淺析OTN技術(shù)與電力通信

賴 群

（廣東電網(wǎng)公司云浮供電局，廣東 云浮527300）

0 引言

目前電網(wǎng)公司正在向著建設“數(shù)字化電網(wǎng)，信息化企業(yè)”的目標而努力，與此同時，對于電力生產(chǎn)，傳送網(wǎng)的帶寬要求越來越高，以往64 k、2 M的業(yè)務需求將逐漸轉(zhuǎn)變成GE、10 GE等高帶寬的IP業(yè)務需求，另外信息業(yè)務的帶寬需求也將迅速增長，電力傳送網(wǎng)上承載的IP業(yè)務會越來越多，因此需要一種適合承載IP業(yè)務的技術(shù)來構(gòu)建下一代骨干傳送網(wǎng)。

1 電力傳送技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

1.1 電力通信需求分析

目前通信的主要業(yè)務包括語音、視頻、數(shù)據(jù)等，主要有2 W/4 W、V.35、E1、10 M/100 M、GE等接口，電力通信要求系統(tǒng)可靠性高、業(yè)務安全性好、網(wǎng)絡生存性強。隨著綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的建設，各類業(yè)務IP化的趨勢越來越明顯，并且對于自動化、保護、穩(wěn)控等安全生產(chǎn)實時業(yè)務要能提供1+1的保護，網(wǎng)絡要具備強大的組網(wǎng)能力與穩(wěn)健性，能快速調(diào)度和開通業(yè)務能力，迅速提供應急的電路調(diào)度，要具有很強的網(wǎng)絡業(yè)務管理能力[1]。未來電力通信的要求如下：

①適應IP化：采用主流的OTN技術(shù)進行組網(wǎng)構(gòu)建新的綜合平面。

②網(wǎng)絡高生存性：節(jié)點設備應具有網(wǎng)狀網(wǎng)的組網(wǎng)擴展能力，能夠?qū)τ诓煌较虻碾娐愤M行調(diào)度。

③網(wǎng)絡高可靠性：能夠?qū)Σ煌瑯I(yè)務等級提供不同的保護能力，對于生產(chǎn)調(diào)度信號，語音，重要的數(shù)據(jù)信息等業(yè)務提供1+1的保護，在有條件的情況下，提供多于2條路由的保護或恢復。

④對于一般數(shù)據(jù)業(yè)務提供1：N的恢復。

⑤網(wǎng)絡業(yè)務管理能力：子波長業(yè)務的類SDH管理。

1.2 電力傳送網(wǎng)的技術(shù)選擇

隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電力傳送網(wǎng)不僅要服務于生產(chǎn)的調(diào)度和指揮，也要服務于辦公自動化、信息互動化，從而可以實現(xiàn)遠程抄表、遠程監(jiān)控等有關(guān)增值業(yè)務。電力傳送網(wǎng)建設中比較關(guān)注的問題應該是如何能夠適應ALL-IP的發(fā)展趨勢，如何能夠高效地承載高帶寬的IP業(yè)務，如何降低網(wǎng)絡的建設和運維成本，同時還能提高網(wǎng)絡的可靠性。目前電力傳送網(wǎng)主要使用的是SDH技術(shù)和WDM技術(shù)，它們存在一定的局限性。SDH技術(shù)主要優(yōu)點在于它具有靈活地調(diào)度、管理、保護電層業(yè)務的能力，它具有完善的OAM功能。但另一方面， SDH技術(shù)中基本的調(diào)度顆粒是VC-4，所以它的容量增長有限，無能夠滿足高速帶寬業(yè)務的需求。而WDM技術(shù)主要對業(yè)務的光層進行處理，因其采用多波復用的特點，所以它能夠極大地提高傳輸?shù)乃俾屎腿萘俊？墒牵F(xiàn)在的 WDM技術(shù)網(wǎng)絡維護管理手段并不能令人滿意，雖然多維度可重構(gòu)光分插復用器（ROADM，Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）[2]能夠?qū)崿F(xiàn)和SDH技術(shù)中的調(diào)度和保護相類似的功能，可是因為在波長上以及在物理上受到限制，很難在實際網(wǎng)絡中得到大面積的應用，同時其調(diào)度顆粒度比較單一，靈活性也比較差，不同廠家設備不能互通。

綜合上述情況，SDH技術(shù)和WDM技術(shù)已經(jīng)不能滿足智能電網(wǎng)對電力傳送網(wǎng)的需求，電力傳送網(wǎng)需要一種具備SDH和WDM技術(shù)的主要優(yōu)點，適合在電力中應用的性能優(yōu)良的傳輸技術(shù)。而光傳送網(wǎng)（OTN，Optical Transmission Network）就是一種適合在電力中應用的性能優(yōu)良的傳輸技術(shù)。

2 OTN技術(shù)

2.1 OTN簡介

光傳送網(wǎng)以WDM技術(shù)為基礎(chǔ)，在光層進行組網(wǎng)， OTN技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)由光層和電層組成，光、電層網(wǎng)絡都具備其各自的監(jiān)控、管理能力，并且其網(wǎng)絡生存性都比較好，OTN技術(shù)具備完善的OAM功能，具備良好的監(jiān)測故障的性能。將會成為下一代光傳送技術(shù)的發(fā)展趨勢。從 OTN網(wǎng)絡分層的角度來看[3]，它可以劃分為3個層面：光傳送段層、光復用段層和光信道層。同時，光信道層又劃分成2個子層包括光信道數(shù)據(jù)單元（ODUk）和光信道傳送單元（OTUk），這一點和 SDH技術(shù)中的通道層和段層比較相似。從本質(zhì)上來看，可以將OTN技術(shù)看成是SDH技術(shù)和WDM技術(shù)的一種結(jié)合，它將WDM技術(shù)和SDH技術(shù)的各自優(yōu)勢進行了結(jié)合，并且對組網(wǎng)功能進行了擴展，更加適應了業(yè)務的傳送需求。

2.2 OTN特點

OTN作為一種先進的傳輸技術(shù)，具有很多優(yōu)點，具體如下[4]：

①它能夠提供大顆粒的業(yè)務調(diào)度。OTN電層具體的帶寬顆粒是由光通路數(shù)據(jù)單元（ODUk，其中k取值范圍為1、2、3）來描述的，ODU1代表2.5 Gbit/s的速率，ODU2代表10 Gbit/s的速率，ODU3則代表40 Gbit/s的速率。OTN技術(shù)因為其大顆粒的業(yè)務調(diào)度能力，非常適合傳輸大容量、高帶寬的數(shù)據(jù)業(yè)務。

②它具有強大的OAM能力。OTN擁有良好的開銷管理能力，OTN在其光通路（OCh，Optical Channel）層的幀結(jié)構(gòu)中極大地增強了數(shù)字監(jiān)控的能力。同時采用OTN技術(shù)組網(wǎng)時，可以對采用端到端的方式的多個分段同時進行性能監(jiān)測。

③它具有強大的組網(wǎng)能力。通過引入 ROADM、ODUk交叉和OTN幀結(jié)構(gòu)等技術(shù)和手段，OTN極大地提升了光傳輸網(wǎng)絡的組網(wǎng)能力。

④OTN 的網(wǎng)絡具有多維 ROADM的支持。OTN技術(shù)能夠滿足在電層和光層組建多種復雜網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的需求，能夠大大提升網(wǎng)絡的傳輸速率和容量，而且可以靈活組網(wǎng)，也容易對網(wǎng)絡進行擴展，隨著傳輸業(yè)務需求的不斷發(fā)展， OTN能夠逐漸地根據(jù)實際需求提供Mesh組網(wǎng)的方式。

⑤OTN業(yè)務調(diào)度很靈活，維護便利。因為它使用的是基于電層子波長、光波長的調(diào)度功能，所以可以靈活地調(diào)度不同站點之間的大顆粒的業(yè)務，另外，OTN具有ASON功能，其開銷很豐富，具備良好的OAM功能和故障監(jiān)測的性能。

⑥OTN網(wǎng)絡具有良好的保護能力和可靠性。OTN對于電層和光層的業(yè)務保護比較靈活。在 OTN網(wǎng)絡中，光層恢復和電層 SNCP保護能夠同時得以實現(xiàn)，和以往的通道級1+1 保護相比，可靠性更高了，另外，OTN能夠承受多點出現(xiàn)故障的考驗，而且故障恢復的時間可以達到電信級別的要求。另外，由于前向糾錯（FEC，F(xiàn)orward Error Correction）技術(shù)的使用，光層的傳輸距離得到了顯著的提高。

3 OTN設備簡介

3.1 OTN終端復用設備

OTN終端復用設備可以看成是一種特殊的WDM設備，特殊之處在于這種WDM 設備能夠支持OTN接口（包括支路接口和線接口）。OTN終端復用設備的結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 OTN終端復用設備的結(jié)構(gòu)模型

3.2 OTN 電交叉設備

和目前的SDH交叉設備比較相似，OTN的電交叉設備能夠?qū)崿F(xiàn) ODUk（k=1,2,3）層面的電交叉功能，從而使得OTN網(wǎng)絡具備靈活的電路調(diào)度及其保護的能力。OTN電交叉設備結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

3.3 OTN光電混合交叉設備

OTN電交叉設備能夠和 OCh 交叉設備相結(jié)合，從而既具備ODUk 電層調(diào)度能力，又具備OCh光層的調(diào)度能力。對于波長級別的業(yè)務，則會直接經(jīng) OCh交叉，對于其它級別的業(yè)務，則會經(jīng) ODUk 交叉。通過兩者之間優(yōu)勢的互補，彌補了各自的不足。OTN光電混合交叉設備就是這樣一種大容量的調(diào)度設備。OTN光電混合交叉調(diào)度設備的結(jié)構(gòu)模型如

圖3所示[3]。

圖2 OTN電交叉設備結(jié)構(gòu)模型

圖3 OTN光電混合交叉調(diào)度設備結(jié)構(gòu)模型

4 OTN在電力傳輸中的應用

4.1 OTN電力通信骨干網(wǎng)要求

要能夠控制和管理電力通信網(wǎng)絡中所有站點的海量數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡必須具有良好的自恢復性。另外，該網(wǎng)絡必須非常靈活，可以適應不斷變化的需求。同時，這個網(wǎng)絡應該簡單易裝并且容易管理和維護。

OTN是一個強大的一步復用網(wǎng)絡，它允許在一個基于可靠的光纖骨干網(wǎng)絡的電力網(wǎng)絡中，連接并使用任何電氣設備，它不需要價格高昂并且可能會降低網(wǎng)絡性能的轉(zhuǎn)換設備，各種數(shù)據(jù)業(yè)務包括監(jiān)控建筑物、電話系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù)業(yè)務以及高質(zhì)量視頻傳輸業(yè)務[5]，都能夠在 OTN網(wǎng)絡中得到透明的傳輸。根據(jù)不同網(wǎng)絡的復雜性，OTN可以選擇支持不同的拓撲結(jié)構(gòu)。因為其良好的可擴展性、靈活便捷的配置等優(yōu)點，OTN將會在未來電力傳輸中得到廣泛應用。

4.2 OTN技術(shù)測試

OTN技術(shù)需要在電力系統(tǒng)得到應用就必須對OTN技術(shù)進行測試，通過這種測試來評估其應用的合適性。對于OTN技術(shù)進行測試，需要關(guān)注另個方面，一方面要選擇合適的測試內(nèi)容；另一方面，要構(gòu)建有效的測試拓撲。針對第一點選用過下面的方式：通過網(wǎng)絡分析儀（測試設備）向 OTN設備發(fā)送OUT幀（這種幀結(jié)構(gòu)必須符合G.709規(guī)定的），在OUT幀中插入相關(guān)的TCM段開銷、SM開銷、PM開銷，然后通過OTU設備的網(wǎng)管，檢查OTU設備是否能夠正常收到從測試設備（網(wǎng)絡分析儀）傳過來的開銷[6]。同時，利用網(wǎng)管將OTU中的TCM段開銷、SM開銷、PM開銷進行修改，然后用網(wǎng)絡分析儀對鏈路進行檢測，檢查接收到的幀結(jié)構(gòu)中有沒有正常的開銷存在。關(guān)于測試的拓撲選擇，可以從FEC增益測試、多業(yè)務測試兩個角度進行。

4.3 組網(wǎng)和規(guī)劃

光傳送網(wǎng)先后經(jīng)歷了PDH、SDH、MSTP的技術(shù)發(fā)展和應用階段，目前電力通信傳送網(wǎng)主要采用MSTP技術(shù)組網(wǎng)。傳送網(wǎng)絡的核心層引入OTN后，將會更進一步地擴大傳送通道的容量，并且經(jīng)過平滑地升級、加載ASON功能，傳送網(wǎng)絡的架構(gòu)將會更加靈活、穩(wěn)定和安全[7]。骨干層的業(yè)務也將從較小顆粒的業(yè)務發(fā)展成大顆粒的業(yè)務。電力傳送網(wǎng)中的骨干節(jié)點一般比較多，而且這些節(jié)點上面承載的大顆粒業(yè)務很多，通常選用Mesh結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)方式來提高網(wǎng)絡的安全性和可靠性。

下一代電力通信網(wǎng)的骨干層網(wǎng)絡節(jié)點將會由網(wǎng)公司、超高壓公司、省公司、直流換流站、500 kV及以上變電站等組成，骨干層的作用主要是對大顆粒業(yè)務進行調(diào)度，因為骨干層的這些業(yè)務速率高、帶寬大、級別高，所以適合采用OTN技術(shù)。核心層建議進行Mesh組網(wǎng)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務調(diào)度靈活、光纖資源使用率高、光方向連接豐富的目的[8]。此外，OTN在組網(wǎng)和設計時必須考慮現(xiàn)有的光纜資源，對主用路由選擇直達的方式，而對備用路由則通過一跳的轉(zhuǎn)接方式，要能保證主、備路由的獨立性。

5 結(jié)語

隨著智能電網(wǎng)的迅猛發(fā)展，對于傳送技術(shù)的要求也越來越高，今后電力通信的業(yè)務需求會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇箢w粒、大寬帶的IP業(yè)務，下一代光傳送網(wǎng)必將會成為電力通信網(wǎng)建設的優(yōu)先選擇，本文在詳細介紹OTN技術(shù)優(yōu)點、設備形態(tài)的基礎(chǔ)上，通過對OTN技術(shù)在電力系統(tǒng)中的測試、組網(wǎng)和規(guī)劃等方面進行分析，論述了OTN技術(shù)在電力通信技術(shù)中所具有的優(yōu)勢以及OTN技術(shù)在電力通信中得到應用的可能性，論證了OTN技術(shù)將會在下一代電力傳送技術(shù)中得到廣泛應用的發(fā)展趨勢。

[1]高強.電力通信技術(shù)發(fā)展趨勢[J].電力系統(tǒng)通信,2007,28(04):1-9.

[2]毛京麗,桂海源,孫學康,等.現(xiàn)代通信新技術(shù)[M].北京:北京郵電大學出版社,2008.

[3]劉玉潔,肖峻,丁熾武,等.OTN最新研究進展及關(guān)鍵技術(shù)[J].光通信技術(shù)，2009,42(06):36-39.

[4]王曄,苗臣冠.新一代傳送網(wǎng) OTN[J].通信技術(shù),2009,42(05):152-154.

[5]李曦.OTN技術(shù)在本地傳輸網(wǎng)絡應用探討[J].電信技術(shù),2010(01):55-57.

[6]趙玉光.光傳送網(wǎng)(OTN)技術(shù)應用分析[J].通信世界,2008,38(02):27-29.

[7]楊俊杰,呂劍.光分組交換在下一代電力通信網(wǎng)中的應用[J].光通信技術(shù),2008(11):1-4.

[8]胡衛(wèi),沈成彬,陳文.OTN組網(wǎng)應用與進展[J].電信科學,2008(09):1-5.