鐵路OTN光傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的保護策略研究

仵高升 楊 胤

（1．華為技術(shù)有限公司，上海 200121；

2．北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073)

鐵路OTN光傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的保護策略研究

仵高升1楊 胤2

（1．華為技術(shù)有限公司，上海 200121；

2．北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073)

根據(jù)鐵路傳輸干線網(wǎng)近3年的OTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，研究鐵路OTN干線網(wǎng)絡(luò)的保護策略，指出鐵路OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中常用的保護方式，指出OLP光線路保護等保護方式在實際網(wǎng)絡(luò)實施中的若干問題，并提出經(jīng)過現(xiàn)網(wǎng)驗證的規(guī)避方法。

鐵路光傳輸；OTN；保護方式；OLP；SNCP；ASON

1 鐵路光傳輸干線技術(shù)的現(xiàn)狀綜述

鐵路通信網(wǎng)是綜合性專用通信網(wǎng)絡(luò),把鐵路各級指揮、管理機構(gòu)和車站、車場、工區(qū)以及機車司機、沿線作業(yè)人員等用戶的溝通鏈接起來,根據(jù)需要相互間靈活地傳輸、交換、處理各種信息。如圖1所示。

圖1 鐵路通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯圖

在2000年以前,鐵路通信網(wǎng)一般是以傳輸網(wǎng)、電話網(wǎng)、無線列調(diào)、電源、電報網(wǎng)等為主。結(jié)構(gòu)方式一般是以星狀網(wǎng)為主并與網(wǎng)狀網(wǎng)相結(jié)合。鐵路目前傳輸系統(tǒng)主要采用MSTP技術(shù),如圖2所示。近年來,鐵路行業(yè)采用了“四電集成” 的鐵路新管理理念,隨著鐵路業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展,全國鐵路通信系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),鐵通拆分等變革的發(fā)生,綜合視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)等IP包業(yè)務(wù)顆粒逐漸后來居上占據(jù)了主要位置,帶寬超過10 G。語音業(yè)務(wù)的帶寬未發(fā)生大的改變,但是對業(yè)務(wù)傳送質(zhì)量水平要求不斷提高。

圖2 鐵路綜合業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

高速互聯(lián)、互聯(lián)辦公數(shù)據(jù)等10GE以上大顆粒業(yè)務(wù),超過了當(dāng)前MSTP網(wǎng)絡(luò)的最大傳輸能力。波分技術(shù)成為鐵路通信承載網(wǎng)的演進方向之一。例如京滬穗環(huán)、東南環(huán)在2001-2002年使用了原加拿大北電公司LH OPTera 1600G波分技術(shù)建設(shè)鐵路干線傳輸網(wǎng),東北環(huán)采用了中興通訊16×2.5G波分系統(tǒng),西北環(huán)采用了馬可尼32×2.5G波分系統(tǒng)和中興通訊40×2.5G,西南環(huán)采用了華為32×2.5G波分系統(tǒng);近年來,隨著波分技術(shù)的發(fā)展和業(yè)務(wù)激增,鐵路波分技術(shù)逐步開始采用OTN技術(shù),例如北京鐵路局(2011年、華為OSN8800系統(tǒng))、成都鐵路局(2013年中興通信ZX8300/8500 iOTN系統(tǒng))、哈爾濱鐵路局(2012年華為OSN8800系統(tǒng))等路局先后建設(shè)了自己的OTN干線網(wǎng)絡(luò)。成為我國鐵路承載網(wǎng)向前演進的探索者和先行者。

2 鐵路干線近年來向OTN網(wǎng)絡(luò)演進

光網(wǎng)傳送(OTN),是G.872、G.709、G.798等一系列ITU-T的建議所規(guī)范的新一代光傳送體系,以頻點把單根光纖劃分為若干(通常為40、80、96波)波道,大大提高了承載網(wǎng)的帶寬和傳送效率。

當(dāng)前鐵路通信中,一方面全業(yè)務(wù)承載對傳送網(wǎng)的靈活組網(wǎng)提出了挑戰(zhàn);另一方面,OTN歷經(jīng)十余年的演進,已具備靈活的多業(yè)務(wù)承載能力。承載全業(yè)務(wù)開啟了鐵路OTN應(yīng)用的嶄新時代。在運營商和眾多OTT業(yè)務(wù)承載傳送網(wǎng)中,OTN已經(jīng)從干線,下沉到城域網(wǎng)和本地網(wǎng),實現(xiàn)了承載網(wǎng)全面使用。我國的OTN產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)走在國際前列。

在過去的若干張鐵路OTN通信承載網(wǎng)中,結(jié)合光纖資源、網(wǎng)絡(luò)拓撲、業(yè)務(wù)要求等各自的網(wǎng)絡(luò)特點,在設(shè)備層面,各個基礎(chǔ)模塊都實現(xiàn)了完善的1+1/1∶1 保護;在網(wǎng)絡(luò)層面,分別采用SNCP保護、OLP保護、客戶側(cè)1+1保護等方式,或者綜合使用,并取得了良好的效果。在施工和網(wǎng)規(guī)等環(huán)節(jié)的相互反饋改進中,積累了豐富的網(wǎng)規(guī)和實施經(jīng)驗,為后續(xù)其他路局OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供了很好的借鑒意義。因此在網(wǎng)規(guī)中,必須要認(rèn)真調(diào)研現(xiàn)網(wǎng)狀況。

OTN綜合了SDH的優(yōu)點和DWDM的帶寬可擴展性,集傳送和交換能力于一體,是承載寬帶IP業(yè)務(wù)的理想平臺,代表了下一代傳送網(wǎng)的發(fā)展方向。OTN保留了許多SDH的優(yōu)點,如多業(yè)務(wù)適配、分級復(fù)用和疏導(dǎo)、管理監(jiān)視、故障定位、保護倒換等。同時OTN擴展了新的能力和領(lǐng)域,例如提供大顆粒的2.5、10、40、100G業(yè)務(wù)的透明傳送,支持帶外FEC,支持對多層、多域網(wǎng)絡(luò)進行級聯(lián)監(jiān)視等。在光層側(cè),OTN將光域劃分成光信道層(Och)、光復(fù)用段層(OMS)、光傳送段層(OTS)3個子層,允許在波長層面管理網(wǎng)絡(luò)并支持光層提供的OAM(運行、管理、維護)功能,信號流向如圖3所示。為了管理跨多層的光網(wǎng)絡(luò),OTN提供了帶內(nèi)和帶外兩層控制管理開銷。尤其是OTN系統(tǒng)中融入MPLS_TP協(xié)議,為鐵路飛速增長的視頻、辦公業(yè)務(wù)顆粒提供了可依賴的傳輸平臺。

圖3 OTN系統(tǒng)信號流向

3 鐵路通信中的OTN網(wǎng)絡(luò)保護策略

鐵路OTN網(wǎng)絡(luò)的自愈保護無需人為干預(yù),網(wǎng)絡(luò)在極短時間以內(nèi)從故障中自動恢復(fù)所攜帶的業(yè)務(wù),通常為50 ms,用戶感覺不到網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)出現(xiàn)故障。在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時,受到該故障影響的業(yè)務(wù)能夠通過其他路徑連接到目的節(jié)點。

鐵路通信網(wǎng)的光纖一般是沿著鐵軌布放,站與站之間距離較遠,有時產(chǎn)生100 km以上超長距離。結(jié)合鐵路通信零故障的保護要求和OTN技術(shù)的特點,和近年來鐵路OTN傳輸網(wǎng)的故障處理經(jīng)驗總結(jié),在鐵路OTN干線網(wǎng)絡(luò)宜采用如下的保護方式。

1)支撐系統(tǒng)保護

在鐵路通信機房基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中,供電、通風(fēng)、環(huán)控系統(tǒng)應(yīng)做到可靠的雙備份策略?？煽康幕A(chǔ)設(shè)施是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的前提。對于機房內(nèi)部,每臺設(shè)備的時鐘模塊、主控模塊、電源模塊、交叉模塊(若必須)等基礎(chǔ)公共系統(tǒng)應(yīng)事先“1+1”或“N+N”的備份。對于電源模塊,實現(xiàn)分區(qū)供電,減少業(yè)務(wù)區(qū)間的相互干擾,達到網(wǎng)絡(luò)最大化解耦。典型配置如圖4所示。

圖4 鐵路OTN設(shè)備典型配置面板

2)光線路1∶1 /1+1保護

在多次傳輸網(wǎng)絡(luò)故障處理中,發(fā)現(xiàn)光纖鏈路斷裂的概率遠遠大于其他問題。綜合看來,“天災(zāi)”小于“人禍”。因此,規(guī)劃中對業(yè)務(wù)的出局光1∶1 /1+1保護成為鐵路通信OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的必選條件。

光線路保護中,OTN系統(tǒng)根據(jù)兩條光纖的光衰等光層特性差異而決定是否切換。主備兩條光纖的長度有時差異較大,若采用同一套光放、色散器件,容易引起主控系統(tǒng)誤認(rèn)為切換條件已達到,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)切換。所以應(yīng)嚴(yán)格測量兩條主備光纖的光層特性,否則會引起光線路頻繁切換的故障。若兩條光纖光層差異超限,建議分開配置光放、色散的補償策略。如圖5所示。

圖5 光線路保護示意圖

3)基于光通道的保護

鐵路網(wǎng)絡(luò)節(jié)點豐富,光纖走向復(fù)雜,容易發(fā)生波道沖突。并且在排障過程中,常常需要額外的帶寬傳遞測試信令、發(fā)送測試包等;當(dāng)產(chǎn)生新業(yè)務(wù)時,也需要占據(jù)帶寬。

若鐵路OTN網(wǎng)絡(luò)光通道規(guī)劃中,沒有為上述業(yè)務(wù)預(yù)留額外的波道,工程人員易發(fā)生采用現(xiàn)網(wǎng)中的波道做排障、測試。容易產(chǎn)生應(yīng)用之間的干擾,降低鐵路OTN網(wǎng)絡(luò)的可靠性傳輸。

當(dāng)某波道業(yè)務(wù)發(fā)生故障時,主控和交叉模塊需要找到空閑波道傳遞業(yè)務(wù)。

考慮到以上情況,本著“專線專用”的前提,防止沖突,保證網(wǎng)絡(luò)可靠性,通常在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中可考慮“1∶1 /N∶1 ”的波道冗余保護設(shè)計。

4)基于環(huán)網(wǎng)的保護

在鐵路OTN網(wǎng)絡(luò)中,環(huán)網(wǎng)保護通常采用子網(wǎng)連接保護(SNCP:Sub-network Connection Protection),SNCP組網(wǎng)靈活,實現(xiàn)了端到端的波道保護。各設(shè)備廠家對該保護方式都在不斷地完善,業(yè)界普遍支持。SNCP保護是當(dāng)前交通、廣電、電力、油田、運營商等多個行業(yè)OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的典型保護方式。如圖6所示。

圖6 SNCP保護示意圖

OTN網(wǎng)絡(luò)SNCP保護倒換,保護切換時間可以保證在50 ms以內(nèi),符合鐵路業(yè)務(wù)高標(biāo)準(zhǔn)的要求。通常情況下,形成環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)都建議配置SNCP保護。

5)基于Mesh網(wǎng)絡(luò)的ASON保護

GMPLS/ASON技術(shù)在光傳送網(wǎng)領(lǐng)域的引入首先是在SDH設(shè)備實現(xiàn)的。鐵路通信網(wǎng)出于大顆粒長距離傳輸和保護方式豐富,承載網(wǎng)開始向OTN演進。保護能力、可靠性、帶寬利用率、可維護性等指標(biāo)已成為鐵路OTN現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的必備要素。如圖7所示。

圖7 ASON保護方式

在WDM/OTN傳送平面之上疊加控制平面,使其能夠控制多種業(yè)務(wù)顆粒的調(diào)度?；诠鈱拥牟ǚ諥SON,或者兼具光、電(含ODUk、VCk和Packet業(yè)務(wù))雙層智能調(diào)度,提供更為靈活和強大的業(yè)務(wù)保護能力。當(dāng)某段光線路發(fā)生斷纖等惡性故障后,OTN系統(tǒng)可以根據(jù)自身的判斷,搜索到最近的可用鏈路,保證業(yè)務(wù)的傳輸。ASON網(wǎng)絡(luò)的布置邏輯性復(fù)雜,建議采用工具系統(tǒng)完成。

根據(jù)投資成本和網(wǎng)絡(luò)條件,我國鐵路OTN網(wǎng)絡(luò)的ASON保護分為鉆石、銀級、銅級和鐵級水平。不同智能級別的業(yè)務(wù)之間可以進行相互轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換過程不中斷業(yè)務(wù)。尤其是上海鐵路局、廣州鐵路局等覆蓋網(wǎng)絡(luò),鐵路線路稠密,節(jié)點豐富,業(yè)務(wù)繁忙的區(qū)域。

4 結(jié)束語

鐵路傳輸網(wǎng)絡(luò)是一個系統(tǒng)工程,OTN系統(tǒng)以其豐富的保護方式、超長距離大顆粒傳輸?shù)忍匦?逐漸獲得鐵路通信領(lǐng)域的認(rèn)可。鐵路傳輸網(wǎng)隨著業(yè)務(wù)發(fā)展而不斷向前演進,穩(wěn)定可靠是鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的第一要求,各種保護方式的配合使用,旨在最大化提高鐵路通信網(wǎng)的可靠性,是鐵路通信調(diào)度、專用電話、視頻網(wǎng)絡(luò)等各類生產(chǎn)與辦公業(yè)務(wù)的保障。

This paper discusses the railway trunk OTN network protection strategy according to OTN network construction of railway transmission backbone networks in recent three years and points out common protection modes applied in OTN railway network planning. And it also points out a number of issues of the optical line protection (OLP) modes in the actual network implementation, and puts forward solutions to avoid the issues through the existing network verification.

railway optical transmission; OTN; protection mode; OLP; SNCP; ASON

10.3969/j.issn.1673-4440.2014.04.009