簡談OTN光傳送網技術在城市軌道交通中的應用

王 帥

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070）

1 概述

隨著軌道交通大容量業務對傳輸網絡帶寬需求的快速增長，在國家新基建背景城市軌道交通云化業務發展的趨勢下，目前軌道交通傳輸系統承載業務呈現出多樣性、差異性與高帶寬性的特點，傳輸網絡不僅需要能夠適應IP化發展的海量帶寬需求，而且還需傳輸網絡具備可以進行靈活快速的業務調度，完善的網絡維護管理（OAM），以便適應未來的業務發展。同時，傳輸網絡還需提供更高的環網帶寬、管道隔離以及多重保護機制等特性化功能。OTN技術兼具WDM、SDH的技術優點，可以提供一種更先進、更高速率、更加靈活的傳輸網絡解決方案，滿足軌道交通數據業務的快速發展的需要。

2 軌道交通傳輸業務發展趨勢

1）高帶寬需求：目前已有城市軌道交通視頻業務實行OCC集中統一存儲與管理，在滿足地鐵高安全性、高可靠性、多業務并發傳送的要求下，線路側帶寬容量需要全面提升，現有主流傳輸技術制式已經趨于無法滿足日益增長的帶寬需求。

2）業務種類需求增多：隨著城市軌道交通運營線路的增多，以及未來的規劃需求等，全路網線路控制中心（OCC）的信息都要傳送到線網指揮中心（COCC），OCC與COCC之間的通信包含眾多的數據業務，如無線通信業務、ATS業務、乘客信息（PIS）業務、視頻監視（CCTV）業務、自動售檢票（AFC）業務等。需要傳送網絡提供足夠容量的帶寬，并能為未來新增業務及線路增長預留出足夠的可擴容空間。

3）上層管理網絡的建設需要：軌道交通管理部門主要包括各地鐵線路OCC、COCC、應急管理中心、公安分局、公安市局、清分中心、數據中心、網絡中心、運營公司等相關管理及應用部門。COCC作為協調城市各軌道交通子系統及處理應急事件的總控制中心，承載了全路線網列車運行、客運組織、車站運作、電力供給、設備監控、防災報警、信息收發等地鐵運營全程監控和指揮。在非正常情況下，COCC也承擔著事件處理的現場指揮中心功能。高速數據上層管理網絡的建設，是為了能夠更好的協調相關部門之間的管理協作，共同指揮及應急處置，能夠更好的形成COCC對全路線路的監控、協調與指揮調度等。

4）系統業務管道隔離，傳輸性能要求高：地鐵傳輸網絡承載的業務包含ATS列控信息、AFC等對可靠性、實時性、安全性要求非常高的業務，同時各業務間必須實現物理隔離，對網絡的性能指標和通道間隔離有著非常高的要求。

5）未來網絡規模擴大，業務傳輸可靠性要求高：無論是TDM業務還是以太網業務，均需要有高可靠性的網絡作為傳輸保障，能夠滿足在故障情況下的網絡及時倒換，確保業務正常運行。

3 傳輸技術簡述

目前主要的傳輸技術包括增強型MSTP、PTN、MSTP+IP與OTN方式等，相關技術分析如下。

增強型MSTP統一傳輸平臺是對原有MSTP技術進行改進，升級為具有MSTP與分組交換雙平面功能的技術方案。在滿足原有語音等低速率業務需求的同時，又能夠適應不斷增加的IP業務需求。但該技術受限于單波長傳送網絡40 G帶寬限制，如遇大帶寬業務傳送時，需考慮增加傳輸設備或利用波分功能性單板實現，此實現方式將進一步增加工程投資。

PTN分組傳送平臺提供以分組業務為核心的彈性傳輸管道，對于TDM業務則通過電路仿真方式實現，其時延和抖動較傳統MSTP技術大，目前國內實施案例較少。

MSTP+IP方式，利用MSTP與IP設備共同構建傳輸平臺，對于TDM與IP業務分別采用不同的設備進行承載。雖能夠滿足不同業務的傳送需求，但兩套傳輸設備建設成本偏高，且增加了運營后期維護工作量，目前國內實施案例較少。

OTN技術綜合了傳統SDH與WDM的優點。在光域，可以實現大顆粒的處理，提供對更大顆粒的2.5 G、10 G、40 G業務的透明傳送能力，具有WDM系統高速大容量、多波長傳輸的優勢；在電層，OTN技術把SDH可運營可管理能力應用到WDM系統中，形成一個以大顆粒寬帶業務傳送為特征的大容量調度網絡。OTN還具有路由和信令功能，為業務提供更為安全的保護策略和更高的傳輸效率。經過多年的發展，OTN技術已趨于成熟，且OTN設備也已在運營商層面開始部署。

當前，軌道交通建設逐漸由傳統單線建設向信息化、數字化、智慧化發展，未來傳統應用系統、新應用系統走向云化架構發展成為必然。在國家大力推進新基建背景下，云化后的業務對于傳輸網絡穩定、快速、高效的需求將進一步加速。綜合上述幾種傳輸方式的傳送能力、延時抖動、工程投資等方面的技術比對，光傳送網技術的多波長及高帶寬能力將非常適合新基建下的城市軌道交通傳輸網絡建設。

4 OTN技術簡述

OTN是由一組通過光纖鏈路連接在一起的光網元組成的網絡，能夠提供基于光通道的客戶信號的傳送、復用、路由、管理、監控以及保護（可生存性）。

OTN以ITU-T G.872協議將整個光層細分為光信道層（OCh）、光復用段層（OMS）、光傳輸段層（OTS）。光信道層又分為3個電域子層，如圖1、2所示。

5 OTN技術優勢

OTN技術綜合了SDH的主要優勢和DWDM的帶寬可擴展性。從功能上講，就是在光域層面實現業務信號的傳送、路由選擇、監控等。 OTN作為新一代傳送網絡，具有以下特點。

圖1 光信道層劃分Fig.1 Division of optical channel layer

圖2 OTN設備功能模型Fig.2 Functional model of OTN equipment

1）ODUk電交叉模塊，是OTN調度和保護能力的重要基礎，豐富的嵌入式開銷支撐了OTN強大而精細化的管理。

2）OTN網絡接口規范，異步復用，運行維護管理（OAM）功能強大，互聯互通兼容性好。

3）OTN采用DWDM傳輸技術，在實現業務超大容量傳送的同時，還使網絡具有很強的可擴展性，網絡本身可以根據不斷增長的業務發展進行相應的網絡擴容。

4）OTN采用光交叉技術，光傳送網可以進行波長級靈活重組，并且具有極強的重新配置及保護、恢復特性。

5）OTN技術可以實現大顆粒業務的帶寬復用、交叉和配置，在提升對大顆粒數據業務傳輸的同時，還能適應對高帶寬數據的處理能力。

6）OTN系統支持多業務同波混合傳輸，并可按照信號的波長來進行信號處理，對所傳送數字信號完全透明。這意味著光傳送網不僅可以透明傳送當前廣泛使用的SDH、以太網、TDM業務等，而且還可透明傳送未來使用的其他數字業務信號。

6 產品選型

目前，國內主流傳輸供貨商均有相關產品支持，并從城市軌道交通業務適應性及兼容性角度出發，分別推出了支持OTN+PKT+TDM三平面且具有各種豐富客戶側接口的傳輸設備。能夠更好的適配從E1至100GE等多種不同速率、不同傳輸類型的業務需求，更好匹配城市軌道交通未來業務帶寬發展需求。該選型設備具有以下幾個特點。

多業務超大帶寬：每個線路通道能夠承載ODU0/ODU1/ODU2業務顆粒，能將軌道交通不同類型數據通過不同的業務封裝到ODUk管道中進行承載，ODUk顆粒支持綁定為SDH管道或以太網管道。因此TDM業務可通過SDH封裝到ODUk中進行承載，視頻監視系統業務、乘客信息系統業務、廣播系統業務、軟交換業務等以太網業務可通過以太網封裝到ODUk中進行承載，從而實現TDM與以太網業務在同一根光纖中承載，并能夠滿足未來業務量的擴容要求。

時隙交換、物理隔離：能將軌道交通不同類型的業務通過不同的管道進行承載，從而實現業務的物理隔離，確保業務的可靠性與安全性，并能夠提供端到端的帶寬保障。設備內部采用基于ODUk的時隙交換，使得各類業務的傳輸抖動與時延非常低，傳輸指標不受業務數據量的變化而變化，非常適合重要及高可靠性業務的傳送。

重要單板主備保護：設備支持各種設備級保護，如主控、時鐘、交叉及電源1+1保護，能夠確保設備高可靠正常運行。

7 結束語

隨著軌道交通云化浪潮的逐步來臨與傳送業務IP化發展的持續推動，同時考慮到軌道交通通信系統承載業務現狀和未來的發展需求，OTN光傳送網將成為構建靈活的寬帶傳送網絡的重要技術選型，從而實現網絡寬帶化、高效化、安全化通信，進而增強城市軌道交通的運營服務水平。