簡(jiǎn)談OTN光傳送網(wǎng)技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用

王 帥

(北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

1 概述

隨著軌道交通大容量業(yè)務(wù)對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的快速增長(zhǎng)，在國(guó)家新基建背景城市軌道交通云化業(yè)務(wù)發(fā)展的趨勢(shì)下，目前軌道交通傳輸系統(tǒng)承載業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出多樣性、差異性與高帶寬性的特點(diǎn)，傳輸網(wǎng)絡(luò)不僅需要能夠適應(yīng)IP化發(fā)展的海量帶寬需求，而且還需傳輸網(wǎng)絡(luò)具備可以進(jìn)行靈活快速的業(yè)務(wù)調(diào)度，完善的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理（OAM），以便適應(yīng)未來(lái)的業(yè)務(wù)發(fā)展。同時(shí)，傳輸網(wǎng)絡(luò)還需提供更高的環(huán)網(wǎng)帶寬、管道隔離以及多重保護(hù)機(jī)制等特性化功能。OTN技術(shù)兼具WDM、SDH的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，可以提供一種更先進(jìn)、更高速率、更加靈活的傳輸網(wǎng)絡(luò)解決方案，滿足軌道交通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展的需要。

2 軌道交通傳輸業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)

1）高帶寬需求：目前已有城市軌道交通視頻業(yè)務(wù)實(shí)行OCC集中統(tǒng)一存儲(chǔ)與管理，在滿足地鐵高安全性、高可靠性、多業(yè)務(wù)并發(fā)傳送的要求下，線路側(cè)帶寬容量需要全面提升，現(xiàn)有主流傳輸技術(shù)制式已經(jīng)趨于無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的帶寬需求。

2）業(yè)務(wù)種類(lèi)需求增多：隨著城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路的增多，以及未來(lái)的規(guī)劃需求等，全路網(wǎng)線路控制中心（OCC）的信息都要傳送到線網(wǎng)指揮中心（COCC），OCC與COCC之間的通信包含眾多的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如無(wú)線通信業(yè)務(wù)、ATS業(yè)務(wù)、乘客信息（PIS）業(yè)務(wù)、視頻監(jiān)視（CCTV）業(yè)務(wù)、自動(dòng)售檢票（AFC）業(yè)務(wù)等。需要傳送網(wǎng)絡(luò)提供足夠容量的帶寬，并能為未來(lái)新增業(yè)務(wù)及線路增長(zhǎng)預(yù)留出足夠的可擴(kuò)容空間。

3）上層管理網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需要：軌道交通管理部門(mén)主要包括各地鐵線路OCC、COCC、應(yīng)急管理中心、公安分局、公安市局、清分中心、數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)中心、運(yùn)營(yíng)公司等相關(guān)管理及應(yīng)用部門(mén)。COCC作為協(xié)調(diào)城市各軌道交通子系統(tǒng)及處理應(yīng)急事件的總控制中心，承載了全路線網(wǎng)列車(chē)運(yùn)行、客運(yùn)組織、車(chē)站運(yùn)作、電力供給、設(shè)備監(jiān)控、防災(zāi)報(bào)警、信息收發(fā)等地鐵運(yùn)營(yíng)全程監(jiān)控和指揮。在非正常情況下，COCC也承擔(dān)著事件處理的現(xiàn)場(chǎng)指揮中心功能。高速數(shù)據(jù)上層管理網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，是為了能夠更好的協(xié)調(diào)相關(guān)部門(mén)之間的管理協(xié)作，共同指揮及應(yīng)急處置，能夠更好的形成COCC對(duì)全路線路的監(jiān)控、協(xié)調(diào)與指揮調(diào)度等。

4）系統(tǒng)業(yè)務(wù)管道隔離，傳輸性能要求高：地鐵傳輸網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)包含ATS列控信息、AFC等對(duì)可靠性、實(shí)時(shí)性、安全性要求非常高的業(yè)務(wù)，同時(shí)各業(yè)務(wù)間必須實(shí)現(xiàn)物理隔離，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)和通道間隔離有著非常高的要求。

5）未來(lái)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大，業(yè)務(wù)傳輸可靠性要求高：無(wú)論是TDM業(yè)務(wù)還是以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，均需要有高可靠性的網(wǎng)絡(luò)作為傳輸保障，能夠滿足在故障情況下的網(wǎng)絡(luò)及時(shí)倒換，確保業(yè)務(wù)正常運(yùn)行。

3 傳輸技術(shù)簡(jiǎn)述

目前主要的傳輸技術(shù)包括增強(qiáng)型MSTP、PTN、MSTP+IP與OTN方式等，相關(guān)技術(shù)分析如下。

增強(qiáng)型MSTP統(tǒng)一傳輸平臺(tái)是對(duì)原有MSTP技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，升級(jí)為具有MSTP與分組交換雙平面功能的技術(shù)方案。在滿足原有語(yǔ)音等低速率業(yè)務(wù)需求的同時(shí)，又能夠適應(yīng)不斷增加的IP業(yè)務(wù)需求。但該技術(shù)受限于單波長(zhǎng)傳送網(wǎng)絡(luò)40 G帶寬限制，如遇大帶寬業(yè)務(wù)傳送時(shí)，需考慮增加傳輸設(shè)備或利用波分功能性單板實(shí)現(xiàn)，此實(shí)現(xiàn)方式將進(jìn)一步增加工程投資。

PTN分組傳送平臺(tái)提供以分組業(yè)務(wù)為核心的彈性傳輸管道，對(duì)于TDM業(yè)務(wù)則通過(guò)電路仿真方式實(shí)現(xiàn)，其時(shí)延和抖動(dòng)較傳統(tǒng)MSTP技術(shù)大，目前國(guó)內(nèi)實(shí)施案例較少。

MSTP+IP方式，利用MSTP與IP設(shè)備共同構(gòu)建傳輸平臺(tái)，對(duì)于TDM與IP業(yè)務(wù)分別采用不同的設(shè)備進(jìn)行承載。雖能夠滿足不同業(yè)務(wù)的傳送需求，但兩套傳輸設(shè)備建設(shè)成本偏高，且增加了運(yùn)營(yíng)后期維護(hù)工作量，目前國(guó)內(nèi)實(shí)施案例較少。

OTN技術(shù)綜合了傳統(tǒng)SDH與WDM的優(yōu)點(diǎn)。在光域，可以實(shí)現(xiàn)大顆粒的處理，提供對(duì)更大顆粒的2.5 G、10 G、40 G業(yè)務(wù)的透明傳送能力，具有WDM系統(tǒng)高速大容量、多波長(zhǎng)傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)；在電層，OTN技術(shù)把SDH可運(yùn)營(yíng)可管理能力應(yīng)用到WDM系統(tǒng)中，形成一個(gè)以大顆粒寬帶業(yè)務(wù)傳送為特征的大容量調(diào)度網(wǎng)絡(luò)。OTN還具有路由和信令功能，為業(yè)務(wù)提供更為安全的保護(hù)策略和更高的傳輸效率。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，OTN技術(shù)已趨于成熟，且OTN設(shè)備也已在運(yùn)營(yíng)商層面開(kāi)始部署。

當(dāng)前，軌道交通建設(shè)逐漸由傳統(tǒng)單線建設(shè)向信息化、數(shù)字化、智慧化發(fā)展，未來(lái)傳統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)、新應(yīng)用系統(tǒng)走向云化架構(gòu)發(fā)展成為必然。在國(guó)家大力推進(jìn)新基建背景下，云化后的業(yè)務(wù)對(duì)于傳輸網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、快速、高效的需求將進(jìn)一步加速。綜合上述幾種傳輸方式的傳送能力、延時(shí)抖動(dòng)、工程投資等方面的技術(shù)比對(duì)，光傳送網(wǎng)技術(shù)的多波長(zhǎng)及高帶寬能力將非常適合新基建下的城市軌道交通傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

4 OTN技術(shù)簡(jiǎn)述

OTN是由一組通過(guò)光纖鏈路連接在一起的光網(wǎng)元組成的網(wǎng)絡(luò)，能夠提供基于光通道的客戶信號(hào)的傳送、復(fù)用、路由、管理、監(jiān)控以及保護(hù)（可生存性）。

OTN以ITU-T G.872協(xié)議將整個(gè)光層細(xì)分為光信道層（OCh）、光復(fù)用段層（OMS）、光傳輸段層（OTS）。光信道層又分為3個(gè)電域子層，如圖1、2所示。

5 OTN技術(shù)優(yōu)勢(shì)

OTN技術(shù)綜合了SDH的主要優(yōu)勢(shì)和DWDM的帶寬可擴(kuò)展性。從功能上講，就是在光域?qū)用鎸?shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)信號(hào)的傳送、路由選擇、監(jiān)控等。 OTN作為新一代傳送網(wǎng)絡(luò)，具有以下特點(diǎn)。

圖1 光信道層劃分Fig.1 Division of optical channel layer

圖2 OTN設(shè)備功能模型Fig.2 Functional model of OTN equipment

1）ODUk電交叉模塊，是OTN調(diào)度和保護(hù)能力的重要基礎(chǔ)，豐富的嵌入式開(kāi)銷(xiāo)支撐了OTN強(qiáng)大而精細(xì)化的管理。

2）OTN網(wǎng)絡(luò)接口規(guī)范，異步復(fù)用，運(yùn)行維護(hù)管理（OAM）功能強(qiáng)大，互聯(lián)互通兼容性好。

3）OTN采用DWDM傳輸技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)超大容量傳送的同時(shí)，還使網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，網(wǎng)絡(luò)本身可以根據(jù)不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)發(fā)展進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容。

4）OTN采用光交叉技術(shù)，光傳送網(wǎng)可以進(jìn)行波長(zhǎng)級(jí)靈活重組，并且具有極強(qiáng)的重新配置及保護(hù)、恢復(fù)特性。

5）OTN技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大顆粒業(yè)務(wù)的帶寬復(fù)用、交叉和配置，在提升對(duì)大顆粒數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，還能適應(yīng)對(duì)高帶寬數(shù)據(jù)的處理能力。

6）OTN系統(tǒng)支持多業(yè)務(wù)同波混合傳輸，并可按照信號(hào)的波長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行信號(hào)處理，對(duì)所傳送數(shù)字信號(hào)完全透明。這意味著光傳送網(wǎng)不僅可以透明傳送當(dāng)前廣泛使用的SDH、以太網(wǎng)、TDM業(yè)務(wù)等，而且還可透明傳送未來(lái)使用的其他數(shù)字業(yè)務(wù)信號(hào)。

6 產(chǎn)品選型

目前，國(guó)內(nèi)主流傳輸供貨商均有相關(guān)產(chǎn)品支持，并從城市軌道交通業(yè)務(wù)適應(yīng)性及兼容性角度出發(fā)，分別推出了支持OTN+PKT+TDM三平面且具有各種豐富客戶側(cè)接口的傳輸設(shè)備。能夠更好的適配從E1至100GE等多種不同速率、不同傳輸類(lèi)型的業(yè)務(wù)需求，更好匹配城市軌道交通未來(lái)業(yè)務(wù)帶寬發(fā)展需求。該選型設(shè)備具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

多業(yè)務(wù)超大帶寬：每個(gè)線路通道能夠承載ODU0/ODU1/ODU2業(yè)務(wù)顆粒，能將軌道交通不同類(lèi)型數(shù)據(jù)通過(guò)不同的業(yè)務(wù)封裝到ODUk管道中進(jìn)行承載，ODUk顆粒支持綁定為SDH管道或以太網(wǎng)管道。因此TDM業(yè)務(wù)可通過(guò)SDH封裝到ODUk中進(jìn)行承載，視頻監(jiān)視系統(tǒng)業(yè)務(wù)、乘客信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)、廣播系統(tǒng)業(yè)務(wù)、軟交換業(yè)務(wù)等以太網(wǎng)業(yè)務(wù)可通過(guò)以太網(wǎng)封裝到ODUk中進(jìn)行承載，從而實(shí)現(xiàn)TDM與以太網(wǎng)業(yè)務(wù)在同一根光纖中承載，并能夠滿足未來(lái)業(yè)務(wù)量的擴(kuò)容要求。

時(shí)隙交換、物理隔離：能將軌道交通不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)通過(guò)不同的管道進(jìn)行承載，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的物理隔離，確保業(yè)務(wù)的可靠性與安全性，并能夠提供端到端的帶寬保障。設(shè)備內(nèi)部采用基于ODUk的時(shí)隙交換，使得各類(lèi)業(yè)務(wù)的傳輸抖動(dòng)與時(shí)延非常低，傳輸指標(biāo)不受業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量的變化而變化，非常適合重要及高可靠性業(yè)務(wù)的傳送。

重要單板主備保護(hù)：設(shè)備支持各種設(shè)備級(jí)保護(hù)，如主控、時(shí)鐘、交叉及電源1+1保護(hù)，能夠確保設(shè)備高可靠正常運(yùn)行。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著軌道交通云化浪潮的逐步來(lái)臨與傳送業(yè)務(wù)IP化發(fā)展的持續(xù)推動(dòng)，同時(shí)考慮到軌道交通通信系統(tǒng)承載業(yè)務(wù)現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展需求，OTN光傳送網(wǎng)將成為構(gòu)建靈活的寬帶傳送網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)選型，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)寬帶化、高效化、安全化通信，進(jìn)而增強(qiáng)城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平。