鐵路OTN光傳輸干線業務保護應用分析

李光輝

鐵路京滬穗和東南環骨干網即鐵路1、4環骨干網，是鐵路 “十二五”通信網改造建設的重點示范工程，是支撐鐵路信息化的重要承載平臺，全網采用OTN （光傳送網）組建骨干傳輸通道，項目涉及7個鐵路局，11個省市，171個物理站點，線路里程12400km。系統主要使用了光線路OLP、ODU SNCP二種業務保護方式，其中光線路OLP利用鐵路既有的2組光纜資源，實現光層物理介質的保護；ODU SNCP在OLP光線路保護的基礎上，對承載數據業務的電路實現電層子網連接保護，通過光層、電層的雙重保護，業務安全性整體上得到了保障。

圖1 OTN網絡各層次的保護

設備功能與結構方面，OTN相當于SDH和DWDM設備的一體化整合的結果，OTN兼具了原有SDH、WDM設備類型的業務保護方式，而且提供了更為靈活的基于電層和光層的業務保護功能，如圖1所示，包括客戶側1＋1保護、基于ODUk顆粒的子網連接保護 （SNCP）、板內1＋1保護、基于光層的光線路保護、復用段保護等。

以下對鐵路1、4環骨干網OTN業務保護從實現原理、應用場合進行分析總結，以探討更適合鐵路骨干網改造的業務保護方式。

1 線路OLP保護

在OTN系統中，根據應用場合和保護對象的不同，光線路保護分為光傳送段 （OTS）、光復用段 （OMS）二種保護方式。

1．1 OTS光線路保護

1＋1OTS光線路保護主要是在光傳輸層設置主備2組光纖，利用具有雙發選收功能的OLP板，通過對線路備份的方式，提供對工作通道的保護。鐵路干線光纜在軌道左側、右側分別敷設，光纜的物理路徑接近相同，最適合組建光線路1＋1保護，所以在OTN組網時優先選用OTS光線路保護。

當工作通道線路出現故障而保護通道線路正常時，OLP板光開關進行切換，業務能自動倒換到保護通道線路上，光線路1＋1保護是單端保護，主導保護倒換是OLP板。在鐵路1、4環網絡應用中，OLP與設備其他單元及光纖間的關系，如圖2所示，其中實線為工作通道，虛線為保護通道。

OLP對工作通道和保護通道信號輸入光功率進行檢測，當工作通道和保護通道線路光功率異常時進行倒換。光線路1＋1保護具有維護簡單、倒換時間快、技術成熟等優點，在鐵路既有DWDM網絡中已普遍使用，所以鐵路OTN骨干傳送網優先使用光線路OLP作為基礎保護措施。光纜條件具備的線路區間，在網絡設計階段應將OLP納入設計范圍，以保證OTS加入OLP后的功率與衰耗依然合理，OMS波道的光信噪比 （OSNR）合格，若在無整體設計規劃的情況下在中途補加OLP可能會破壞網絡性能，造成網絡傳輸質量下降。在OTN承載SDH環網時，在OLP基礎上疊加SDH系統自身保護機制MSP，對業務起到雙重保護作用，安全性較高。

1．2 OMS光線路保護

在1＋1OTS光線路保護的基礎上，可將OLP的位置向內延伸，將光放大板和光纖接口板放在被保護對象內，同時增加光放站保護能力。OMS光線路OLP與其他單元光纖連接關系，如圖3所示，其中實線為工作通道，虛線為保護通道。

2 ODUK SNCP保護

SNCP（子網連接保護）是指對子網預先安排一條專用的保護路由，一旦子網的主用通道發生故障，保護路由取代主用路由承擔整個網絡的傳送任務。ODUk（光通道數據單元）子網連接保護，利用OTN電層交叉的雙發選收功能，對線路板和OCh光纖進行保護。當工作通道出現故障而保護通道正常時，斷開工作通道線路板交叉連接，保護通道線路板對應的交叉連接生效，業務自動倒換到保護通道上，OTN系統SNCP保護原理如圖4所示，其中實線為工作通道，虛線為保護通道。

圖2 鐵路1、4環OLP保護應用連纖圖

圖3 OMS光線路OLP應用連纖圖

圖4 OTN系統SNCP保護原理示意圖

在鐵路1、4環OTN承載IP骨干數據業務時，IP數據網需要保護的業務采用了基于電層的ODUK SNCP保護方式，SNCP業務無倒換協議，倒換時間快，便于與局內數據網互聯成更大的子網。ODUk SNCP保護倒換方式分為以下3種：

1．SNC／I（固有監視）：倒換觸發條件為SM段的告警，不需要設置OTN級別，不適用于過電中繼的場景。

2．SNC／S（子層監視）：倒換觸發條件為SM段、TCMn段的告警，適用于過電中繼的場景。需要設置OTN級別為TCMn，且需要先設置TCMn的宿端使能以及宿端模式為操作模式。通常在上游站點設置TCMn源端使能，以及源端為操作模式，中繼站點不需要設置。

3．SNC／N （非介入監視）：倒換觸發條件為SM段、PM段的告警，適用于過電中繼的場景。需要設置OTN級別為PM，且需要先設置PM非介入監視使能。倒換觸發條件為SM段、TCMn段的告警，適用于過電中繼的場景。需要設置OTN級別為TCMn，且需要先設置TCMn非介入監視使能及宿端使能。

OUDk SNCP保護倒換過程是單端倒換。倒換時間 （客戶側業務中斷時間）小于50ms。ODUk SNCP保護分別在工作通道和保護通道OTU板有檢測點，具有光層和電層檢測能力。能檢測到通道故障 （SF），也可檢測到通道劣化 （SD）。在鐵路1、4環使用OLP和SNCP雙重保護雙加的情況下，為避免二次倒換發生，可根據業務需求在SNCP保護組設置100～200ms的倒換時延。

3 其他保護方式

3．1 板內1＋1保護

利用OTU板本身具有的雙發選收功能，通過對線路備份的方式，提供對工作通道的保護。當工作通道線路信號出現故障而保護通道線路信號正常時，OTU板內光開關進行切換，業務能自動倒換到保護通道線路上，板內雙發的板內1＋1保護是單端保護，主導保護倒換的是OTU 板。以2路任意速率 （100Mb／s～2．5Gb／s）業務匯聚波長轉換板LDM為例，板內1＋1保護系統應用如圖5所示，其中實線為工作通道，虛線為保護通道。

圖5 板內1＋1保護系統應用連纖圖

3．2 客戶側1＋1保護

客戶側1＋1保護利用同步光通信分離板（SCS）本身具有的雙發選收功能，通過對線路備份的方式，提供對工作通道的保護，也可以配置在有客戶側端口的OTU單板上，包括支線路合一的OTU板和支路板。當一路信號出現SF或SD時，在其客戶側進行1＋1保護倒換，波分側不進行倒換。此時將被倒換單板客戶側的激光器關閉，將倒換單板相應客戶側激光器打開，從而觸發SCS或DCP／OLP板對光信號選收的切換。以SCS為例，客戶側1＋1保護應用連接如圖6所示。

系統具有檢測光層信號故障的能力，檢測點也具有監視OTN開銷的能力，可分析OTN開銷檢測線路上是否存在故障。

圖6 客戶側1＋1保護應用連纖圖

3．3 ODUk SPRing環網保護

ODUk SPRing環網保護主要應用于配置分布式業務的環型組網，一個保護環上存在2個通道：一個是工作通道，一個是保護通道。2個通道在方向相反的環上，通過占用不同的ODUk通道實現對所有站點間多條分布式業務的保護。

當某一段發生故障時，將業務切換到反向空閑的保護通道上；當通道狀態恢復后再切換回來，把保護通道環空閑出來以備再次保護使用，故稱為共享保護，其組網如圖7所示，其中實線為工作通道，虛線為保護通道，某一時刻僅能保護一路。

圖7 ODUk SPRing環網保護

4 保護組倒換優先級

保護組倒換優先級如表1所示，優先級數值越大，優先級越高。

1．人工倒換。由于人工倒換的優先級最低，在保護組工作通道和保護通道都正常的情況下，且無其他命令倒換請求時，才能夠進行人工倒換。可以將保護組當前業務人工倒換到工作通道，也可以將當前業務人工倒換到保護通道上。

2．自動倒換。當保護組當前無強制倒換或鎖定倒換請求時，才能夠進行自動倒換。自動倒換是保護組檢測到通道故障 （SF／SD）后，進行的倒換動作。自動倒換請求又分SF倒換請求和SD倒換請求，SF倒換請求的優先級高于SD倒換請求。

表1 保護組倒換優先級

3．強制倒換。當保護組當前無鎖定倒換請求時，才能夠進行強制倒換。可以將保護組當前業務強制倒換到工作通道，也可以將當前業務強制倒換到保護通道上。

4．鎖定倒換。鎖定倒換是讓保護組業務固定工作在鎖定的通道上。鎖定倒換只能鎖定在工作通道上，而不能鎖定到保護通道上。

5．清除倒換。對于人工倒換、強制倒換、鎖定倒換等外部命令的倒換請求，可以使用清除倒換來清除。清除倒換只能清除外部命令的倒換，不能清除自動倒換。

5 OTN網絡保護日常維護建議

針對鐵路當前骨干網使用的光線路OLP保護、ODUK SNCP保護，從保護組的開通配置、日常維護方面提出以下建議。

1．掌握各類保護組的配置流程：規劃端口與路徑的工作和保護通道，通過網絡管理系統創建保護組；設置保護組的單板映射關系，配置端口或路徑的工作通道和保護通道；配置保護組時須同時配置保護組的屬性，包括保護組的恢復模式和恢復時間保護通道或工作通道的拖延時間、保護組的SD使能標志等。

2．掌握保護組日常維護動作。日常維護中例行查詢保護組的倒換狀態，掌握業務運行情況。根據業務維護需求對保護組下達命令，掌握保護組倒換優先級。

3．掌握保護組的故障檢測能力。掌握各類保護組是否具有光層檢測能力或電層檢測能力。確認保護組在收到哪些告警、或哪些性能下降時會發生業務倒換。

4．掌握倒換指標。正常情況下，各類保護組的倒換過程 （客戶側業務中斷時間）要小于50ms，如果涉及網絡疊加保護，則以測試時間為準。

5．明確各類保護組的倒換條件或倒換事件。以板內1＋1倒換為例，應明確保護組的SF和SD條件及倒換事件。

1）SF條件：R＿LOF、R＿LOS、R＿LOC、OTUk＿LOF、OTUk＿LOM、OTUk＿AIS、ODUk＿PM＿AIS、ODUk＿PM＿OCI、ODUk＿PM＿LCK、ODUk＿LOFLOM。

2）SD 條件：B1 ＿EXC、OTUk ＿DEG、OTUk＿EXC、ODUk＿PM＿DEG、ODUk＿PM＿EXC。

3）倒換事件：當保護組當前選收的通道發生了切換，從工作通道切換到保護通道或從保護通道切換到工作通道時，以主機上報的倒換事件為準。

目前，鐵路五大環骨干網改造完成了1、4環，2、3、5號環網的改造換代也已提上日程，OTN技術作為全新的光傳送網技術，保留并優化了已有傳送網絡的眾多優勢特征，是目前鐵路業務承載的主流傳送技術，OTN設備類型部署與組網保護的應用，需要鐵路通信管理與運維人員不斷總結，以驅動后續網絡改造更加完善、保護更加安全。

［1］ 韋樂平．光同步數字傳輸網［M］．北京：人民郵電出版社，1993．3

［2］ 邱昆．光纖通信導論［M］．成都：四川電子科技大學出版社，1995．

［3］ 黃善國．光網絡規劃與優化［M］．北京：人民郵電出版社，2012．3．

［4］ 聶秋華．光纖激光器與光放大技術［M］．北京：電子工業出版社，1997．