基于光纜網(wǎng)的通信安全網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

摘要：文章從光纜網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)出發(fā)，結(jié)合通信接入網(wǎng)實(shí)際情況，重點(diǎn)分析資源整合、網(wǎng)絡(luò)安全、成本節(jié)約、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面的問題。通過深入分析，提升了通信接入網(wǎng)的安全性能，優(yōu)化了光纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了光纜線路的資源利用率，為全面提升通信業(yè)務(wù)網(wǎng)的安全性能提供了參考。

關(guān)鍵詞：接入網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建；安全組網(wǎng)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）07-0095-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

隨著光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展，以光纜網(wǎng)、光傳輸設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)構(gòu)成的光纖通信網(wǎng)絡(luò)，已成為信息社會(huì)的主要信息高速傳輸通道。但在光纖通信飛速發(fā)展的過程中，除用于傳輸大顆粒業(yè)務(wù)的OTN、DWDM、ASON等骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)以外，用于傳輸WLAN、GPON、EPON等業(yè)務(wù)的設(shè)備也在不斷增加，為大型骨干網(wǎng)中的小顆粒業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的上下行提供了更多選擇，使用戶更加方便。但現(xiàn)有的通信接入網(wǎng)無(wú)論是網(wǎng)絡(luò)安全，還是光纖資源利用，以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都存在一些問題。因此，如何結(jié)合現(xiàn)有光纜網(wǎng)資源，通過整合光纜網(wǎng)纖芯資源，優(yōu)化光纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建更加安全可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，就變得尤為重要。

1 光傳輸網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析

1.1 光纜網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析

在當(dāng)前的光纜網(wǎng)中，光纜網(wǎng)的建設(shè)采用環(huán)加鏈狀網(wǎng)，或環(huán)加星型網(wǎng)結(jié)構(gòu)。從現(xiàn)有光纜網(wǎng)的資源分布、路由走向、業(yè)務(wù)承載等多方面情況來看，制約網(wǎng)絡(luò)安全發(fā)展的因素主要有以下四個(gè)方面，一是光纜纖芯資源利用率較低；二是部分光纜段無(wú)法監(jiān)控；三是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)安全性較低；四是網(wǎng)絡(luò)缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)的建設(shè)規(guī)劃[1]。

光纜網(wǎng)作為光纖通信傳輸網(wǎng)的重要組成部分，其分布情況、纖芯資源、傳輸質(zhì)量等都對(duì)光傳輸網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生直接影響。然而，在現(xiàn)有的光纖通信傳輸網(wǎng)中，光纜網(wǎng)涉及27個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)，光纜總里程640余千米，覆蓋區(qū)域近5000平方千米。但主用的骨干網(wǎng)傳輸節(jié)點(diǎn)僅有4個(gè)，采取環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置2.5G/SDH及40波DWDM傳輸設(shè)備各一套，每?jī)蓛晒?jié)點(diǎn)臺(tái)站之間共占用4芯光纖，而骨干網(wǎng)的主干光纜大多采用48芯或24芯配置，骨干光纜中的纖芯資源利用率較低，僅為8％～16％。

現(xiàn)有光纜網(wǎng)骨干網(wǎng)占用230余千米光纜，接入網(wǎng)涉及光纜線路410余千米，約占光纜總里程的64％。接入網(wǎng)多采用鏈狀或星狀組網(wǎng)，導(dǎo)致部分光纜段光纜無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控。

由于接入網(wǎng)采用的鏈型及星型組網(wǎng)，業(yè)務(wù)保護(hù)無(wú)論采用二纖雙向復(fù)用段保護(hù)，還是采用二纖單向通道保護(hù)，其保護(hù)方式均為業(yè)務(wù)層面的保護(hù)，業(yè)務(wù)纖芯與保護(hù)纖芯均在同一條光纜中，一旦光纜線路阻斷，所有業(yè)務(wù)層面的保護(hù)均失去作用[2]。特別是對(duì)于鏈帶星的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來說，一旦鏈狀網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)臺(tái)站與骨干臺(tái)站之間的光纜阻斷，會(huì)直接導(dǎo)致鏈狀網(wǎng)及其下掛的其余臺(tái)站業(yè)務(wù)全部中斷。

當(dāng)前光纜網(wǎng)的另一弊端是在光纜網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)從第一代PDH光傳輸網(wǎng)至今。部分骨干節(jié)點(diǎn)之間仍采用第一代光纜網(wǎng)建設(shè)時(shí)期的光纜，光纜纖芯資源過少，線路傳輸質(zhì)量下降。而新建的接入臺(tái)站多采用大芯數(shù)光纜，纖芯資源利用率過低。各接入站點(diǎn)一般采用星狀組網(wǎng)，隨著接入站點(diǎn)的不斷增加，矛盾逐漸凸顯，如果不進(jìn)行全網(wǎng)的統(tǒng)一管理與規(guī)劃設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)安全將會(huì)處于失控的狀態(tài)，最終將導(dǎo)致全網(wǎng)故障頻發(fā)[3]。

1.2 傳輸骨干網(wǎng)現(xiàn)狀分析

骨干傳輸網(wǎng)的問題主要集中在網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行及傳輸能力上。一是因傳輸設(shè)備老化運(yùn)行能力下降；二是由于接入站點(diǎn)業(yè)務(wù)量的增加傳輸能力不足；三是光纜網(wǎng)的骨干臺(tái)站建設(shè)不合理線路阻斷風(fēng)險(xiǎn)加大。

通信設(shè)備的迭代周期隨著業(yè)務(wù)量的變化而改變，當(dāng)前光纖通信傳輸網(wǎng)中的主用傳輸設(shè)備已在網(wǎng)運(yùn)行了21年，所有設(shè)備的運(yùn)營(yíng)廠商已全部停產(chǎn)，在網(wǎng)設(shè)備元件一旦損壞無(wú)法替換，且設(shè)備的老化也造成全網(wǎng)的斷網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)加大，網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量下降，可靠性降低。

隨著光纖為傳輸載體的通信設(shè)備大量應(yīng)用，光接入交換機(jī)、光接入語(yǔ)音設(shè)備、光接入圖像通信系統(tǒng)等都需要通過光傳輸設(shè)備通信，為光纖通信傳輸網(wǎng)的傳輸能力帶來了極大的挑戰(zhàn)。以現(xiàn)有的骨干節(jié)點(diǎn)的SDH傳輸網(wǎng)為例，目前主用設(shè)備仍為華為metro3000設(shè)備，交叉容量為2.5G，下掛接入臺(tái)站多達(dá)9個(gè)，骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力已接近飽和，需要犧牲網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)功能，將保護(hù)通道的帶寬釋放來解決傳輸容量的問題，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步增大[4]。

在光纖骨干傳輸網(wǎng)改造升級(jí)的建設(shè)初期，每相鄰臺(tái)站之間距離約為60千米左右，但在實(shí)際運(yùn)行中，設(shè)計(jì)規(guī)劃的5個(gè)骨干傳輸臺(tái)站最終只建成4個(gè)，致使其中兩站之間的無(wú)中繼光纜傳輸距離達(dá)到近110千米。在線路質(zhì)量劣化等諸多因素下，兩站間光纜線路總衰耗達(dá)到46dB左右，通過在設(shè)備側(cè)加裝放大設(shè)備才勉強(qiáng)達(dá)到設(shè)備傳輸?shù)囊?。但無(wú)論是線路的傳輸質(zhì)量還是設(shè)備的噪聲，都對(duì)全網(wǎng)的運(yùn)行造成了較大的影響。

1.3 光纖接入網(wǎng)現(xiàn)狀分析

全網(wǎng)的接入網(wǎng)部分占據(jù)了整個(gè)光纖傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)的三分之二以上，是整個(gè)光通信傳輸網(wǎng)的重要組成部分。在接入網(wǎng)的發(fā)展過程中，問題逐漸凸顯。例如，骨干傳輸站點(diǎn)分布不合理，且接入點(diǎn)過少，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸能力差。接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全性不高。全網(wǎng)的接入站點(diǎn)資源分配不均，且業(yè)務(wù)體量過大，這些問題都是影響接入網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的重要因素，所以必須進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和結(jié)構(gòu)重建[5]。

現(xiàn)有光纖通信傳輸網(wǎng)在建設(shè)初期，是根據(jù)SDH體制的業(yè)務(wù)量來分布建設(shè)的。骨干網(wǎng)核心節(jié)點(diǎn)主要的參考依據(jù)是電話用戶的數(shù)量，但隨著MSTP多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)的廣泛應(yīng)用，大量的語(yǔ)音業(yè)務(wù)向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)遷移。波分復(fù)用DWDM等也都是基于大顆粒的業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的。原有的語(yǔ)音業(yè)務(wù)逐步縮小，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成為主流。然而，現(xiàn)有的骨干節(jié)點(diǎn)只有4個(gè)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)承載能力無(wú)法滿足現(xiàn)有需求，因此，調(diào)整和擴(kuò)容骨干網(wǎng)的傳輸節(jié)點(diǎn)就成為網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的重要一環(huán)。

從接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)來看，現(xiàn)有的光纖通信傳輸網(wǎng)中，4個(gè)骨干傳輸節(jié)點(diǎn)下面分別以星狀或鏈狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完成12個(gè)接入臺(tái)站的組網(wǎng)，具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。圖中接入設(shè)備為華為metro1000設(shè)備，最大交叉容量為622M，部分站點(diǎn)配置為155M，傳輸能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足通信業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。而鏈狀網(wǎng)骨干鏈路上的光纜一旦阻斷，所有涉及站點(diǎn)都會(huì)受到影響。在網(wǎng)絡(luò)層面進(jìn)行的復(fù)用段保護(hù)，還要在本就緊張的資源中分出一半的通道用于保護(hù)倒換。因此，接入網(wǎng)需要解決的不僅是傳輸設(shè)備擴(kuò)容的問題，還有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重建的問題。

在通信傳輸網(wǎng)的建設(shè)中，應(yīng)該充分考慮到全網(wǎng)的業(yè)務(wù)承載能力，一般要確保最大傳輸需求不大于配置的傳輸設(shè)備傳輸能力的50％。而現(xiàn)有接入網(wǎng)缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃與網(wǎng)絡(luò)資源的計(jì)算，建設(shè)并未充分考慮骨干接入點(diǎn)的設(shè)備傳輸能力，導(dǎo)致后期逐步建設(shè)的接入網(wǎng)末端業(yè)務(wù)容量不斷增加，而骨干節(jié)點(diǎn)的傳輸設(shè)備傳輸能力受限，所以在業(yè)務(wù)流量較大時(shí)，經(jīng)常導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。

正是基于上述問題，對(duì)現(xiàn)有光纖通信傳輸網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重建，合理增加骨干網(wǎng)中核心傳輸站點(diǎn)的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的擴(kuò)容升級(jí)和傳輸能力的整體提升。對(duì)現(xiàn)有的接入網(wǎng)站點(diǎn)進(jìn)行業(yè)務(wù)統(tǒng)籌計(jì)算，通過合理規(guī)劃將現(xiàn)有接入網(wǎng)的鏈型網(wǎng)和星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整重建為相切環(huán)或相交環(huán)結(jié)構(gòu)，擴(kuò)容末端接入設(shè)備的傳輸能力，在物理及網(wǎng)絡(luò)層面進(jìn)行保護(hù)規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)。

2 光纜網(wǎng)的通信安全網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方案

根據(jù)上述分析，通信安全網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方案應(yīng)立足于現(xiàn)有光纜網(wǎng)進(jìn)行，通過對(duì)光纜網(wǎng)的資源分配調(diào)整，完成骨干網(wǎng)及接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)重建，具體從以下三個(gè)方面入手[6]。

2.1 優(yōu)化光纖通信傳輸網(wǎng)光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)

從光纜纖芯的利用率方面入手，將光纜網(wǎng)中的業(yè)務(wù)進(jìn)行整合，提升光纖資源的利用率。解決光纜網(wǎng)中瓶頸段光纜路由，對(duì)老化及纖芯資源不足的光纜段進(jìn)行擴(kuò)容改造，提升全網(wǎng)的光纖資源合理性。骨干傳輸站依托現(xiàn)有的光纜路由，均勻分布骨干傳輸站點(diǎn)，降低損耗故障及誤碼影響，提升光纜網(wǎng)的安全性及合理性[7]。

2.2 骨干網(wǎng)設(shè)備升級(jí)及資源調(diào)整

骨干網(wǎng)的設(shè)備升級(jí)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的重要部分，在SDH骨干傳輸網(wǎng)層面，現(xiàn)有的華為metro3000系列2.5G設(shè)備考慮其使用年限及傳輸能力，可以全面退網(wǎng)，選擇華為OSN3500系列10G設(shè)備進(jìn)行SDH骨干鏈路組網(wǎng)，增強(qiáng)骨干節(jié)點(diǎn)站的傳輸能力，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有的NCE網(wǎng)管兼容。

在接入網(wǎng)的建設(shè)中，將華為metro1000系列155/622M設(shè)備整體退網(wǎng)，解決接入網(wǎng)傳輸能力差、設(shè)備老化、維修成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大等問題，采用華為OSN1800系列設(shè)備，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

波分復(fù)用DWDM采用華為6800系列波分設(shè)備組網(wǎng)，對(duì)光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化，將WDM網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備站點(diǎn)之間的距離進(jìn)行調(diào)整，降低網(wǎng)絡(luò)噪聲與誤碼，提升傳輸性能[8]。對(duì)現(xiàn)有波道進(jìn)行擴(kuò)容，加強(qiáng)核心骨干網(wǎng)承載較大顆粒業(yè)務(wù)的能力。

資源調(diào)整主要從通信業(yè)務(wù)使用情況進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)和規(guī)劃現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)傳輸能力，確保每個(gè)站點(diǎn)用戶資源接入的均衡性，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞問題的發(fā)生。

2.3 光纖接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全性重建

接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)重建從光纜網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重建入手，通過結(jié)合現(xiàn)有的接入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)情況進(jìn)行整體規(guī)劃。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)采用接入網(wǎng)與骨干網(wǎng)相交環(huán)組網(wǎng)設(shè)計(jì)，接入網(wǎng)與接入網(wǎng)采用相切環(huán)的組網(wǎng)設(shè)計(jì)。另一方面從接入網(wǎng)的接入設(shè)備上進(jìn)行重建重構(gòu)，通過計(jì)算接入網(wǎng)傳輸容量，合理配置傳輸設(shè)備，特別是相交環(huán)與相切環(huán)節(jié)點(diǎn)站的設(shè)備，要充分考慮業(yè)務(wù)保護(hù)帶寬所占全網(wǎng)資源的問題。此外，還要充分考慮業(yè)務(wù)保護(hù)，利用新建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)物理上分離傳輸，采用二纖雙向復(fù)用段保護(hù)的方式進(jìn)行全網(wǎng)業(yè)務(wù)保護(hù)，替換現(xiàn)有的接入網(wǎng)線性1+1的二纖單向通道保護(hù)方式，從而有效解決接入網(wǎng)業(yè)務(wù)層面的安全保護(hù)問題，如圖2所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于光纜網(wǎng)的通信安全網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，是立足現(xiàn)有光纖通信傳輸網(wǎng)現(xiàn)狀，對(duì)光纜網(wǎng)、傳輸設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)、接入網(wǎng)的組網(wǎng)等問題進(jìn)行的思考，同時(shí)也是對(duì)現(xiàn)有光纜網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)資源利用率低、網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)簡(jiǎn)單、接入節(jié)點(diǎn)傳輸能力弱、骨干傳輸節(jié)點(diǎn)少等問題進(jìn)行的深入分析與研究。提出了解決光纖通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)擁塞、業(yè)務(wù)保護(hù)倒換、網(wǎng)絡(luò)安全等重要問題的安全重構(gòu)方案，使光纜網(wǎng)資源利用更加合理，傳輸網(wǎng)絡(luò)的安全性能進(jìn)一步提升。

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