鐵路OTN網絡結構技術及建設方案研究

邱萍

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

鐵路OTN網絡結構技術及建設方案研究

邱萍

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

在研究OTN網絡結構標準基礎上，結合運營商OTN網絡技術結構和建設方案情況，重點分析鐵路OTN網絡結構組網方式，探討鐵路OTN網絡建設思路。

OTN標準；網絡結構；網絡建設

1 概述

光傳送網（OTN）技術是在SDH和WDM技術的基礎上發展起來的，兼有2種技術的優點。一方面，它處理的基本對象是波長級業務，提供對更大顆粒的2.5、10、40 Gbit/s和100 Gbit/s業務的透明傳送支持；另一方面，它解決了傳統WDM網絡無波長和子波長業務調度能力、組網能力弱、保護能力弱等問題。OTN結合了光域和電域處理的優勢，提供巨大的傳輸容量、完全透明的端到端波長/子波長連接以及電信級的保護，是目前傳送寬帶大顆粒業務最優的技術。它集傳送和交換能力于一體，是承載寬帶IP業務的理想平臺。

2 OTN網絡結構標準

國際上有關OTN網絡結構方面的相關規范是ITU-T G.872，該標準采用G.805的原子功能建模方法描述了光傳送網的體系結構，從網絡角度描述了光傳送網功能。內容包括光網絡的分層結構、客戶特征信息、客戶/服務器關聯、網絡拓撲以及如光信號傳輸、復用、選路、監控、性能評估和網絡生存性等網絡功能。目前該標準基本穩定，于2010年6月通過了增補文件2，相對于G.709，主要新增加了容器粒度和時隙等方面內容的更新。

國內有關OTN網絡結構方面的相關規范是YD/T 1990-2009：OTN網絡總體技術要求。該標準規定了基于ITU-TG.872定義的光傳送網總體技術要求。主要內容包括：OTN網絡功能結構、接口要求、復用結構、性能要求、設備類型、保護要求、DCN實現方式、網絡管理和控制平面要求等。該標準適用于OTN終端復用設備和OTN交叉連接設備，其中OTN交叉連接設備主要包括：OTN電交叉設備、OTN光交叉設備和同時具有OTN電交叉和OTN光交叉功能的設備。

3 OTN網絡拓撲結構

網絡的效能、可靠性和經濟性在很大程度上與物理拓撲結構有關。OTN網絡的基本物理拓撲結構主要是線型拓撲、環形拓撲、網型拓撲3種類型。

線型拓撲的優點是網絡結構簡單，對線路系統要求較低，可以靈活的上下光載波；缺點是它的生存性較差，因為節點或鏈路的失效將把整個系統割裂為獨立的若干部分，而無法有效進行通信，不能完全發揮OTN技術的優勢。

環型結構的優點是OTN提供了類似于SDH的環網保護機制及復用映射機制，可以借助于SDH豐富的組網經驗，方便網絡的前期規劃及后期維護；在環型結構下，OTN技術提供了多樣化的保護方式，網絡的安全性能得到保障。因此OTN網絡大多運用這種拓撲結構，且環網保護技術成熟，管理簡單，是現階段最常用的拓撲結構。其缺點是為提高系統的利用率，在進行前期規劃時需根據業務的流量流向進行環網設計，并盡量避免業務跨環，網絡設計有一定的難度。

網型拓撲結構的主要優點是業務調度比較靈活，能根據業務的流量流向設置直達電路，網絡可靠性高。其主要缺點是結構和響應的控制管理都比較復雜，由于OTN的通路安排將涉及到光層的波道組織和電層的電路組織，在開啟智能功能前，通路安排需全部依靠人工進行，不僅增加了通路安排的復雜度，也不便于網絡的后期維護。因此，網型拓撲結構通常僅用于要求高可靠性的骨干網中。OTN設備靈活的組網方式和強大的OAM能力決定了今后的組網不限于環網的方式，而將向網狀網進行過渡。

4 運營商OTN網絡結構及建設

國外OTN網絡可支持系統開通40～80波，且單波速率100G已經得到廣泛應用。設備可提供基于ODUk電交叉，交叉容量已經達到12.8Tbit/s，光交叉方向可以達到20維。從業務靈活調度和便于維護方面考慮，國外OTN網絡建設大部分使用了WSS光交叉。

國內各大運營商已經大規模建設OTN網絡，基于電層交叉的OTN設備已經廣泛商用。

4.1中國移動

中國移動OTN光傳送網分為省際網、省內網、城域網。

省際網分成東部環、西部環、東北環3個區域，選用80×100 Gbit/s為基礎速率的單纖單向OTN系統。全部采用收發分離的100 G單板，選擇跳過40 G，直接從10G跨越到100G。業務核心區域采用大容量OTN設備部署，所有業務落地節點采用交叉能力為8T級別以上的OTN設備實現業務的交叉調度；重要業務考慮啟用ASON功能，普通業務部署ODUK SNCP保護，確保網絡安全、穩定。

省內網根據工程模型需要選用80波以100 Gbit/s為基礎速率的單纖單向波分復用系統，設備與系統應支持OTN的電交叉功能，并支持基于ODUk的SNCP 1+1保護或環網保護和基于ODUk的電層ASON保護恢復。單套設備交叉單元的交叉容量應不小于1T級別。

城域網根據業務流向流量、承載業務類型和核心節點的數量等，可采用雙核心、三核心、四核心以上等典型網絡結構組網，以提高環路容量，網絡結構清晰，便于波道調度。

4.2 中國聯通

中國聯通OTN光傳送網分為省際干線傳輸網、省內干線傳輸網、本地傳輸網。

省際干線傳輸網100 G WDM系統新建工程傳輸平臺采用80波、以100 Gbit/s為基礎速率的開放型單纖單向波分復用系統。所有業務終端站暫不要求配置OTN電交叉連接設備，100 G業務采用支線合一型OTU進行業務終端或轉接。

省內干線傳輸網傳輸平臺選用C波段40/80、以10 Gbit/s為基礎速率的單纖單向波分復用系統，提供10 G OTN傳輸設備，應具備平滑升級100 G系統能力。設備要求配置OTN交叉矩陣，采用支線路分離板卡。電交叉子架的單子架交叉容量應不小于2 T。

本地傳輸網WDM/OTN系統主要用于核心網、數據網、MSTP/UTN等長距離、GE以上大顆粒業務的承載；新建WDM/OTN平臺應支持或可升級支持100 G OTN系統。

業務網層面已有保護策略，WDM/OTN系統不得額外進行電層保護；除備用波道外，10G WDM 系統原則上不應配置可調波長OTU。

4.3 中國電信

中國電信OTN光傳送網分為國干網、省干網。

國干網以線型為建設單位，業務單一，沒有業務調度需求；全網設備以OTN平臺為基礎，要求具備業務調度能力；重要段落部署OLP光纖保護；全網部署80×100 G系統。設備配置收發合一的OTU業務單板，業務直接承載在WDM平臺，節點配置小容量的電交叉設備，用于配置維護波道、波道維護和重要業務的調度。

省干網傳輸平臺選用8×10 G/100 Gbit/s為基礎速率的單纖單向波分復用系統。網絡結構采用環型網或網格型網，保護方式采用OLP、ODUkSNCP或ASON。設備根據需要采用支線路合一板卡或采用支線路分離板卡。電交叉子架的單子架交叉容量應不小于3T。

4.4 研究分析結論

國外大量應用ROADM組建動態的光層網絡，側重于光交叉，并且大部分網絡部署了光層ASON。在未部署ASON的OTN網絡主要采用線路側的保護方式，部署ASON的OTN網絡主要采用光層ASON保護方式。

從OTN網絡的定位以及側重的功能方面來看，國內更看重電交叉靈活的業務調度能力。各運營商根據各自業務的需要、網絡結構和對技術的關注度，骨干網建設按照采用電交叉設備和配置收發合一的OTU的光層面設備2種方式；省內網和城域網則采用電交叉設備，少數城域網部署了電層ASON。在未部署ASON的OTN網絡主要采用ODUk SNCP保護方式，部署ASON的OTN網絡主要采用電層ASON保護方式。

5 鐵路OTN網絡架構及網絡建設

目前鐵路光傳送網網絡結構分為骨干層、匯聚層（局內干線）和接入層。相對于將骨干層和匯聚層合一的扁平化組網方式，這種結構使網絡層次清晰，維護管理界面明確，各個路局之間互不影響，提高網絡性能。

骨干層傳輸網主要解決各路局至鐵路總公司、路局之間業務的傳送、跨路局的業務調度等問題，并為鐵路局組網提供迂回保護通道。匯聚層（局內干線）傳輸網主要解決局內各骨干節點之間業務傳送，實現業務從接入層到骨干節點匯聚。接入層傳輸網則提供豐富的業務接口，實現多種業務的接入，解決路局內各種接入業務需求通道。

目前鐵路的OTN網絡建設主要有鐵路骨干層OTN網絡建設和鐵路匯聚層（局內干線）OTN網絡建設。在建的鐵路骨干OTN網絡京滬穗和東南環及西北環和西南環（2號環）系統設計容量為40×10 G/100 Gbit/s波分系統，東北環和西南環（3號環）系統設計容量為40×100 Gbit/s波分系統。已有14個鐵路局建設匯聚OTN網絡（局干）。采用40波道、單波道10 Gbit/s或100 Gbit/s速率混合傳輸的OTN設備組建匯聚層（局干）傳輸系統。

6 鐵路OTN網絡結構技術及建設方案分析

6.1 網絡結構技術分析

鐵路光傳送網采用骨干層傳輸網、匯聚層（局內干線）傳輸網和接入層傳輸網分別設置的網絡架構進行組網。相對于將骨干層和匯聚層合一的扁平化組網方式，這種結構使得網絡層次清晰，維護管理界面明確，各個路局之間互不影響，大大提供網絡性能。

對于鐵路傳輸網骨干層，建議使用環型結構且盡可能劃分為較小區域的環網。從骨干層網絡結構演進方面來看，為建設傳輸網異地容災中心，可在現有的6大骨干環基礎上構建核心層網絡，該層網絡需要具有靈活的業務調度能力，高可靠性和網絡生存性，以及強大的擴展能力，便于維護和升級，因此建議該層網絡使用網型結構，同時便于ASON技術引入。網絡結構演進如圖1所示。

圖1 骨干層傳輸網網絡結構演進示意圖

對于鐵路傳輸網匯聚層，從網絡結構上來看，由于環型拓撲結構具備與現網架構相似性，并充分利用OTN電層交叉和保護功能，為匯聚節點上的業務提供有效疏導，建議采用環網結構。在不具備條件的地區，也可采用環型拓撲加線型拓撲的方式。從網絡層次上來說，對于跨環業務較多，匯聚節點數量較多，局間業務調度較多，網絡規模較大路局，建議匯聚層由匯聚層局樞紐網和匯聚層干線網組成。在匯聚層建設樞紐網，實現匯聚環間業務調度，從而緩解核心機房光纜資源緊張及機房壓力大的情況，同時為靈活調度業務，建議匯聚層樞紐網使用網型結構進行組網，方便ASON技術引入。匯聚層干線網使用環型結構進行組網。雙網結構如圖2所示。

6.2網絡建設方案分析

圖2 匯聚層雙網結構圖

鐵路OTN網絡建設主要采用兩層網絡結構建設，骨干層傳輸網和匯聚層（局內干線）傳輸網，由于業務類型和帶寬的因素，接入層傳輸網暫時不建設OTN網絡。

在設備配置選擇方面，有上下業務的節點均部署了電交叉設備，交叉容量為1.6T～3.2T，并配置收發分離的OTU單板。

在節點選擇方面，骨干層和匯聚層核心節點同城異地多節點冗余保護，提高骨干層傳輸網可靠性。骨干層OTN傳輸網根據骨干環環間業務量，在骨干環切點設置至少2個多維度OTN調度節點，增強OTN網絡調度靈活性，便于后期ASON技術演進。匯聚層傳輸網局樞紐節點隨著樞紐接入業務量增長，綜合考慮樞紐各節點光纜資源情況、機房空間情況，可設置多個匯聚層調度節點，減少匯聚層核心節點轉發業務量，提高網絡可靠性。

在保護方式選擇方面，主要結合光纜現狀和承載業務類型。鐵路骨干層OTN網絡在電層面，承載IP數據業務的子波啟用ODUK SNCP的保護方式，承載SDH業務的子波啟用SDH自有的環網保護。在光層面，徑路盡量選擇敷設有2條光纜鐵路線，啟用OLP 1+1保護方式。對于2條光纜敷設時間間隔較長、光纜指標相差較大區段則采用OMSP保護。鐵路匯聚層（局內干線）OTN網絡在電層面，承載SDH業務的子波啟用SDH自有的環網保護。承載IP數據業務的子波，則根據各路局的實際要求，有的路局啟用ODUK SNCP保護方式，有的路局不啟用ODUK SNCP保護方式，這主要是因為在IP網絡本身的設計中已經比較多的考慮保護問題，比如采取了多連接度的網絡拓撲提高鏈路的可靠性，采用單節點設置雙套數據設備提高了設備冗余可靠性，通過相對“輕載”減少丟包，提高了信息傳輸可靠性等措施。在光層面，由于路局光纜條件不一，除客運專線外，大多數鐵路兩側的光纜敷設時間不一致，不具備啟用OLP保護條件，因此在實施中各路局應根據自身光纜情況考慮啟用OLP保護方式。

7 結束語

WDM/OTN系統網絡結構應結合光纜網結構、業務流向合理組織，避免業務過多轉接。骨干層應優先考慮采用環網結構，部分節點間業務量過大時，可建設直達鏈路，但網狀節點數量不宜過多。對于匯聚層及接入層OTN網絡，應優選環網結構。

大客戶業務承載方式應結合業務特點、客戶需求、現有傳輸系統及光纜資源現狀綜合考慮，避免對資源不合理占用、造成浪費。對于DDN/SDH專線業務，業務顆粒155 M以下為主時，采用MSTP 系統承載。對于以太網專線業務，當業務顆粒為FE時，對于QoS要求較高的客戶且現有MSTP系統資源富余情況下，應優先通過MSTP系統承載；對于QoS要求一般的用戶，在MSTP系統資源緊張情況下，可采用數據網系統承載。當業務顆粒為GE時，對于保護要求較高的重要客戶，可采用OTN系統承載；對于一般用戶，可采用光纖直驅方式承載。

[1] 李允博.光傳送網（OTN）技術的原理與測試[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[2] INTERNATIONAL TELECOMUNICATION UNION.ITU-T G.872 Architecture of optical transport networks[S].

[3] 中華人民共和國信息產業部.YD/T 1990-2009 光傳送網（OTN）網絡總體技術要求[S].北京：人民郵電出版社，2010.

Based on the introduction of OTN network structure standards, the paper analyzes the networking methods of the railway OTN network structure and discusses construction ideas for railway OTN network construction combing with the OTN network structure and construction schemes of network operators.

OTN standard; network structure; network construction

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.02.005

2015-01-09）

中國鐵路總公司科技研究開發重大課題項目（BK-2013X003-A1-1）