基于ASON 的山西電力通信網(wǎng)OTN 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建應(yīng)用

李 晶，景 峰，張雪芹

（1.國網(wǎng)山西省電力公司信息通信分公司，山西 太原 030021；2.國網(wǎng)山西省電力公司，山西太原 030021）

0 引言

隨著國網(wǎng)公司建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的不斷深入及數(shù)字化建設(shè)的大力推進(jìn)，電力通信網(wǎng)在滿足傳統(tǒng)電網(wǎng)業(yè)務(wù)接入的同時，需要進(jìn)一步滿足智能配網(wǎng)自動化、精密負(fù)控、分布式能源等各類業(yè)務(wù)的接入需求[1]，通信網(wǎng)覆蓋范圍、通道帶寬及設(shè)備接入能力都將面臨巨大挑戰(zhàn)。光傳送網(wǎng)中自動交換網(wǎng)絡(luò)OTN ASON 技術(shù)作為新一代智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以其高效的調(diào)度能力、超強(qiáng)的業(yè)務(wù)恢復(fù)能力（抗N次故障）和資源共享等特性[2-3]，成為電力骨干通信網(wǎng)組網(wǎng)的最佳選擇。山西電力光傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)OTN（opticol transport network）網(wǎng)絡(luò)因投運(yùn)超年限已無法滿足大規(guī)模的業(yè)務(wù)接入需求及安全可靠的運(yùn)行要求，本文在分析現(xiàn)網(wǎng)存在的問題及帶寬需求的基礎(chǔ)上，提出了基于自動交換光網(wǎng)絡(luò)ASON（automatically switched optical network）的山西電力通信網(wǎng)OTN 網(wǎng)絡(luò)改造構(gòu)建方案，并從組網(wǎng)原則、業(yè)務(wù)規(guī)劃、保護(hù)策略、網(wǎng)管部署4 個方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述，最終通過實(shí)際應(yīng)用取得的成效，證明了網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方案的優(yōu)越性。

1 OTN ASON 技術(shù)概述

1.1 OTN 技術(shù)及保護(hù)機(jī)制

OTN 主要以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)，是由一組通過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的傳送、復(fù)用、路由、管理、監(jiān)控以及保護(hù)（可生存性）[4-5]。OTN 技術(shù)相對于同步數(shù)字體系SDH（synchronous digital hierarchy）和傳統(tǒng)波分復(fù)用WDM（wavelength division multiplexing）技術(shù)，可支持更大的顆粒業(yè)務(wù)傳送。目前OTN 設(shè)備單個波長就可支持40 Gbit/s、100 Gbit/s 的傳輸速率，支持多業(yè)務(wù)傳送，具有強(qiáng)大的管理維護(hù)功能和更優(yōu)越的調(diào)度能力、組網(wǎng)能力及保護(hù)能力[6-7]，在各個行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。OTN 保護(hù)主要分為光層保護(hù)和電層保護(hù)2 種。常見的光層保護(hù)方式有光線路1+1 保護(hù)、板內(nèi)1+1 保護(hù)、客戶側(cè)1+1 保護(hù)[8-9]，常見的電層保護(hù)方式有ODUk SNCP 保護(hù)、ODUk環(huán)網(wǎng)保護(hù)。

1.2 OTN ASON 技術(shù)優(yōu)勢

ASON 與傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)的不同是引入了控制平面，組建控制、傳送、管理三平面[10-13]，以及包括用于控制和管理通信的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。OTN ASON 技術(shù)在OTN 傳送平面和管理平面基礎(chǔ)上增加控制平面，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)連接管理和資源分配，以及故障時的自動保護(hù)及恢復(fù)，使光網(wǎng)絡(luò)智能化。OTN ASON 網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn)及優(yōu)勢包括以下幾方面。

a）資源和拓?fù)涞淖詣影l(fā)現(xiàn)及更新。ASON 可實(shí)現(xiàn)鏈路資源、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖詣影l(fā)現(xiàn)。實(shí)時動態(tài)獲取網(wǎng)絡(luò)中波長/子波長業(yè)務(wù)的資源狀態(tài)，包括占用和空閑資源，了解當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)存量。如果網(wǎng)絡(luò)資源和拓?fù)浒l(fā)生了變化，如鏈路新增、鏈路移除、鏈路參數(shù)變化、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)增加和移除，ASON 都可實(shí)時更新有關(guān)信息并通知網(wǎng)絡(luò)管理平臺，大大減輕了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理、擴(kuò)容及網(wǎng)絡(luò)改造的工作量。

b）動態(tài)重路由。動態(tài)重路由是ASON 的核心特性之一，是指工作路由中斷后，故障節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)時的網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)時計算出恢復(fù)路由，同步將業(yè)務(wù)配置到恢復(fù)路由上。當(dāng)恢復(fù)路由再次發(fā)生故障時，重復(fù)運(yùn)行動態(tài)重路由程序，由此實(shí)現(xiàn)多次故障恢復(fù)，抗故障次數(shù)與保護(hù)路由資源的數(shù)量成正比。因動態(tài)重路由無須占用固定波道資源，所以資源利用率較高。

c）網(wǎng)格組網(wǎng)提高網(wǎng)絡(luò)安全性及生存性。OTN ASON 網(wǎng)絡(luò)主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為網(wǎng)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)下網(wǎng)絡(luò)存在多條恢復(fù)路徑。ASON 依靠1+1 保護(hù)和預(yù)置/動態(tài)重路由恢復(fù)能力可以抵抗多次故障，只要有保護(hù)資源業(yè)務(wù)就不會中斷。OTN ASON 網(wǎng)格越密，可用于恢復(fù)的路徑越多，網(wǎng)格就越健壯。

d）端到端業(yè)務(wù)快速配置。ASON 提供快速端到端業(yè)務(wù)建立、查詢、刪除和屬性修改功能。在ASON網(wǎng)絡(luò)里，網(wǎng)管下發(fā)業(yè)務(wù)創(chuàng)建命令到首節(jié)點(diǎn)網(wǎng)元，然后首節(jié)點(diǎn)網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)路由計算并通過信令協(xié)議發(fā)起業(yè)務(wù)配置過程，從首節(jié)點(diǎn)到下游節(jié)點(diǎn)逐點(diǎn)建立交叉連接，從而完成業(yè)務(wù)的創(chuàng)建。該方式充分利用了各個網(wǎng)元的路由和信令功能，縮短了業(yè)務(wù)配置時間。

e）豐富的業(yè)務(wù)保護(hù)等級。OTN ASON 可根據(jù)承載業(yè)務(wù)的可靠性要求差異靈活地提供多種業(yè)務(wù)保護(hù)等級，包括鉆石、金、銀、銅和鐵級業(yè)務(wù)保護(hù)[14]，具體情況如表1 所示。除此之外，OTN ASON 還支持業(yè)務(wù)路徑優(yōu)化、業(yè)務(wù)路徑返回、預(yù)置路由等功能。

表1 OTN ASON 業(yè)務(wù)保護(hù)等級

2 山西電力通信網(wǎng)現(xiàn)狀分析

2.1 OTN 系統(tǒng)現(xiàn)狀

山西電力骨干通信網(wǎng)采用A+B 雙平面原則建設(shè)，A 平面為同步數(shù)字體系SDH（synchronous digital hierarchy）光傳輸系統(tǒng)，B 平面為OTN 光傳輸系統(tǒng)。OTN 系統(tǒng)于2009 年建設(shè)投運(yùn)，采用英飛朗波分設(shè)備，全網(wǎng)共計29 個節(jié)點(diǎn)，部署35 套設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)依托500 kV 光纜網(wǎng)架，主通道提供200 Gbit/s傳輸容量，各地市公司提供100 Gbit/s 傳輸容量接入，實(shí)現(xiàn)622 Mbit/s 以上速率大帶寬業(yè)務(wù)的匯聚和傳輸。

2.2 帶寬需求

根據(jù)國網(wǎng)公司“十四五”通信網(wǎng)規(guī)劃專業(yè)指導(dǎo)意見及山西公司“十四五”省級骨干通信網(wǎng)規(guī)劃報告相關(guān)要求，OTN 系統(tǒng)作為省級骨干通信網(wǎng)核心大帶寬匯聚業(yè)務(wù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)，需分別為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)業(yè)務(wù)提供各地調(diào)至省中心站、省備調(diào)的通信通道和變電站直連業(yè)務(wù)的預(yù)留通道，具體需求如表2 所示。

表2 山西電力OTN 系統(tǒng)承載業(yè)務(wù)帶寬統(tǒng)計表

2.3 存在的問題

a）設(shè)備老化嚴(yán)重：山西電力OTN 系統(tǒng)全網(wǎng)設(shè)備已運(yùn)行長達(dá)12 a 之久，設(shè)備板卡故障頻發(fā)且原廠設(shè)備板卡已停產(chǎn)，備品備件無法采購，只能依賴板卡返修，而板卡返修率高、返修周期長導(dǎo)致日常運(yùn)維工作舉步維艱。

b）板卡集成度高：數(shù)字交叉處理板集支線路、放大、電交叉功能于一體，集成度較高，板卡故障影響業(yè)務(wù)范圍較大，無法確保電網(wǎng)生產(chǎn)調(diào)度業(yè)務(wù)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

c）網(wǎng)架堅強(qiáng)性較差：山西電力OTN 系統(tǒng)網(wǎng)架存在部分單鏈路結(jié)構(gòu)，日常光纜檢修或故障時業(yè)務(wù)將中斷；各地調(diào)出局均為單光路配置，采用光纖路保護(hù)OLP（optical fiber line auto switch protection）1+1 保護(hù)抗光纜N-1 風(fēng)險，但無法抗板卡故障，存在較大的安全隱患。

3 基于ASON 的山西電力骨干通信網(wǎng)OTN的構(gòu)建和應(yīng)用

3.1 網(wǎng)格組網(wǎng)

為滿足電網(wǎng)各類生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營管理及數(shù)字化建設(shè)業(yè)務(wù)需求，優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，解決設(shè)備老化故障頻發(fā)問題，山西電力開展了基于ASON 的省級骨干通信網(wǎng)OTN 系統(tǒng)改造工作。改造后的OTN 網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)格組網(wǎng)方式，覆蓋全省500 kV 變電站、省中心站、省備調(diào)、地調(diào)、直屬單位共計40 個站點(diǎn)，部署41 套設(shè)備（省中心站2 套），均具有業(yè)務(wù)接入能力、電交叉功能。OTN 系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)依托500 kV 線路光纜網(wǎng)架建設(shè)，各調(diào)度節(jié)點(diǎn)均經(jīng)至少2 個出局方向接入主干網(wǎng)絡(luò)，且81%光路均配置OLP 光線路1+1 保護(hù)單板，徹底解決了設(shè)備老化故障頻發(fā)問題。

現(xiàn)階段山西公司的大帶寬業(yè)務(wù)以10 Gbit/s、1 Gbit/s、2.5 Gbit/s 為主，業(yè)務(wù)需求暫無100 Gbit/s OTN 系統(tǒng)的應(yīng)用場景，且10 Gbit/s 的OTN 系統(tǒng)調(diào)制、解調(diào)設(shè)備簡單，前向糾錯FEC（forward error correction）編碼方式也較為成熟，是電力、廣電、運(yùn)營商及鐵路等行業(yè)應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，所以山西電力采用單波道10 Gbit/s 速率的40 波OTN 系統(tǒng)。目前所有站點(diǎn)設(shè)備板卡配置滿足20 波×10 Gbit/s，全網(wǎng)傳輸速率達(dá)200 Gbit/s，后期可擴(kuò)容成40 波，且支持10 Gbit/s、2.5 Gbit/s、1 Gbit/s、155 Mbit/s、622 Mbit/s等多速率的業(yè)務(wù)交叉上下。

3.2 業(yè)務(wù)規(guī)劃

山西電力OTN 系統(tǒng)主要承載各地調(diào)至省中心站、省備調(diào)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)骨干通道及部分變電站之間的互聯(lián)業(yè)務(wù)，為便于日常運(yùn)維，單條業(yè)務(wù)整個路由都選用同一波長，針對相互獨(dú)立、不同業(yè)務(wù)類別的2.5 Gbit/s 及以下顆粒的業(yè)務(wù)可以選用同路由、同波道進(jìn)行交叉配置，存在主備關(guān)聯(lián)關(guān)系的業(yè)務(wù)選用完全獨(dú)立的路由及波道。以此為業(yè)務(wù)規(guī)劃原則，確保業(yè)務(wù)安全運(yùn)行的同時實(shí)現(xiàn)波道資源緊湊均衡分配，最大限度地提高波道資源利用率，減少網(wǎng)絡(luò)資源管理工作量。

3.3 保護(hù)策略

根據(jù)山西電力OTN 系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，各地調(diào)滿足至少2 個出局方向的同時部分光路采用OLP 光線路1+1 保護(hù)抗光纜N-1 故障。

目前主流OTN 系統(tǒng)支持光層ASON 和電層ASON，光層ASON 基于本地維度的波長選擇開關(guān)單板完成重路由，實(shí)現(xiàn)基于波長的光層業(yè)務(wù)保護(hù)；電層ASON 基于ODUk 顆粒通過交叉板將業(yè)務(wù)切換到不同的線路板卡上，實(shí)現(xiàn)基于ODUk 顆粒的業(yè)務(wù)保護(hù)。山西電力OTN 系統(tǒng)全網(wǎng)啟用電層ASON 功能來解決網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)失效情況下承載業(yè)務(wù)的可靠性問題。綜合業(yè)務(wù)可靠性及帶寬利用率等因素，全網(wǎng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)業(yè)務(wù)為鉆石級，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)業(yè)務(wù)為銀級，變電站互聯(lián)業(yè)務(wù)因承載業(yè)務(wù)的上層協(xié)議已經(jīng)提供保護(hù)能力，所以設(shè)置為銅級。

3.4 網(wǎng)管部署

山西電力OTN 系統(tǒng)網(wǎng)管在省中心站、省備調(diào)配置主備服務(wù)器，采用異地?zé)醾浞绞?，各調(diào)度節(jié)點(diǎn)設(shè)置為網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元，通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)管數(shù)據(jù)交互，非網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元與網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元的網(wǎng)管通信通過ECC 協(xié)議實(shí)現(xiàn)。

3.5 應(yīng)用成效

a）設(shè)備升級：改造后OTN 網(wǎng)絡(luò)采用品牌自主可控的設(shè)備，相比原先高度集成的設(shè)備及板卡，現(xiàn)有的OTN 設(shè)備光、電分離，各板卡功能獨(dú)立，運(yùn)維靈活性更高。

b）網(wǎng)架補(bǔ)強(qiáng)：網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由覆蓋29 個站點(diǎn)35 套設(shè)備升級至40 個站點(diǎn)41 套設(shè)備，網(wǎng)架由“兩縱四橫”升級為“三縱五橫”。針對原先部分單鏈路及單光路結(jié)構(gòu)均進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，其中省中心站出局由6 個方向優(yōu)化為9 個方向，地調(diào)站點(diǎn)出局由單光路+OLP光纖切換裝置優(yōu)化為至少2 個出局方向，且配置OLP 光線路1+1 保護(hù)板卡，整體網(wǎng)架堅強(qiáng)性、可靠性有大幅提升。

c）帶寬升級：帶寬容量由主通道200 Gbit/s、各地市公司100 Gbit/s 傳輸容量升級為全網(wǎng)200 Gbit/s傳輸容量，同時各地調(diào)至省中心站數(shù)據(jù)通信網(wǎng)通道帶寬由原先的1 Gbit/s 升級至10 Gbit/s。

d）業(yè)務(wù)自愈能力增強(qiáng)：傳統(tǒng)的OTN 網(wǎng)絡(luò)ODUk SNCP 保護(hù)或者1+1 保護(hù)都只能抵抗單點(diǎn)故障，在電力OTN 骨干網(wǎng)中引入ASON 可以解決網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)失效情況下業(yè)務(wù)的可靠性問題。圖1 為鉆石級保護(hù)業(yè)務(wù)示意圖，以圖1 中A 站至B 站的鉆石級業(yè)務(wù)為例，工作路由光纜中斷時，保護(hù)路由立即發(fā)揮作用，業(yè)務(wù)不受影響，與此同時只要網(wǎng)絡(luò)有可用資源，ASON 就會觸發(fā)動態(tài)重路由建立另一條保護(hù)路由，確保業(yè)務(wù)永久1+1 保護(hù)，盡最大可能地保障重要業(yè)務(wù)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 鉆石級保護(hù)業(yè)務(wù)示意圖

e）資源利用率提高：基于ASON 的山西電力OTN 網(wǎng)絡(luò)通過提供動態(tài)路由選擇功能和業(yè)務(wù)保護(hù)分級的方式，盡可能少地預(yù)留備用資源，盡最大可能提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。目前山西電力OTN 網(wǎng)絡(luò)共計63 個斷面，其資源利用率比較客觀。

f）運(yùn)維智能化提升：相比傳統(tǒng)人工排障、業(yè)務(wù)逐點(diǎn)配置、手動迂回的方式，基于ASON 的山西電力OTN 網(wǎng)絡(luò)自動實(shí)現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)配置及保障，解決了業(yè)務(wù)配置復(fù)雜煩瑣、網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)故障等問題。除此之外，現(xiàn)有網(wǎng)管系統(tǒng)支持智能光纖管理，可實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)中線路光纖的實(shí)時監(jiān)控，通過對光纖連接狀態(tài)的精準(zhǔn)檢測，協(xié)助運(yùn)維人員分析光纖接口、熔纖點(diǎn)質(zhì)量，快速定位光纖質(zhì)量問題。

4 總結(jié)與展望

在電力通信中，基于傳統(tǒng)SDH 的光網(wǎng)絡(luò)存在明顯缺陷，如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)單一、帶寬利用率低以及靈活性、拓展性不足等，因而無法適應(yīng)智能電網(wǎng)高速率、高帶寬、高可靠性的要求。在這樣的背景下，以SDH 和OTN 為基礎(chǔ)的ASON 應(yīng)運(yùn)而生[15]。隨著電力通信業(yè)務(wù)云化、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和移動應(yīng)用的不斷發(fā)展，電力骨干通信網(wǎng)將承載更多大帶寬業(yè)務(wù)，比如調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)主備調(diào)直連網(wǎng)絡(luò)、調(diào)控云高速資源同步網(wǎng)、云構(gòu)架下的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等。與傳統(tǒng)的傳輸技術(shù)SDH、WDM 和OTN 相比，把ASON 應(yīng)用到OTN 網(wǎng)絡(luò)中不僅能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)業(yè)務(wù)大容量、長距離傳輸，還能進(jìn)一步提升OTN 網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度、管理、資源共享和恢復(fù)能力[16]，滿足電力通信網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的要求。面對日益增長的大帶寬業(yè)務(wù)需求，國網(wǎng)山西省電力公司將結(jié)合現(xiàn)有情況，充分利用先進(jìn)技術(shù)，有序地開展OTN 網(wǎng)絡(luò)波道擴(kuò)容及10 Gbit/s、100 Gbit/s 的OTN混傳技術(shù)研究應(yīng)用，進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸優(yōu)勢。