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1、,光路保护机制分析,何仙姑 2011.6.6,内容安排,1. 研究背景,电话怎么老掉线？,网络故障的影响越来越严重,研究光网络的保护很有价值,网络由点到点和环网逐步向网状网演变,网络故障情况越来越复杂,单信道传输速率越来越高 单纤复用信道数越来越多 网络容量越来越大,保护动作需要时间较小,资源利用率低,点对点复杂网络均可,适用轻载网和环形网,对物理层和业务层,保护粒度可粗可细,分布式的控制方式,节点支持保护倒换,预留资源实现,光网络中的一般保护方法,1+1的保护方式,A,光网络中的一般保护方法,1:1和M:N的保护方式,特点： 需要采取双端倒换的方式 需要相应协议的支持 无故障时，支持优先级较
2、低的业务，发生故障时， 撤掉这些业务。,B,对1:1保护，发送端利用2*1光开关来选择被保护的资源或者业务，接收端也采用一个2*1光开关来实施保护和工作通路之间的切换。对M:N保护，发送端利用(M+N)*(M+N)的光开关来选择被保护的资源或者业务，接收端也采用一个(M+N)*(M+N)光开关来实施保护和工作通路之间的切换。M:N保护属于一种共享保护机制，而1+1和1:1属于专用保护的机制。,几种保护方式的比较,环网的保护方法光网络的瞬态效应,T=t1+t2+t3，t1：故障定位时间，t2：信令传输和处理时间，t3：光开关动作时间，T：从发生故障到倒换完成的时间。一切与路由相关的全部动作由光开
3、关完成，输出功率由于光开关的状态突变出现振荡，光谱仪上可观测到毛刺和振荡，导致不正确的告警。,热光开关 铌酸锂开关,功率均衡技术,在WDM环网中所承载业务的波长数是动态可变的，一个波长信号的插入或撤销会影响EDFA对其他波长信号的增益。当波长数变化时，信道之间产生交叉增益调制，使得信号的功率和信噪比发生变化。由于故障判据是检测点光功率变化或信噪比恶化，因此这会影响节点对网络工作状态的检测和判断。,环网的保护方法错连,在环形网络正常时，如果在整个环中沿同一方向有波长的重用；当网络发生双区段故障，网络执行保护倒换时，就会发生错连，形成片段环的保护方式。为了防止错连要求在保护倒换前先将可能导致错连的
4、业务撤掉，或者不执行保护倒换。 环网拓扑记忆表 片段环记忆表 环网错连抑制记忆表 环网生存性缺陷：无法对出现错连的业务予以纠正。,全光MESH网的保护方法预选路由的专用保护,预选路由的专用保护：原先按照一定的目标和算法为原路由选出一条满足条件的“保护路由”，只要原路由发生故障而“保护路由”未发生故障，就可以快速地实现保护。,1、,保护路由预选表,全光MESH网的保护方法预选路由的专用保护,保护路由的选取准则1 要求原路由和两条保护路由两两之间有最小的相关性，具体而言就是说两两之间具有最少的公共节点和公共链路。,设原路由达到目的地址需要经m跳，保护路由达到目的地址需要n跳，已经确定的原路由与保护
5、路由之间有以下关系：k个公共节点（不包括源和目的节点）（kminm-1,n-1）,r条公共边（rminn,m）。并且设各节点之间，各跳之间以及节点与路由之间相互独立，节点发生故障的概率为q，每一路由发生故障的概率为p。同时令事件A:原路由发生故障事件B:保护路由发生故障事件C：公共节点或公共路由出现故障事件 :原路由与保护路由不相交处出现故障事件 :保护路由与原路由不相交处出现故障事件AB：原路由和保护路由同时发生故障事件B/A：原路由发生故障的情况下，保护路由也发生故障，即由预选保护路 由不能实施保护功能的事件。,式中，P(AB)表示原路由和保护路由都发生故障的概率令 ,下面分析三种极端的情
6、况。1）无公共边和公共端r=k=0 2)有w个公共节点，同时有w-1个公共边,3）有w个公共节点，无公共边r=0,Diagram,对上述情况进行模拟，以m=6,n=8为例说明模拟结果,原路由和保护路由之间，公共节点和公共边越多，原路由发生故障时，保护路由发生故障的概率就越大,随着边和节点故障概率的增加，保护失效的概率急剧上升，说明，设备本身的故障是决定路由保护的关键。,全光MESH网的保护方法预选路由的专用保护,保护路由的选取准则2 要求保护路由的跳数尽量的少，即经过的节点数尽量的少，这主要是出于光传输损伤和节点内部损耗对光信噪比的影响所作的考虑。,Diagram,为分析的方便，仅仅考虑对OS
7、NR影响最严重的因素，即EDFA的ASE噪声对OSNR的影响，假设系统已采用了功率均衡机制，而且每个光放大器的输入输出均分别相同，在此假设下，系统的OSNR课可用下式表示,式中， 是第一级EDFA的但通道输出光功率（dBm）, 为第i级EDFA的增益， 为第j级EDFA输出与第j+1级EDFA输入之间的衰减，光滤波器的带宽为 ，h是普朗克常数，v是光频率， 为第i级EDFA的噪声指数。一般取 为0.1nm,所以上式中的第二项为-58dB.因为复用段功率均衡的作用，后级的EDFA正好抵消掉前面线路的衰耗，即 ，所以上式可简化为,根据上述的公式，我们得到光信噪比与OXC内部损耗及经过OXC节点数量
8、的关系曲线（取 ）,在经过的节点数一定的情况下，节点内部的损耗的增加对信噪比的影响是很大的。当节点内部损耗一定时，光信噪比经过的节点数呈线性的变化。,全光MESH网的保护方法共享链路保护方法,共享链路保护方法：多条业务通道共同占用同一波长通道。此类保护专门针对重载网或者连通性不强的网络，降低网络阻塞率，提高资源利用率。,2、,1）共享保护通道原则首先对于预选路由中的两条选路原则应该继续遵循，仅给出一条保护路由。此外，还应该依照以下原则。如果连个工作链路共享同一物理链路（哪怕有一区段共享），即相 关。那么它们的保护通道就不能共享同一通道。将要分配的工作业务不能抢占已经给保护通路分配过的通道。保护
9、通路的最大共享数应该设置上限，并非共享通道越多性能就越好。设定物理链路的权重，在不同方案下比较阻塞率和总权重，以便进行代价的比较。分一条工作通路就为其建一条保护通路，业务按最短路由的方式分配路由，按照first-fit来选择波长。,以下算法仅仅考虑波长选择的问题，不考虑波长变换的情况。为说明共享保护通道的思路，以下图为例进行解释。,在图a中，分析沿A-G-F-E的波长为 的工作通道和沿B-C波长为 的工作通道，可以共享链路H-D间波长为 的通道。 在图b 中，由于G-F业务的工作通道与A-G-F-E业务的工作通道共享了链路 ，所以这两个业务的保护通道不可以共享同一波长通道。,（2）性能分析 假
10、设N为允许保护通道共享的上限， 表示第i光纤上的第k波长的利用情况。 空闲 工作通道占用 n个保护通道共享,其中,N需设有上限的原因： 设两条不相关链路同时出故障的概率为 ,则如果允许保护通道共享通道数为N，其可能有业务得不到保护的概率就为 ，可见N越大，冒险就越大。还有保护通道共享的方法使得算法的复杂度增加了（N-1）倍。另外，业务的阻塞率并不会随着允许共享的通道数的增加而显著降低，网络拓扑、光纤数、波长数以及网络负载都与N的选取有关，所以N的选取应该综合考虑到算法复杂性/保护的性能和网络阻塞率,（3）选路流程,总结,光网络中一般的保护方法：1+1 M:N(1:1) 光网络中环网的保护需要着重考虑的两个 因素：光器件的瞬态效应 错连 光网络中网状网的两种保护方法：预选路 由的专用保护（两个准则）、共享链路的 保护方法（要求、上限N的分析、工作通 道和保护通道的选路流程）,存在的疑问,为何M:N的保护机制仅仅对资源的保护适用，而1:1和1+1的保护机制可以既对资源又对业务。,资料上讲1+1和1：1的保护属于专用保护的机制。在我看来，专用的定义应该是即使业务通道没出故障，保护通道也不能被其它业务占用。,没看到资料上关于分析网状网（mesh网）中光器件瞬态效应对网络的影响,非常感谢老师同学听我的报告请批评指正！,