徐林，叶小华, 张林涛，冒晓平

　　摘 要：专网通信容量需求的增长及近期专网通信网络的火热建设带动了对下一代专网通信网络组网方案和传输技术的思考。本文介绍了慧方公司基于其最新光传输技术而推出的新型专网通信无中继传输组网方案，通过比较传统的组网方式，在网络构架、传输性能、系统稳定度和成本优化等方面分析了这种新型组网方案的优势，并且概述了该系统产品的核心技术及其工程应用。
　　关键词：无中继传输；专网通信；成本优化；组网方案

1. 引言

　　IT时代的大中型企业在发展主流业务的同时，也必须同步进行作为IT支撑的内部通信网络的建设。作为专网领域的代表，电力、石油、煤炭、安全和大型金融机构等都需要自有网络供内部通信使用。早期专网提供的业务主要是64kb/s的调度语音和低速数据信号，后来逐渐升级到以2Mb/s为业务访问颗粒，然后进一步过渡到155Mb/s，视频监控和远程数据镜像等近期需求对专网链路的带宽要求达到了2.5Gb/s[1]。企业专网的迅速发展对应用于专网领域的传输技术以及组网方式提出了更高的要求，网络规划必须从建设维护成本、建设周期、网络构架前瞻性和系统的安全稳定等方面做综合评估。

　　就通信容量而言，大部分专网的确低于电信运营商的网络。但是，专网所承载的是精品信息，比如指挥调度、公司财务以及银行客户信息等，这需要等同于电信级别的网络来保障传输的畅通。出于安全、保密和实时性等因素的考虑，很多企业的网络都是自建的，而不是租用电信的链路，这样就从物理上做到与公网隔离。鉴于专网的特殊性，网络建设方和系统供应商都面临一个严峻的问题：如何把高端的电信级的传输技术[2-4]移植到专网领域，催生出因地制宜的高性价比的解决方案。

　　本文首先提出一种基于慧方公司最新光传输技术，面向专网领域的新型无中继传输组网方案，然后比较传统的组网方式，在网络构架、成本优化、传输性能和系统稳定度等方面分析了这种新型组网方案的优势，最后概述该系统产品的核心技术及其工程应用。

2. 新型无中继传输组网方案

　　对于绝大多数专网而言，通信网络的拓扑结构并不复杂，就是由若干个点对点链路组成的链型或星型拓扑以及带有业务保护的环状拓扑，网络层的交换功能在各主节点或中心节点通过IP路由器或交换机完成。而网络规划的重点就是要论证各个点对点的传输链路的距离、实现方式以及技术上的可行性。

　　图1（a）表示一个由3个节点组成的链型网，其包括了两条点对点链路，每条链路的光缆长度约200到300公里。如果用传统的方式实现，各个链路上必须设置中继设备，大约每50至80公里需要一个中继站。中继设备主要提供光功率放大、色散补偿或电信号终结和再生等功能。

　　慧方公司提出的新型无中继方案如图1（b）所示，通过采用最新的光传输技术，无中继距离大幅度提高。和传统方案比较最鲜明的对比在于，新方案去除了所有的在线设备，无需建设中继站。这种新型无中继方案大幅度简化了传输链路和网络构架，有效地抑制初期投资，大幅度减少运营费用，减少通信故障源、提高系统稳定性、降低备品备件的种类和数量，方便日常维护和系统扩容。下面通过与传统方式比较，我们进一步详细讨论新型无中继方案的综合优势。

3. 无中继方案的优势

　　从图1可以很直观地发现无中继方案大幅度提高了无中继传输距离，从传统的50至80公里提高到300多公里，在线设备全部撤除，从而大大简化了系统结构。对于大多数专网用户而言，200至300公里是最常见的长途距离，广泛适用于数据中心和备份中心的连接，大中型城市的环城线路，西电东输和西油东运等跨省传输以及近海岛屿的海缆系统。

1）低成本

　　无论是专网还是公网，建设方最密切关注的莫过于低成本，而本无中继方案在简化系统结构和减少设备数量的基础上，在保证电信级通信质量的前提下实现了这一点。网络初期建设成本主要包括设备成本和工程成本，而其中往往容易被忽视的工程成本在很多情况下占了初期投资的很大比重。以中继站的建设费用为例，根据各企业类型不同其所需的中继站的规模和级别也不同，其费用可以为几十万至几百万元。海缆系统无法修建中继站，但其水下中继设备也需要几十甚至上百万美元，对于普通的近海路由而言是根本无法承受的。除了中继站费用之外，所有中继点的施工、设备安装和测试等工程费用也是重要的一环。

　　无中继方案从根本上解决了上述所有问题，由于去除了中继站和在线设备，所有与中继相关的费用都不会发生。此外，就我们对市场的了解，我们对传统方案的设备成本进行了估价，我们发现由于中继设备的减少和新技术带来的集成优势，我公司提出的无中继方案和传统方案即使在单纯的设备成本上也有很强的可比性。在设备成本可比而工程成本大量节约的情况下，无中继方案在专网通信领域的价格竞争力远远超过传统的组网方式。

2）建设周期短

　　投资少见效快是立项的根本要求之一。大量资金投入建设，自然希望尽快建成并使用该通信网络，这是对缩短减少周期的自然预期。采用无中继方案后，由于网络结构的简单化，基础建设和设备数目大量减少，施工难度和工程量也线性地降低，建设周期也随之缩短。中继站的基建时间不一而足，工期从一天到一周甚至更长都有可能。中继设备的安装配置和测试等工程环节也带来可观的时间消耗。我们保守地估计，同传统组网方式相比，无中继方案的建设周期至少能缩减三分之一。

3）高可靠性

　　对于承载精品信息的专网而言，其服务对象是企业的核心资讯，通信网的功能就如同人体运载血液的动脉一样，重要性可见一斑。所以，系统的高稳定性和设备的低故障率是最基本的指标。提高系统稳定性主要通过选取高性能器件和提高芯片板卡的集成度的方式，这是系统设备供应商的必修课。同时，一个不可回避的事实是，实现设备故障率为零的唯一办法是没有设备。也就是说，再完美的设备都有故障几率，减少设备数目是对系统稳定性的最直接的贡献。无中继组网方案可以减少设备数量大概1/6至1/3，相应的带来故障源减少和稳定性的提升。此外，由于系统所有的设备都在终端机房，发现故障、定位故障以及故障修复的时间就能大大缩短。相比较而已，对于传统网络的在线设备故障，仅仅工程车开赴现场就需要几个小时的时间，故障修复时间是个无法确定的因素。

4）低成本维护升级方便

　　取缔中继站和相关的中继设备对维护人员也是利好消息。中继站的供电、温控湿控以及例行维护工作都是很大的开销，同时占据了大量维护人员和维护工具等资源。从维护的角度，无中继组网方案带来巨额的维护费用和相关人力的节约。此外，当系统容量需要扩容的时候，所有的扩容和调试工作都只需在终端机房进行，无需野外作业，这是缩短工期、保障质量和降低成本的有力保障。最后，新方案大力削减了设备的种类和数目，使备品备件的管理更加容易，这也带来维护的便利。

4. 无中继传输技术

　　慧方公司的无中继传输系统产品Arasor Anyhaul ULS将电信级的长距光传输技术移植到专网领域，其中包括色散管理型光发射器技术（CML）、光发射/接收端的前向纠错编/解码技术（FEC）、高增益型掺铒光放技术（EDFA）、分布式拉曼放大技术（DRA）、窄带光滤波技术等。

　　在ULS产品中，我们采用独有的啁啾参数设计，对调制信号进行调频（加啁啾）再调制光源，将光脉冲压窄，从而有效地提高光脉冲抗光纤色散的能力，并通过嵌入的光滤波实现AM-FM 的交叉转换，保证2.5Gb/s速率信号传输数百公里的色散容限。此外，通过特有的相位相关技术，使相邻的“1”信号间具有π相位差别，减小 码间串扰（ISI）效应，并获得高非线性（自相位调制及受激布里渊散射）阈值。实验表明，自相位调制效应阈值为19dBm，而受激布里渊散射阈值上升为20dBm。非线性阈值增大有利于在系统中采用更大的信号传输功率，从而获得更远的无中继距离。

　　前向纠错编码采用标准RS(255,239) 编码（GFEC）格式时，编码增益为 6.2dB；而当采用特有的增强型 FEC（EFEC）时的编码增益可达9dB。此外，FEC功能可以通过软件设置来选取5种工作模式，分别为OC-48至GFEC双向转换，OC-48至EFEC双向转换，GFEC双向再生以及EFEC单向再生和不使用FEC等，适于不同的传输需求。

　　在光放大方面我们的方案是混合式Raman+EDFA放大技术，整体上噪声因子（NF）由拉曼放大器决定，典型的NF为-1～1dB左右，而单纯的EDFA的NF有4～6dB，由此可看出NF有5dB的改进；此外，在拉曼放大器的安全保护设计方面，我们采用了基于光监控通道（OSC）的光纤链路监控器，功率预算达80dB，响应时间小于0.2秒，实时在线监测链路的畅通状态，具有自动激光切断功能，从而保证人身和设备安全。

　　在线路发射端采用高功率增益的EDFA对信号进行功率放大有助于提高发射功率，补偿线路上的功率损耗，获得更远的无中继传输距离。对于多信道WDM传输系统，要求EDFA功率放大器提供足够高的增益系数以保证各信道的发射功率满足长距离无中继传输需求。在ULS中，我们采用了新型的高功率增益EDFA技术，使最大输出功率超过23dBm，满足多信道系统长距离无中继传输的功率需求。

　　在长距离无中继传输中，信号在各放大器和传输线路所累积的色散及非线性噪声将干扰接收器的信号接收灵敏度，造成误码并影响系统性能。因此在信号接收端应尽可能滤除噪声的影响。在ULS设计中，我们通过合理配置线路上的信号光功率，降低非线性噪声，通过色散管理技术减小色散噪声，并采用窄带光滤波器技术，滤除大部分传输所累积的噪声。实验表明，采用上述技术手段，能有效提升链路信噪比参数，接收端的信号灵敏度能获得5dB以上幅度的改善。

5. 工程应用

　　我们在南方某省电力部门对ULS系统进行了工程试验，并对各种不同的传输链路中进行了不同的配置，链路中的光纤均为G.652型普通单模光纤，采用2.5Gb/s速率的SDH传输模式。我们测试了系统各项参数性能，旨在确认ULS的传输性能，并获得不同配置情形下所对应的最佳传输距离。

　　在300km传输测试中，线路总损耗为60.5dB。我们采用了EFEC编码方式，其编码增益经测试为9dB左右，并开启了DRA设备，设置拉曼泵浦光功率为27dBm。通过对链路非线性噪声及色散的分析，我们发现单波信号功率必须控制在20dBm范围之内，否则噪声将显著影响系统传输性能。测试表明，系统稳定运行需要的OSNR为9.5dB，系统允许的光功率富裕度为7dB。

　　在关闭拉曼放大器的情况下，系统支持250km的无中继段，线路总损耗为55dB。根据我们的测试资料显示，无拉曼系统的极限无中继功率预算可高达59dB。

6. 结束语

　　本文介绍了慧方公司的新型专网通信无中继组网方案，通过和传统方式的比较，论证了新方案在降低低成本、缩短建设周期、增强系统可靠性、减少维护费用、方便管理和升级等方面的明显优势。文章还简单介绍了慧方公司Arasor Anyhaul ULS系统产品的关键技术及其在工程上的应用。

参考文献：

　　[1] 《电力设备网》2006年06月28日新闻专稿“国网公司超长站距光通信通过验收”

　　[2] 于林生 董胜 印新达, “拉曼光纤放大器在国内工程中的应用”, 邮电设计技术, Volume 7, Page(s): 17-20, 2003 [3] Rai, Smita; Mukherjee, Biswanath; etc. “Provisioning in Ultra-Long-Haul Optical Networks”, Proc. of OFC/NFOEC 2007, 25-29 Page(s):1 – 3, March 2007 [4] Rasmussen, J.C., “PMD and chromatic dispersion compensation for 40 Gbit/s optical networks”, Proc. of IEEE LEOS 2005, 22-28 Page(s):704 – 705, Oct. 2005