光纤物理网

K字节

城域光纤物理网的建设思路

内容摘要：本文从城域网的层次、拓扑结构、组网方式及光纤资源的配置、路由的保护等几个方面介绍了在规划和建设城域光纤物理网需要考虑的几个重点，从而体现了城域网在整个网络中所占的重要地位。

关键词：分层、拓扑结构、光纤、组网、物理路由

一、背景

城域网（ＭＡＮ）并不是一个新概念，９０年代初，伴随各种计算机网络诞生，产生出了局域网（ＬＡＮ）；广域网（ＷＡＮ）；城域网（ＭＡＮ）的概念。城域光传送网通常被定义为覆盖1OOkm左右，它位于骨干光传输网和接入网的汇接处，是整个网络体系中的一个重要组成部分，不仅要承载多种网络协议和信道速率，还要具有组网的灵活性和可扩展能力。
　

随着宽带多媒体业务和光纤通信技术的快速发展，光纤通信技术已越来越广泛运用于接入网络中。光纤物理网的覆盖范围及支撑力度直接决定了电信运营商的业务开拓及发展。目前，光纤广泛应用于通信的各个领域，无论是传统的语音通信、现代的数据通信；无论是有线通信、无线通信，都离不开光纤光缆。但是，随着光缆布放越来越多，结构越来越复杂，对光纤网的物理结构带来了严峻的挑战。中国的电信运营商在城域光纤网的竞争异常激烈。近几年，在行业竞争和自身数据业务发展需要的驱使下，运营商大力发展城域光纤网，他们大多采取的是“按需建设”的被动策略，没有根据现网的基础设施及今后的发展趋势对城域光纤物理网的基础设施提出总体规划，导致目前城域光纤物理网的基础设施网络层次不清，资源利用率不均衡，网络结构存在许多安全隐患，制约了今后业务发展对光纤的需求。为了更有效地支持宽带业务和数据业务，在建设城域光纤物理网的过程中，运营商则面临如何对已有的城域光纤物理网基础设施进行优化、建设的问题。

二、城域网层次划分



城域网的层次划分可以从两个方面来分析，纵向和横向划分。所谓纵向划分是按照所对应的不同网络分层加以区别，比较常见的是分成传送网和业务网，传送网是业务网的物理承载平台，应该适应不同业务网的相关需求。

横向划分时，常把城域网分为4层结构：核心层、汇聚层和接入层、分布层（有时候将分布层也并入到接入层）。值得强调的是城域网的层次分为4层并不是固定的，这与城市规模、业务类型等一系列因素都有关系。在中小城市，则可以简化为两层，只有核心层、汇聚层（汇聚层和接入层综合在一起）；而在另外一些城市，可能汇聚层与核心层集成在一起，只有汇聚层（核心层）与接入层。运营商根据自己的网络规模、业务分布来决定网络的层次。随着网络的进一步演变，城域汇聚层的作用将逐步消失，网络将成为真正的二层网络，甚至是无级网络。

核心层主要提供大容量的业务调度能力和多种业务的传输能力，完成与PSTN、ATM／FR、DDN和公用主干网、骨干网的互连互通。汇聚层负责城域网区域内业务的汇聚和疏导，提供本地业务调度能力和多业务汇聚分发能力。接入层通过各种接入技术和线路资源，把业务就近接入汇聚点，实现用户覆盖。

2.1核心层

核心层由核心节点组成，一般有交换局、长途局、数据中心及关口局等，负责核心节点间大容量中继电路，与省/本地长途网的互联互通，与其它网络的互联互通。网络结构相对稳定，业务可靠性、安全性要求高。网络节点数量少、业务容量大、电路调度频繁。核心层可采用的组网技术主要有城域波分、MSTP和OXC等。

核心层网络拓扑结构的今后目标是向网状网或格状网的方向发展，采用分布式的控制机制，应用OXC组网技术，并基于ASON和GMPLS等新标准和技术。基于OXC的智能光网络是今后传送网发展的重要方向，但当前技术尚未成熟，业务需求也有待开拓。
2.2汇聚层


汇聚层由汇聚节点组成，负责一定区域内业务汇聚和疏导，要求具有强大的业务调度能力。汇聚层的存在避免了接入点直接入核心层，导致的接入网跨度大、主干光纤消耗严重等问题。汇聚层可采用的组网技术主要有MSTP、RPR和城域波分技术。在汇聚层采用MSTP，可保证对传统TDM业务的支持，同时优化数据业务的传送，提高带宽利用率。利用MSTP的L2交换和汇聚功能，可节省汇聚层节点的业务端口，降低网络成本。当前和今后一段时期，TDM业务仍将是电信运营商最主要的收入来源，而且还有一定的增长空间，在业务需求以TDM业务为主时，新建城域传输网的汇聚层以采用MSTP为适。
2.3接入层 (分布层)

接入层（分布层）处在网络末端，进行业务的接入。接入层是技术最丰富、对成本最敏感的区域，当前接入层可供选择的技术主要有MSTP、RPR和EPON等。接入层采用MSTP可以替代部分数据网络设备，降低网络成本。对于IP业务流量占主导的区域，可采用RPR组网，以实现数据业务接入能力优化。由于接入层中的主要业务包括10M/100M以太网、2M、34M/45M等小颗粒业务，城域波分技术不适用于这一层面。

另外，随着城域网网络规模的扩大，其接入层面与客户网络有了越来越多的重叠，接入网络有被边缘化的趋势。特别是在激烈的竞争区域，后来的运营者对于商业大厦、写字楼等大用户，将光纤延伸至大楼，直接与企业的LAN相连，从而使城域网接入部分等同于客户网络。

采用分层结构的光缆网络的优点是：a)层次清晰，便于集中力量分层分批建设。b)由于采用分层结构，各层之间的光缆可以根据业务需求灵活调配，方便网络建成后的维护管理。c)光缆网络的扩容和升级方便，能适应多种业务开展和网络的长期发展需要。其缺点是：a)前期投资较大。b)前期会造成部分资源暂时闲置。
三、城域光纤物理网的组网方案

由于受用户需求和地理分布动态变化的影响，城域网的数据业务具有多变性，这就促使电信运营商努力寻求一种能根据业务需求和用户群来调度和扩展业务甚至拓扑结构的解决方案。拓扑的灵活性是必不可少的，因为任何拓扑的局限性都会带来许多问题。城域光纤网的光缆建设思路是光缆网络的拓扑应具有灵活性和升级能力。光缆组网应该按照清晰的层次结构分阶段建设，这也决定了未来的城域网络拓扑结构。

3.1核心层光缆组网方案
  核心节点一般坐落在交通方便或者是某区域的经济政治中心。考虑核心层光缆线路网结构时，既要根据城域网核心节点的业务现状，又要考虑到有利于业务的发展和网络结构的演变。目前，大多数运营商采用的是部分网状网结构。部分网状网是一种由环网向完全网状网过渡的网络结构。若网络节点有N个，组成环网需N段光缆，完全网状网要求任一节点都与其他的N-1个节点相连，故需N(N-1)／2段光缆。而部分网状网要求在环网基础上，至少与其他节点有连接，故需M段光缆。
3.2汇聚层光缆组网方案
汇聚层节点通常数量较多，都是重要业务节点。出于对网络安全性和灵活性考虑，建议汇聚层光缆网络结构以环形结构为主。并分别接入核心层光缆网络的核心节点，保证每一个汇聚层节点上连两个以上核心节点。提高汇聚层光缆网络的安全性。因此，在投资和资源可行的情况下，可将环网优化为部分网状网结构，进一步提高汇聚层的安全性与灵活性。
   3.3接入层光缆组网方案
    核心节点是整个网络中最重要的节点，一经选定，变动的可能性较少，所以核心层光缆最为稳定。汇聚节点也都为重要业务节点，光缆网可根据整体发展规划进行建设与调整，相对比较稳定。由于受接入节点的业务类别、范围大小、节点位置远近以及经济能力等诸多因素的影响，使接入层光缆网络结构要根据实际情况来确定。如何采用灵活方便且适应性强，以便于将来扩容的配线法，是目前接入层光缆网络需要研究解决的一大课题。常用的接入层光缆线路的配线方法有星树型递减直接配线法、星树型无递减交接配线法、环型无递减交接配线法、总线型无递减交接配线法4种。
        1)星树型递减直接配线法
星树型递减直接配线法即接入用户的配线光缆直接从主干光缆中引出，主干光缆的芯数从局端起向远端节点逐级减少，确定所需设置的主干节点以及每个节点所需的光纤量，即可确定主干光缆的纤芯数。该配线法的优点是成本较低。缺点是：a)光纤资源不共享，利用率低。b)节点的用户预测稍有偏差就会造成部分节点纤芯过剩，而新节点无纤芯使用。c)安全性差，当主干光缆线路出现故障时，因无备用光纤，将会影响故障点之后的所有用户。因此，在用户分散和需求稳定的区域，可采用星树型递减直接配线法进行小范围内的光缆线路网建设。
     2)星树型无递减交接配线法
  星树型无递减交接配线法采用交接制，引入了光缆交接箱，从局端到光缆交接箱、光缆交接箱到光缆交接箱之间的主干光缆纤芯无递减，通过跳纤灵活调度光交接箱内主干资源，配线光缆从光缆交接箱中引出。故从局端至末梢光交接箱的光缆芯数总和大于或等于各光交接箱共需芯数总和。其优点是：a)光缆纤芯的通融性极高，使主干光缆的纤芯能在不同的光交接箱内通过跳纤灵活调度，满足不断增长的新用户的需求。b)建设成本较低。c)若取部分主干纤芯在各交接箱内联通，可形成虚拟环型网，能抵抗纤芯损坏故障，但无法抵抗光缆故障。缺点是安全性差，当主干光缆线路出现故障时，因无备用光纤，将影响故障点后的所有用户。新兴运营商由于存在管道资源不足、用户分布等问题，较广泛地采用直接配线法。
      3)环型无递减交接配线法
   环型无递减交接配线法即主干光缆闭合成环，终端在同一节点上，在环路上主干光缆纤芯无递减，配线光缆也从光缆交接箱中引出。所以，主干光缆纤芯数等于环上所有光交接箱的芯数总和。优点是：a)光缆纤芯的通融性极高，光纤调度灵活。b)主干光缆闭合成环??护技术，即使主干光缆上出现故障，通信业务也能在极短的时间内自愈恢复。缺点是由于主干光缆成环，光缆敷设量较大，成本相对较高。在小型城市的中心城区、商贸中心、经济开发区等用户密集的地区，可由多个局所组成环型结构。大中型城市的业务量发展较快，种类繁多，在经济条件和管道资源允许的情况下，建议优先选择环型无递减交接配线法。
       4)总线型无递减交接配线法
   总线型无递减交接配线法即主干光缆终端在不同的节点上，主干光缆纤芯无递减，配线光缆也从光缆交接箱中引出。在网络灵活性、安全性、投资、光纤利用率等方面与环型无递减交接配线法类似。但在组成物理光缆环时，需要借用其他光缆才能成环保护。在汇聚节点相对较多、用户分布较分散的地区，由于环网光缆组环后覆盖面积小于总线型光缆的覆盖面积，可优先选择总线型无递减交接配线法。具体组网结构见下图。

      总之，接入层光缆网络的组网要遵循“主干稳定、配线灵活”的原则。先建设主干光缆网，确定主干网络的网络结构，再根据具体区域的实际情况发展配线网。只要有业务需求，有可发展的用户，就可建设配线网络，使其就近接入主干网。尤其是城市郊区或小城镇，由于用户密度较低，业务种类简单，在建设初期，用户业务需求不太明朗，很难做出准确的业务预测，大规模建设会造成资源闲置，使投资在相当长的时期内不能发挥效益。在初期，可以考虑采用星型或总线型结构，待用户发展起来后，再逐步建设，形成环网。还必须考虑营业和维护界面，目前部分地区运营商的营业维护界面以地市为单位，所以在组网时，为了今后维护方便，不能打破地市的服务界面。
四、城域光纤物理网的规划与建设
4．1核心层、汇聚层光缆
  
核心层、汇聚层光缆容量。根据传输、数据业务对光纤占用需求，结合各种专线占用光纤数量，留有一定冗余，确定光纤数量。一般不低于48芯。中等城市以144芯或288芯为宜，中心城市以288芯为宜。
光缆程式。目前，城区应选择GYTA型，光纤宜选择G.652D型（G.655光纤因价格偏贵，可根据各地实际需求和资金充裕能力进行选择）。
敷设方式。城区应选择管道敷设方式；郊外可根据具体条件选择直埋或架空（当然，有管道应优选采用管道敷设方式）。当采取直埋方式时，光缆程式应选择GYTA53（跨河或湖泊，直接布放，应选择GYTA33型）中继光缆在路由中不应有分支，不容许上下纤。进出局应选择不同路由。 核心层光缆在中心城市呈网状结构，汇聚层光缆呈环状结构。
4．2接入层光缆
接入层光缆又分接入主干层光缆、接入配线层光缆、引入层光缆。
4．2．1接入主干层光缆
接入主干层光缆主要是按区域、区块覆盖布放，连接若干光缆交接设备，每一个光缆交接设备都有一定的覆盖范围。前几年，接入层主干光缆的建设，大部分在于应付市场的需要，而很少考虑网络的优化，随着接入层光缆建设条件的成熟和几年建设经验的积累，光缆网络的调整和优化已势在必行。由于光缆与电缆之间存在本质上的区别，因此用户电缆线路网中交接区最佳容量的计算方法不适用于用户光缆线路网。但交接区划分的原则是一样的，即光缆交接区应依附城市规划，以城市的河流、湖泊、公园、绿化带、主要街道及其他妨碍光缆线路穿行的大型障碍物为界，并结合城市中现有通信管道的实际情况进行划分，市区光缆交接箱的覆盖半径建议一般控制在800～1000米之内。
    光缆交接区一旦划定，应相对长期稳定，不宜频繁地调整，避免重复投资、重复建设。这是因为，光缆交接区实际上就是一个以光缆交接箱为中心的小区域线路网络中心。光缆交接区的稳定，有利于用户光缆线路网的规划和管理，同时也减少了调整线路的工程量。换句话说，“稳定”带来了巨大的经济效益和使用效益。
    电缆在短时间内不可能完全被淘汰，所以在现在和将来的一段时期内，用户电缆和用户光缆将长期共存，两个网为重叠网。在划分光缆交接区时，应根据现有电缆交接箱的分布情况，尽量做到一个光缆交接箱分管几个电缆交接箱用户。同时还应考虑属地化管理的趋势，光缆的覆盖范围尽可能少跨区域和重叠覆盖。
     光交接设备是指对接入层光缆进行灵活调度分配的光交接节点和光交分配节点，其设置原则主要从管孔资源、业务需求、用户性质、网络安全等方面考虑。
   
综合考虑管孔资源、用户属性、潜在业务需求，确定光交接区。如选择在用户密度较大、管孔资源较富裕处设立光交接节点，方便光缆出入，便于各配线光缆的建设。
   
光交接点与光分配点的设置应结合当地城市规划和电信网规划进行，应在党政部门、高等院校、企事业单位、写字楼、住宅小区等地方设置，以便快速实现用户接入。
   
从网络安全考虑，应尽可能设置在具备产权或长期使用权的室内机房；室外光交接节点应设置在地理位置比较稳定的区域，以后不易受市政建设的影响，同时避开外部高电压干扰，高温、腐蚀和易燃易爆区影响。
4．2．2接入配线层光缆
接入配线层一般在有条件的区域可设置部分光分配点，每个光交接设备可下设4—5个光分配点，作为收敛进用户的引入光缆。
4．2．3引入层光缆
引入层光缆为直接进用户的光缆，拟一次布放到位，一般采用12芯光缆即可，上连到光交接设备或光分配点。
4．3光缆纤芯数量的选择
光缆纤芯数量的取定要在对服务区内用户分布及业务需求充分预测的基础上进行，合理制定光缆的业务满足年限，根据光缆服务范围内的纤芯需求量、光缆的路由条件、管道资源情况、光缆纤芯公里造价等因素，合理规划光交接节点的数量。光缆纤芯业务满足期建议考虑在3－5年左右，主干层每个光交接点落地芯数建议36-72芯，配线层每个光分配点落地芯数建议24-48芯。
主干光缆一般采用环形无递减配纤方式，选用芯数：96-288芯。在纤芯配置上，主干光缆的纤芯分配应以6或12芯为单位进行，同时可根据实际需求配置共享纤芯、独享纤芯和直通纤芯。
   配线光缆一般根据实际情况灵活采用星树型无递减配线或星树型递减配线方式，采用星树型无递减方式的优点是光缆的灵活性较高，光缆纤芯易于调整、共享，对于突发性的新用户的需求较易满足。缺点是成本相对较高，安全可靠性较环网拓扑低。采用星树型递减方式是配线光缆呈星形、树形连接拓扑，光缆纤芯从发起端起向远端节点逐级减少，其优点是光缆的灵活性较高，成本容易控制。缺点是光纤资源不共享，如果节点的用户预测稍有偏差，就会造成新节点无纤芯而原有节点纤芯过剩，另外安全可靠性不足。配线光缆的芯数不宜过大，建议以6芯为单位组织，高密度区以12芯为单位确定配线光缆芯数，一般选用芯数：36-48芯/12-24芯。光交接点中配线光缆芯数可适当多于主干光纤的下纤数，对于用户光缆建议采用4－12芯光缆，并一次布放到位。
主干光缆与配线光缆的配比建议最小为1:2，最大为1:4。
  
以大芯数建设接入层光缆主干环，在大商客群体密集区域设立光交接点，并根据业务需求跟进光分配点的建设。

4 。4城域网光缆线路的物理路由考虑
　　城域光缆线路常会受到外力的作用而阻断。 市政建设方面的道路修整、 改扩建以及其它开挖路面等工程逐年增多，力度加大，大型机械施工弄坏通信管道，从而使光缆线路受到伤害、损坏、甚至全阻断以致造成通信中断的事故经常发生。近年来兴起的光缆线路自动监测系统虽然能完成对光缆的实时自动监测，但不能预防预测外力作用造成的光缆突发阻断障碍， 也不能在光缆线路发生故障时使其中的光传输系统得到保护。一条光缆发生全阻断或其中部分纤芯阻断，对于那些没有通过另一条物理光缆传输路由保护的光系统会造成较长时间的业务传输中断。目前，城域中继光缆和用户主干光缆大都在24芯以上，大多数光缆中的大多数纤芯在占用中，光缆阻断时，在比较好的现场条件下，从阻断到完全修复一般需要6～10h。这对于高速、宽带、大容量的光纤传输所造成的通信损失是严重的，尤其是对于传输系统多、中断时间长的重大光缆阻断障碍，不仅会给电信运营部门造成严重的经济损失，而且会造成严重不良的社会影响。 以下就城域网光缆线路建设和运行维护方面的情况讨论几种光缆传输物理双路由保护方式。
  　在有条件的情况下，引入光缆尽可能采用物理双路由， 对于不具备物理双路由的设备间和特别重要的大客户可采用物理双光缆（两条光缆同路由），这样可以更可靠地保障设备间和大客户的通信安全。 要注意， 主干光缆环在局内的2个成端应做在同一ODF的相邻ODM上（从方便管理考虑，应统一要求A向在上，B向在下，或者反之）; 到设备间和大客户的两条引入光缆的成端亦应在同一架内或同一终端盒（箱）内。这样做便于在应急时两个方向间快速替换。 不管设备间和大客户到通信端局的传输采取的是自愈环方式还是非自愈环的点到点方式， 当主干光缆环在某点或者一个方向上的引入光缆发生阻断障碍时， 都能很快在另一方向上把中断的系统接通。　
　　现在，城域光缆线路多数局向间都有2条以上光缆，先后建设时主要考虑的是局间的传输容量，对于光缆传输互相保护问题考虑得不够。局间的光缆或同路由，或不同路由，由于不是同时建设的，在局内的成端一般都不在同一ODF架内，有的甚至相距很远。如果1条光缆阻断或割接， 临时把中断的光系统或受割接影响的光系统调到另1光缆里（假设该光缆里有足够的备纤），需要从ODF架向光端机布放临时跳线，如果系统多，做起来比较麻烦，费时费力。如果相同局向的光缆成端在同一ODF架内的同一ODM上或在相邻ODM上（成端最好采用插拔式活动连接器，使连接起来快速方便），即使不是采取SDH自愈环传输，通过人工操作，2条光缆也容易做到互相保护，极大地缩短系统阻断历时。
五、结束语：
目前，为使城域网内光纤资源能得到最大程度地开发和利用，主要是通过合理地配置网内光纤资源解决。虽然相对整个城域网内各个不同的传送层，其需解决的重点各不相同，但是依靠不同的解决手段，其目的都是为了构建一个大容量、多业务、可扩展、开放式的高可靠的城域网传送平台，来为今后新业务的增设提供一个良好的物质基础。与传送技术的升级相比，合理地配置光纤资源其投入的成本更为低廉，也更为安全。