CN202940821U - 光旁路保护设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光旁路保护设备，该设备包括：第一、第二客户光口；第一、第二线路光口；路由选择器，用于进行路由选择以改变设备状态，其中，使第一客户光口与第一线路光口之间形成通路，且第二客户光口与第二线路光口之间形成通路时，设备处于主路状态；使第一线路光口与第二线路光口之间形成通路时，设备处于第一旁路状态；信号再生放大单元，用于对信号进行再生放大处理，当设备处于第一旁路状态时，其输入端与第一线路光口连接，输出端与所述第二线路光口连接。本实用新型光旁路保护设备可以避免误码或业务不通的问题。

Description

光旁路保护设备

技术领域

本实用新型涉及光纤通信领域，尤其涉及一种光旁路保护设备。 

背景技术

运营商建设的光纤传输网有链状网和环网等多种拓扑形式，图1是链状网拓扑示意图，A、B、C、D是传输设备，比如SDH光端机。节点A能与B进行直接的双向通讯，A通过B，能与C进行通讯，A依次通过B和C，能与D进行通讯。 

链状网比较脆弱，不具有故障自愈能力，如图2所示，当节点B处的通讯设备出现故障或者发生机房停电事故后，那么自然A与C和D都无法通讯上，即网络中某一中间节点发生故障后(机房停电或设备硬件、软件故障)，其下游的所有节点都将失去通讯联系(即使下游节点设备本身并无故障)，因此由一节点故障而引发造成大面积的网络故障，给运营商带来极大的损失。 

环网明显要比链状网健壮，具有一定的自愈能力，当环中只有一个节点发生故障或停电时，其余节点间的通讯不会受到影响，但若发生两个节点甚至多个节点同时故障或停电，就已超出了自愈能力的范畴。如图3所示，当B和F均故障时，A就无法与C、D、E进行通讯，因为“必经之路”B和F均发生故障，两条通讯道路均被阻断。 

如上所述，无论是链状网还是环网，当网络中某一个或多个中间节点(并非网络最末端位置的节点)出现故障或机房停电事故后，地处故障节点下游的所有节点都会通讯中断失去联系，因而会造成大面积的网络瘫痪，给运营商带来极大的损失。 

现有技术中提供了一种光旁路保护设备(OBP)来解决以上问题，该设备如图4所示，OBP与网络中某一中间节点B放置在一起，B节点处的上游和下 游方向的线路光纤不再与传输设备直接相连，而是与OBP的线路光口连接，OBP的客户光口与B节点传输设备的光口相连，相当于通过OBP，B节点传输设备再连入网络。OBP有两种路由状态，图4所示是主路状态，当本节点通讯设备正常运行时，OBP就处于主路状态，OBP内部建立了四条光传输通道，使得B能够分别与A和C进行双向通讯，注意即使当OBP自身断电后(传输设备正常工作时)，OBP内部建立的光传输通道依然必须存在，不受断电的影响。 

当B节点传输设备发生故障(比如发光功率异常)，或者B节点机房发生停电事故的时候(OBP与传输设备均断电)，OBP就处于旁路状态，如图5所示，OBP内部建立了两条光传输通道，使得A设备发出的光信号经过OBP后能够传送至C设备，同时C设备发出的光信号经过OBP后能够传送至A设备，因此通过OBP使得故障节点传输设备被旁路掉(与网络隔离开)，故障节点的上游和下游传输设备通过OBP建立直接双向通讯，使得网络故障得到最精细的隔离，保证了下游节点的正常运作，避免给运营商带来更大的损失。 

由以上功能需求描述可知，OBP内部需要使用光开关作为路由选择器，因为只有光开关建立的光传输通道才能不受断电的影响。另外OBP内部要有备用电源，当机房停电时，OBP要能持续工作一段时间，在这段时间内OBP利用自身携带的备用电源继续正常工作，OBP依然能够监测传输设备是否运行正常，判断出到底是只有OBP自己断电还是机房断电，如果是前一情况，OBP不会切换至旁路状态，如果是后一情况，OBP才会切换至旁路状态。 

图6是能实现此需求的一种光路设计方案，OBP共有8个光接口，西向线路侧、客户侧各两个光接口，东向线路侧、客户侧各两个光接口，图中的OBP处于主路状态，本地传输设备既要与西向进行双向通讯，也要与东向通讯，图中标有箭头的虚线表示西向通讯信号，标有箭头的实线表示东向通讯信号，OBP内部有两只旁路型2×2光开关，每只2×2光开关有四个触点，在光开关的光信号入口处放置有光探测器，用椭圆表示，有两只光探测器用于监测本地传输设备的发光功率，另外两只用于监测来自线路方向的光功率， 当监测到本地传输设备的发光功率正常时，OBP就会保持在主路状态。 

当OBP监测到本地传输设备发光异常时，OBP就会立即将光开关置于旁路，如图7所示，这样东、西向信号就通过光开关直接互连，上游和下游两节点就通过光纤直接对接进行通讯，这时故障的本地传输设备就被旁路掉。 

当本地机房整体断电时，由于OBP内部有电池或超级电容器作为备用电源，在外接电源失效后，OBP依然能够正常工作持续数分钟至数小时，在这段时间内当OBP监测到本地传输设备因断电而停止工作(这种情况下也属于监测到本地传输设备发光异常)时，OBP也会立即倒换至旁路状态。 

但这一方案中，A和C各自接收到的光信号的功率值都会大幅减弱，可能导致误码或业务不通。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种光旁路保护设备，以解决切换到光旁路状态后产生的误码或业务不通的问题。 

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种光旁路保护设备，该设备用于确保上游节点和下游节点之间的正常通讯，该设备状态包括主路状态和第一旁路状态，该设备包括： 

第一、第二客户光口，用于分别与传输设备的发送光口和接收光口之间形成通路； 

第一、第二线路光口，用于分别接收所述传输设备的上游节点线路光纤传输的信号和向下游节点线路光纤发送信号； 

路由选择器，用于进行路由选择以改变设备状态，其中，使第一客户光口与第一线路光口之间形成通路，且第二客户光口与第二线路光口之间形成通路时，所述设备处于主路状态；使第一线路光口与第二线路光口之间形成通路时，所述设备处于第一旁路状态； 

信号再生放大单元，用于对信号进行再生放大处理，当设备处于第一旁路状态时，其输入端与第一线路光口连接，输出端与所述第二线路光口连接。 

为解决上述技术问题，本实用新型还提供了另一种光旁路保护设备，该 设备包括主路状态和第一旁路状态，该设备包括： 

信号再生放大单元，用于对信号进行再生放大处理； 

路由选择器，用于进行路由选择以改变设备状态，其中，使上游节点和下游节点之间的通信经过传输设备时，所述设备处于主路状态；使所述上游节点和下游节点的通信不通过所述传输设备，但通过所述信号再生放大单元时，所述设备处于第一旁路状态。 

相较于现有技术，本实用新型光旁路保护设备增设了信号再生放大单元，当光旁路保护设备从主路状态切换到旁路状态时，上游节点的信号虽然不再经过对应的传输设备，但仍然由信号再生放大单元进行放大处理，避免了误码或业务不通的情形。 

附图说明

图1为现有链状网拓扑示意图； 

图2为现有链状网中节点发生故障的示意图； 

图3为现有环网多点故障的示意图； 

图4为现有光旁路保护设备(OBP)处于主路状态的示意图； 

图5为现有OBP处于旁路状态的示意图； 

图6为现有OBP处于主路状态的具体光路示意图； 

图7为现有OBP处于旁路状态的具体光路示意图； 

图8、图9分别为本实用新型实施例1中OBP处于主路状态和旁路状态的具体应用实例示意图； 

图10、图11为信号再生放大单元的两个实现方案示意图； 

图12为实施例1的技术方案中备用电源耗尽的示意图； 

图13、图14、15分别为本实用新型实施例2中OBP处于的第二旁路状态、第一旁路状态和主路状态的具体应用实例示意图。 

具体实施方式

如图5所示，当OBP处于旁路状态时，相当于A与C通过AB间的线路光纤和BC间的线路光纤连接，即经过了两段线路长度，由于方案中的OBP会带来插入损耗，所以A和C各自接收到的光信号的功率值都会大幅减弱(相对于B未故障，OBP处于主路状态时)，当AB间的线路和BC间的线路相加已经比较长，当A发出的光信号经过两段线路光纤外加OBP的插入损耗到达C的接收光口时，有可能光功率值已经十分接近甚至低于C的光口接收灵敏度了，这时就会有误码出现，甚至造成业务不通、光口LOS(接收信号丢失)等严重后果，在这种条件下，方案中的OBP就无法使用了。 

下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 

实施例1 

在OBP处于旁路状态时，为了避免因插入损耗带来的问题，本实用新型在旁路状态下增加了对来自线路方向的光信号进行再生放大处理的再生放大单元，使得来自东向和来自西向的光信号均得到再生或放大。 

本实施例光旁路保护设备用于确保上游节点和下游节点之间的正常通讯，该设备状态包括主路状态和旁路状态，该设备包括： 

第一、第二客户光口，用于分别与传输设备的发送光口和接收光口之间形成通路； 

第一、第二线路光口，用于分别接收所述传输设备的上游节点线路光纤传输的信号和向下游节点线路光纤发送信号； 

路由选择器，用于进行路由选择以改变设备状态，其中，使第一客户光口与第一线路光口之间形成通路，且第二客户光口与第二线路光口之间形成通路时，所述设备处于主路状态；使第一线路光口与第二线路光口之间形成通路时，所述设备处于旁路状态；即，主路状态下，上游节点和下游节点之间的通信经过传输设备，旁路状态下，所述上游节点和下游节点的通信不通过所述传输设备，但通过所述信号再生放大单元； 

信号再生放大单元，用于对信号进行再生放大处理，当设备处于旁路状态时，其输入端与第一线路光口连接，输出端与所述第二线路光口连接。 

以下图8、图9是在图6、7的基础上仍以双向通信为例具体应用实例图。 

为了实现主路状态和第一旁路状态及时切换，采用与现有技术相同的方式，即在图8、9中，所述设备还包括光探测器(如图中椭圆所示)，其输入端与所述传输设备的发送光口连接，输出端与所述第一客户光口连接，所述设备状态为主路状态时，若所述光探测器监测到发光异常，触发所述路由选择器改变设备状态为第一旁路状态。 

如图8所示，在光开关的两个触点间增加了信号再生放大单元，图中用等腰三角形表示，信号再生放大单元与光开关的连接关系如图所示，一个单元用于来自西侧的线路信号的再生、放大，另一个单元用于来自东侧的线路信号的再生、放大。当OBP处于旁路状态时，来自东向、西向的线路侧光信号经过信号再生放大单元后，信号的功率值和质量都会得到明显改善，确保了上、下游节点间能正常通讯，不受线路长度增加的影响。 

如图9所示，当OBP处于主路状态时，两个信号再生放大单元的输入、输出端均未与光开关的触点连接，因此光信号并未经过单元，本地通讯设备能正常与西向和东向分别进行通讯。 

可选地，信号再生放大单元有两种实现途径： 

实现途径一，采用不经过光-电-光(O-E-O)转换步骤的纯光信号放大方案，如可调光放大器实现；也可采用光纤放大器和衰减器一起实现，具体地， 

可采用掺铒光纤放大器(EDFA)实现，EDFA的输出功率通常为+10dBm以上，光信号的放大幅度很大，有时候甚至会造成下游通讯设备的光口发生接收光过载，为避免这种情况，可在EDFA输出口后面放置一个可调光衰减器(VOA)，OBP可以调节VOA衰减量的大小，用以获得较合适的输出光功率。这种实现方式要求光信号必须是1550nm波段的信号。 

图11表示的是信号再生放大单元的另一种实现方案，不使用EDFA，而使用O-E-O信号再生方式，即由光电光模块实现信号再生放大单元，该光电光模块内部可加入时钟数据恢复单元(CDR)，这样不仅能放大信号，对信号还具有再整形、再定时的作用，全面提高了信号的传输质量，确保信号在经 过远距离传输后不失真。OEO实现方式一般不需要VOA，因为通常输出光功率不会特别大。这种实现方式对光信号的波长一般没有限制。 

实际设计和应用时，根据实际网络需要，有可能采取以上两种实现方式同时应用的情况。 

本实施例1中，在OBP处于旁路状态后，来自线路侧的光信号能够被信号再生放大单元放大、整形、定时，再传出去，使得信号的传输质量得以全面提高，避免在旁路状态后因传输线路过长衰减过大而造成上、下游节点通讯异常。 

实施例2 

但如图8所示的设计方案仍存在一个缺陷，如果本地机房停电，OBP会自动启用其内部的电池或超级电容器来供电，即，所述光旁路保护设备还包括备用电源，与所述信号再生放大单元连接，用于为所述信号再生放大单元提供备用电源。当“备用电源”消耗完毕后，信号再生放大单元就会因失去电力供应而停止工作，无论是采用EDFA实现方案还是OEO方案，由于光学、电路器件本身的物理特性所致，信号再生放大单元停止工作后不具有透明传输信号的能力，信号必然会被完全阻断，即经过OBP后会完全测量不到光功率，如图12所示。当来自线路的光信号被OBP完全阻断后，会给运营商的故障排查定位造成困难，可能会误导运维人员判断为上游传输设备发生故障不再发光，或误认为OBP未进行旁路保护倒换，给故障定位带来麻烦。 

为避免这个问题，继续改善光路设计方案提供该实施例2的技术方案。 

该实施例2与实施例1的不同之处在于： 

所述设备还包括：备用电源，与所述信号再生放大单元连接，用于为所述信号再生放大单元提供备用电源；备用电源监测单元，用于监测备用电源电能； 

同时改善路由选择器，该路由选择器可使得OBP有三个不同的状态，除前述主路状态和前述旁路状态(该实施例2中称为第一旁路状态)，增加一个第二旁路状态，该实施例中的路由选择器使第一线路接口和第二线路接口直接连接时，所述设备处于第二旁路状态；即，第二旁路状态下，所述上游 节点和下游节点的通信不通过所述传输设备及信号再生放大单元。具体地，所述设备为第一旁路状态时，若监测到所述备用电源的电能小于预设阈值时，则触发所述路由选择器改变设备状态为第二旁路状态。 

具体的应用实例，如图13所示，在信号再生放大单元的输入、输出端与2×2光开关的触点之间增加了1×2光开关，每只1×2光开关有三个触点，总共需要四个1×2光开关，图13表示的是当信号再生放大单元停止工作后的情况，当OBP监测到自身的备用电源的电能即将耗尽时，就自动将四只1×2光开关置成如图13所示的光路位置，即OBP处于第二旁路状态，这样来自东、西线路的光信号就不再经过信号再生放大单元，而是经过2×2光开关、1×2光开关透明的传输下去。当OBP的备用电源的电能耗尽后，信号也不会被阻断，只是增加了插入损耗。 

图14表示的是在信号再生放大单元正常工作时的情况，四只1×2光开关置成如图14所示的光路位置，即OBP处于第一旁路状态，来自线路侧的光信号经过信号再生放大单元再传出去，避免了因线路过长而导致上、下游节点间通讯异常的问题。 

图15表示的是OBP处于主路状态时的情况，无论四只1×2光开关的光路处于何位置，来自线路侧的信号都会被2×2光开关引导传至本地的传输设备，信号不经过再生放大单元，使得本地传输设备能够与上、下游节点正常通讯。 

可理解地，在双向通信中，该实施例的路由选择器由2个2×2光开关和4个1×2光开光组成，可理解地，本领域技术人员可根据本实施例具体要实现的设备状态切换的要求，采用其他类型的光开光组合来实现路由选择器，比如在单向通信时，可采用2个1×2开关实现OBP在三个状态之间的切换。即所述路由选择器可选择两个1×2光开光或选择2个2×2光开关和4个1×2光开关实现。 

综上所述，OBP中增加信号再生放大单元(即信号中继单元)的主要目的是，当本地传输设备发生故障后，或在本地机房发生停电事故，OBP自动倒换至第一旁路状态且OBP自身的备用电源的电能尚充足的时候，OBP能够对来自线路方向的光信号进行放大，使得到达上、下游节点的光信号达到一 个比较合适的功率值，确保上、下游节点间通讯正常。当OBP自身的备用电源的电能低于某个预设阈值(该阈值可根据实际情况灵活设定)时，OBP需要从第一旁路状态切换到第二旁路状态。 

该实施例2中，当信号再生放大单元因失去电力而停止工作或即将停止时，OBP能够自动的将来自线路侧的光信号透明传出去，跳过了信号再生放大单元，避免了线路光信号被OBP完全阻断，避免了给运维人员排查、定位故障带来困惑。 

实施例1的光旁路保护设备，还可以从另一角度进行描述，即：光旁路保护设备实施例1包括主路状态和第一旁路状态，该设备包括： 

信号再生放大单元，用于对信号进行再生放大处理； 

路由选择器，用于进行路由选择以改变设备状态，其中，使上游节点和下游节点之间的通信经过传输设备时，所述设备处于主路状态；使所述上游节点和下游节点的通信不通过所述传输设备，但通过所述信号再生放大单元时，所述设备处于第一旁路状态。 

在实施例2中，与上述实施例1不同之处在于，所述设备状态还包括第二旁路状态，所述路由选择器使所述上游节点和下游节点的通信不通过所述传输设备及信号再生放大单元时，所述设备处于第二旁路状态； 

所述设备还包括： 

备用电源，与所述信号再生放大单元连接，用于为所述信号再生放大单元提供备用电源； 

备用电源监测单元，用于监测备用电源电能，所述设备为第一旁路状态时，若监测到所述备用电源的电能小于预设阈值时，则触发所述路由选择器改变设备状态为第二旁路状态。 

实施例3 

显然最佳的情况是，无论OBP是处于主路还是旁路，上、下游节点的传输设备的接收光功率值保持几乎不变，这样传输设备的光接收机不需要对接收光功率值重新进行自适应，光路切换对光接收机造成的冲击最小。 

该实施例3的技术方案在实施例1或2的技术方案的基础上进一步改进， 相对于实施例1或2的技术方案，其不同之处在于： 

所述设备还包括增益控制模块，用于自动调整所述信号再生放大单元的增益，使得下游节点在主路状态和第一旁路状态下的接收光功率的差值小于或等于预设阈值。 

最佳的该阈值为0。具体的计算方法与实现路由选择器的光开关的组合方式以及各光开关的插入损耗有关。 

以下实施例2中的具体方案为例进行说明。 

在本地传输设备正常运行时，假设OBP监测到来自线路西向的光功率为P2(dBm)、来自线路东向的光功率为P4(dBm)、本地传输设备西向发光功率为P3(dBm)、本地传输设备东向发光功率为P1(dBm)。那么当OBP处于主路状态时，OBP的西向线路侧输出的功率值为P3(dBm)-2×2光开关的插入损耗(dB)，OBP的东向线路侧输出的功率值为P1(dBm)-2×2光开关的插入损耗(dB)。当OBP处于旁路状态时，OBP的西向线路侧输出的功率值为P4(dBm)-2×2光开关的插入损耗(dB)-1×2光开关的插入损耗(dB)-1×2光开关的插入损耗(dB)+西向信号再生放大单元的增益(dB)，OBP的东向线路侧输出的功率值为P2(dBm)-2×2光开关的插入损耗(dB)-1×2光开关的插入损耗(dB)-1×2光开关的插入损耗(dB)+东向信号再生放大单元的增益(dB)。一般可取1×2光开关的插入损耗为0.5dB、2×2光开关的插入损耗为1dB，所以西向信号再生放大单元的增益值应为P3(dBm)-P4(dBm)+1dB，东向信号再生放大单元的增益值应为P1(dBm)-P2(dBm)+1dB。信号再生放大单元内部既有信号放大单元(放大倍率可设置)，也有信号衰减单元(衰减倍率可设置)，故信号再生放大单元的整体增益是可调节的，OBP可以按照上面两个公式来自动计算并生成最佳的信号增益值，这样就能使得网络的光功率分配得到最优化的结果。 

该实施例3中，OBP能够自动计算并生成东向和西向的信号再生放大单元的最佳增益值，使得无论OBP是处于主路状态还是第一旁路状态，上游、下游节点传输设备的光接收机接收到的光功率值几乎不变，因此在光路切换时，给光接收机带来的信号冲击得以最小化。 

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本实用新型不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。 

Claims (10)

1.一种光旁路保护设备，该设备用于确保上游节点和下游节点之间的正常通讯，其特征在于，该设备状态包括主路状态和第一旁路状态，该设备包括： 

第一、第二客户光口，用于分别与传输设备的发送光口和接收光口之间形成通路； 

第一、第二线路光口，用于分别接收所述传输设备的上游节点线路光纤传输的信号和向下游节点线路光纤发送信号； 

路由选择器，用于进行路由选择以改变设备状态，其中，使第一客户光口与第一线路光口之间形成通路，且第二客户光口与第二线路光口之间形成通路时，所述设备处于主路状态；使第一线路光口与第二线路光口之间形成通路时，所述设备处于第一旁路状态； 

信号再生放大单元，用于对信号进行再生放大处理，当设备处于第一旁路状态时，其输入端与第一线路光口连接，输出端与所述第二线路光口连接。 

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述设备还包括光探测器，其输入端与所述传输设备的发送光口连接，输出端与所述第一客户光口连接，所述设备状态为主路状态时，若所述光探测器监测到发光异常，触发所述路由选择器改变设备状态为第一旁路状态。 

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述设备还包括备用电源，与所述信号再生放大单元连接，用于为所述信号再生放大单元提供备用电源。 

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于：所述设备状态还包括第二旁路状态，所述路由选择器使第一线路接口和第二线路接口直接连接时，所述设备处于第二旁路状态；所述设备还包括备用电源监测单元，用于监测备用电源电能，所述设备为第一旁路状态时，若监测到所述备用电源的电能小于预设阈值时，则触发所述路由选择器改变设备状态为第二旁路状态。 

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述设备还包括增益控制模 块，用于自动调整所述信号再生放大单元的增益，使得下游节点在主路状态和第一旁路状态下的接收光功率的差值小于或等于预设阈值。 

6.如权利要求4所述的设备，所述路由选择器可选择两个1×2光开关或选择2个2×2光开关和4个1×2光开关实现。 

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述信号再生放大单元由光纤放大器以及与其串联的可调光衰减器实现，或由可调光放大器，或由光电光模块实现。 

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于：所述光电光模块中包括用于实现再整形、再定时作用时钟数据恢复单元。 

9.一种光旁路保护设备，其特征在于，该设备包括主路状态和第一旁路状态，该设备包括： 

信号再生放大单元，用于对信号进行再生放大处理； 

路由选择器，用于进行路由选择以改变设备状态，其中，使上游节点和下游节点之间的通信经过传输设备时，所述设备处于主路状态；使所述上游节点和下游节点的通信不通过所述传输设备，但通过所述信号再生放大单元时，所述设备处于第一旁路状态。 

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述设备状态还包括第二旁路状态，所述路由选择器使所述上游节点和下游节点的通信不通过所述传输设备及信号再生放大单元时，所述设备处于第二旁路状态； 

所述设备还包括： 

备用电源，与所述信号再生放大单元连接，用于为所述信号再生放大单元提供备用电源； 

备用电源监测单元，用于监测备用电源电能，所述设备为第一旁路状态时，若监测到所述备用电源的电能小于预设阈值时，则触发所述路由选择器改变设备状态为第二旁路状态。 

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