光開關的應用實現(xiàn)光網(wǎng)絡的高效運維和成本控制

伴隨著人們對于網(wǎng)絡需求的增長，光纖帶寬越來越寬，光纖鏈接的數(shù)量也以驚人的速度增長，這一發(fā)展對于技術人員的要求也越來越高，需要技術人員對于日益增長的光纖連接器的處理技術日益嫻熟。減少對嵌入式光纖的安裝、配置和維護相關的費用，在現(xiàn)今競爭激烈的運營環(huán)境中變得越來越重要。近幾年，許多光交換的應用正在興起，根本原因是光交換可以幫助實現(xiàn)遠程自動光纖連接，降低光網(wǎng)絡運營成本。這種光纖交叉連接系統(tǒng)(FOCS)可以有效避免人工誤操作，縮短業(yè)務提供時間，通過快速連接測試器件陣列以提高測試效率。本文中，我們介紹了一個Verizon長途網(wǎng)絡中測試現(xiàn)場，該長途網(wǎng)靠近佛羅里達的奧蘭多，測試中使用了兩種常見的光交換技術，在實際網(wǎng)絡中來驗證我們的測試想法。結果表明，在網(wǎng)絡中使用光開關可以有效減少停機時間和降低運營費用。

在過去的幾年中，光開關技術持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展已經(jīng)使光損耗大大降低，開關速度大幅提高，成本顯著降低。在這次現(xiàn)場測試中，我們測試了兩種成熟的光開關技術：MEMS和DBS(直接光束偏轉)。兩種技術具有切換速度快(小于20ms)，損耗低(1-2dB)，開關矩陣數(shù)大，并且在未來有潛力可以擴展到更大端口數(shù)，而其中低損耗特性對于減少傳輸鏈路的損傷預算非常重要。MEMS光開關采用微小可移動的鏡子、在固定輸入和輸出準直器之間轉動光束實現(xiàn)光的交換連接。DBS(直接光束偏轉)采用小的壓電元件改變輸入輸出準直器角度、使它們準確定位并互相對準從而實現(xiàn)光的交換連接。測試中，我們用了兩個PolatisDirectlight OST矩陣開關和一個CALIENT DiamondWave®Fiberconnect FOCS。

現(xiàn)場測試重點

在網(wǎng)絡上可以測試多種光開關的潛在應用，在這項測試中，我們專注在與光開關如何幫助現(xiàn)場運營團隊解決日常任務方面的應用。通常每個團隊管理一些站點，只要在網(wǎng)絡中有事件或故障報告發(fā)生，技術人員就需要到各個站點的現(xiàn)場去，與多個部門協(xié)調(diào)以發(fā)現(xiàn)并解決問題。甚至在業(yè)務提供之前的常規(guī)測試和備用光纖測量也都需要趕到現(xiàn)場。這個現(xiàn)場測試的一個重要目標是表明，利用網(wǎng)路中的光開關可以減少趕到現(xiàn)場出車的次數(shù)以及減少技術人員執(zhí)行日常任務的時間，最終能夠降低運營費用。

光開關可以用于自動化的遠程站點測量，可以從一個中心位置進行控制，這可以減少現(xiàn)場出車的數(shù)量和執(zhí)行每個測試的時間。測試設備可以直接嵌入到遠程站點，或者測試信號可以通過備用光纖切換到遠程站點。無論何種方式，許多線路可以共享測試設備，分攤前端的投入成本。

在安裝和配置過程中的光學性能驗證有時需要斷開光連接，這既耗時又存在多種的問題。此外，故障定位和其他維護運營通常需要技術人員趕到遠程位置，查找光纖、斷開連接和手動連接測試設備。所有這些額外的工作往往轉化成更高的運營費用。光開關可以減少這些成本，通過減少中斷連接的需要，自動保持嵌入式光纖站點的準確數(shù)據(jù)庫。一旦光纖、終端設備或測試設備到光開關之間的連接在安裝過程中得以實施驗證，幾乎所有的業(yè)務活動有需要斷開某些光纖連接，都可以通過光開關來完成，簡單高效。

以下是我們在這次現(xiàn)場測試中進行的測試內(nèi)容，目的是尋找對例行現(xiàn)場運營有幫助的工作方式：

1.遠程光纖測試

2.通過備用光纖把測試信號傳到遠程站點

3.利用光的回環(huán)進行設備故障識別

4.遠程光纖端點定位

5.在工作和備份光纖之間切換業(yè)務和測試設備

現(xiàn)場測試細節(jié)

Verizon公司在佛羅里達州奧蘭多的四個業(yè)務站點被選為測試點。站點名稱分別：TES，BCB0，AWM和AWR。圖1顯示的是站點的物理連接和光纖長度。站點之間的距離是分別是2公里(AWR–AWM)，12公里(AWM–TES)，和1公里(TES–BCB0)。

圖1. Verizon 商務站點實驗情況

TES作為現(xiàn)場測試工作的基地。站點之間都有工作鏈路和備用鏈路。測試中工作和備用光纖都被連接到光開關上。下面是本次測試用到的光學測試設備：EXFO的OTDR(光時域反射計)，ModelFTC-400;SONET測試裝置，ModelTTC T-BERD 310;光源(EXFO 53A)和功率計(EXFO 66A);FiberMatch(無線探測)。北電Optera3500和富士通FLM2400用于測試線路側響應。圖2顯示了測試中采用的兩個SONET 終端。站點BCB0、AWM和AWR之間的備用光纖用來傳輸測試信號和SONET信號。

遠程光纖測試

通常遠程站點備用光纖測試需要出車到現(xiàn)場。在現(xiàn)場，需要人工識別光纖并逐一手動連接到測試設備。測試完成后，數(shù)據(jù)必須手動記錄在紙上或存儲到電子數(shù)據(jù)庫中，所有的工作都非常耗時耗力。

圖2. (a) 北電Optera 3500和(b)富士通 FLM 2400 SONET 系統(tǒng)

本次測試表明，可以從遠程位置控制光開關和OTDR測試裝置來實時測試備用光纖。測試裝置如圖3所示。先把CALIENT的FOCS光開關安裝在TES位置。把一個EXFO OTDR連接的光開關的一個輸入端口，開關的輸出端口連接到備用光纖上。在AWM站點，技術人員使用數(shù)據(jù)通道網(wǎng)絡(DCN)開啟遠程控制開關和OTDR。在我們的測試中，一個技術人員能夠測試遠程站點的備用光纖，并在本地幾秒內(nèi)查看結果。使用Polatis的Directlight光開關在AWM站點進行相同測試，技術人員在TES站點獲得了相同的結果。這兩項測試表明，用光開關顯著節(jié)省時間和現(xiàn)場出車的次數(shù)。

圖3.所示為遠程開關控制和測量節(jié)省時間和出車次數(shù)

通過備用光纖傳輸測試信號到遠程站點

本次測試目的是為了證明一個光開關可以通過在兩個站點之間的備用光纖，實現(xiàn)將光測試信號從一個站點傳輸?shù)竭h程的其他站點。在這個測試中，一個SOENT測試儀(TTC T-BERD310)位于TES。一個OC12測試信號被送入到CALIENT光開關，CALIENT開關的輸出端口連接到位于TES和BCB0之間的一對備用光纖上。圖4顯示了這個測試裝置。在BCB0，這對備用光纖連接到Polatis開關上。Polatis光開關的輸出端口連接到一個OC48傳輸系統(tǒng)(富士通FLM2400)的一個支路端口OC12上，在BCB0和TES之間建立起一個OC48鏈路。在TES，OC12信號通過一個衰減器環(huán)回。結果表明，通過自動的連接光纖到測試設備，光開關可以用來遠程測試光纖信號，避免了攜帶所有的測試設備到遠程站點，顯著地減少了測試時間。

圖4.用于給遠程站點傳送光測試信號的實驗

利用光學環(huán)回進行設備故障識別

在這個測試中我們在遠程站點使用了一個光學還回鏈路識別故障終端板卡。為了執(zhí)行測試，光開關與網(wǎng)絡性能管理層配合工作，用于監(jiān)測SONET的線路性能(這也可以從中心位置進行監(jiān)測)。裝置如圖5所示。在AWR和AWM之間建立起一個OC48鏈路。在測試中假定一個線路卡壞了，我們不能指出到底是哪一個發(fā)射/接收卡故障。通常在這種情況下，在AWR和在AWM的板卡都需要進行測試以確定哪一個出現(xiàn)問題。我們的測試表明，采用光開關，在一個中心位置，技術人員可以在幾秒內(nèi)設置光的環(huán)回鏈路來測試每個板卡，在派出維修人員之前確定故障設備的準確位置，可以大大節(jié)省時間，減少對工作站點的干擾。

圖5. 用于環(huán)回測試的方案圖

遠程確定光纖斷點位置

當現(xiàn)場光纖一旦被切斷，必須立刻對一個承載業(yè)務的光纜鏈路進行重新熔接，例如，使用FiberMatch儀器判定本地問題并盡快解決。通常，F(xiàn)iberMatch的輸出端口連接到在一個站點的光纖，在遠程站點的技術人員用手持式設備FiberIdentifier驗證光纜中每個光纖的連接性。FiberMatch每個端口都有一個調(diào)制在光信號上的獨特的聲波信號，允許FiberIdentifier識別每個光纖端口的連接。由于需要拉出工作面板以連接FiberMatch到維護的光纜上，這種測試非常耗時，而且容易出錯。

圖6.用于光纖斷點鑒別試驗

在這個測試中我們通過位于AVM的Polatis光開關把一個36端口FiberMatch和一條跨越AWM和AWR的光纜連接起來，如圖6所示。Fiber Identifier位于AWR，由于FiberMatch端口連接到光纜不同光纖上，在AWR的技術人員可以通過Fiber Identifier準確判斷光纖狀態(tài)，找到斷點。我們可以設想，在不久的將來，F(xiàn)iberMatch結合光開關會使FiberMatch和戶外光纜之間的連接更為快速和準確，問題判斷和解決更加及時。

在工作光纖和備用光纖之間切換業(yè)務和測試設備

這些測試的目的是證明光交換在城域SONET環(huán)境中的靈活性。圖7給出了測試的裝置。Calient光開關安裝在TES，Polatis光開關安裝在BCB0。富士通FLM2400被設置為一個UPSR鏈路。兩個節(jié)點之間的一個空閑光纖作為備用光纖。測試過程中，在TES和BCB0之間將OC48測試業(yè)務信號從工作光纖切換到備用光纖。

圖7在工作和備用光纖之間切換通信和測試設備

使用3dB耦合器使兩個開關可以做串行切換。Polatis光開關先進行切換連接到備用光纖和業(yè)務光纖的G1的接收器上。使用3dB衰減器的目的是用來避免當信號從無3dB耦合器的配置切換到有3dB耦合器配置時出現(xiàn)的突然光功率下降。為了確保一切都工作良好，OTDR、光源和功率計用來檢查光損耗以及在加業(yè)務信號前光開關和光纖的連接。當驗證光纖工作正常之后，在BCB0的Polatis光開關先切換，接著位于TES的CALIENT光開關把業(yè)務切換到備用光纖。最后，Polatis光開關再次改變配置完成整個交換過程。結果表明，光開關提供了一種方便的方式實現(xiàn)測試設備(OTDR、光源、功率計等)和光纖的遠程連接。這些測試表明，光開關可以節(jié)省時間，減少人工誤操作。還表明，遠程控制改變光纖交換是可行的。

真實的光纖故障修復過程案例研究

這個真實的網(wǎng)絡電路故障案例研究介紹了光開關是如何節(jié)省電路恢復時間和維修工時的。在這個案例中，兩個遠程站之間的工作和備用光纖都遭到雷擊損壞。在故障發(fā)生之前，兩個站點通過8路工作光纖和4路空閑的備用光纖鏈路連接，如圖8所示。雷擊損壞了一個承載兩個OC48鏈路(線路11)的工作線路和兩個備用光纖(線路7和8)。派出2名技術人員，一個站點一個人，檢查光纖并恢復業(yè)務。當發(fā)現(xiàn)在業(yè)務線路11上有光纖故障時，他們試著使用備用線路7和8來恢復業(yè)務，發(fā)現(xiàn)這兩個也都壞掉了。他們最終選擇了備用光纖5恢復兩個OC48鏈路。整個鏈路恢復時間約為4小時，涉及8個工時。而對兩個站點通過光開關進行遠程控制，整個電路恢復時間不到0.5小時，同時僅使用一個技術人員。

圖8.真實的光纖故障修復過程案例

結論

測試結果符合光開關在實際網(wǎng)絡中應用的期望。現(xiàn)場測試表明，光開關可以用來實現(xiàn)自動遠程測試，通過減少現(xiàn)場出車次數(shù)、減少準備和測試時間、減少人工誤操作，從而大大減少現(xiàn)場運維的人力和時間成本。最終幫助實現(xiàn)和保持實時準確的光纖連接，縮短鏈路停機時間，整體降低運營成本。

凌云集團光纖器件與儀器事業(yè)部介紹

凌云光技術集團創(chuàng)辦于1996年6月9日，是致力于光通信與傳感(Fiber Optical Communication Sensing)、視覺與圖像( Vision imaging )領域的高科技企業(yè)，為國內(nèi)最早從事光通信與視覺圖像領域的企業(yè)之一。二十年來，為世界上五十多家光電子專業(yè)技術公司在中國內(nèi)地與香港特區(qū)作產(chǎn)品推廣、應用技術服務、市場拓展和渠道建設等工作。自2000年起，凌云公司開始在高端視覺圖像和光通信領域進行專業(yè)的自主研發(fā)生產(chǎn)。當前，自主產(chǎn)品產(chǎn)值近4億，占集團總產(chǎn)值40%。凌云公司崇尚集體艱苦奮斗，致力成為客戶心中最優(yōu)的、戰(zhàn)略的、放心的與榮耀的選擇，共同努力把公司建設成為廣泛受人尊敬與信任的現(xiàn)代高科技企業(yè)。目前，公司擁有超過百余項自主產(chǎn)權和專利技術，員工隊伍近1000人。

凌云光技術集團光纖器件與儀器事業(yè)部，1996年成立，為Finisar、TeraXion、Fujikura、NKT Photonics、VPI Photonics、SHF、General Photonics、EXFO、Polatis等二十多家世界著名的專業(yè)技術公司在中國做產(chǎn)品推廣、應用技術支持和市場拓展等工作，事業(yè)部專注于40G/100G/400G/1T光傳輸系統(tǒng)、光纖激光、集成光子學、空間光通信、激光雷達、光纖傳感等諸多應用領域，為廣大用戶提供軟件模擬、核心光器件，測試儀表等高端產(chǎn)品解決方案。

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