黃河下游光纖通信技術(shù)及布局研究

蔡捷 袁衛(wèi)寧

摘 要：光纖通信是以光波作為信息載體、光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。本文闡述了在黃河下游采用沿黃光纖環(huán)網(wǎng)的組網(wǎng)方式，組建黃河沿河兩岸基層單位及信息采集點的黃河信息高速公路，實現(xiàn)重要信息互聯(lián)與傳輸?shù)墓饫w化，關(guān)鍵工程管理的可視化。

關(guān)鍵詞：黃河下游;光纖通信;信息高速公路

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）17-0014-03

Abstract： Optical fiber communication is a kind of communication mode which takes light wave as information carrier and optical fiber as transmission medium. This paper elaborated on the construction of the Yellow River Information Superhighway along both banks of the Yellow River and the information gathering points by means of the optical fiber ring network along the Yellow River in the lower reaches of the Yellow River， so as to realize the optical interconnection and transmission of important information and visualization of key project management.

Keywords： Lower Yellow River;optical fiber communication;Information Superhighway

1 黃河下游建設(shè)光纖通信網(wǎng)的必要性和重要性

河南省鄭州市桃花峪以下的黃河河段為黃河下游，河道長度約800km，流域面積約2.3萬km2，占全流域面積的3%。黃河下游在華北平原形成高聳的“懸河”，從古至今一直是中華民族的心腹之患，威脅著25萬km2地區(qū)內(nèi)的人民生命和財產(chǎn)安全。黃河下游約800km河道，共有各類堤防工程長度約2 000km，險工、控導(dǎo)護(hù)灘、防護(hù)壩等工程500多處，壩、垛和護(hù)岸上萬道，引黃和分泄洪涵閘100多座，全靠長1 340km的人工大堤為屏障，約束黃河免于改道。南北大堤也成了南北河流的分水嶺，堤北為海河水系，堤南為淮河水系。

1.1 黃河下游建設(shè)光纖通信網(wǎng)的必要性

黃河下游河南省、山東省的基層單位和信息系統(tǒng)采集點大多分布在黃河兩岸及灘區(qū)，點多、面廣、人少、分散偏僻、遠(yuǎn)離行政自然村，并且大都處在行政區(qū)域邊緣，對公網(wǎng)運營商來說，移動、聯(lián)通、電信均有盲區(qū)。黃河下游屬于“地上懸河”，橫貫河南省、山東省重要大中型政治、經(jīng)濟(jì)城市群，一旦發(fā)生洪水，黃河下游將面臨著極大的防洪搶險壓力，稍有疏忽，將可能造成不可估量的損失。在面臨防洪搶險等應(yīng)急突發(fā)事件時，指揮調(diào)度及決策會商信息的及時上傳下達(dá)，對避免或減少人民生命財產(chǎn)損失起著非常關(guān)鍵的作用。

1.2 黃河下游建設(shè)光纖通信網(wǎng)的重要性

目前，信息化是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的大趨勢，也是我國實現(xiàn)工業(yè)化、現(xiàn)代化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。水利信息化是國家以信息化改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)思路在水利行業(yè)的具體體現(xiàn)，是帶動水利現(xiàn)代化的重要措施之一。治黃信息化建設(shè)，必須跟上國家信息化發(fā)展的步伐，既要充分考慮治黃事業(yè)對通信傳輸安全性、可靠性的特殊要求，又要充分和合理利用公網(wǎng)資源，加強光纖通信建設(shè)，從而推進(jìn)工程運行管理、業(yè)務(wù)管理和政務(wù)管理的信息化，保障水利工程的安全運行。因此，光纖通信、“TD-LTE”數(shù)字移動通信系統(tǒng)建設(shè)成為解決黃河下游通信問題的必然選擇。

2 黃河下游沿黃河堤防光纖通信環(huán)網(wǎng)的布局設(shè)計

對于黃河下游的光纖通信，組建黃河沿河兩岸基層單位及信息采集點的黃河信息高速公路，在黃河下游沁河口至黃河入?？诓捎醚攸S河光纖環(huán)網(wǎng)的組網(wǎng)方式，沿河構(gòu)建4個10G的主干層光纖環(huán)網(wǎng)、30個2.5G區(qū)段接入層以及支線接入層，連接大堤兩岸的基層單位和信息采集點，為沿河基層河務(wù)段、涵閘以及信息采集點等提供滿足治黃信息化建設(shè)需求的寬帶接入。沿河構(gòu)建的光纖環(huán)網(wǎng)連接近1 500個光纜通信站點，能滿足黃河下游沁河口-入?？谘睾蛹s1 500個基層單位和信息采集點的寬帶通信接入。在大堤兩岸沿河鋪設(shè)光纜近7 000km，其中主干光纜1 600km，區(qū)段光纜2 200km，支線接入光纜3 000km。這能滿足黃河下游沿河近600個基層單位和近1 000個信息采集站點的寬帶通信接入，實現(xiàn)十、百、千的帶寬的接入目標(biāo)（基層單位10～20M，縣到市到省100M，省局至黃委1 000M），將有效解決黃河下游基層單位防洪工程通信傳輸問題，同時滿足新時期搶險應(yīng)急指揮、水文信息采集，以及基層單位對防洪工程運行管理、防汛管理職責(zé)履行時對黃河通信的需求[1]。

2.1 建設(shè)黃河下游沿河光纖環(huán)網(wǎng)的目標(biāo)

在整合和利用現(xiàn)有黃河防汛通信網(wǎng)絡(luò)資源的基礎(chǔ)上，本著“公專結(jié)合、優(yōu)勢互補”的原則，采用光纖傳輸技術(shù)，發(fā)展黃河通信高速公路，發(fā)展目標(biāo)是建成一個安全可靠、滿足需求、覆蓋黃河下游沁河口-入?？谘睾觾砂痘鶎訂挝患靶畔⒉杉c的黃河信息高速公路，解決下游沿線約1 500個基層單位和信息采集點的寬帶信息傳輸問題，實現(xiàn)重要信息互聯(lián)與傳輸?shù)墓饫w化，關(guān)鍵工程管理的可視化。通信傳輸帶寬目標(biāo)為十-百-千的接入標(biāo)準(zhǔn)，即為基層單位提供10～20M的信息接入能力，縣到市到省提供100M的信息接入能力，省局至黃委提供1 000M的信息接入能力，全面提高黃河通信網(wǎng)絡(luò)對治黃事業(yè)各項工作的通信保障能力、服務(wù)水平及信息傳輸安全。

2.2 黃河下游沿河通信網(wǎng)與光纖環(huán)網(wǎng)的布局

根據(jù)各項應(yīng)用業(yè)務(wù)的通信需求及光傳輸技術(shù)的設(shè)計規(guī)范，黃河下游沿河通信網(wǎng)與光纖環(huán)網(wǎng)的布局可分為兩個層面，即主干傳輸層和信息綜合接入層（主要包含沿河區(qū)段接入和支線接入），沿黃河大堤兩岸采用光纜方式滿足沿河基層單位及信息采集點的接入需求。黃河下游沿河通信網(wǎng)與光纖環(huán)網(wǎng)的布局如圖1所示。

第一，沿河主干傳輸層采用10G傳輸設(shè)備組網(wǎng)?？稍谘睾哟蟮躺辖M建4個10G光纖環(huán)，主干光纖環(huán)路上連接30個基層單位，設(shè)置有33個光纖骨干節(jié)點，實現(xiàn)跨河光纜的連接和區(qū)段接入層的光纖環(huán)就近接入主干傳輸層，并通過多處跨河橋梁架設(shè)光纜連接黃河南北兩岸光纖主干網(wǎng)，形成多個8字光纖環(huán)網(wǎng)，提高黃河下游光纖寬帶網(wǎng)運行的安全性和可靠性。

第二，沿河區(qū)段接入層負(fù)責(zé)將沿河基層管理單位接入主干傳輸層，區(qū)段光纖環(huán)網(wǎng)接入層采用2.5G傳輸設(shè)備組成30個光纖自愈環(huán)，環(huán)路上連接沿河200多個基層單位。

第三，支線接入層主要負(fù)責(zé)將沿河300多個基層管理單位和近1 000個信息采集站點接入沿河區(qū)段接入層，通過光纜，采用點對點的接入方式[2]。

2.3 通信節(jié)點的選擇原則

沿河主干傳輸層通信節(jié)點的選擇原則：具有一定規(guī)模的管理單位、微波站所在地或具有一定數(shù)量無線傳輸設(shè)備的樞紐站，交通便利、供電條件較好、傳輸距離適中的單位;對于相交節(jié)點，要選擇在橫跨黃河大橋附近，便于跨河光纜的連接?？傊?，主干傳輸層通信節(jié)點的選擇應(yīng)具有運行可靠、便于管理、維護(hù)方便等特點。沿河區(qū)段接入層通信節(jié)點的選擇原則：沿河管理單位、水文站、閘管所、搶險隊以及重要的閘門，通信傳輸距離分配合理。支線接入層通信節(jié)點的選擇原則：灘區(qū)內(nèi)的基層管理單位和閘門，易于光纜敷設(shè)，安全可靠便于維護(hù)的地點。

根據(jù)需求進(jìn)行分析，考慮到沿河主干傳輸層的帶寬需求約6.9Gb/s，主干光纖環(huán)網(wǎng)電路保護(hù)需要不斷提高，加之各類自動化系統(tǒng)對通信傳輸?shù)目煽啃浴鬏斔俾屎蛡鬏攷捯笤絹碓礁?，部分沿河兩岸大堤的區(qū)段接入數(shù)據(jù)也要匯入主干通道傳輸，推薦主干傳輸層采用容量為10Gb/s的光通信傳輸系統(tǒng)。考慮到沿河區(qū)段接入層帶寬需求約1.7Gb/s，推薦其采用通信容量為2.5Gb/s的光通信傳輸系統(tǒng)，自愈環(huán)采用復(fù)用段共享保護(hù)環(huán)（MS-SPRing）和二纖通道保護(hù)方式;通信設(shè)備重要的插板如交叉單元板、電源單元板及時鐘單元板，均按照冗余方式配置，設(shè)備支路板卡采用“1∶N”保護(hù)方式;物理路由保護(hù)采用不同物理路由的光纜形成物理光環(huán)路。

光纜線路路由應(yīng)選擇地質(zhì)穩(wěn)固、地形平坦、高差較小、土質(zhì)較好、石方量較小、不易塌陷和沖刷的地段，避開可能因自然或人為因素造成危害的地段;路由選擇應(yīng)充分考慮線路穩(wěn)固、運行安全、施工及維護(hù)方便及投資經(jīng)濟(jì)的原則。根據(jù)黃河下游兩岸的地理環(huán)境以及通信站點的分布情況，主干傳輸層和區(qū)段接入層的光纜線路路由選擇在沿黃河下游兩岸的標(biāo)準(zhǔn)化堤防上，敷設(shè)位置為標(biāo)準(zhǔn)化堤防背河的路肩上。支線接入層光纜線路路由選擇沿黃河灘區(qū)內(nèi)的鄉(xiāng)村道路進(jìn)行光纜敷設(shè)，減少因線路施工對耕地、林木等的影響，避免不必要的工程投資。為保證光傳輸系統(tǒng)的安全性和可靠性，干線光纜環(huán)和區(qū)段光纜環(huán)可以采用同纜不同纖的方式，以充分利用光纖資源，節(jié)約投資資金。

2.4 光纜敷設(shè)方式的選擇

由于選擇光纜線路路由的不同，光纜敷設(shè)方式也有所區(qū)別。光纖環(huán)網(wǎng)中主干傳輸層和區(qū)段接入層的光纜采用管道敷設(shè)方式和直埋敷設(shè)方式，充分利用黃河下游沿河兩岸現(xiàn)有的資源。其中，管道敷設(shè)方式主要用于光纜經(jīng)過的閘門和過路口地段。綜合考慮后，暫估3/4為直埋敷設(shè)方式，1/4為管道敷設(shè)方式。支線接入層的光纜，主要途經(jīng)黃河灘區(qū)，易采用直埋或架空的敷設(shè)方式。這主要是因為黃河灘區(qū)地處偏僻，人們生產(chǎn)活動較少，對光纜工程建設(shè)及今后的運行維護(hù)影響較小。

2.5 系統(tǒng)傳輸設(shè)備配置

該系統(tǒng)的傳輸設(shè)備主要為三種，即沿河主干傳輸層中的10G節(jié)點設(shè)備，沿河區(qū)段接入層中的2.5G節(jié)點設(shè)備及支線接入層中的ONU設(shè)備。其中，10G節(jié)點設(shè)備又分為交叉點設(shè)備和非交叉點設(shè)備，交叉點設(shè)備主要用于跨河光纜的設(shè)備連接。2.5G節(jié)點設(shè)備分為OLT設(shè)備和非OLT設(shè)備，OLT設(shè)備用于連接支線中的ONU設(shè)備。通信電源是保障黃河光纖環(huán)網(wǎng)長期可靠運行的必備設(shè)施，根據(jù)各站通信設(shè)備負(fù)荷進(jìn)行配置，整流模塊采用N+1冗余方式配置，蓄電池組采用1+1配置。沿河主干傳輸層站點配置300AH以上容量，每只為2V的蓄電池組;沿河區(qū)段接入層站點配置200AH以上容量，每只為2V的蓄電池組;支線接入層站點配置100AH容量，每只為12V的蓄電池組，各站均配置開關(guān)電源設(shè)備各一套。

3 結(jié)語

黃河安危，事關(guān)大局。建立從桃花峪到黃河入?？诘狞S河南北兩岸的主干光纖和部分沿河區(qū)段業(yè)務(wù)接入層及支線接入層，實現(xiàn)了黃河下游大堤沿線管理機構(gòu)的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)傳輸。近期，水利部黨組作出了“水利工程補短板，水利行業(yè)強監(jiān)管”的決策部署。這就迫切需要黃委會加強信息化建設(shè)，即加強通信傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，打破治黃信息化的發(fā)展瓶頸，為治黃事業(yè)提供最基本的通信信息化基礎(chǔ)保障，為實現(xiàn)中央提出的“以水利信息化帶動水利現(xiàn)代化”的戰(zhàn)略目標(biāo)奠定基礎(chǔ)?？傊?，隨著光通信技術(shù)的快速發(fā)展，光纖通信也將具有更廣闊的發(fā)展前景和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]陳基業(yè).通信系統(tǒng)中光纖技術(shù)的特點及其發(fā)展分析[J].廣東科技，2011（8）：26-27.

[2]李彬，趙靜娟.現(xiàn)代光纖通信傳輸技術(shù)的應(yīng)用探討[J].通信技術(shù)，2013（3）：14-15，18.