文/江志榮 深圳市諾龍技術(shù)股份有限公司
光傳輸?shù)默F(xiàn)狀
當(dāng)前，光纜傳輸網(wǎng)已成為我國通信網(wǎng)和國民經(jīng)濟(jì)信息基礎(chǔ)設(shè)施的主要部份，是公眾電話網(wǎng)、通訊網(wǎng)絡(luò)、安防監(jiān)控等各種系統(tǒng)基礎(chǔ)。光纜通信網(wǎng)絡(luò)一旦阻斷，將對項(xiàng)目中造成嚴(yán)重影響，給企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，光傳輸網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的好壞及線路的保護(hù)和恢復(fù)問題越來越引起人們的關(guān)注，也成為市場在爭奪用戶時(shí)重要的競爭焦點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)光傳輸保護(hù)一般有兩類方法：網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)。在監(jiān)控系統(tǒng)中，常常以保護(hù)機(jī)制作為第一道防線，對光纖阻斷之類的公共失效故障。例如：光纖環(huán)網(wǎng)方式，當(dāng)某個(gè)支點(diǎn)出現(xiàn)異常，則環(huán)網(wǎng)自動(dòng)斷開該點(diǎn)，形成點(diǎn)位缺失組環(huán)，保證其它傳輸正常運(yùn)用，以獲取時(shí)間對單點(diǎn)異常進(jìn)行搶修時(shí)間。
光傳輸保護(hù)的需求
隨著光纖傳輸在監(jiān)控行業(yè)應(yīng)用，智能交通、高速公路運(yùn)營環(huán)境的日趨競爭激烈，促使傳輸網(wǎng)絡(luò)和光纜線路安全也愈加重要。光傳輸作為業(yè)務(wù)承載平臺(tái)，系統(tǒng)傳輸?shù)谋Ｗo(hù)與恢復(fù)對于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行能力有著重大的影響。因?yàn)椋绾翁岣邆鬏斚到y(tǒng)的可靠性是傳輸系統(tǒng)建設(shè)中重點(diǎn)考慮的問題，在影響傳輸系統(tǒng)可靠性的因素中，光傳輸線路的影響是最大的，一旦出現(xiàn)異常系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)。而光傳輸鏈路幾乎全部敷設(shè)在野外、長遠(yuǎn)距離，監(jiān)控與管理難度大，網(wǎng)絡(luò)安全受外部因素影響極大，意外故障發(fā)生率高。根據(jù)高速機(jī)電維護(hù)部門的統(tǒng)計(jì)，每年光傳輸出現(xiàn)的各種故障頻有發(fā)生。
傳統(tǒng)光傳輸故障在高速機(jī)電項(xiàng)目中解決辦法：搶修人員接報(bào)故障后，利用OTDR設(shè)備查找故障點(diǎn)定位，現(xiàn)場進(jìn)行人工搶修，少則兩三個(gè)鐘，多則數(shù)天，即要封路還費(fèi)時(shí)費(fèi)力，給維護(hù)單位帶來極大不便，故障修復(fù)時(shí)效性偏低。
應(yīng)用介紹
圖1
如圖1所示,在高速監(jiān)控系統(tǒng)中可分為三個(gè)部分：前端信號采集部分、中端傳輸部份、后端顯示及存儲(chǔ)管理部分，監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目隨著網(wǎng)絡(luò)化、高清化、智能化、集成化的發(fā)展，傳輸方式也不斷進(jìn)行技術(shù)升級和革新。
系統(tǒng)應(yīng)用比較
高速監(jiān)控系統(tǒng)對傳輸設(shè)備在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)有多種選擇方式，最終達(dá)到的目的是相同的，而不同的傳輸設(shè)備各有優(yōu)缺，在實(shí)際運(yùn)用中如何選擇系統(tǒng)架構(gòu)傳輸設(shè)備尤其重要，往往是制約整個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)度、成本和安全的關(guān)鍵要素。那么，系統(tǒng)在組建設(shè)計(jì)時(shí)如何保證傳輸鏈路安全值得更加深刻的探討與研究。
光纖收發(fā)器傳輸應(yīng)用
光纖收發(fā)器傳輸以點(diǎn)對點(diǎn)雙向傳輸，前后各對應(yīng)放設(shè)備通過光纖連接起來，這種方式比較常見，以滿足互連互通為主要目的，業(yè)務(wù)功能固定。
優(yōu)點(diǎn)：
價(jià)格低、技術(shù)成熟、運(yùn)用靈活
即插即用，對維護(hù)人員要求較低
缺點(diǎn)：
無法對業(yè)務(wù)精確識別與控制，在大業(yè)務(wù)情況無法做到快速響應(yīng)、控制丟包
無法保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性，系統(tǒng)的可靠性主要依賴于設(shè)備的本身
功能單一適合于小型網(wǎng)絡(luò)
固定業(yè)務(wù)傳輸，需成對匹配使用
光纖資源浪費(fèi)，設(shè)備數(shù)目多，難以維護(hù)
EPON傳輸應(yīng)用
EPON通�？梢詷湫�、星型結(jié)構(gòu)方式，以單點(diǎn)對多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模式，結(jié)合不同分光比的分光器形成以滿足單點(diǎn)對多業(yè)務(wù)互通為主要目的，業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方式較為固定，多運(yùn)用于下發(fā)用戶較多的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
優(yōu)點(diǎn)：
業(yè)務(wù)擴(kuò)展簡單，通過更換光分路器即可增加
光纖利用率高， 利用光纖光波進(jìn)行分波復(fù)用器將不同波長的光信號復(fù)用至單根光纖進(jìn)行傳輸
缺點(diǎn)：
光分損耗嚴(yán)重，對光器件要求高
傳輸距離受限、不適用于遠(yuǎn)距離傳輸
鏈路無保護(hù)機(jī)制，出現(xiàn)故意易造成全網(wǎng)癱瘓
操作復(fù)雜，廠商在現(xiàn)場進(jìn)行分光調(diào)試
兼容性差，各廠家產(chǎn)品無法互通
光保護(hù)型MIS
光保護(hù)型MIS可運(yùn)用于組建點(diǎn)對點(diǎn)、鏈、星、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)模式，應(yīng)用大中型多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)傳輸接入層與匯聚層。
優(yōu)點(diǎn)：
背板帶寬大，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)速度快，支持高清視頻實(shí)時(shí)傳輸
組網(wǎng)靈活，應(yīng)用大中型多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，支持各類型業(yè)務(wù)接入
端口根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用可選擇不同的接口數(shù)量及形態(tài)（SFP、GE）
支持VLAN的劃分，有效對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制管理可抑制廣播風(fēng)暴
數(shù)據(jù)吞吐量大、丟包率小、延遲低
兼容性強(qiáng)，廠家互通性好，
環(huán)網(wǎng)、光保護(hù)雙重保護(hù)機(jī)制
缺點(diǎn)：
價(jià)格略高
操作復(fù)雜、需要配置
本案運(yùn)用到的本文重點(diǎn)闡述光保護(hù)型MIS，其可將前端監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的高清視頻采集與情報(bào)板、氣象監(jiān)測、車流量檢測、防拆報(bào)警等多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集匯聚，通過內(nèi)部協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換后可由網(wǎng)口或光纖口與上層區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，采用全千兆或萬兆主干傳輸，支持冗余電源保護(hù)、多重保護(hù)機(jī)制，只需兩纖組成一個(gè)環(huán)網(wǎng)，當(dāng)環(huán)網(wǎng)中兩臺(tái)設(shè)備同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)環(huán)路即失效，而系統(tǒng)中采用光保護(hù)型MIS即做到雙重保護(hù)突顯對信號實(shí)時(shí)有效傳輸保護(hù)機(jī)制，當(dāng)環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)異常，可自動(dòng)自愈成環(huán)。當(dāng)光纖鏈路出現(xiàn)異常現(xiàn)象（光衰、無光）光保護(hù)即起動(dòng)備用光路，對光路進(jìn)行自愈，保證當(dāng)前設(shè)備上所有業(yè)務(wù)在環(huán)網(wǎng)內(nèi)正常工作。
機(jī)遇與挑戰(zhàn)
機(jī)遇
高速監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)入智能化時(shí)代后，攝像機(jī)的清晰度大幅提高、大量數(shù)據(jù)RS232/RS485等業(yè)備傳輸對帶寬要求越來越高。傳輸涉及系統(tǒng)的多個(gè)環(huán)節(jié)，從接入信號環(huán)節(jié)來看：1、如何保證信息的實(shí)時(shí)、有效傳送；2、隨著2K/4K高清視頻的普及與發(fā)展趨勢，如何確保傳輸對視頻造成的時(shí)延、卡頓、花屏現(xiàn)象；3、在監(jiān)控系統(tǒng)高度集成化的時(shí)代，不同業(yè)務(wù)通過不同標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備傳輸，對管理、運(yùn)維、調(diào)試，如何簡化管理等需要解決的問題帶來了較大機(jī)遇。
挑戰(zhàn)
光傳輸?shù)牟粩嘟ㄔO(shè)與普及，業(yè)務(wù)需求已成倍增長，終端的光纖鏈路維護(hù)也日趨嚴(yán)峻，每一次鏈路故障對整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)都將會(huì)帶來一定影響，收入損失、維護(hù)績效、業(yè)務(wù)開展、業(yè)主的信賴等問題日趨突顯。如何提升傳輸網(wǎng)絡(luò)鏈路安全更具挑戰(zhàn)。
異常情況下，如何快速響應(yīng)（小于20MS）恢復(fù)業(yè)務(wù)
線路保護(hù)切換系統(tǒng)應(yīng)用于物理層，當(dāng)線路出現(xiàn)故障時(shí)，需快速反映并做出正確應(yīng)急機(jī)制，省去人工查找及更換到備用線路所花費(fèi)的時(shí)間，減少業(yè)務(wù)中斷造成的影響。
建設(shè)升級擴(kuò)容，方便維護(hù)
在系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)及項(xiàng)目建設(shè)期，多有發(fā)生系統(tǒng)升級、業(yè)務(wù)增加狀況，如何具有強(qiáng)大的擴(kuò)充能力，適應(yīng)比較復(fù)雜、高彈性擴(kuò)充的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，有利于網(wǎng)絡(luò)的升級擴(kuò)容，方便網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)，降低建設(shè)成本。
提升人工效率，達(dá)到迅速發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)確判斷、有效處理
高速監(jiān)控系統(tǒng)如傳輸鏈路出現(xiàn)異常，造成故障。如何快速恢復(fù)傳輸鏈路、迅速的恢復(fù)以太網(wǎng)光傳輸。并能讓維護(hù)人員及時(shí)掌握、管理設(shè)備的工作狀態(tài)，以及即時(shí)光纜監(jiān)測、斷路修復(fù)。提高工作效率，大幅降低光纖傳輸維護(hù)所需時(shí)間，節(jié)約維護(hù)成本。
預(yù)警顯示，做到預(yù)防、預(yù)測、預(yù)知、預(yù)判。
在設(shè)備鏈路異常時(shí)，保護(hù)設(shè)備只能被動(dòng)接受信號指令，來切換鏈路。在數(shù)據(jù)高速傳輸及實(shí)時(shí)性的科技時(shí)代，對此類現(xiàn)象已不能完全滿足，設(shè)備故障需提前預(yù)知，預(yù)判并提前預(yù)防。對傳輸與接收設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，采集當(dāng)前數(shù)據(jù)信息對比，做到預(yù)知，可對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對比后，做到預(yù)判；并通過數(shù)據(jù)對照與參考值進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)，做到預(yù)防。
以太網(wǎng)交換機(jī)光傳輸雙重保護(hù)的應(yīng)用解析
光保護(hù)型MIS的工作原理是當(dāng)設(shè)備監(jiān)測到工作鏈路傳輸中斷或光衰劣化至一定值后，光保護(hù)型MIS設(shè)備將主信號自動(dòng)轉(zhuǎn)至備用光纖系統(tǒng)來傳輸，從而使接收端不受影響，接收到正常的信號而感覺不到網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了故障，它主要適用于點(diǎn)到點(diǎn)應(yīng)用的保護(hù)。
圖2
如圖2所示：解決方案可支持星型、鏈?zhǔn)�、環(huán)網(wǎng)等不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在運(yùn)用中可達(dá)到：環(huán)網(wǎng)支持RING、STP、RSTP協(xié)議，環(huán)網(wǎng)切換及自愈時(shí)間小于20ms.設(shè)備傳輸鏈路異常可在小于10ms時(shí)間內(nèi)完成光路的切換，保證業(yè)務(wù)傳輸設(shè)備不受環(huán)網(wǎng)斷點(diǎn)故障影響，設(shè)備可為光纖傳輸系統(tǒng)提供一套實(shí)用、可靠的解決方案，從而組建一個(gè)無阻斷、高可靠性、安全靈活、抗災(zāi)害能力強(qiáng)的光纖傳輸系統(tǒng)。
工作原理
圖3
圖4
定向耦合器中兩耦合波導(dǎo)光功率周期性相互轉(zhuǎn)換
行業(yè)市場化需求
電力行業(yè)
自動(dòng)化和工業(yè)通訊在電力行業(yè)的應(yīng)用日益廣泛，在水電、火電、風(fēng)電、核電、太陽能供電等電力行業(yè)發(fā)電、輸變電、配電過程中，需要全方位的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)控，且數(shù)據(jù)流量大。電力行業(yè)的設(shè)備工作環(huán)境十分惡劣，有時(shí)需要放置在室外機(jī)柜中，電磁干擾十分嚴(yán)重。實(shí)時(shí)、可靠和抗惡劣環(huán)境的雙重保護(hù)型MIS成為電力工業(yè)聯(lián)網(wǎng)和控制通訊的首選解決方案。
在電力行業(yè)中，雙重保護(hù)型MIS 已廣泛用于電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)、水電部調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)、變電站無人值守系統(tǒng)，變電站綜合通信系統(tǒng)、電力配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)中。
交通行業(yè)
交通領(lǐng)域的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)主要在地鐵、鐵路等軌道交通及公路中應(yīng)用。在現(xiàn)代交通系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的交通管理和環(huán)境監(jiān)控需要相當(dāng)多的設(shè)備來協(xié)助完成，如PLC、交通控制器、LED顯示屏、IP電話和視頻攝像機(jī)，大多數(shù)交通系統(tǒng)已經(jīng)將TCP/IP做為設(shè)備通信的主要方式，光保護(hù)型MIS其優(yōu)勢在于可以大大降低安裝費(fèi)用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高度集成。
例如：電力、交通行業(yè)整個(gè)系統(tǒng)需要傳輸大量的數(shù)據(jù)、視頻和音頻，其通信網(wǎng)絡(luò)必須具備足夠的帶寬從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制,全千兆網(wǎng)絡(luò)傳輸能力無疑是一種最佳的解決方案。
結(jié)束語
以太網(wǎng)交換機(jī)光傳輸對多業(yè)務(wù)傳輸、雙重保護(hù)已經(jīng)有了長足的發(fā)展，為解決工業(yè)應(yīng)用高清視頻傳輸實(shí)時(shí)性、多業(yè)務(wù)傳輸實(shí)用性等問題有諸多方式，然光保護(hù)型MIS為解決雙重保護(hù)、高清視頻傳輸與多業(yè)務(wù)接入的問題而設(shè)計(jì)，雖然解決的方案不是唯一的，但是針對工業(yè)控制現(xiàn)場的實(shí)際需求出發(fā)，解決實(shí)際運(yùn)用中的疑難問題。
