OTN光傳送網技術在城市軌道交通中的應用

龍 敏

（中鐵二十五局集團電務工程有限公司，廣東 廣州 510600）

0 引 言

近年來，隨著我國城市軌道交通的跨越式發展，城市軌道交通各大系統的大容量數據業務發展非常迅速，特別是IP業務和高清視頻業務，同時智慧化業務與大數據業務也得到了長足發展和應用。當前城市軌道交通傳輸網絡承載業務逐步趨向傳輸分組化、寬帶化以及IP化，在保證網絡安全的前提下，要求傳輸網絡支持廣泛的大帶寬業務，實現控制功能與承載業務分離，業務提供與網絡分離，具有端到端透明傳輸的寬帶能力和強大的網絡維護管理（operations，administration，and management，OAM）功能，還具有開放的網絡結構，能與現有傳統網絡互通，也能滿足未來網絡的增容升級[1]。

OTN技術在實際業務需求的導向下進行了廣泛的實踐應用，相比傳統的通信傳輸技術，OTN技術融合了WDM、SDH的技術優點，可以較好地適應大寬帶業務，還可以提供充足的速率接口，使用者可以以不同的速度同時在網絡上傳遞數據，具有傳輸安全性高和信息傳輸效率快等優勢，為城市軌道交通傳輸網絡提供了新的解決方案[2]。本文簡要介紹了OTN技術原理，分析了OTN技術與其他通信傳輸技術的特點，結合A市軌道交通3號線延長線專用通信傳輸網絡系統的建設情況，介紹OTN技術的實際應用方案。

1 OTN技術原理簡述

OTN是電網絡與全光網融和的一種新型組網技術，是以WDM為基礎、在光層組織網絡的傳送網，是基于G.872、G.709以及G.798等一系列ITU-T協議所定義的新一代傳送網絡平臺。OTN引入了SDH強大的網絡維護管理能力，同時彌補了SDH在面向傳輸層上的功能缺乏和維護管理開銷的不足，大大提高了WDM設備維護的可能性和組網的開放性，滿足了客戶對傳輸網絡多樣性的需求。

基于ITU-T G.872協議，OTN將線路側光層劃分為光傳輸段層（Optical Transmission Section Layer Network，OTS）、光復用段層（Optical Multiplex Section Layer Network，OMS）以及光信道層（Optical Channel Layer Network，OCh），光信道層又分為3個電域子層（OPU、ODU、OTU），網絡層次結構如圖1所示。

圖1 OTN光層網絡模型圖

2 城市軌道交通傳輸網絡技術的應用現狀

近年來，我國通信行業發展迅速，數據業務尤其是IP數據業務呈現爆炸式增長，有關通信傳輸網絡的應用和研究一直是近年來科研的重要領域。傳輸系統是城市軌道交通通信系統的重要子系統，由于城市軌道交通對數據信息傳送大帶寬、多業務、高密度、高集成以及易擴展的需求越來越普遍，對信息傳送的實時性、高效性與可靠性要求越來越高，因此在建設過程中根據城市軌道交通通信工程項目的實際情況，考慮到城市軌道交通的近期建設需求和遠期發展目標，合理選擇傳輸網絡技術顯得尤為重要。目前經常使用到的傳輸網絡關鍵技術有基于SDH的MSTP、MSTP+、MSTP+IP、PTN 以及 OTN[3]。

3 OTN技術在城市軌道交通應用的意義

3.1 傳輸技術在城市軌道交通中的應用簡述

MSTP基于SDH平臺，通常內嵌RPR應用到城市軌道交通建設環境，能支持分組數據業務，結合RPR也實現了對大規模以太網數據業務的處理功能[4]。但MSTP只能實現TDM、IP業務的綜合接入與傳送，不能實現對發展迅猛的IP數據業務進行三層交換功能。由于在城市軌道交通內部網絡大部分采用的是IP數據網絡，故MSTP不是實現城市軌道交通內傳輸網絡技術選型的最佳方案。

MSTP+是對原MSTP技術進行升級，實現了MSTP和PTN的融合。MSTP+兼容當前MSTP的所有特性，分組交換和TDM業務交叉統一于一個平臺，融合電交叉、分組交換能力以及多層之間的協同能力，支持豐富的業務類型和接口類型，同時還具有豐富的OAM機制和多種保護機制，目前在國內城市軌道交通領域應用較多。但MSTP+帶寬最大只能達到40 GHz，后期需要傳送更大帶寬數據業務時必須進行擴容設備，引起投資增加，且效率不高，不是最佳方案[5]。

MSTP+IP利用MSTP與IP設備共同構建傳輸平臺，對于TDM與IP業務分別使用不同的設備進行承載。雖能夠滿足不同業務的傳送需求，但投入兩套設備將增加建設成本，也加大后期運營維護工作量。

PTN具有適合各種粗細顆粒業務和端到端的組網能力，提供了“柔性”傳輸管道，純分組技術在應對TDM等實時業務的實時性和可靠性要求方面表現相對較差，時延和抖動等指標也相對不足。PTN對TDM等實時業務的支持是通過電路仿真業務（Circuit Emulation Service，CES）技術來實現的，增加了產品成本和功耗。

OTN結合了SDH和WDM的優勢，主要解決了MSTP剛性管道運作效率低等問題，具備柔性管道特性，提供了靈活開放的組網功能。OTN滿足多業務封裝和透明傳輸以及大顆粒的帶寬復用、交叉與配置，提供統一的光電交叉大平臺和大容量調度能力，繼承SDH完善的保護機制和強大的OAM功能，支持多層嵌套的串聯連接監視（Tandem Connection Monitor，TCM）功能和前向糾錯（Forward Error Correction，FEC）支持能力，較好地適應了大業務量業務的信息傳送[6,7]。

3.2 OTN在城市軌道交通中的應用意義

隨著城市軌道交通的快速發展，各大城市的軌道交通都往大線網運營時代邁進，客流密度快速增長，如此高密度的客流對城市軌道交通的安全運營、旅客安全出行以及運營服務質量提出了高度的保障需求。高清視頻監控和智能化運營等大帶寬業務量發展迅猛，整體來看，單一的傳輸技術已經無法適應城市軌道交通各系統業務的發展需求，目前業界光傳送技術走融合之路，以應對帶寬需求迅猛增長、業務嚴格物理隔離及網絡高可靠性等要求。應用OTN技術，滿足城市軌道交通的超大帶寬要求，具有靈活經濟的可擴展性，采用40/80波10G組網，并支持10G/100G混傳。TDM業務和分組業務分別通過SDH和以太網封裝到ODUk中進行承載，實現SDH于以太網業務在同一根光纖承載[8]。將城市軌道交通不同類型的業務通過不同的管道進行承載，實現端到端透明傳輸服務，保障了業務的安全性[9]。在網絡保護級層面，OTN支持TDM保護和分組保護，確保GE/10GE和2.5G/10G/40 GPOS等大顆粒業務的安全，保證傳送的可靠性[10]。

OTN技術綜合了SDH和WDM的雙重優勢，經過多年的發展，OTN技術已趨于成熟，并且與城市軌道交通業務需求匹配度較高[11]。目前OTN技術在城市軌道交通行業逐漸發展為主流技術，在各大城市軌道交通中也有成功應用案例，具有廣大應用前景。此外，在國外對國產廠商進行技術限制和封鎖的形勢下，國內軌道交通傳輸網絡的擴展建設受到了不同程度的制約，滿足城市軌道交通業務需求的OTN技術顯得更加適合未來的城市軌道交通傳輸網絡建設。

4 OTN技術在A市軌道交通3號線延長線中的應用

A市軌道交通3號線延長線全長17 km，其中高架段10 km，地下段7 km。設站8座，其中地下站4座，高架站4座。設車輛基地一座，設主變兩座，控制中心接入A市軌道交通既有控制中心。

A市軌道交通3號線延長線采用40 Gb/s線路速率的OTN傳輸設備，預留升級到100 Gb/s的條件，具備VC交叉和面向連接的分組交換能力。A市軌道交通3號線延長線的傳輸網絡建設，需考慮到對3號線一期既有業務網絡的影響和遠期對3號線延長線進行網絡拆解的特點，3號線延長線傳輸系統采用獨立組網，將包含有控制中心、車輛基地以及車站在內的10個節點，組成兩個二纖雙向復用段保護環，第一個環包括遠期計劃拆解出去的6個節點，第二個環包含遠期拆解后納入A市3號線一期運營范圍內的3個節點。A市3號線延長線專用通信傳輸系統如圖2所示。

圖2 A市3號線延長線專用通信傳輸系統圖

該0TN傳輸系統為A市3號線延長線專用通信提供了E1、STM-1、STM-4、FE、GE以及10GE等接口，時鐘同步方式支持IEEE 1588v2，滿足了A市3號線IP業務和視頻業務對傳輸通道的高帶寬需求。在應對未來A市軌道交通線路增長、客流密度加大、設備功能升級以及安全要求提高等具體業務需求的情況下，能夠實現開放性擴展，網絡功能齊全高效。

5 結 論

近年來，城市的快速發展推動了城市軌道交通投資建設的浪潮，針對城市軌道交通數據業務IP化和寬帶化的需求，要求傳輸網絡帶寬更大、組網方式更靈活且網絡拓展能力更強，OTN光傳送網因安全性高、構成簡單以及靈活性好等一系列優點正成為城市軌道交通傳輸網絡建設的重要技術選型，增強了城市軌道交通的運營服務水平，是未來城市軌道交通傳輸網絡構建的主流發展方向。