公路調(diào)度自動(dòng)化中的光纖通信技術(shù)研究

聶志敏

（江西路通科技有限公司，江西 南昌 330008）

0 引言

公路調(diào)度作為系統(tǒng)性的一項(xiàng)工作，公路調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性直接影響到車輛的正常通行。就目前現(xiàn)狀而言，公路調(diào)度系統(tǒng)還有待完善的地方，因此在公路調(diào)度系統(tǒng)構(gòu)建的過程需要將光纖通信技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐中，以保證相關(guān)的信息能夠及時(shí)得到反饋，達(dá)到公路調(diào)度自動(dòng)化運(yùn)行的要求，從而給公路調(diào)度工作開展奠定基礎(chǔ)。

1 光纖通信技術(shù)對(duì)公路運(yùn)營(yíng)的意義

公路作為重要交通基礎(chǔ)設(shè)施，是人們生活的根本保障，尤其是高速公路，已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)必不可少的設(shè)施。

近年來我國(guó)一直在加大力度進(jìn)行高速公路建設(shè)，發(fā)布一系列的政策措施，提供有利條件，促使我國(guó)高速公路建設(shè)加速進(jìn)行。在高速公路建設(shè)規(guī)劃中，明確以首都為核心建設(shè)輻射狀高速公路7 條，再分別建設(shè)9 條南北走向的高速公路以及18 條東西走向高速公路，形成完整的高速公路交通網(wǎng)絡(luò)體系。隨著我國(guó)高速不斷建設(shè)，最終會(huì)構(gòu)建形成總里程超過8.5 萬km的網(wǎng)狀高速公路項(xiàng)目。

高速公路建設(shè)日益完善，交通擁堵的問題卻不能忽視，這對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生不利的影響，所以必須解決這些問題，才能推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)全面、高速發(fā)展?？偨Y(jié)國(guó)外高速公路管理經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將光纖通信技術(shù)應(yīng)用到高速公路調(diào)動(dòng)領(lǐng)域，可以提高其協(xié)調(diào)性，解決高速公路運(yùn)營(yíng)中的問題，規(guī)避擁堵，提高交通通行的質(zhì)量和效率。

光纖通信被研發(fā)和應(yīng)用后，進(jìn)入人們生活中，隨著研發(fā)不斷的深入，傳輸速度以指數(shù)形式增長(zhǎng)，不僅促進(jìn)了光纖通信技術(shù)的發(fā)展，在其他領(lǐng)域，乃至對(duì)人們的生活都產(chǎn)生巨大的影響。

與此同時(shí)，現(xiàn)代信息技術(shù)高速發(fā)展，高速公路建設(shè)擴(kuò)大，通信領(lǐng)域的融合，將不斷實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)變，大幅提升公路調(diào)度管理的水平?；诖?，本文以目前我國(guó)的公路調(diào)度自動(dòng)化中光纖通信技術(shù)為研究對(duì)象，分析研究未來發(fā)展趨勢(shì)，希望對(duì)我國(guó)高速公路事業(yè)發(fā)展產(chǎn)生積極的意義。

2 光纖通信技術(shù)概述

2.1 光纖的定義

光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱，是固定的傳輸介質(zhì)類型。外觀呈圓柱形，主要組成部分是纖芯、包覆層、涂覆層、保護(hù)套等。在光纖系統(tǒng)內(nèi)，纖芯、包覆層是重要的功能性部件，組成元素為石英，還有部分其他物質(zhì)存在，光波的主要傳輸通道就是纖芯。包覆層是保護(hù)纖芯的物質(zhì)，是提高傳輸速度和效率的關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)部件，可以提高傳輸效果，預(yù)防發(fā)生信號(hào)損失的問題。

2.2 光纖通信的基本機(jī)理

光纖通信是利用載波作為基礎(chǔ)進(jìn)行傳播的通信技術(shù)形式，載波的頻譜是高頻率的廣播。經(jīng)多年運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)光纖通信的優(yōu)勢(shì)非常明顯，如容量大、自重小、信號(hào)強(qiáng)、損耗低，占用空間小等，總體應(yīng)用效果非常好。發(fā)送端的電端機(jī)通過接收、處理信號(hào)，形成復(fù)接數(shù)字的效果。光發(fā)送端機(jī)的作用是轉(zhuǎn)換數(shù)字化信號(hào)，直接把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，然后將光信號(hào)通過信道傳輸。光接收端機(jī)的任務(wù)是把信道中的光信號(hào)再轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，最后接收一側(cè)位置上的電端機(jī)形成電信號(hào)，并進(jìn)行電信號(hào)分析、歸納以及總結(jié)，最終實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸和使用。

3 傳送網(wǎng)中的光纖通信技術(shù)

3.1 從DWDM 到OTN

密集波分復(fù)用（DWDM）為光載波合成、分離方面應(yīng)用，該技術(shù)把光纖傳輸中損耗降低的情況轉(zhuǎn)化為多個(gè)單獨(dú)通道，再應(yīng)用光合成波器將多個(gè)通道合成一路，最后實(shí)現(xiàn)光分波器的光載波分離處理，以提高傳輸速度，快速到達(dá)接收端。該技術(shù)傳播速度可以達(dá)到40Gbps，波長(zhǎng)復(fù)用數(shù)量達(dá)到160 波，傳輸距離在2000km 以上。DWDM 技術(shù)不斷向全光網(wǎng)絡(luò)（OTN）方向發(fā)展，技術(shù)水平日益提高，傳輸距離快速擴(kuò)大，使用質(zhì)量將進(jìn)一步提升。

3.2 從ASON 到WSON

自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）技術(shù)的作用是提高光網(wǎng)絡(luò)傳輸平面與管理，實(shí)現(xiàn)平面有效控制。這一平面應(yīng)用中，光傳輸網(wǎng)絡(luò)的作用極為重要。使用ASON 技術(shù)后，大幅度提升傳輸穩(wěn)定性，也具備較高的智能化水平。在ASON 技術(shù)的應(yīng)用中，突出了WDM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，還能進(jìn)行技術(shù)改造和升級(jí)，從而擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的傳輸容量，大幅降低傳輸成本，經(jīng)濟(jì)價(jià)值比較高。波長(zhǎng)交換網(wǎng)絡(luò)（WSON）是以平面開發(fā)技術(shù)為基礎(chǔ)，達(dá)到信號(hào)傳輸控制、鏈路管理、消除光層損傷的問題等目的，進(jìn)一步提升傳輸效果。

3.3 從PTN 到IPRAN

分組傳送網(wǎng)（PTN）主要是把光傳輸?shù)男盘?hào)實(shí)現(xiàn)分組控制，利用分組作為單元實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸和控制，利用MSTP 以及MPLS 等技術(shù)優(yōu)勢(shì)極為明顯。從實(shí)際應(yīng)用效果分析，PTN 技術(shù)的應(yīng)用效果非常的明顯，電信以太網(wǎng)業(yè)務(wù)使用最為廣泛。在具體使用中，PTN 分組通過使用QoS 技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)應(yīng)用效果都非常顯。IPRAN 技術(shù)是城域網(wǎng)為了優(yōu)化基站而選用的技術(shù)，路由技術(shù)是核心，并通過網(wǎng)絡(luò)連接達(dá)到通行效果。

4 光纖通信技術(shù)在高速公路調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 PDH 光纖通信技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前通信術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展不斷進(jìn)步，從技術(shù)方面展開分析，光纖通信技術(shù)劃分類型比較細(xì)致，高速公路通信系統(tǒng)應(yīng)選擇最佳通信技術(shù)類型，提升公路調(diào)度自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)水平，保障交通通行正常運(yùn)行。在公路調(diào)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)，PDH 光纖通信技術(shù)應(yīng)用價(jià)值非常高，可及時(shí)消除安全隱患和漏洞、工作效率高、快速修復(fù)系統(tǒng)漏洞、提升系統(tǒng)通信安全性。但應(yīng)用PDH光纖通信技術(shù)也有一定的不足，如版本比較多、兼容性不足、內(nèi)部組成復(fù)雜、功能還有一定的欠缺等。

4.2 SDH 光纖通信在高速公路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前高速公路管理中通信系統(tǒng)建設(shè)，使用SDH 光纖通信技術(shù)具備明顯的優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)以PDH 技術(shù)作為基礎(chǔ)，融入了新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全面性突破，從而提高通信管理水平，提升系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性。目前高速公路調(diào)度自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)中，使用SDH 光纖通信技術(shù)可以構(gòu)建完善的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式，其具備較高的自愈和保護(hù)能力，在信號(hào)受阻的條件下自動(dòng)排除系統(tǒng)故障問題，通信質(zhì)量和效果得到全面的提升。

較之PDH 光纖通信技術(shù)來說，SDH 光纖通信技術(shù)有如下優(yōu)勢(shì)：

第一，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理水平提升明顯；

第二，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度提升明顯，匹配能力較強(qiáng)，在系統(tǒng)工作時(shí)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)與共享；

第三，這是一種全新的網(wǎng)絡(luò)通信理論，即“自愈網(wǎng)”的建設(shè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)信號(hào)中斷的情況，快速恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)的狀態(tài)；

第四，字節(jié)復(fù)接技術(shù)應(yīng)用廣泛，信號(hào)簡(jiǎn)化明顯，通信系統(tǒng)效果良好。

4.3 OTN 組網(wǎng)

根據(jù)我國(guó)的光纖通信研發(fā)和應(yīng)用效果，在中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)，OTN 組網(wǎng)是極為重要的一部分，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：

第一，采用剛性帶寬通道的形式，數(shù)據(jù)傳輸非常穩(wěn)定，可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)需要及時(shí)做出帶寬調(diào)整，滿足通道傳輸效率和質(zhì)量的要求，擴(kuò)展性良好；

第二，OTN 組網(wǎng)施工中，網(wǎng)絡(luò)延較小，通?？梢院雎圆挥?jì)。

因此，以5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展作為背景應(yīng)用OTN 組網(wǎng)，能夠推動(dòng)5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展。

分析核心網(wǎng)組成架構(gòu)形式，OTN 組網(wǎng)的作用是傳輸信號(hào)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制。在OTN 組網(wǎng)內(nèi)，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并不是固定的，以鏈形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)，綜合環(huán)形網(wǎng)絡(luò)形式，滿足不同條件下使用的需要。根據(jù)目前OTN 組網(wǎng)要求，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循如下要點(diǎn)：

第一，分析確定光功率數(shù)據(jù)。OTN 組網(wǎng)實(shí)施前，應(yīng)結(jié)合OTN 的運(yùn)營(yíng)狀況，測(cè)算出最佳的數(shù)據(jù)信息，以達(dá)到光功率設(shè)定符合科學(xué)性、合理性的要求。

第二，分析確定色散的影響。在OTN 組網(wǎng)設(shè)計(jì)中，色散對(duì)于運(yùn)營(yíng)效果存在直接的影響，應(yīng)采取必要的措施解決色散的問題。

第三，分析光信噪比問題。光信噪比是否具備科學(xué)性、合理性，對(duì)OTN 組網(wǎng)光信號(hào)傳輸距離的長(zhǎng)短有直接的影響。

光纖通信技術(shù)日益改革與發(fā)展，提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)法人構(gòu)建要求。分析技術(shù)人員應(yīng)用SDN、把OTN 技術(shù)轉(zhuǎn)換為SDON 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用效果，SDON 網(wǎng)絡(luò)還處在初期研發(fā)的階段，并未全面投入應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)要想全面地推廣和應(yīng)用，還要克服很多技術(shù)難點(diǎn)，如跨區(qū)域進(jìn)行OVPN 控制如何實(shí)現(xiàn)、光纖信號(hào)傳輸環(huán)節(jié)如何才能消除振動(dòng)影響、信號(hào)傳輸環(huán)節(jié)延時(shí)消除如何實(shí)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化配置如何實(shí)現(xiàn)等等。雖然目前SDON 網(wǎng)絡(luò)并未完全投入使用，但是依然是5G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)，所以進(jìn)行SDON 的分析是非常重要的。從SDON網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用效果分析確定，其關(guān)鍵是SDNController，未來還要加強(qiáng)研究，才能確保這一技術(shù)被廣泛應(yīng)用。

4.4 城域網(wǎng)

城域網(wǎng)是近年興起的概念，通過應(yīng)用一張網(wǎng)即可將全部問題解決。將全部功能集中到網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)揮出技術(shù)的融合性作用。

當(dāng)前我國(guó)的城域網(wǎng)建設(shè)，最常見的是應(yīng)用OTN+PSTN 的方式，構(gòu)建完善的POTN 網(wǎng)絡(luò)。較之其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，城域網(wǎng)對(duì)設(shè)備要求較高、采購(gòu)、維護(hù)以及管理的成本較高、設(shè)備利用率高、設(shè)備運(yùn)維階段投入資金量較大。為了降低成本，加強(qiáng)城域網(wǎng)建設(shè)與管理，使用POTN 完全能夠解決以上問題。應(yīng)用POTN 網(wǎng)絡(luò)后，成本降低明顯，綜合利用價(jià)值較高。

應(yīng)用POTN 時(shí)，一般將其布置在城域網(wǎng)匯聚層或者核心層內(nèi)。將POTN 應(yīng)用到匯聚層內(nèi)，應(yīng)綜合分析是否將OTN 下沉到匯聚層內(nèi)，如果沒有達(dá)到這一要求，應(yīng)通過OLT 實(shí)現(xiàn)連接PTN，進(jìn)而將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)形成POTN。如果經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)已經(jīng)下沉到匯聚層，利用OLT 連接OTN，可以組合形成POTN 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)功能的建設(shè)與完善。

寬帶需求為100GE 時(shí)，PTN 不能達(dá)到使用要求，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況升級(jí)PTN，建設(shè)完善的平臺(tái)系統(tǒng)，達(dá)到寬帶容量增大的效果。在POTN 設(shè)備內(nèi)，100GE 是基礎(chǔ)接口形式。此外，還可以選擇其他接口形式，提高系統(tǒng)效果、質(zhì)量和承載性能，滿足更多業(yè)務(wù)的需要。

4.5 接入網(wǎng)

接入網(wǎng)是直接面向個(gè)體用戶的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，隨著現(xiàn)代科技不斷發(fā)展，光纖通信技術(shù)發(fā)展速度快，光纖道路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不斷實(shí)施，接入網(wǎng)應(yīng)用光纖通信技術(shù)，可以形成FTTH。

FTTH 應(yīng)用是通過GPON 或者EPON 來實(shí)現(xiàn)的，這些方法都是利用PON 建設(shè)實(shí)現(xiàn)的。在上述方法中，目前廣泛應(yīng)用的是GPON。就目前應(yīng)用效果分析，GPON 與ONT 是比較相似的，都是從OLT 中連接一條主光纖通道，再利用ODN 端和用戶通道光纖信號(hào)接收設(shè)備連接。FTTH 的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)用戶端直接接入光纖，每個(gè)用戶都使用單一的光纖通道，其帶寬可以達(dá)到100Mbps。因此，在選擇FTTH 光纖通道時(shí)，必須考慮用戶使用需要，選擇合適的帶寬容量，達(dá)到精準(zhǔn)性控制的要求。

5 未來走向

5.1 超高速率、超大容量及超遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)

未來發(fā)展中，光纖通信技術(shù)會(huì)實(shí)現(xiàn)快速、高效的傳播。增加線路的容量，滿足長(zhǎng)距離傳輸和使用的要求，是提高高速公路調(diào)度自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵。通信技術(shù)發(fā)展還要實(shí)現(xiàn)跨海光傳輸系統(tǒng)建設(shè)，波分復(fù)用技術(shù)聯(lián)合光時(shí)分服用技術(shù)，可以達(dá)到增大容量、加快傳輸速度、加長(zhǎng)距離傳輸?shù)刃Ч?，滿足高速公路調(diào)度自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)效果要求。

5.2 全光網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)前我國(guó)的傳輸光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)，電器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)被大量地應(yīng)用到實(shí)際中，發(fā)揮出應(yīng)有的作用。但是在具體應(yīng)用階段，因?yàn)楦咚俟奉I(lǐng)域發(fā)展速度加快，電器節(jié)點(diǎn)不能達(dá)到使用的需要，難以滿足高速公路通信系統(tǒng)升級(jí)的需要，所以還要進(jìn)一步研發(fā)和應(yīng)用，才能提升高速公路調(diào)度自動(dòng)化的運(yùn)營(yíng)水平。全光網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過多年建設(shè)，一旦建設(shè)完成投入使用，新形成的光節(jié)點(diǎn)就會(huì)逐步地取代傳統(tǒng)電器節(jié)點(diǎn)。在信息傳輸和交換中，光是載體，信息和數(shù)據(jù)的傳輸都是利用光來實(shí)現(xiàn)，交換機(jī)也會(huì)隨之形成全新的信息處理技術(shù)，提高全光網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)干線總?cè)萘?。由此可見，光纖通信技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)是建設(shè)全光網(wǎng)絡(luò)。

6 結(jié)語

高速公路調(diào)度自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)中，光纖通信技術(shù)的作用是非常重要的。本文重點(diǎn)分析目前光纖通信的主流技術(shù)，總結(jié)未來發(fā)展趨勢(shì)。經(jīng)過深入分析和對(duì)比發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用SDH 技術(shù)可以更好地滿足高速公路自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)需要。同時(shí)提出未來發(fā)展趨勢(shì)，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，才能更好地提升高速公路自動(dòng)化調(diào)度運(yùn)營(yíng)水平，對(duì)現(xiàn)代高速公路事業(yè)的全面發(fā)展產(chǎn)生積極的意義。