OTN環網保護原理及應用分析

2012-07-24 06:11:50王學林

四川建筑 2012年3期

王學林

(中鐵二院通號院，四川成都610031)

隨著數據業務的迅猛發展，網絡的核心技術逐步由TDM(時分復用)向IP(網絡互連協議)演進。以SDH(同步數字體系)+WDM(波分復用)的傳送網組網方式已不能滿足日益增長的數據業務的需求。未來傳送網對安全可靠性、傳輸容量、交叉顆粒、業務調度能力、帶寬利用率、組網方式、接口類型、傳輸距離和網管功能提出了更高的要求，能有效降低CAPEX(資金、固定資產的投入)和OPEX(運營成本)。而OTN(光傳送網)技術包括了光層和電層的完整體系結構，很好的滿足了業界對于未來傳送網的要求，成為未來傳送網的主流技術。

隨著我國鐵路事業的飛速發展，高速鐵路大量建設綜合視頻監控、防災安全監控、會議電視、旅客服務、SCADA(數據采集與監視控制)、電化故標、車輛5T等業務系統，數據業務的增長速度已遠遠超過傳統的語言業務，逐漸成為傳送網的主要承載業務。由于我國鐵路系統采用以鐵道部、鐵路局為中心的運維管理模式，隨著高速鐵路的大量建成，大量數據需從現場傳至鐵路局、鐵道部，業務帶寬的爆炸式增長給容量有限的既有骨干傳送網帶來了沉重的壓力。而鐵路既有五大環骨干傳送網大多建于2002年前后，采用DWDM(密集波分復用)技術。由于廠家倒閉或設備停產，備品備件已日趨匱乏，加上設備老化，既有五大環骨干傳送網的安全可靠性、傳輸容量、業務處理能力、業務接入能力、網管功能已不能滿足業務發展的需要，建設新的全路、路局骨干傳送網已刻不容緩。OTN作為未來傳送網的主流技術，是鐵路骨干傳送網的當然選擇，其組網保護原理及應用值得進行深入研究。

1 OTN技術簡介

OTN是G.872、G.709、G.798等一系列ITU－T的建議所規范的新一代“數字傳送體系”和“光傳送體系”。OTN通過ROADM(可重置光分插復用器)技術、OTH(光傳輸層)技術、G.709封裝和控制平面的引入，解決了傳統DWDM網絡無波長/子波長業務調度能力、組網能力弱、保護能力弱等問題。

OTN在電層技術層面繼承了SDH多業務適配、分級復用、保護倒換、OAM(操作、管理、維護)等優點。同時，OTN在SDH的基礎上擴展了新的功能，它支持大顆粒業務的透傳和調度、異步傳輸、多級串行連接監視，利用帶外FEC(前向糾錯)提高傳輸性能，通過加載控制平面提供智能功能。

OTN將光層劃分成OCh(光通道層)、OMS(光復用段層)、OTS(光傳送段層)三個子層。OCh實現端到端的光徑路的建立、管理和維護，完成光層信頭的處理、光通道監控、與電層適配和多種業務的接入等功能。OMS實現多波長光信號的聯網、光復用段信頭開銷的處理、光復用段的管理和維護等功能。OTS實現在不同傳輸媒介上傳送光信號、傳送段信頭開銷處理和維護等功能。

從技術本質上而言，OTN技術是SDH和DWDM技術的融合和擴展，它綜合了SDH和DWDM的技術優勢，并擴展了新的功能，以彌補SDH和DWDM的不足，適應新業務發展的需要。

2 OTN環網保護原理

2.1 OTN環網保護簡介

OTN環網保護主要分為兩種類型，即ODUk(光通道數據單元)環保護和OCh環保護。ODUk環保護是通道級保護，它通過占用兩個不同的ODUk通道實現對所有節點間多條分布式業務的保護。OCh環保護是波長級保護，它通過占用兩個不同的波長實現對所有節點間的一個波長業務的共享保護。ODUk環保護和OCh環保護是不同層面、不同級別的保護，ODUk和OCh層劃分如圖1所示。

圖1 ODUk和OCh層劃分示意

2.2 OTN環網保護原理

ODUk環保護和OCh環保護原理基本相同，其區別主要在于保護的級別不同，為簡化分析過程，下面以ODUk環保護為例進行分析。

ODUk環保護通過占用兩個不同的ODUk通道實現對所有節點間的一個ODUk業務的共享保護，如圖2所示。

圖2 ODUk環保護示意

ODUk環保護分為二纖ODUk環保護和四纖ODUk環保護2種組網保護方式。二纖ODUk保護環上各節點之間只需2根光纖，S1和P1、S2和P2分別在同一根光纖內。四纖ODUk保護環上各節點之間需要4根光纖，S1、S2、P1、P2分別在不同光纖內。ODUk環保護倒換需要APS(自動保護倒換)協議支持，采用雙端倒換方式，即正向或反向工作ODUk失效時，都將導致收發兩端同時倒換到保護ODUk。由于二纖環和四纖環的保護原理相同，下面以二纖環為例對ODUk環保護倒換原理進行分析。

圖3是一個由6個節點構成的二纖ODUk保護環，假設圖中NE1與NE3、NE5與NE6間分別有1路ODUk業務。正常工作時，NE1與NE3間的業務由NE1與 NE3間的工作ODUk承載，NE5與NE6間的業務由NE5與NE6間的工作ODUk承載。

圖3 正常工作時的ODUk保護環示意

當NE1與NE2間的工作ODUk出現故障時，NE1與NE3間的業務將受到影響，NE5與NE6間的業務不受影響。此時，NE1、NE2檢測到故障滿足倒換條件，將向NE3發送APS信息。同時，NE1和NE3將判斷NE1←→NE2←→NE3間的保護ODUk是否處于正常工作狀態，若保護ODUk正常，則NE1、NE2、NE3將執行橋接和倒換，NE1與NE3間的業務改由NE1←→NE2←→NE3間的保護 ODUk承載，由于保護ODUk與工作ODUk路由相同，此種保護倒換稱為近端倒換。當NE1與NE2間的工作ODUk和保護ODUk均出現故障時，NE1與NE3間的業務將受到影響，NE5與NE6間的業務不受影響。此時，NE1與 NE3間的業務將改由 NE1←→NE6←→NE5←→NE4←→NE3間的保護ODUk承載，由于保護ODUk與工作ODUk路由相反，此種保護倒換稱為遠端倒換。兩種保護倒換過程如圖4所示。

圖4 ODUk保護環近端倒換和遠端倒換示意

需要注意的是，由于ODUk保護環采用共享保護方式，所有節點共用同一保護“環”，故在同一時間，同一區段只能支持一條業務的保護倒換。即當NE1與NE3間業務發生遠端倒換保護時，由于NE5與NE6間的保護ODUk已被NE1與NE3間的業務占用，若此時NE5與NE6間的工作ODUk再發生故障將不會發生保護倒換。

3 OTN環網保護應用分析

3.1 ODUk環保護應用分析

ODUk環保護采用雙端倒換方式，保護倒換需要APS協議支持。由于ODUk環保護采用共享保護方式，比較適合于分布式業務模型。從保護原理上看，ODUk環保護既具有SDH環保護的特點，又不完全等同于SDH環保護。ODUk環保護采用共享保護方式，類似于SDH的復用段環保護;但其倒換不是基于OMS，而是基于ODUk通道，類似于SDH的通道環保護。

ODUk環保護分為二纖ODUk環保護和四纖ODUk環保護2種組網保護方式。二纖ODUk保護環只需2根光纖，設備購置費較低，工程投資較低。但由于其工作和保護通道均由同一根光纖承載，一旦該光纖中斷將引發系統的遠端倒換。對于特大型網絡有可能造成倒換時間超過50 ms和其它區段故障無法進行保護倒換的問題，故其安全可靠性相對較低。二纖ODUk保護環適合于光纖資源匱乏、安全可靠性要求不是很高或工程投資緊張的中小型工程項目。四纖ODUk保護環需要4根光纖，設備購置費較高，工程投資較高。由于其工作和保護通道分別由不同的光纖承載，提高了系統的安全可靠性。如果工作光纖和保護光纖處于不同物理徑路的2根光纜中，將能有效避免遠端倒換的發生，絕大部分保護倒換為近端倒換，此時ODUk保護環可發生多次保護倒換，實現對所有區段業務的有效保護，可極大的提升系統的安全可靠性。四纖ODUk保護環適合于光纖資源豐富、安全可靠性要求很高的大型工程項目。

ODUk保護環業務配置靈活，其業務顆粒大小從ODU0至ODU2可選，用戶可根據業務的不同需求選擇是否配置保護，以滿足不同業務差異化服務的需求。例如，對于安全可靠性要求較高的業務，可根據其業務量大小選擇合適的ODUk顆粒配置保護環。對于安全可靠性要求較低的業務可選擇不配置保護，以提高系統通道利用率。另外，ODUk保護環依靠電交叉單板實現業務的保護倒換，OTN設備的電交叉單板均采用1+1熱備保護方式，單板故障不會影響業務的保護倒換，具有較高的可靠性。

3.2 OCh環保護應用分析

由于OCh環保護與ODUk環保護原理基本相同，故其適合的業務模型以及二纖OCh保護環與四纖OCh保護環的優缺點均與ODUk環保護類似，此處不再贅述。

OCh保護環業務配置以波長為單位，保護顆粒較大，不能很好地滿足不同業務差異化服務的需求。例如，對于同一波長內的不同業務，無論其對安全可靠性的要求高低，都會受到保護，降低了系統通道利用率。同時，由于協議支持的原因，OCh保護環上的節點數量受到很大限制，無法組建大型網絡。另外，OCh保護環依靠光通道保護單板實現業務的保護倒換，光通道保護單板故障將影響業務的保護倒換，且設備內部需進行復雜的光纖連接，降低了系統的可靠性。