邮电大学， ２０１０
２ 王占京， 陈婧华． ＯＬＰ 技术及其实现机制问题分析［Ｊ］． 光通信研究， ２０１２ （６）
３ 王一， 肖石林． 自动切换光路保护方案的应用与实现［Ｊ］． 光通信技术， ２００８（１０）
4 罗 清，胡强高．基于选发选收方案的ＯＬＰ系统的设计与实现［Ｊ］．光通信研究，２００８（３）
（责任编辑 高 平）