OTN網(wǎng)絡(luò)在鐵路中的應(yīng)用

王建國

（中國鐵路成都局集團有限公司貴陽電務(wù)段，貴州 貴陽 550081）

0 引 言

目前，成都鐵路局采用OTN光傳送網(wǎng)技術(shù)取代了既有的骨干傳輸網(wǎng)系統(tǒng)。原骨干傳輸系統(tǒng)主要由WDM+SDH組網(wǎng)構(gòu)成，系統(tǒng)容量及保護能力均無法滿足鐵路通信的發(fā)展需求。因此，在原骨干傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行改造，構(gòu)建了骨干三號環(huán)和局干OTN2套系統(tǒng)，分別均采用40波道和10 GB/s單波道傳輸?shù)墓鈧魉途W(wǎng)，使得成都鐵路局通信傳輸網(wǎng)的總?cè)萘看蠓仙?，同時提升了通信傳輸網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和安全性，滿足了新增FE和GE大顆粒業(yè)務(wù)的需求。

1 OTN介紹

1.1 OTN概述

OTN（Optical Transport Network），光傳送網(wǎng)，也稱為光導(dǎo)傳輸網(wǎng)絡(luò)。它含有完整的光層和電層結(jié)構(gòu)體系，如圖1所示，以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)，具有傳送、復(fù)用、交換、監(jiān)控以及管理功能，并保證其性能以及生存性的要求。在光導(dǎo)下實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息傳送，是具有現(xiàn)代化特征的骨干傳送網(wǎng)。OTN技術(shù)是通過SDH和WDM技術(shù)得以延伸發(fā)展完善的，兼有SDH和WDM的優(yōu)點，滿足當下鐵路通信網(wǎng)的發(fā)展需求。

1.2 OTN特點

第一，業(yè)務(wù)傳送的透明功能，OTN的幀結(jié)構(gòu)（OPUk）通過信號映射實現(xiàn)傳送任意適配客戶信息，支持SDH、ATM以及以太網(wǎng)。OTN在發(fā)送客戶端信號時不改變其開銷信息和有效載荷，在異步映射模式下能夠保證客戶信號定時信息的透明性。

圖1 OTN層次結(jié)構(gòu)及接口圖

第二，帶寬的大顆粒復(fù)用、交叉?zhèn)鬏敽团渲?。OTN單個波長可支持40 Gbit/s、100 Gbit/s的傳輸速率。與SDH的VC-12/VC-4調(diào)度粒子相比，OTN復(fù)用、交叉能力明顯增強，滿足IP網(wǎng)絡(luò)大顆?；陌l(fā)展需求。高帶寬數(shù)據(jù)客戶端的服務(wù)適應(yīng)和傳輸效率能夠得到顯著提高。

第三，超強的網(wǎng)絡(luò)生存能力。OTN的幀結(jié)構(gòu)通過ODUk的分頻器和多維的可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM），大幅提高了光傳送系統(tǒng)的保護能力。例如，前向糾錯（FEC）技術(shù)的應(yīng)用顯著增加了光學(xué)層行進的距離。此外，OTN提供了基于電層和光層更加靈活的服務(wù)層保護，如OSMP保護、板間OSP保護、客戶端保護、光纖子網(wǎng)連接保護（SNCP）、基于ODUk層的共享環(huán)網(wǎng)絡(luò)保護以及基于光通道或復(fù)用段保護等，可根據(jù)服務(wù)要求創(chuàng)建靈活的生存機制[1]。

2 OTN技術(shù)的優(yōu)勢

OTN技術(shù)是基于SDH和WDM技術(shù)逐步發(fā)展起來的，兼容了兩種技術(shù)的優(yōu)點，解決了傳統(tǒng)WDM的網(wǎng)絡(luò)無波長/亞波長業(yè)務(wù)調(diào)度能力、網(wǎng)絡(luò)能力及保護能力差的缺點。OTN完整的電層和光層架構(gòu)，使網(wǎng)絡(luò)的每一層都有相應(yīng)的監(jiān)控和管理機制。通過表1可看出，相對于SDH和傳統(tǒng)WDM，OTN具有以下優(yōu)勢。

表1 OTN技術(shù)的優(yōu)勢

3 OTN技術(shù)在鐵路中的應(yīng)用

3.1 鐵路傳輸網(wǎng)架構(gòu)

目前，鐵路采用骨干層、匯聚層以及接入層的3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分別以鐵路總公司、各個鐵路局、各中心車站、各省會及區(qū)間車站等作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，組建鐵路通信傳輸網(wǎng)。

3.1.1 骨干層

鐵路的骨干層作為全國鐵路通信網(wǎng)的核心層，由鐵總及各鐵路局主要業(yè)務(wù)節(jié)點組成，主要承載鐵路總公司與各路局集團公司、各路局集團公司之間的業(yè)務(wù)。整個網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形組網(wǎng)，為各路局集團公司之間提供保護迂回。

3.1.2 匯聚層

鐵路的匯聚層作為局干通信網(wǎng)，由各鐵路局的重要站點為節(jié)點組成，主要承載各鐵路局管內(nèi)主要干線的大顆粒業(yè)務(wù)，為主要鐵路干線提供保護，同時為相鄰節(jié)點提供迂回保護。

3.1.3 接入層

鐵路通信網(wǎng)接入層主要以各條鐵路線的沿線車站為節(jié)點組成傳輸網(wǎng)，主要承載各條干線上的傳輸業(yè)務(wù)，負責各鐵路局管內(nèi)沿線區(qū)間節(jié)點及較大站點的業(yè)務(wù)接入，對干線上的主要車站進行匯聚，可額外設(shè)置多個接入節(jié)點。

鐵路通信傳輸網(wǎng)架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 鐵路通信傳輸網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)

3.2 OTN技術(shù)的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，OTN逐漸成為傳輸骨干層采用的主要技術(shù)。鐵路通信網(wǎng)的建設(shè)也開始以O(shè)NT技術(shù)為主要發(fā)展方向，目前主要運用在骨干層和匯聚層，承載著保障列車安全運行大顆粒業(yè)務(wù)，如GSM-R網(wǎng)絡(luò)、數(shù)調(diào)、無線列調(diào)、防災(zāi)系統(tǒng)、CTC/TDCS、RBC、CIPS、信號閉塞、信號計軸、信號微監(jiān)以及客票系統(tǒng)等，是高速鐵路安全運行的基礎(chǔ)。以成都鐵路局為例，介紹OTN技術(shù)在國干及局干傳輸網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

3.2.1 國干OTN

根據(jù)鐵路總公司對全國鐵路骨干網(wǎng)相關(guān)規(guī)定以及規(guī)劃，在原有的骨干層通信網(wǎng)中新建1到6號骨干層通信環(huán)。其中，成都鐵路局管內(nèi)骨干環(huán)情況如下。

（1）2號環(huán)寶成線成都至廣元、成渝客專線成都至重慶北及襄渝線重慶北至達州，共計18個OTN站點，光中繼區(qū)段17個，光層設(shè)備23臺，電層設(shè)備7臺。

（2）3號環(huán)成渝客專線成都至重慶北、成昆線成都至攀枝花、川黔線重慶北至貴陽北、渝利線重慶北至涼霧、滬昆線貴陽北至梅花山、貴廣線貴陽北至從江、滬昆客專線貴陽北至三穗，整個組網(wǎng)如圖3所示，共計40個OTN站點，光中繼區(qū)段40個。光層設(shè)備53臺，電層設(shè)備12臺，SDH省間環(huán)4個，共計有10G設(shè)備8臺，2.5G設(shè)備8臺。

圖3 成都局管內(nèi)骨干三號環(huán)組網(wǎng)圖

2、3號環(huán)均采用開放式、雙纖雙向40×10 Gb/s OTN系統(tǒng)，在局管內(nèi)重要匯聚站建立光分插復(fù)用（OADM）節(jié)點，如成都調(diào)度所、重慶北、貴陽北以及達州等。在沿線區(qū)間設(shè)立OLA節(jié)點，如息烽、彭山以及從江等。通過OTN波分復(fù)用光纖互聯(lián)成環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，提供易于光層調(diào)度、大顆粒、大容量及業(yè)務(wù)管理的光傳送網(wǎng)[2]。

3.2.2 局干OTN

成都鐵路局根據(jù)兩網(wǎng)融合需求和基礎(chǔ)網(wǎng)改造工程，構(gòu)建了局管內(nèi)OTN南北環(huán)網(wǎng)，如圖4所示。由于南北環(huán)分別采用華為和中興兩家設(shè)備，OTN線路側(cè)無法對接。為實現(xiàn)南環(huán)與北環(huán)的端對端保護，其中北環(huán)采用華為OTN設(shè)備，分別以成都、簡陽、內(nèi)江以及重慶等站點作為匯聚點設(shè)立OADM設(shè)備，南環(huán)采用中興設(shè)備，分別以貴陽、六盤水、遵義以及重慶等站點為匯聚點設(shè)立OADM設(shè)備。通過構(gòu)建OTN南環(huán)、北環(huán)，為成都局管內(nèi)普速線路傳輸提供保護。整個環(huán)網(wǎng)采用開放式、雙纖雙向、40×10 Gb/s OTN系統(tǒng)。環(huán)網(wǎng)在需要進行業(yè)務(wù)處理的節(jié)點設(shè)置光分插復(fù)用（OADM）設(shè)備，如成都、重慶以及內(nèi)江；在無需進行業(yè)務(wù)處理的節(jié)點設(shè)置光放大器（OLA）設(shè)備，如鹽津、合川以及草海等。

3.3 OTN提供的保護

OTN技術(shù)結(jié)合了光層和電層處理的優(yōu)勢，提供專門的APS（自動保護倒換）開銷、電交叉矩陣，同時借鑒SDH的映射、復(fù)用、交叉以及嵌入式開銷等技術(shù)，能夠給網(wǎng)絡(luò)提供不同的保護方式。鐵路通信利用環(huán)形OTN網(wǎng)絡(luò)保護的優(yōu)勢，對承載沿線鐵路通信業(yè)務(wù)的傳輸系統(tǒng)提供保護，提高鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的可生存性。

3.3.1 OLP1+1保護

通過配置OLP保護單板，為拓撲結(jié)構(gòu)中相鄰站點提供線路側(cè)的1+1保護，實現(xiàn)保護倒換功能。這種保護方式的缺點是增加故障點，且僅能保護相鄰節(jié)點間的光纜。

3.3.2 OCh1+1保護

運用光層的交叉功能，配置相應(yīng)的保護單板實現(xiàn)對單個通道的1+1保護功能。這種保護方式會增加故障隱患點，且僅適用于鐵路沿線中繼站。

3.3.3 OCh SPRING 保護

運用波長的區(qū)別來實現(xiàn)對所有站點間一路分布式業(yè)務(wù)的保護；采用雙發(fā)選收、雙端倒換的方式，需利用APS協(xié)議用于配置分布式業(yè)務(wù)的環(huán)型組網(wǎng)[3]。這種保護可節(jié)約波長資源，但目前尚無成熟商用案例可供參考。

3.3.4 OMSP1+1保護

運用OMSP盤的并發(fā)選收功能，實現(xiàn)復(fù)用段層信號的1+1保護。為2個OTN站點之間的所有波長同時提供保護，實現(xiàn)對線路光放大器、光纜的保護。但是，此種保護方式需在主備通道上均建設(shè)光放大器，維護成本較大，且保護倒換時間由組網(wǎng)復(fù)雜性決定。

3.3.5 ODUk SNCP

OTN系統(tǒng)為SDH系統(tǒng)提供承載于不同物理徑路光纜的STM-N的通道，與SDH系統(tǒng)中需要保護的重要通道構(gòu)建SNCP保護環(huán)。SDH系統(tǒng)中其他通道利用其沿線的光纜，構(gòu)建通道保護/復(fù)用段保護／1+1保護。當承載SDH系統(tǒng)的光纜中斷時，鐵路行車重要通信業(yè)務(wù)通過SNCP環(huán)得到保護。

圖4 成都局管內(nèi)局干OTN組網(wǎng)圖

在成都鐵路局骨干通信網(wǎng)中，主要采用配置OLP單板完成1+1線路側(cè)保護，同時采用ODuk SNCP方式對重要業(yè)務(wù)通過SNCP環(huán)進行保護。

4 結(jié) 論

通過以成都鐵路局為例，簡要闡述了ONT技術(shù)在鐵路通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，為今后相關(guān)研究提供幫助。