OTN環(huán)網(wǎng)保護(hù)原理及應(yīng)用分析

王學(xué)林

(中鐵二院通號(hào)院，四川成都610031)

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)逐步由TDM(時(shí)分復(fù)用)向IP(網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議)演進(jìn)。以SDH(同步數(shù)字體系)+WDM(波分復(fù)用)的傳送網(wǎng)組網(wǎng)方式已不能滿足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。未來傳送網(wǎng)對(duì)安全可靠性、傳輸容量、交叉顆粒、業(yè)務(wù)調(diào)度能力、帶寬利用率、組網(wǎng)方式、接口類型、傳輸距離和網(wǎng)管功能提出了更高的要求，能有效降低CAPEX(資金、固定資產(chǎn)的投入)和OPEX(運(yùn)營(yíng)成本)。而OTN(光傳送網(wǎng))技術(shù)包括了光層和電層的完整體系結(jié)構(gòu)，很好的滿足了業(yè)界對(duì)于未來傳送網(wǎng)的要求，成為未來傳送網(wǎng)的主流技術(shù)。

隨著我國(guó)鐵路事業(yè)的飛速發(fā)展，高速鐵路大量建設(shè)綜合視頻監(jiān)控、防災(zāi)安全監(jiān)控、會(huì)議電視、旅客服務(wù)、SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)、電化故標(biāo)、車輛5T等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)速度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的語言業(yè)務(wù)，逐漸成為傳送網(wǎng)的主要承載業(yè)務(wù)。由于我國(guó)鐵路系統(tǒng)采用以鐵道部、鐵路局為中心的運(yùn)維管理模式，隨著高速鐵路的大量建成，大量數(shù)據(jù)需從現(xiàn)場(chǎng)傳至鐵路局、鐵道部，業(yè)務(wù)帶寬的爆炸式增長(zhǎng)給容量有限的既有骨干傳送網(wǎng)帶來了沉重的壓力。而鐵路既有五大環(huán)骨干傳送網(wǎng)大多建于2002年前后，采用DWDM(密集波分復(fù)用)技術(shù)。由于廠家倒閉或設(shè)備停產(chǎn)，備品備件已日趨匱乏，加上設(shè)備老化，既有五大環(huán)骨干傳送網(wǎng)的安全可靠性、傳輸容量、業(yè)務(wù)處理能力、業(yè)務(wù)接入能力、網(wǎng)管功能已不能滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，建設(shè)新的全路、路局骨干傳送網(wǎng)已刻不容緩。OTN作為未來傳送網(wǎng)的主流技術(shù)，是鐵路骨干傳送網(wǎng)的當(dāng)然選擇，其組網(wǎng)保護(hù)原理及應(yīng)用值得進(jìn)行深入研究。

1 OTN技術(shù)簡(jiǎn)介

OTN是G.872、G.709、G.798等一系列ITU－T的建議所規(guī)范的新一代“數(shù)字傳送體系”和“光傳送體系”。OTN通過ROADM(可重置光分插復(fù)用器)技術(shù)、OTH(光傳輸層)技術(shù)、G.709封裝和控制平面的引入，解決了傳統(tǒng)DWDM網(wǎng)絡(luò)無波長(zhǎng)/子波長(zhǎng)業(yè)務(wù)調(diào)度能力、組網(wǎng)能力弱、保護(hù)能力弱等問題。

OTN在電層技術(shù)層面繼承了SDH多業(yè)務(wù)適配、分級(jí)復(fù)用、保護(hù)倒換、OAM(操作、管理、維護(hù))等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，OTN在SDH的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了新的功能，它支持大顆粒業(yè)務(wù)的透?jìng)骱驼{(diào)度、異步傳輸、多級(jí)串行連接監(jiān)視，利用帶外FEC(前向糾錯(cuò))提高傳輸性能，通過加載控制平面提供智能功能。

OTN將光層劃分成OCh(光通道層)、OMS(光復(fù)用段層)、OTS(光傳送段層)三個(gè)子層。OCh實(shí)現(xiàn)端到端的光徑路的建立、管理和維護(hù)，完成光層信頭的處理、光通道監(jiān)控、與電層適配和多種業(yè)務(wù)的接入等功能。OMS實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)光信號(hào)的聯(lián)網(wǎng)、光復(fù)用段信頭開銷的處理、光復(fù)用段的管理和維護(hù)等功能。OTS實(shí)現(xiàn)在不同傳輸媒介上傳送光信號(hào)、傳送段信頭開銷處理和維護(hù)等功能。

從技術(shù)本質(zhì)上而言，OTN技術(shù)是SDH和DWDM技術(shù)的融合和擴(kuò)展，它綜合了SDH和DWDM的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并擴(kuò)展了新的功能，以彌補(bǔ)SDH和DWDM的不足，適應(yīng)新業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。

2 OTN環(huán)網(wǎng)保護(hù)原理

2.1 OTN環(huán)網(wǎng)保護(hù)簡(jiǎn)介

OTN環(huán)網(wǎng)保護(hù)主要分為兩種類型，即ODUk(光通道數(shù)據(jù)單元)環(huán)保護(hù)和OCh環(huán)保護(hù)。ODUk環(huán)保護(hù)是通道級(jí)保護(hù)，它通過占用兩個(gè)不同的ODUk通道實(shí)現(xiàn)對(duì)所有節(jié)點(diǎn)間多條分布式業(yè)務(wù)的保護(hù)。OCh環(huán)保護(hù)是波長(zhǎng)級(jí)保護(hù)，它通過占用兩個(gè)不同的波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有節(jié)點(diǎn)間的一個(gè)波長(zhǎng)業(yè)務(wù)的共享保護(hù)。ODUk環(huán)保護(hù)和OCh環(huán)保護(hù)是不同層面、不同級(jí)別的保護(hù)，ODUk和OCh層劃分如圖1所示。

圖1 ODUk和OCh層劃分示意

2.2 OTN環(huán)網(wǎng)保護(hù)原理

ODUk環(huán)保護(hù)和OCh環(huán)保護(hù)原理基本相同，其區(qū)別主要在于保護(hù)的級(jí)別不同，為簡(jiǎn)化分析過程，下面以O(shè)DUk環(huán)保護(hù)為例進(jìn)行分析。

ODUk環(huán)保護(hù)通過占用兩個(gè)不同的ODUk通道實(shí)現(xiàn)對(duì)所有節(jié)點(diǎn)間的一個(gè)ODUk業(yè)務(wù)的共享保護(hù)，如圖2所示。

圖2 ODUk環(huán)保護(hù)示意

ODUk環(huán)保護(hù)分為二纖ODUk環(huán)保護(hù)和四纖ODUk環(huán)保護(hù)2種組網(wǎng)保護(hù)方式。二纖ODUk保護(hù)環(huán)上各節(jié)點(diǎn)之間只需2根光纖，S1和P1、S2和P2分別在同一根光纖內(nèi)。四纖ODUk保護(hù)環(huán)上各節(jié)點(diǎn)之間需要4根光纖，S1、S2、P1、P2分別在不同光纖內(nèi)。ODUk環(huán)保護(hù)倒換需要APS(自動(dòng)保護(hù)倒換)協(xié)議支持，采用雙端倒換方式，即正向或反向工作ODUk失效時(shí)，都將導(dǎo)致收發(fā)兩端同時(shí)倒換到保護(hù)ODUk。由于二纖環(huán)和四纖環(huán)的保護(hù)原理相同，下面以二纖環(huán)為例對(duì)ODUk環(huán)保護(hù)倒換原理進(jìn)行分析。

圖3是一個(gè)由6個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的二纖ODUk保護(hù)環(huán)，假設(shè)圖中NE1與NE3、NE5與NE6間分別有1路ODUk業(yè)務(wù)。正常工作時(shí)，NE1與NE3間的業(yè)務(wù)由NE1與 NE3間的工作ODUk承載，NE5與NE6間的業(yè)務(wù)由NE5與NE6間的工作ODUk承載。

圖3 正常工作時(shí)的ODUk保護(hù)環(huán)示意

當(dāng)NE1與NE2間的工作ODUk出現(xiàn)故障時(shí)，NE1與NE3間的業(yè)務(wù)將受到影響，NE5與NE6間的業(yè)務(wù)不受影響。此時(shí)，NE1、NE2檢測(cè)到故障滿足倒換條件，將向NE3發(fā)送APS信息。同時(shí)，NE1和NE3將判斷NE1←→NE2←→NE3間的保護(hù)ODUk是否處于正常工作狀態(tài)，若保護(hù)ODUk正常，則NE1、NE2、NE3將執(zhí)行橋接和倒換，NE1與NE3間的業(yè)務(wù)改由NE1←→NE2←→NE3間的保護(hù) ODUk承載，由于保護(hù)ODUk與工作ODUk路由相同，此種保護(hù)倒換稱為近端倒換。當(dāng)NE1與NE2間的工作ODUk和保護(hù)ODUk均出現(xiàn)故障時(shí)，NE1與NE3間的業(yè)務(wù)將受到影響，NE5與NE6間的業(yè)務(wù)不受影響。此時(shí)，NE1與 NE3間的業(yè)務(wù)將改由 NE1←→NE6←→NE5←→NE4←→NE3間的保護(hù)ODUk承載，由于保護(hù)ODUk與工作ODUk路由相反，此種保護(hù)倒換稱為遠(yuǎn)端倒換。兩種保護(hù)倒換過程如圖4所示。

圖4 ODUk保護(hù)環(huán)近端倒換和遠(yuǎn)端倒換示意

需要注意的是，由于ODUk保護(hù)環(huán)采用共享保護(hù)方式，所有節(jié)點(diǎn)共用同一保護(hù)“環(huán)”，故在同一時(shí)間，同一區(qū)段只能支持一條業(yè)務(wù)的保護(hù)倒換。即當(dāng)NE1與NE3間業(yè)務(wù)發(fā)生遠(yuǎn)端倒換保護(hù)時(shí)，由于NE5與NE6間的保護(hù)ODUk已被NE1與NE3間的業(yè)務(wù)占用，若此時(shí)NE5與NE6間的工作ODUk再發(fā)生故障將不會(huì)發(fā)生保護(hù)倒換。

3 OTN環(huán)網(wǎng)保護(hù)應(yīng)用分析

3.1 ODUk環(huán)保護(hù)應(yīng)用分析

ODUk環(huán)保護(hù)采用雙端倒換方式，保護(hù)倒換需要APS協(xié)議支持。由于ODUk環(huán)保護(hù)采用共享保護(hù)方式，比較適合于分布式業(yè)務(wù)模型。從保護(hù)原理上看，ODUk環(huán)保護(hù)既具有SDH環(huán)保護(hù)的特點(diǎn)，又不完全等同于SDH環(huán)保護(hù)。ODUk環(huán)保護(hù)采用共享保護(hù)方式，類似于SDH的復(fù)用段環(huán)保護(hù);但其倒換不是基于OMS，而是基于ODUk通道，類似于SDH的通道環(huán)保護(hù)。

ODUk環(huán)保護(hù)分為二纖ODUk環(huán)保護(hù)和四纖ODUk環(huán)保護(hù)2種組網(wǎng)保護(hù)方式。二纖ODUk保護(hù)環(huán)只需2根光纖，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)較低，工程投資較低。但由于其工作和保護(hù)通道均由同一根光纖承載，一旦該光纖中斷將引發(fā)系統(tǒng)的遠(yuǎn)端倒換。對(duì)于特大型網(wǎng)絡(luò)有可能造成倒換時(shí)間超過50 ms和其它區(qū)段故障無法進(jìn)行保護(hù)倒換的問題，故其安全可靠性相對(duì)較低。二纖ODUk保護(hù)環(huán)適合于光纖資源匱乏、安全可靠性要求不是很高或工程投資緊張的中小型工程項(xiàng)目。四纖ODUk保護(hù)環(huán)需要4根光纖，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)較高，工程投資較高。由于其工作和保護(hù)通道分別由不同的光纖承載，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。如果工作光纖和保護(hù)光纖處于不同物理徑路的2根光纜中，將能有效避免遠(yuǎn)端倒換的發(fā)生，絕大部分保護(hù)倒換為近端倒換，此時(shí)ODUk保護(hù)環(huán)可發(fā)生多次保護(hù)倒換，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有區(qū)段業(yè)務(wù)的有效保護(hù)，可極大的提升系統(tǒng)的安全可靠性。四纖ODUk保護(hù)環(huán)適合于光纖資源豐富、安全可靠性要求很高的大型工程項(xiàng)目。

ODUk保護(hù)環(huán)業(yè)務(wù)配置靈活，其業(yè)務(wù)顆粒大小從ODU0至ODU2可選，用戶可根據(jù)業(yè)務(wù)的不同需求選擇是否配置保護(hù)，以滿足不同業(yè)務(wù)差異化服務(wù)的需求。例如，對(duì)于安全可靠性要求較高的業(yè)務(wù)，可根據(jù)其業(yè)務(wù)量大小選擇合適的ODUk顆粒配置保護(hù)環(huán)。對(duì)于安全可靠性要求較低的業(yè)務(wù)可選擇不配置保護(hù)，以提高系統(tǒng)通道利用率。另外，ODUk保護(hù)環(huán)依靠電交叉單板實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的保護(hù)倒換，OTN設(shè)備的電交叉單板均采用1+1熱備保護(hù)方式，單板故障不會(huì)影響業(yè)務(wù)的保護(hù)倒換，具有較高的可靠性。

3.2 OCh環(huán)保護(hù)應(yīng)用分析

由于OCh環(huán)保護(hù)與ODUk環(huán)保護(hù)原理基本相同，故其適合的業(yè)務(wù)模型以及二纖OCh保護(hù)環(huán)與四纖OCh保護(hù)環(huán)的優(yōu)缺點(diǎn)均與ODUk環(huán)保護(hù)類似，此處不再贅述。

OCh保護(hù)環(huán)業(yè)務(wù)配置以波長(zhǎng)為單位，保護(hù)顆粒較大，不能很好地滿足不同業(yè)務(wù)差異化服務(wù)的需求。例如，對(duì)于同一波長(zhǎng)內(nèi)的不同業(yè)務(wù)，無論其對(duì)安全可靠性的要求高低，都會(huì)受到保護(hù)，降低了系統(tǒng)通道利用率。同時(shí)，由于協(xié)議支持的原因，OCh保護(hù)環(huán)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量受到很大限制，無法組建大型網(wǎng)絡(luò)。另外，OCh保護(hù)環(huán)依靠光通道保護(hù)單板實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的保護(hù)倒換，光通道保護(hù)單板故障將影響業(yè)務(wù)的保護(hù)倒換，且設(shè)備內(nèi)部需進(jìn)行復(fù)雜的光纖連接，降低了系統(tǒng)的可靠性。

4.3 ODUk和OCh環(huán)保護(hù)總結(jié)

ODUk和OCh環(huán)保護(hù)異同如表1所示。

表1 ODUK與OCh環(huán)保護(hù)異同

續(xù)表1

從表1可知，雖然ODUk和OCh環(huán)保護(hù)原理基本相同，但也有各自的特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)工作中應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況選擇合適的組網(wǎng)保護(hù)方式。對(duì)于安全可靠性要求特別高的網(wǎng)絡(luò)，建議組建四纖ODUk保護(hù)環(huán);其次宜組建二纖ODUk保護(hù)環(huán);一般不建議組建OCh保護(hù)環(huán)。

4 結(jié)束語

隨著鐵路既有五大環(huán)骨干傳送網(wǎng)的升級(jí)改造工程正式納入鐵道部建設(shè)計(jì)劃以及我國(guó)高速鐵路快速發(fā)展帶來的巨大業(yè)務(wù)需求，新一輪骨干傳送網(wǎng)的建設(shè)高潮即將來臨。OTN作為下一代傳送網(wǎng)的核心技術(shù)，是骨干傳送網(wǎng)的必然選擇。因此，理解并掌握OTN系統(tǒng)組網(wǎng)保護(hù)原理及應(yīng)用對(duì)于下階段鐵路通信設(shè)計(jì)工作具有重要的意義。

[1]ITU－TG.872光傳送網(wǎng)(OTN)體系架構(gòu)[S]

[2]ITU－TG.808.1通用保護(hù)倒換:線性路徑及子網(wǎng)保護(hù)[S]

[3]ITU－TG.808.2通用保護(hù)倒換:環(huán)形保護(hù)[S]

[4]ITU－TG.873.1光傳送網(wǎng)(OTN):線性保護(hù)[S]

[5]ITU－TG.873.2光傳送網(wǎng)(OTN):環(huán)保護(hù)[S]

[6]ITU－TG.798.1光傳輸網(wǎng)絡(luò)(OTN)設(shè)備的類型和特性[S]

[7]ITU－TG.709光傳送網(wǎng)(OTN)接口[S]

[8]YD/T 1990－2009光傳送網(wǎng)(OTN)網(wǎng)絡(luò)總體技術(shù)要求[S]

[9]YD/T 1462－2006 光傳送網(wǎng)(OTN)接口[S]