光傳送系統在南水北調中線天津干線工程中的應用

劉 磊，付江偉，高 璐

（1.南水北調中線干線工程建設管理局天津分局，天津300393；2.南水北調中線干線工程建設管理局，北京100038）

隨著信息通信技術飛快發展和工業自動化設備的日益成熟，利用光傳送系統進行各種信息、信號、指令等數據的大容量快速交換已經成為各個行業即時信息通信和自動化控制信號傳送的重要手段。

南水北調中線建管局天津分局（以下簡稱天津分局）主要擔負著向保定地區、雄安新區、廊坊地區和天津市等受水區域安全輸水的重要任務。當前光傳送系統主要承載著語音電路、數據通信電路（內網、外網、視頻監控及門禁、安防、動環、消防聯網、辦公業務）、控制指令電路（閘控專網）、安全監測電路等一系列信息通信和自動化控制業務。因此，傳送設備的運行穩定、網絡規劃的安全合理、邏輯與物理資源的分配利用成為天津分局信息自動化業務運行及應用的重要保障。

1 光傳送系統現狀及特點分析

1.1 MSTP網絡現狀

天津分局MSTP網絡由1個STM-64雙纖雙向復用段骨干環和3個STM-16雙纖雙向復用段區域環組成，西黑山所轄劉莊分水口由于其地理位置特殊，目前納入河北分局STM-4的區域環范圍內。天津分局骨干環用以匯聚和調度業務電路，區域環用以接入各業務節點的各類電路。

1.2 MSTP網絡特點

MSTP（Multi-Service Transfer Platform）是指基于SDH 平臺同時實現TDM、ATM、以太網等業務的接入、處理和傳送，提供統一網管的多業務節點。

天津干線工程段在應用MSTP網絡方面有以下特點。

1.2.1 業務分布

天津干線工程各現地站業務需匯聚至所屬管理處進行電路調度，落地業務直接傳送至上層設備，需傳送至分局處理的則由管理處傳送至分局。各管理處之間和各現地站之間的互通業務極少，屬于典型的集中型業務分布，符合南水北調“集中控制、統一調度、分級管理”的要求。

1.2.2 自愈保護

式中,αij是粒子i與粒子j之間的最大排斥力,rij=ri-rj,rij=|rij|,r^ij=rij/|rij|,rc為截斷半徑.耗散力 正比于粒子間的相對速度,從而將能量從體系中移走.而隨機力FiRj則相應地將能量注入體系,共同作用的結果是作為調溫器,保證系統的(角)動量守恒以對應于正則系綜的統計力學性質.之間必須滿足一定的關系,可分別表示為

天津干線工程的骨干傳送環與區域傳送環均采用復用段保護環（MSP）的組網方式。這種組網方式和相對于子網連接保護（SNCP）方式相比，可重復利用節點間時隙，且保護通道在空閑時，也可配置額外業務以增加帶寬。

復用段保護可保證環網內一處斷纖時，所有業務在50 ms之內切換至保護通道，所承載的各類應用電路基本感受不到瞬斷帶來的影響（見圖1）。環網內多處同時斷纖時，只要有業務互通的相鄰網元之間未中斷，仍可保證應用業務正常傳送（見圖2）。

圖1 一處斷纖時業務狀態及電路通斷狀態

圖2 兩處及多處斷纖時業務狀態及電路通斷狀態

MSP保護方式因其倒換動作需要執行APS協議，受協議字節所限，環網節點數不能大于16，且需要主控單元和交叉連接單元配合動作，相比于子網連接保護（SNCP）倒換時間要長，對設備性能要求較高。同時倒換態的業務較為復雜，不利于快速分析和調整。

1.2.3 業務接口

MSTP設備擁有豐富的接口類型，可接入傳統的PDH業務和SDH光支路業務，如E1、E3、E4、STM-1等，也可根據需求配置諸如ATM異步接口板、POS/CPOS接口板、以太網接口板等。當前天津分局語音業務使用E1接口，內網專網均使用標準以太網的光電接口。因此當前MSTP設備可滿足天津干線工程各類電路的接入和傳送。

1.2.4 網絡管理

MSTP保留了SDH強大的網絡管理能力，擁有豐富的開銷字節用于運維和管理。同時華為公司配套的網管系統經過20年的升級和完善，有著界面圖形化、操作便捷化，功能強大等特點，可方便快捷地調度電路和定位故障。

天津分局在機關網絡管理中心部署了華為U2000網管，在各管理處網管室部署了綜合網管系統，極大地方便了故障的排查處理工作、邏輯電路的調度工作和網絡狀態的監控工作。

1.3 線路資源現狀

天津分局轄區內主要輸水方式為地下箱涵，隨著箱涵開挖的建設，在其左右岸各敷設內徑33 mm的硅芯管道2孔，互為主備。左右岸主用管道中各穿放1條24芯通信光纜用于連接傳送網節點設備。

1.4 線路資源特點

1.4.1 線路特點

天津分局轄區內管道建設采用直埋方式，在永久征地范圍內設置人（手）孔用于小范圍檢修。該建設方式符合地方“三線入地”的發展要求，不僅未對沿線村鎮風貌造成影響，而且在一定程度上減少了人為和自然環境的破壞風險。由于沿管線路由大多屬于非永久征地，且農田占比較高，存在耕地行為破壞的風險，而且未設置永久檢修孔，更換和搶修非常困難。據統計，自2014年末通水至今，天津分局沿線光纜遭人為和動物破壞導致24芯全阻達12次，而維修方式受客觀條件所限，只能選擇斷點接續。隨著接頭數量越來越多，中繼段性能指標明顯下降，且目前還存在小芯數內斷無法修復的情況。

1.4.2 纖芯資源

天津分局干線光纜共2條，分別在箱涵左右岸采用線性敷設的形式，型號為GYTA-24 B1.3，單條芯數為24芯。目前存在多個MSTP環網共用一條中繼段的現象，一旦單條光纜全阻，將會導致多個環網進行保護倒換，雖然可以滿足正常業務需求的使用，但對環網倒換態的時隙分析和故障定位搶修工作還是有一定的影響（見圖3）。

纖芯資源方面，線性光纜敷設有著由發起端開始，纖芯數量逐級減少的特點，這就導致了干線光纜纖芯數量等于節點需求的總和。在設計階段，一旦對需求的測算有所偏差，就可能會出現部分節點資源過剩，部分節點無纖可用的情況。目前天津干線工程左右岸24芯光纜的1～6芯均固定分配給骨干環組網，再加之區域環占用、光纜監測占用、組網跳接占用，資源冗余量較小。

就目前的纖芯資源需求來看，基本可滿足天津干線工程的傳送要求，但考慮到當前主流通信方式基本都采用光傳送，因此在未來5～10年內，隨著各種擴容和智能化業務的增加，纖芯資源在數量上還存在一定的壓力。

圖3 共用中繼段現象示意

2 光傳送系統未來優化方式

2.1 傳送方式

網絡IP化由于協議成熟、信令簡化、節點設備簡單等特點，已經被越來越多的行業所認可。光纖入戶、無線數據通信的成功運營則進一步證明了IP技術的綜合承載能力。而波分復用技術的成熟，也使得這種長距離、純透傳、易調度、易維護的傳輸技術大受青睞。因此采用IP OVER WDM/OTN的傳送方式，成為天津干線工程一種可能實現的優化方案。利用波分設備直接承載應用電路，可減少SDH、ATM和IP等各層間的功能重疊，省略打包、解包的環節，減少設備操作、維護和管理費用。目前各電信運營商、大型油田、國網公司和部分專用通信單位均已建成并投入使用波分復用系統。

2.2 組網方式

波分復用系統組網結構簡單，可充分發揮天津干線工程的線性特點，利用左右岸光纜資源，建立自己的通信干線。如果按照線性組網，天津干線工程各站點機房之間距離均在20 km以內，基本可忽略長途傳輸中色散和衰耗的影響，也無需配置各種放大單元，在一定程度上可降低優化成本。

波分復用系統網絡安全性高，如果配置OLP光線路保護方式，只要不是同一中繼段的左右岸光纜同時中斷，則無論干線有多少處光纜同時中斷，業務均不受影響。該系統易于維護，哪里中斷哪里告警，其他網元不受任何影響，維護界面清晰明了，便于故障定位和快速修復（見圖4）。

如果發生單節點設備失效，則會阻斷后續所有節點的通信，具有較大安全隱患。因此需要提前布放跳接光纖，一旦單點失效，立刻利用跳接光纖將失效節點的上下游設備進行臨時連接，保證干線其他節點的正常通信（見圖5）。

圖4 波分OLP組網單方向示意

圖5 節點失效后的臨時恢復措施示意

2.3 光纜資源

埋設光纜作為國家提倡的一種線路資源敷設方式，目前已基本普及，并且隨著城鎮、城鄉建設和環境保護的需求逐漸增多，越來越多的架空線路將切改為地下敷設。由于南水北調工程天津干線的實際情況和當前存在的檢修更換問題，埋設方式仍然不是解決問題的最佳方式。考慮到輸水箱涵具有全年溫差小、流態較為穩定等特點，在箱涵內穿放水下光纜成為了當前環境條件下的一種較為可行的優化方案。

我國在1993年建成第一條海底光纜，即中日國際海纜，如今已擁有青島、上海、汕頭三個國際海底光纜入境點。海底光纜作為推進“一帶一路”的一項重要建設內容，其技術已趨于成熟并已具備多項成功案例。而天津干線工程箱涵內的水下環境遠不如海底復雜，因此當前海纜技術基本可適應天津干線工程的水下環境。

利用天津干線工程單孔檢修的時機，逐段鋪設48芯以上的光纜。采用在流速較緩的箱涵頂板倒角處固定金屬管孔、在管孔內穿放水下光纜和檢修帶絲的處理方式。由于沿線通氣孔間距均在2 km左右，考慮到檢修更換的難易程度，光纜配盤不宜過長，可在每個通氣孔內較為安全和便于操作的位置設置接頭。

3 結語

光傳送系統在南水北調中線天津干線工程的應用，基本滿足了各應用系統的需求，也有力地保障了各應用系統的正常運行，進而為安全輸水工作貢獻力量。天津分局始終堅持以問題為導向，通過對光傳送系統的現狀和特點進行分析，結合運行過程中出現的故障和問題，根據實際環境條件和未來技術發展趨勢，提出了對網絡進一步優化的思路。今后，天津分局將堅持“水利工程補短板、水利行業強監管”的工作總思路，本著對現有資源充分消化利用的原則，在保證組網規劃科學、運行安全穩定、技術成熟先進的前提下，以最小的投資來優化和建設最適合的光傳送系統。