2.2 光波分复用（WDM）系统

2.2.1 WDM技术原理

随着信息时代的到来，通信业务逐年迅速增长，为了适应通信网的传输容量不断增长和满足网络交互性、灵活性的要求，产生了各种复用技术。除了大家熟知的时分复用技术外，还有光时分复用、光波分复用、光频分复用等技术。这些技术的出现，使得通信网的传输效率得到了很大的提高。

光波分复用（WDM）技术是在一根光纤中同时传输多个波长的光载波信号，而每个光载波可以通过 FDM 或 TDM 方式，各自承载多路模拟或多路数字信号。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将这些组合在一起的不同波长的信号分开（解复用），并做进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。因此将此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用技术。

WDM系统主要分为双纤单向传输和单纤双向传输两种方式，下面分别阐述。

1.双纤单向传输

单向WDM是指在所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送（见图2-28），在发送端将载有各种信息的、具有不同波长的已调光信号λ1,λ2,„,λn通过光复用器组合在一起，并在一根光纤中单向传输，由于各信号是通过不同光波长携带的，在一根光纤中单向传输，所以彼此不会混淆。在接收端通过光解复用器将不同光波长的信号分开，完成多路光信号传输的任务。反方向通过另一根光纤传输，原理相同。

2.单纤双向传输

双向WDM是指光通路在一根光纤上同时向两个不同的方向传输，如图2-29所示，所用波长互相分开，以实现彼此双方全双工的通信联络。

单向WDM系统在开发和应用方面都比较广泛。双向WDM系统的开发和应用相对来说要求更高，这是因为双向WDM系统在设计和应用时必须要考虑到几个关键的系统因素，如为了抑制多通道干扰（MPI），必须注意到光反射的影响，双向通道之间的隔离、串话的类型和数值、两个方向传输的功率电平值和相互间的依赖性、OSC传输和自动功率关断等问题，同时要使用双向光纤放大器。但与单向WDM相比，双向WDM系统可以减少使用光纤和线路放大器的数量。

以上两种方式都是点到点传输，如果在中间设置光分插复用器（OADM）或光交叉连接器（OXC），就可使各波长光信号进行合流与分流，实现光信息的上/下通路与路由分配，这样就可以根据光纤通信线路和光网的业务量分布情况，合理地安排插入或分出信号。如果根据一定的拓扑结构设置光网元，就可构成先进的WDM光传送网。

一般来说，WDM 系统主要由以下五部分组成：光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道和网络管理系统，如图2-30所示。

光发射机是WDM系统的核心，根据ITU-T的建议和标准，除了对WDM系统中发射激光器的中心波长有特殊的要求外，还需要根据WDM系统的不同应用来选择具有一定色度色散容限的发射机。在发射端首先将来自终端设备输出的光信号，利用光转发器把符合ITU-T G.957建议的非特定波长的光信号转换成具有稳定的特定波长的光信号；利用合波器合成多通路光信号；通过光功率放大器（BA）放大输出多通路光信号。

经过长距离光纤传输后，需要对光信号进行光中继放大。目前使用的光放大器多数为掺铒光纤放大器（EDFA）。在WDM系统中，必须采用增益平坦技术，使EDFA对不同波长的光信号具有相同的放大增益，同时还需要考虑到不同数量的光信道同时工作的各种情况，能保证光信道的增益竞争不影响传输性能。应用时，可根据具体情况，将EDFA用作“线性”、“功放”、“前放”。

在接收端，光前置放大器放大经传输而衰减的主信道光信号，采用分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信道。接收机不但要满足一般接收机对光信号灵敏度、过载功率等参数的要求，还有承受有一定光噪声的信号，要有足够的电宽性能。

光监控信道主要功能是监控系统内各信道的传输情况，在发送端，插入本节点产生的波长为λs波长的光监控信号，与主信道的光信号合波输出；在接收端，将接收到的光信号分波，分别输出 λs波长的光监控信号和业务信道光信号。帧同步字节、公务字节和网管所用的开销字节等都是通过光监控信道开传递的。

网络管理系统通过光监控信道物理层传送开销字节到其他节点或接收来自其他字节点的开销字节对WDM系统进行管理，实现配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能，并与上层管理系统相连。

上面主要解释了WDM系统的基本结构和工作原理，下面阐述WDM技术的主要特点。

1.充分利用光线的巨大带宽资源

WDM 技术充分利用了光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍，从而增加光纤的传输容量，降低成本，具有很大的应用价值和经济价值。目前光纤通信系统只在一根光纤中传输一个波长信道，而光纤本身在长波长区域有很宽的低损耗区，有很多的波长可以利用，如：现在人们所利用的只是光纤低损耗频谱中极少的一部分，即使全部利用EDFA的放大区域带宽，也只是利用它带宽的1/6左右。所以WDM技术可以充分利用单模光纤的巨大带宽，从而很大程度上解决了传输的带宽问题。

2.同时传输多种不同类型的信号

由于WDM技术中使用的各波长相互独立，因而可以传输特性完全不同的信号，完成各种电信业务信号的综合和分离，包括数字信号和模拟信号，以及PDH信号和SDH信号，实现多媒体信号（如音频、视频、数据、文字、图像等）混合传输。

（1）实现单根光纤双向传输

由于许多通信（如：打电话）都采用全双工方式，因此采用WDM技术可节省大量的线路投资。

（2）多种应用形式

根据需要，WDM 技术可有很多应用形式，如长途干线网、广播式分配网络、多路多址局域网络等，因此对网络应用十分重要。

（3）节约线路投资

采用WDM技术可使n个波长复用起来在单模光纤中传输，在大容量长途传输时可以节约大量光纤。另外，对已建成的光纤通信系统扩容方便，只要原系统的功率富余度较大，就可进一步增容而不必对原系统做大的改动。

（4）降低器件的超高速要求

随着传输速率的不断提高，许多光电器件的响应速度已明显不足。使用WDM技术可降低对一些器件在性能上的极高要求，同时又可实现大容量传输。

（5）IP的传送通道

波分复用通道对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关。在网络扩充和发展中，是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务（例如IP等）的方便手段。通过增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量，如目前或将要实现的IP over WDM技术。

（6）高度的组网灵活性、经济性和可靠性

利用WDM技术选路，实现网络交换和恢复，从而实现未来透明、灵活、经济且具有高度生存性的光网络。

2.2.2 WDM系统功能结构及描述

本节主要介绍基于SDH-WDM点到点系统的具体功能结构、参考配置及波长分配等内容。

1.组成结构

承载SDH信号的WDM系统使用了光放大器。根据ITU-T的相关建议，带光放大器的SDH-WDM光缆系统在SDH再生段以下又引入了光通道层、光复用段层和光传输段层，如图2-31所示。

光通道层可为各种业务信息提供光通道上端到端的透明传送，主要功能包括：为网络路由提供灵活的光通道层连接重排；具有确保光通道等适配信息完整性的光通道开销处理能力；具有确保网络运营与管理功能得以实现的光通道层监测能力。

光复用段层可为多波长光信号提供联网功能，包括：为确保多波长光复用段适配信息完整性的光复用段开销处理功能；为确保多波长光复用段适配信息完整性的光复用段监测功能。

光传输段层可为光信号提供各种类型的光纤上传输的功能，包括对光传输段层中的光放大器、光纤色散等的监视与管理功能。

下面介绍两类WDM系统—集成式WDM系统和开放式WDM系统。

（1）集成式WDM系统

集成式系统是指SDH终端必须具有满足G.692的光接口，包括标准的光波长和满足长距离传输的光源。这两项指标都是当前 SDH 系统（G.957）不要求的，需要把标准的光波长和长色散受限距离的光源集成在SDH系统中。整个系统构造比较简单。对于集成式WDM系统中的STM-n TM、ADM和REG设备都应具有符合WDM系统要求的光接口，以满足传输系统的需要。如图2-32所示。

（2）开放式WDM系统

对于开放式WDM系统，在发送端设有光波长转发器，它的作用是在不改变光信号数据格式的情况下，把光波长按照一定的要求重新转换，以满足WDM系统的设计要求。

这里所谓的开放式，是指在同一个 WDM 系统中，可以接入不同厂商的 SDH 系统，将SDH非规范的波长转换为标准波长。OTU对输入端的信号波长没有特殊要求，可以兼容任意厂家的SDH设备。系统示意图如图2-33所示。

2.分类方法和参考配置

根据WDM线路系统是否设有EDFA，可将WDM线路系统分成有线路光放大器WDM和无线路光放大器 WDM，下面从规范化和标准化的角度来看一下不同情况下 WDM 系统的参考配置。

（1）有线路光放大器的WDM系统参考配置

图2-34是一般的WDM系统配置图，Tx1,Tx2,„,Txn为光发射机，Rx1,Rx2,„,Rxn为光接收机，OA为光放大器。

（2）参考点基本描述（见表2-6）

（3）有线路光放大器WDM系统的分类与应用代码（见表2-7）

在有线路光放大器WDM系统的应用中，线路光放大器之间的距离目标的标称值为80km和120km，需要再生之前的总目标距离标称值为360km、400km、600km和640km，注意这里的距离目标仅用来进行分类而非技术指标。

应用代码一般采用以下方式构成：nWx−y·z，其中，

n是最大波长数目；

W代表传输区段（W=L、V或U分别代表长距离、很长距离和超长距离）；

x表示所允许的最大区段数（x＞1）；

y是该波长信号的最大比特率（y=4或16分别代表STM-4或STM-16）；

z代表光纤类型（z=2，3，5分别代表G.652、G.653或G.655光纤）。

（4）无线路光放大器WDM系统的参考配置

图2-35是一般的WDM系统配置图。

（5）无线路光放大器WDM系统的分类与应用代码

无线路光放大器的WDM系统应用包括将8个或者16个光通路复用在一起，每个通路的速率可以是 STM-16、STM-4，也可以将不同速率的通路同时混合在一起。无线路光放大器WDM系统的分类与应用代码见表2-8。

3.光波长区的分配

目前在SiO2光纤上，光信号的传输都在光纤的两个低损耗区段，即1310nm和1550nm。但由于目前常用的EDFA的工作波长范围为1530～1565nm。因此，光波分复用系统的工作波长主要为1530～1565nm。在这有限的波长区内如何有效地进行通路分配，关系到提高带宽资源的利用率及减少相邻通路间的非线性影响等。

（1）绝对频率参考和最小通路间隔

在WDM系统中，一般是选择193.1THz作为频率间隔的参考频率，其原因是它比基于任何其他特殊物质的绝对频率参考（AFR）更好，193.1THz值处于几条AFR附近。一个适宜的光参考频率可以为光信号提供较高的频率精度和频率稳定度。

通路间隔是指相邻通路间的标称频率差，可以是均匀间隔也可以是非均匀间隔，非均匀间隔可以用来抑制G.653光纤中的四波混频效应。

（2）标称中心频率

为了保证不同WDM系统之间的横向兼容性，必须对各个通路的中心频率进行规范。所谓标称中心频率，是指光波分复用系统中每个通路对应的中心波长。目前国际上规定的通路频率是基于参考频率为193.1THz，最小间隔为100GHz的频率间隔系列。

表2-9给出了32通道WDM系统的标称中心工作频率（连续频带方案）。

从表 2-9 可以看出，用频率表示比用波长表示要方便得多。用频率表示时，只需要把已知的复用光通道标称中心工作频率加上规定通道间隔0.1THz（100GHz），就可以得到新的复用光通道标称中心工作频率。但若用波长表示，则需要把已知的复用光通道工作波长加上0.8nm或0.81nm，要麻烦一些，因为0.1THz并非精确地对应于0.8nm。

（3）通路分配表

16通路WDM系统的16个光通路的中心波长应满足表2-10的要求，8通路的WDM系统的8个光通路的中心波长应选择表中标有*的波长。表2-10列出了16通路和8通路的WDM中心频率表。

（4）中心频率偏差

中心频率偏差定义为标称中心频率与实际中心频率之差。对于16通路WDM系统，通道间隔为100GHz（约0.8nm），最大中心频率偏移为±20GHz（约为0.16nm）；对于8通路WDM系统，通道间隔为200GHz（约为1.6nm）。为了未来向16通道系统升级，也规定对应的最大中心频率偏差为±20GHz。

2.2.3 WDM主要性能

前面已经介绍了WDM系统的基本结构、功能结构、工作原理，下面针对WDM涉及的主要关键器件和网络给出相应的性能参数介绍。

1.光波分复用器和解复用器

（1）插入损耗

插入损耗是指由于增加光波分复用器和解复用器而产生的附加损耗，其定义是该无源器件的输入（P1）和输出（P2）之间的光功率之比（dB）：

（2）串扰

串扰是指其他信道的信号耦合进入某一信道，并使该信道传输质量下降的程度，有时也用隔离度来表示这一程度。

WDM器件可以将来自一个输入端口的n个波长信号分离后送入n个输入端口，每个端口对于一个特定的标称波长，远端串扰C（dB）定义为

2.光放大器

（1）放大器噪声指数（NF）

散弹噪声信号通过光放大器传输引起的具有特定量子效率光检测器输出端信噪比降低，即输入端信噪比与输出端信噪比之比，其定义为

其中Sin为输入信号光功率，Nin为输入光噪声功率，Sout为输出信号光功率，Nout为输出光噪声功率。

该参数对于系统性能、特别是整个光链路光信噪比（OSNR）有重要影响，该参数的大小与泵浦源的选择有密切关系。EDFA 利用光纤中掺杂的铒元素引起的增益机制实现放大，它有980nm和1480nm两种泵浦光源。1480nm泵浦增益系数高，可获得较大的输出功率。采用980nm 虽然功率小，但它引入的噪声小，效率更高，可以获得更好的噪声系数。也可以采用1480nm和980nm双泵浦源，980nm工作在放大器的前端，用以优化噪声指数性能；1480nm工作在放大器的后端，以便获得最大的功率。

对于级联应用的放大器，可以将级联的放大器和光纤等效为单个光放大器进行计算。经过推导可知级联系统的NF：

其中，Fi为第i个放大器的噪声系数，Gi为第i个放大器的增益，Li为第i段光纤的衰减。

（2）增益变化

增益变化是指光放大器增益在光放大器工作波段内的变化，最大和最小增益变化的数值与通路数无关。

动态增益斜率（DGT）的定义为

其中，G是标称增益，G′是不同输入光功率下的增益。

（3）光信噪比（OSNR）

光信噪比的定义是在光有效带宽为0.1nm内光信号功率和噪声功率的比值。光信号的功率一般取峰峰值，而噪声的功率一般取两相临通路的中间点的功率电平。光信噪比是一个十分重要的参数，对估算和测量系统有重大意义。

OSNR定义如下：

其中，Pi是第i个通路内的信号功率；B r是参考光带宽，通常取 0.1nm；B m是噪声等效带宽；Ni是等效噪声带宽Bm范围内窜入的噪声功率。

3.光通道参数

为了保证系统性能，特别是兼容性，目前已定义了一些主光通道参数，包括衰减、色散、反射系数等。

（1）衰减与目标距离

目标距离的衰减范围是在1530～1565nm掺铒光纤放大器的工作频段内，假设光纤的损耗是以0.275dB/km为基础而得出的。对于40km的传输距离，损耗约为11dB。实际上这个假设对于已经运行的链路是比较紧张的，对于敷设在地下的老光纤线路要达到这个要求比较困难。

在实际工程中，考虑到我国的实际情况，经常采用822dB、530dB、333dB来表示光接口，其中第一个数字代表区段数，第二个数字代表这个区段所允许的损耗。因此 822dB代表 640km 的无电再生中继距离，530dB 代表 500km 的无电再生中继距离，333dB 代表360km的无电再生中继距离，在具体规划WDM系统时，可以根据实际情况灵活设计。

（2）色散

对于超高速波分复用系统，大多数是色散敏感系统，因此可采用各种色散管理技术，以便能够超出传统色散受限距离。表2-11规定了主光通道上系统所能允许的色散值。

（3）偏振膜色散（PMD）

PMD是由光纤随机性双折射引起的，即不同偏振状态下光纤折射率不同，从而导致相移不同，在时域上表现为不同偏振状态下的群时域不同，最终使脉冲波形展宽，增加了码间干扰。光缆的偏振膜色散应小于0.5ps/。

4.WDM系统网络性能

目前，大容量WDM系统都是基于SDH系统的多波长系统，因而其网络性能应该全部满足相关标准规定的指标，主要考虑误码、抖动等指标。

（1）误码性能

WDM系统所承载的SDH传输性能仍满足SDH的相应误码性能规范。WDM系统光复用段的误码性能，不应高于表2-12中的指标。

（2）抖动性能

SDH网络接口的最大允许输出抖动应不超过表2-13中所规定的数值，表中数值为各网元时钟同步工作，且输入信号无抖动时的输出抖动要求。

2.2.4 WDM组网技术

1.WDM光传送网的分层结构

WDM 光传送网是用光波长作为最基本交换单元的交换技术，即客户信号是以波长为最基本单位来完成传送、复用、路由和管理。WDM光传送网是随着WDM技术的发展，在SDH网络的基础上发展起来的，即通过引入光节点，在原有的分层结构中引入了光层，它又可以细分为3个子层，从上到下依次为光信道层（OCh）、光复用段层（OMS）和光传输段层（OTS），相邻的层网络形成所谓的客户/服务者关系，每一层网络为相邻上一层网络提供传送服务，同时又使用相邻的下一层网络所提供的传送服务。这种分层结构为WDM光连网提供了必要的统一规范与实施策略。

如果在WDM网络中应用波长转换器，则WDM网络的结构可以是分级的也可以是无级的，如果不采用波长转换器，则WDM网络是无级结构。

在大范围的WDM全光网（见图2-36）中，其总体网络结构一般由三级组成：0级为数量很大的光纤局域网；1级为以城市或行政区为单位的光纤城域网；2级为广域网或全国范围的骨干网。其中不同级的网络拥有不同的波长集，同级但互不相交的子网可使用相同的波长集。各省间中心、省中心可以构成2级的长途传输网，而各地区中心则可构成1级的本地网，在2级与1级的边界处利用波长转换技术，则可以提高网络波长的利用率。

对于各级网络来说，采用的结构也不相同。对于0级局域网，一般网径小，传输延迟小，数据吞吐量要求高。因而常采用星形结构，网中用户可以采用单一波长，也可以采用多波长，用户间采用媒质控制协议来解决共享资源的问题。对于1级城域网，它要将许多0级子网连接起来，网络中等，但传输速率要求较高，一般采用环形结构较多。对于 2 级广域网，它的网径大，传输时延长，一般采用网状结构。

根据不同的分级结构，WDM 网有单跳网和多跳网两种形式，单跳网的特点是时延小，任意两个用户都能直接通信，但单跳网对光器件要求高。多跳网能够支持大量用户的分组交换网，但分组要多次中转，平均时延较大。

WDM 网络的另一个显著特点是具有重构能力。当网络节点或路由发生故障时，能够将受阻断的通路迂回，以保持继续通信。这是在网络构筑阶段通过设置一些迂回路由来实现的，但设置迂回路由无疑会增加网络的资源消耗，因而可以考虑对网络中的一些级别重要的路由设置迂回路由。

2.WDM网络的两种交换形式

光波分复用有两种交换形式：光路交换和光分组交换，由此形成了两种光波分复用网络的形式，即光路交换WDM网和分组交换WDM网。

（1）光路交换WDM网

光路交换WDM网是研究最多，最接近实用化的一种网络。从拓扑结构上看，光交换的全光WDM网络有两种主要的形式：其一是广播和选择网络，也就是常说的星形结构的网络；其二是波长寻径网络。

① 广播和选择网络

广播和选择网络中的各个节点通过光纤和无源星形耦合器连接，每个节点被分给不同的波长。各节点以自己特定的波长发出的信息经耦合器汇集，分流后到达各节点的收信端，每个节点利用可调谐接收器选择接收。其中各节点的发射端是固定频率的，接收器是可调谐的。

由于星形耦合器和光纤链路都是无源的，所以这种网络很可靠，而且易于控制。但是广播和选择网络有两个明显的不足之处：其一是这种网络要求很强的光功率，因为每一个要传输信号的光能几乎都被平分到网络中的所有节点上去了；其二是每个节点都需要一个不同的传输波长，而且目前光波波长数目有限，所以网络中的节点数目受到一定的限制。因此，广播和选择网络适合于局域网。

② 波长寻径网络

波长寻径网络中，特定波长上的信号被直接寻径到目的节点，而不是向全网广播。这样就减少了信号光功率的损失，同时又能使一个波长在网络的非重叠部分被多次使用。

（2）分组交换WDM网

在数据通信中，我们需要一个具备分组交换能力的网络去支持像ATM通信这样基于分组交换的大量现存应用。由于电处理的极限限制了数据速率的提高，因此需要采用一个全光的解决方案来处理这些基于分组或信元的通信。

以ATM波分光交换为例，交换系统的核心在于波长选路由，即所有分组光信元到达所有的交换出端口，出端口只选通某一特定波长的信元。目前技术所能实现的仅是电控光交换方式，入光纤上的分组光信元首先将信头取下，进行光/电转换，经数据处理后，根据相应的地址信息产生控制信号，控制电路对各入线上的信元的信头统一处理。

当不同入线上的两个光信元同时到达同一出端时会产生出线冲突，在波分结构下表现为光通路上同一波长下同时有两个不同来源的信元。为解决出线冲突，需增加光信元缓存模块。光信元缓存模块由光门与光纤延迟线组成，光纤延迟线的长度分别为 1T,2T,„,（Q1）T（T为一个ATM光信元周期）。当两个光信元同时竞争同一出线时，控制电路处理这两个光信元的信头可得信息，并控制相应的光门，使其中一个信元不加时延，另一信元经过一段等价于一个光信元传输时间的光纤延迟线，这样就解决了出线冲突问题。

3.波长分配/路由算法

随着WDM技术成熟，WDN传输技术已经进入实用化和商业化阶段。如何利用现有的和即将敷设的光纤联网，构成高速、大容量、支持多业务的WDM网络已经成为光通信领域中的一个重要问题。在WDM网络实现中，如何合理地规划网络的波长资源，是决定网络资源利用率的关键问题，波长路由的光网络可以大大简化路由的选择算法和网络的控制和管理，不需要在交换时预处理路由信息，从而更有利于实现高速、大容量的通信网络，提高网络的可靠性和稳定性，而这种组网方案的可行性在很大程度上受到了网络所需波长数目的限制。

（1）波长通路和虚波长通路

如上所述，光层可进一步细分为光信道层、光复用段层和光传输段层。其中光信道可以看作是光信道层上的端到端的连接，它形成电通路层的虚连接。建立或释放一条光信道意味着在电通路层上增加或减少一条虚连接。一个经过优化的光信道层网络，不仅可以用来建立适应给定的业务需求的最佳电通路层拓扑，而且通过光信道层的恢复和保护机制可以直接解决由于光纤切断或节点故障等物理层原因造成的通信中断问题，而不必改变电通路层的拓扑结构。这种光信道层的连接被称为网络的逻辑拓扑，对比于反映实际光纤连接关系的物理拓扑。

光通道层能为光信道选路和分配波长。电信号经过本地的接入设备转换为某一波长的光信号，再经由多个OXC节点的交叉连接建立起一条光通路。根据OXC节点是否提供波长转换功能，光通路可以分为波长通路和虚波长通路。

波长通路是指OXC节点没有波长转换功能，某一个光通路在不同波长复用段中必须使用同一波长。如果在它所经过的所有链路中，找不到一条有一个共同空闲波长信道的路由，就会发生波长堵塞。虚波长通路是指OXC节点具有波长转换功能，光通路在同一波长通路的不同波长复用段中可以占用不同的波长，从而提高了波长的利用率，降低了堵塞发生的概率。

在波长选路网中，由于每个信道都与一个固定的波长关联，要求光信道层在选路和分配波长时，必须采用集中控制方式，即在掌握整个网络中所有波长被占用情况后，才可能为新的呼叫请求选一条合适的路由。而在虚波长通路网中，波长是逐个链路进行分配的，因此可以进行分布控制，这就可以大大降低光信道层选路的复杂性和选路所需的时间。由于可用的波长数是有限的，为了优化网络性能，无论哪种类型的光信道层网络，都需要根据网络的物理拓扑结构和各节点间的业务需求，设计最优的网络拓扑连接方案。

（2）WDM组网中的选路技术

图2-37表示了一个WDM网络的物理拓扑和n条分配的光通路。图中矩形框代表光节点，圆圈代表光交换矩阵，粗线表示光纤链路，细线表示光通路。由图可知，没有共享链路的光通路可以使用同一波长，如图B-A、C-D的光通路均使用了相同的波长。因此，在WDM网络中有波长重复利用的问题。图2-38给出了该网络的逻辑拓扑结构，图中一条逻辑通路代表实际中的一条光通路。光信道层设计问题从数学定义上可以表示为一类线性规划问题，而优化的目标函数有多种形式，例如在分组交换型的网络中，优化目标可以是平均分组时延最小，或者任意光通路上的最大业务量最小；在电路交换型网络中，优化目标包括用到的波长数目最小以及最大化网络。由于光信道层设计问题具有较大的难度，尤其是为获得最优所需的设计时间问题的规模呈指数增长，因此在用于较大规模的网络时，因计算时间过长而有可能失去了实际意义。

2.2.5 WDM网络保护

点到点 WDM 线路主要有两种保护方式：一种是基于单个波长、在 SDH 层实施的 1+1或1：n保护；另一种是基于光复用段上的保护，在光路上同时对合路信号进行保护，这种保护也称光复用段保护（OMSP）。另外，还有基于环网的保护等。

1.SDH单波长1+1保护

如图2-39所示，这种保护系统机制与SDH系统的1+1 MSP类似。所有的系统设备，如SDH 终端、复用器/解复用器、线路光放大器、光缆线路等都需要有备份，SDH 信号在发送端被永久桥接在工作系统和保护系统，在接收端监视从这两个WDM系统收到的SDH信号状态，并选择更合适的信号。这种方式可靠性比较高，但是成本也比较高。

在一个WDM系统内，每一个SDH通道的倒换与其他通道的倒换没有关系，即WDM工作系统中的Tx1出现故障倒换到WDM保护系统时，Tx2可以继续工作在WDM系统上。

2.SDH层单波长1：n保护

WDM系统可以实现基于单波长，在SDH层实施的1：n保护，在图2-40中，Tx11、Txn1共用一个保护段，与Txp1构成1：n的保护关系。SDH复用段保护监视和判断接收到的信号状态，并执行来自保护段合适的SDH信号的桥接和选择。

在一个WDM系统内，每一个SDH通道的倒换与其他通道的倒换都没有关系，即WDM工作系统中的Tx11出现故障倒换到WDM保护系统时，Tx12可以继续工作在WDM系统上。

3.WDM系统内单波长1：n保护

考虑到一条WDM线路可以承载多条SDH通路，因而也可以使用同一WDM系统内的空闲波长作为保护通路。

图2-41给出了n+1路的波分复用系统，其中n个波长信道作为工作波长，一个波长信道作为保护波长。但是考虑到实际系统中，光纤、光缆的可靠性比设备要差，只对系统保护，实际意义不大。

4.光复用段（OMSP）保护

这种技术是只在光路上进行1+1保护，而不对终端线路进行保护。在发送端和接收端分别使用12光分路器和光开关或采用其他，在发送端，对合路的光信号进行分离，在接收端，对光信号进行选路。光开关的特点是插入损耗小，对波长放大区透明，并且速度快，可以实现高集成和小型化。

图2-42为采用光分路器和光开关的光复用段保护。在这种保护系统中，只有光缆和WDM的线路系统是备份的，而WDM系统终端站的SDH终端盒复用器则是没有备份的。

5.环网的应用

采用WDM系统同样可以组成环网，一种是利用现有点到点WDM系统连成环，基于单个波长，在SDH层实施的1∶n保护。

采用光分插复用器 OADM 进行组环是 WDM 技术在环网中应用的另外一种形式，如图2-43所示。利用OADM组成的环网可以分成两种形式：其一是基于单个波长保护的波长信道保护，即单个波长的1+1保护，类似于SDH系统中的通道保护；其二是线路保护环，对合路波长的信号进行保护，在光纤切断时，可以在断纤附近的两个节点完成环回功能，从而使所有业务得到保护。