光傳輸網(OTN)技術在省級電力傳輸網中的應用

梁婧，秦淼

(宜昌供電公司信息通信公司，湖北省宜昌市 443000)

0 引言

隨著建設堅強智能電網的深化，信息化應用的需求日益增長，電力通信系統帶寬擴容的建設步伐進一步加快。電力市場的各類信息應用系統已進入建設或實用階段，這些系統的應用范圍廣，實時性與可靠性要求高，對帶寬的要求也越來越高。目前僅依靠現有的以同步數字體系(synchronous digital hierarchy，SDH)技術為基礎的主干傳輸網，顯然已無法滿足我國電力的發展要求。

如何提高通信系統的性能，增加系統帶寬，以滿足不斷增長的業務需求成為電力光傳輸網的焦點。目前最有效的解決方法就是建成利用波分復用(wavelength division multiplexing，WDM)技術的全光網絡。波分復用技術是利用已經敷設好的光纖，將復用方式從電信號轉移到光信號，在光域上用波分復用(即頻率復用)的方式提高傳輸速率，光信號實現了直接復用和放大，并且各個波長彼此獨立，對傳輸的數據格式透明，使單根光纖的傳輸容量在高速率時分復用(time division multiplexing，TDM)的基礎上成倍地增加。它是一種在光域上的復用技術，形成一個光層的網絡即“全光網”，這將是光通信的最高階段。用一個純粹的“全光網”消除光、電轉換的瓶頸將是未來的趨勢，它可有效解決通信網絡傳輸能力不足的問題，具有廣闊的發展前景。同時，它還可融合SDH豐富的管理特性以及電交叉矩陣，支持復雜組網，網絡擴展能力強。支持自動交換光網絡 (Automatic Switched Optical Network，ASON)智能特性，是下一代傳輸網的發展方向。

1 光傳輸網技術概述

1.1 波分復用(WDM)技術

WDM是20世紀90年代以來發展較迅速的一種傳輸技術，它利用豐富的波長資源，極大地提高系統的傳輸容量。WDM在20世紀90年代中期后走向成熟并投入商用，目前的商用以16～40波的2.5 Gb/s或10 Gb/s為主，160波的10 Gb/s逐漸開始商用，并向超長距離和超高密度方向發展。

WDM傳輸系統的發送端，采用合波器將待傳輸的多個光載波信號進行復接，而在接收端采用分波器分離出不同波長的光信號，實現在1根纖芯中傳輸多個光載波。目前 WDM可以分為:粗波分復用(coarse wavelength division multiplexer，CWDM)，通道間隔 ＜50 GHz;密集波分復用 (dense wavelength division multiplexer，DWDM)，通道間隔≤100 GHz;超密集波分復用(super dense wavelength division multiplexer，SDWDM)，通道間隔≤25 GHz。

WDM系統雖然憑借光纖天然的帶寬優勢和多波長通道技術提供了海量帶寬，但是目前點對點的WDM系統無法滿足組網的需求，也缺乏有效的全網業務監控和維護管理手段，不同廠商WDM系統由于在業務適配、線路處理等方面的不一致，只能采用業務口進行互通，既增加成本，又不利于“端到端”管理。

1.2 光傳送網(OTN)

早在1998年，ITU-T就已經提出了光傳送網(optical transport network，OTN)的概念，并在隨后的幾年內逐漸完成了OTN相關技術的標準化工作。OTN將解決SDH基于VC12/VC4的交叉顆粒偏小、調度較復雜、不適應大顆粒業務傳送需求的問題，也解決了傳統WDM網絡無波長/子波長業務調度能力、組網能力弱、保護能力弱、系統故障定位困難等問題。OTN包括光層和電層的完整體系結構，對于各層網絡都有相應的管理監控機制，光層和電層都具有網絡生存性機制。其思想來源于SDH/SONET(映射、復用、靈活交叉、嵌入式開銷、級聯、保護)，把SDH/SONET的可運營、可管理能力應用到WDM系統中，同時具備了SDH/SONET靈活可靠和WDM容量大的優勢。SONET/SDH定位于話音業務的傳送，提供低階、高階(155 Mb/s)2種級別交叉。當線路速率提高到10 Gb/s/40 Gb/s，IP等業務將大量涌現，交換速率仍然不變，硬件成本和管理成本增加，連續級聯雖然能解決一些問題，但管理困難，同時T級別的交叉容量較難實現。OTN體制消除了交叉速率上的限制，可隨著線路速率的增加而增加，也可通過反向復用來適應線路速率的變化，即各個部分可分別設計、獨立發展，可擴展性好，幾十T級別的交換容量較易實現，成本低，易于管理。SDH/SONET系統由于采用同步復用方式，要求全網同步，而OTN采用異步映射、異步復用機制，不需要系統全網同步，消除了由于同步帶來的限制，可以簡化系統設計，降低實現成本，同時也可節省時鐘同步設備的建設成本。

同時，傳統WDM設備使用TMUX方式將子速率業務直接復用到波道上只能點到點地傳送，無法兼顧波道帶寬高利用率和端到端的靈活調度，而OTN設備具備和SDH類似的特性，支持子速率業務的映射、復用和交叉連接，兩方面均可得到滿足。

1.3 OTN的特征

OTN綜合了SONET/SDH的優點和DWDM的帶寬可擴展性。從功能上看，就是在光域內實現業務信號的傳送、復用、路由選擇、監控，并保證其性能指標和生存性。它同SDH傳送網一樣，滿足傳送網的通用模型，遵循一般傳送網組織原理、功能結構的建模和信息的定義，采用了相似的描述方式。

與SDH傳送網技術相比，OTN有以下特點:

(1)因為OTN是按照信號的波長來進行信號處理，因此它對所傳送數字信號的傳輸速率、數據格式及調制方式完全透明，這意味著光傳送網不僅可以透明傳送今天已經廣泛使用的SDH、IP、以太網、幀中繼(FR)和ATM信號等，而且也完全可以透明傳送今后使用的新的數字業務信號。

(2)因為OTN采用了DWDM傳輸技術，因此，不僅實現了超大容量的傳輸，更重要的是使光傳送網具有極強的可擴充性，這使光傳送網可以不斷地根據業務發展情況，進行網絡擴容。

(3)因為OTN采用了光交叉技術，因此，光傳送網具有極強的重新配置及保護、恢復特性。光傳送網可以進行波長級、波長組級和光纖級靈活重組，特別是在波長級可以提供“端到端”的波長業務。此外，光傳送網的恢復時間可以降低到100 ms量級。

(4)因為OTN簡化了網絡層次和結構，大量使用了光無源器件，進而簡化了網絡管理和規劃難度，提高了網絡的可靠性，進而大幅度降低了網絡建設和運營維護的成本。

(5)因為OTN主要在光域內傳送和處理信號，因而消除了電子瓶頸。

綜上所述，OTN技術兼有傳統SDH/SONET和WDM的優勢，同時又保持了對它們的兼容能力。在光層，OTN的實現與現有WDM沒有本質區別，因此實現上沒有太大的成本代價;在電層，OTN使用異步的映射和復用，使得關鍵的交叉內核可采用最經濟的空分交叉技術。經過多年的發展，OTN技術較成熟，接口OTN化的SDH/SONET/WDM設備也已取得大量應用，OTN化的ASON設備也已在運營商層面開始部署。隨著IP化浪潮的逐步來臨，OTN將成為構建靈活的寬帶傳送網絡的首選技術。

2 OTN技術在省級電力傳輸網中的應用

以湖北省電力網為例，目前湖北省骨干2.5 Gb/s/10 Gb/s主干傳輸網絡存在容量瓶頸，設備擴容潛力小。根據湖北電力帶寬預測數據，鄂西部分基礎流量約116.4 Gb/s，鄂東部分基礎流量約61.5 Gb/s。

湖北省主干2.5 Gb/s傳輸網鄂中環容量為2.5 Gb/s，使用超過84.1%;鄂西環容量為2.5Gb/s，使用超過91.6%;鄂東1環容量為622 Mb/s，使用超過83.4%;鄂東2環容量為622 Mb/s，使用超過86.4%。目前，省主干2.5 Gb/s傳輸網剩余帶寬資源已嚴重不足，無法再提供超過1個時隙的155 Mb/s帶寬，只能提供零散的2 Mb/s帶寬資源。

湖北省主干10 Gb/s傳輸網鄂西環網2×10 Gb/s環斷面最大已用83×155 Mb/s，使用超過64.8%;鄂東環2×2.5 Gb/s環斷面最大已用32×155 Mb/s，使用率達到100%。目前鄂東環帶寬資源十分緊張，已經面臨無資源可用的局面，將限制新業務的開展。

湖北省骨干傳輸網需建設的是大容量、基于WDM網絡技術的電力寬帶傳輸網，以滿足電網發展對傳輸網帶寬化、智能化、IP化的新要求。根據流量預測，湖北電力寬帶傳輸網主要解決容量問題，首選以WDM技術為支撐的OTN系統。將IP業務架構在OTN上，新建的OTN網絡與現有SDH網絡采用相互獨立關系，承載不同類型的業務，原則上SDH網絡僅用于承載小顆粒業務(155 Mb/s及以下)，而OTN網用于承載大顆粒業務(155 Mb/s及以上)。

2.1 網絡總體架構

本工程利用現有光纜纖芯資源和已有通信機房、通信電源等資源，構建一個大容量骨干傳輸網。綜合考慮需求預測和已有網絡關系，擬建設OTN網絡與現有網絡總體架構如圖1所示。

圖1 湖北省電力傳輸網總體架構圖Fig.1 Overall architecture diagram of power transmission grid in Hubei Province

如圖1所示，已有主干SDH傳輸網1和2主要承擔繼電保護、自動化、調度數據網、數據通信網和調度電話等業務，保證TDM業務的安全可靠性。新建的OTN網絡主要承擔數據通信網大顆粒GE/10 GE、調度數據網155 Mb/s、經SDH匯聚后的155 Mb/s/622 Mb/s/2.5 Gb/s等業務。當網絡正常時，IP業務、大顆粒TDM業務主要承載于OTN平臺，滿足大容量需求;當OTN網絡單點或單鏈路故障時，OTN網絡可通過自愈功能實現業務倒換;當OTN網絡雙點或雙鏈路故障時，OTN網絡可通過ASON功能，實現業務倒換;當OTN網絡雙點以上或雙鏈路以上故障時，OTN網絡保護失效，數據通信網重要業務可利用主干SDH傳輸網2傳送，多網聯合可抵御多重故障，大大提高網絡傳輸能力和網絡可靠性。

2.2 網絡建設方案

根據湖北省電網“十二五”期間的業務需求，本工程采用OTN技術建設湖北電力寬帶傳輸網絡，系統容量為40×10 Gb/s。每個地市公司至省公司2個10 Gb/s波，每個地市公司至荊州備調1個10 Gb/s波，湖北省公司至荊州備調2個10 Gb/s波。神農架林區業務通過省主干10 Gb/s光纖傳輸網匯聚到襄陽公司后，和襄陽公司的業務共用波長資源分別至湖北省公司和備調;黃龍灘電廠業務直接接入十堰公司后，和十堰公司的業務共用波長資源分別至湖北省公司和備調。

整個工程涵蓋省公司、14個地市公司、超高壓公司、黃龍灘電廠和樞紐500kV/220 kV通信站點。考慮到500kV/220 kV線路OPGW光纜可靠性高，骨干環網光纜路由盡量選擇OPGW光纜，使骨干環網處于相對穩定的運行狀態。各地市公司、超高壓公司位于城區，出城光纜多為普通光纜，可靠性不如OPGW，因此采用2點接入骨干環網。由于省公司是核心節點，則采用多路由接入骨干環網上的多個節點，網絡拓撲如圖2所示。

圖2 湖北省電力寬帶傳輸網拓撲方案Fig.2 Topology scheme of power broadband transmission network in Hubei Province

方案中，整個網絡建設依托500kV和220 kV線路光纜建設OTN主干網絡，OTN主干網絡采用“田”字形結構。地市公司、備調均2點接入主干OTN環網;省公司配置2套設備，每套設備均采用3條路由接入主干OTN環網。因神農架和黃龍灘電廠業務量較小，暫不考慮設置OTN設備，直接利用SDH鏈路接入。神農架通過襄陽公司接入，黃龍灘電廠通過十堰公司接入。方案一共有42個站點，其中OTN站點37個，OLA線放站4個，SDH站點1個。

2.3 地市公司接入方案

以宜昌公司為例，其接入OTN主干網方案如圖3所示。

圖3 宜昌公司接入方案Fig.3 Access scheme of Yichang Company

宜昌公司配置1套OTN設備，以2點接入OTN網絡。雖然是單套設備接入OTN網絡，但目前宜昌還配置有2套省干SDH設備，未來還會在各地區第2匯聚節點接入省干網絡，因此可靠性也能夠得到保證。光纜路由如表1所示。

OTN的運行、維護、管理與SDH相似。對于維護來說，分體式設計OTN大大減少了單板的種類，單路由器端口升級時只需更換支路側端口，線路側不需改變，可節約投資。OTN支持豐富的告警檢測，提供專門的開銷支持誤碼性能倒換，具備了提供多種保護方式的良好基礎，提供類比SDH網絡的保護能力。設備新增的電交叉板，可對業務設置類似于SDH的SNCP保護，同時OTN支持ASON智能保護。面向IP化設計的波分，業務可靈活調度，IP化適應性高，為以后的升級留足了空間。

表1 宜昌光纜接入路由表Tab.1 Routing table of cable access in Yichang

省骨干網OTN傳送平臺建成后，給全省電力系統的數據傳輸帶來了以下優勢:

(1)極大緩解了SDH光纖傳輸網絡的業務壓力，OTN建成后，數據通信等網絡的大顆粒業務將從SDH光纖傳輸網調整到OTN，能夠大大減輕SDH網絡的業務壓力，為其他系統的實施留出空間。

(2)進一步提高湖北省電力光纖傳輸網的可靠性。雖然目前湖北省已建成主干2.5 Gb/s和10 Gb/s 2個省級骨干網絡，可靠性有了一定保障，但隨著電網建設的增速，500kV和220 kV網架頻繁改動，造成了省級骨干網絡隨時面臨開環運行的局面。雖然SDH環網具備自愈的功能，但是頻繁開環運行會對運行業務帶來極大的安全隱患。OTN網絡系統建成后，有利于OTN大容量傳輸和ASON功能，能夠方便地將SDH網絡中某段開環的業務導通，從邏輯上恢復SDH的環網業務，從而減小電網一次網架改動對主干SDH光纖網絡的影響，降低光纖傳輸網絡運行的安全隱患。

(3)OTN的建成有利于湖北省電力網各級光纖傳輸網的業務互通，為“大運行”提供了便利。目前，湖北省電力光纖傳輸網各網絡相對獨立，業務沒有互通。隨著“大運行”的實施，要求光纖傳輸網絡“扁平化”，220、110 kV站的業務要求能夠直接傳送至省公司，按照目前的網絡層次劃分和網絡結構實現上述功能非常復雜，需要多點跳接。OTN建成后，在各地區公司能夠預留多種接口，分別和省主干2.5 Gb/s光纖環網、省主干10 Gb/s光纖環網、220 kV雙網覆蓋網絡和地區光纖傳輸網的設備對接，實現各級網絡在OTN上的匯接，不僅實現了各級網絡之間的業務互通，還能夠為地區業務傳送至省公司提供通道，為“大運行”的實施創造條件。

3 結論

(1)OTN傳送平臺具有高帶寬、高速度，便于升級擴容，方便網絡維護等優點，因此在基本利用原有光纖的基礎上，大大提高了原有網絡的傳輸容量。

(2)OTN在主干網增加了管理和控制平面，使其成為具有ASON功能的網絡，網絡的可靠性和智能化水平大大提高，使其更能適應未來5年電力光網絡數據寬帶業務迅猛發展的需求。

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