OTN技術(shù)在高速公路骨干通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

陳 作

（湖北省交通運(yùn)輸廳通信信息中心（湖北省交通科學(xué)研究所），湖北 武漢 430000）

0 引言

本文論述的骨干通信網(wǎng)絡(luò)作為高速公路在當(dāng)今時(shí)代進(jìn)行管理與運(yùn)營的通信基礎(chǔ)設(shè)施，很大程度上幫助其管理及運(yùn)營機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了龐大的業(yè)務(wù)信息輸送，包括高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)、通信指揮調(diào)度、通行車輛監(jiān)管、高速公路視頻監(jiān)控等信息化業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通，并為我國高速公路實(shí)現(xiàn)各種信息化服務(wù)平臺的數(shù)據(jù)傳輸提供了傳輸通道。目前OTN技術(shù)在我國高速公路骨干通信網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用需求呈持續(xù)增長階段。

1 OTN在骨干通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的優(yōu)勢

現(xiàn)如今，骨干通信網(wǎng)主要使用的傳輸技術(shù)有SDH、WDM和OTN等。應(yīng)用OTN技術(shù)的骨干通信網(wǎng)絡(luò)，融合了SDH與WDM通信傳輸技術(shù)的過人之處，實(shí)現(xiàn)了大顆粒數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速傳輸與高效管理。采用這種技術(shù)作為干線通信模式既滿足了高速高效的數(shù)據(jù)傳輸需求又可以在最大程度上保障通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.1 靜態(tài)的點(diǎn)到點(diǎn)到靈活動態(tài)的光調(diào)度

OTN能提供基于電層的子波長交叉調(diào)度和基于光層的波長交叉調(diào)度，提供強(qiáng)大的業(yè)務(wù)疏導(dǎo)調(diào)度能力。在電層上，OTN交換技術(shù)以2.5G或10G為傳輸顆粒，在電層上完成子波長業(yè)務(wù)調(diào)度。在光層上，以ROADM實(shí)現(xiàn)波長業(yè)務(wù)的調(diào)度，完成超大容量的光波長交換，子波長和波長的多層面調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了更加精細(xì)、高效的帶寬利用率。

1.2 大顆粒業(yè)務(wù)高速率傳輸

OTN目前定義的電層帶寬顆粒為光通路數(shù)據(jù)單元（ODUk，k=1，2，3），即 ODU1（2.5Gb/s）、ODU2（10Gb/s）和ODU3（40Gbit/s），光層的帶寬顆粒為波長，相對于SDH的VC-12/VC-4的調(diào)度顆粒，OTN復(fù)用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，對高速公路高帶寬視頻數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)倪m配和效率都顯著提升。

1.3 強(qiáng)大的組網(wǎng)及快速恢復(fù)能力

通過OTN幀結(jié)構(gòu)、ODUk交叉和多維度可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM）的引入，大大增強(qiáng)了光傳送網(wǎng)的組網(wǎng)能力，改變了目前基于SDHVC-12/VC-4調(diào)度帶寬和WDM點(diǎn)到點(diǎn)提供大容量傳送帶寬的現(xiàn)狀。而采用前向糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)，顯著增加了光層傳輸?shù)木嚯x。另外，OTN將提供更為靈活的基于電層和光層的業(yè)務(wù)保護(hù)功能，如基于ODUk層的光子網(wǎng)連接保護(hù)（SNCP）和共享環(huán)網(wǎng)保護(hù)、基于光層的光通道、復(fù)用段保護(hù)以及1+1、1:1、1:N、mesh保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)50MS的快速保護(hù)倒換時(shí)間。

1.4 強(qiáng)大的管理維護(hù)能力

OTN提供了和SDH類似的開銷管理能力，OTN光通路（OCh）層的OTN幀結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)了OCh層的數(shù)字監(jiān)視能力。另外OTN還提供6層嵌套串聯(lián)連接監(jiān)視（TCM）功能，這樣使得OTN組網(wǎng)時(shí)，采用端到端和多個(gè)分段同時(shí)進(jìn)行性能監(jiān)視的方式成為可能。

2 OTN技術(shù)的應(yīng)用方向

2.1 OTN技術(shù)在骨干通信網(wǎng)的應(yīng)用

當(dāng)前，骨干通信網(wǎng)的擴(kuò)大化已是大勢所趨，比如在電力多業(yè)務(wù)并存的通信需求下，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)的承載能力，利用OTN技術(shù)構(gòu)建單域組網(wǎng)模型和多域組網(wǎng)模型，解決電力骨干通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬受限問題，提高骨干通信網(wǎng)絡(luò)對各類業(yè)務(wù)的承載能力，提升傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2.2 OTN技術(shù)在軌道交通視頻傳輸應(yīng)用

OTN技術(shù)以光纖通信技術(shù)為基礎(chǔ)，具有較高的網(wǎng)絡(luò)可靠性，可滿足所有的諸如語音、數(shù)據(jù)、視頻、圖像的傳輸需求，將此技術(shù)應(yīng)用于軌道交通視頻傳輸中，可實(shí)時(shí)對軌道交通狀況進(jìn)行捕捉，對交通的調(diào)度、監(jiān)管等都具有十分重要的意義。其操作僅需點(diǎn)擊所需內(nèi)容與拖拽就可以實(shí)現(xiàn)視頻的播放及快進(jìn)后退，使操作變得更加便捷，這部分完全摒棄了各種外部的視頻變換系統(tǒng)的接入。通過OTN通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行變換，所有軌道交通視頻都能實(shí)現(xiàn)接入至6-12Mbit/s帶寬，并在全局性的管理下完成面向全部需求視頻對象的控制，使用者完全可根據(jù)自己的標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際要求展開視頻的各種調(diào)試。OTN系統(tǒng)可應(yīng)用于單一攝像頭與多個(gè)監(jiān)控設(shè)施的多級關(guān)聯(lián)，保證每個(gè)鏡頭與監(jiān)控設(shè)施二者實(shí)現(xiàn)互連的關(guān)系，可以僅僅利用一個(gè)鏡頭對多站點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控設(shè)施的連接，在最大程度上提高工作效率，并且無需進(jìn)行帶寬的提升。

3 OTN在高速公路骨干通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用與具體實(shí)現(xiàn)

3.1 OTN在高速公路骨干通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

OTN技術(shù)在湖北省高速公路骨干通信網(wǎng)絡(luò)中已作出實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用，完成了利用OTN技術(shù)構(gòu)建骨干通信網(wǎng)的建設(shè)，在省中心、核心匯聚節(jié)點(diǎn)以及多路由節(jié)點(diǎn)新增OTN設(shè)備，根據(jù)高速路網(wǎng)現(xiàn)狀部署省級干線OTN大容量通信傳輸設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)。各核心匯聚節(jié)點(diǎn)和多路由節(jié)點(diǎn)OTN設(shè)備與原有MSTP設(shè)備進(jìn)行對接（STM-16等級），核心匯聚節(jié)點(diǎn)所轄各路段ETC門架系統(tǒng)通過原有通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)，OTN設(shè)備負(fù)責(zé)匯聚節(jié)點(diǎn)至省中心數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

3.2 OTN在高速公路骨干通信網(wǎng)絡(luò)中的具體實(shí)現(xiàn)

3.2.1 骨干通信網(wǎng)構(gòu)建

（1）西北環(huán)：由谷城、土關(guān)埡（中繼站）、六里坪（中繼站）、十堰西、房縣、保康、店婭（中繼站）、遠(yuǎn)安等站點(diǎn)組成，由谷城站點(diǎn)連接到西環(huán)襄樊西站點(diǎn)，由遠(yuǎn)安站點(diǎn)連接到西環(huán)當(dāng)陽西（玉泉）站點(diǎn)，從而使西北環(huán)的業(yè)務(wù)能夠傳送到武漢西站點(diǎn)。

光纜路由主要通過漢十高速、十房高速、谷竹高速，采用2芯光纖形成環(huán)網(wǎng)，提供10G傳輸通道。

（2）西南環(huán)：由長陽、榔坪（中繼站）、建始（中繼站）、恩施、宜恩、來鳳、鶴峰、五峰、王家畈等站點(diǎn)組成，由長陽站點(diǎn)連接到西環(huán)猇亭站點(diǎn)，由王家畈站點(diǎn)連接到西環(huán)安福寺站點(diǎn)，從而使西南環(huán)的業(yè)務(wù)能夠傳送到武漢西站點(diǎn)。

光纜路由主要通過滬渝高速鄂西段、岳宜高速枝江段、恩來高速，采用2芯光纖形成環(huán)網(wǎng)，提供10G傳輸通道。

（3）西環(huán)：由孝感、煙店（中繼站）、隨州、琚灣（中繼站）、襄樊西、胡集（中繼站）、荊門、當(dāng)陽西（玉泉）、猇亭、安福寺、荊州、潛江、排湖、仙桃等站點(diǎn)組成，由孝感站點(diǎn)連接到骨干節(jié)點(diǎn)武漢北，由仙桃站點(diǎn)連接到骨干節(jié)點(diǎn)武漢西。京山南有四個(gè)光方向，分別通過宋河（中繼站）連接到隨州站點(diǎn)，通過太子山（中繼站）連接到荊門站點(diǎn)，通過應(yīng)城站點(diǎn)連接到骨干節(jié)點(diǎn)武漢北，通過天門站點(diǎn)連接到潛江站點(diǎn)。京山南除了承載自身的業(yè)務(wù)外，還可作為其他部分站點(diǎn)的業(yè)務(wù)備份迂回通道。公安站點(diǎn)與荊州站點(diǎn)組建兩點(diǎn)環(huán)，從而構(gòu)成業(yè)務(wù)的主、備路由。

光纜路由主要通過保宜高速、漢十高速、荊宜高速、武荊高速、滬渝高速漢宜段、京珠高速，采用2芯光纖形成環(huán)網(wǎng)，提供100G傳輸通道。

（4）東環(huán)：由黃陂東、麻城東、黃州、黃石、三溪（中繼站）、通山、張公等站點(diǎn)組成，由黃陂東站點(diǎn)連接到中心環(huán)施崗站點(diǎn)，由張公站點(diǎn)連接到中心環(huán)武漢南站點(diǎn)，從而使東環(huán)的業(yè)務(wù)能夠傳送到武漢西站點(diǎn)。總路咀站點(diǎn)一邊連接?xùn)|環(huán)黃州站點(diǎn)，另一邊連接中心環(huán)施崗站點(diǎn)，從而構(gòu)成業(yè)務(wù)的主、備路由。

光纜路由主要通過滬蓉高速麻武段、大廣北高速、大廣南高速、杭瑞高速、咸通高速、京珠高速，采用2芯光纖形成環(huán)網(wǎng)，提供10G傳輸通道。

（5）中心環(huán)：由施崗、鳳凰山、武漢南、軍山等站點(diǎn)組成，由施崗站點(diǎn)連接到骨干節(jié)點(diǎn)武漢北，由軍山站點(diǎn)連接到骨干節(jié)點(diǎn)武漢西。

光纜路由主要通過京珠高速、武漢繞城高速，采用2芯光纖形成環(huán)網(wǎng)，提供100G傳輸通道。

市區(qū)環(huán)（100G波道）：

由武漢北、武漢西、數(shù)據(jù)中心、交通廳等站點(diǎn)組成環(huán)網(wǎng)，承載全網(wǎng)所有分中心的業(yè)務(wù)。

光纜路由主要通過京珠高速、市內(nèi)租用光纖，采用2芯光纖形成環(huán)網(wǎng)，提供100G傳輸通道。

3.2.2 骨干通信網(wǎng)鏈路保護(hù)

（1）西北環(huán)、西南環(huán)、東環(huán)業(yè)務(wù)保護(hù)

主、備用收費(fèi)業(yè)務(wù)在各自歸屬環(huán)網(wǎng)內(nèi)按照正、反方向以無保護(hù)鏈的方式進(jìn)行承載，在西北環(huán)和西環(huán)的襄樊西及當(dāng)陽西交叉節(jié)點(diǎn)再以O(shè)DUk SNCP保護(hù)方式構(gòu)建主、備業(yè)務(wù)路由，這種方式可以預(yù)防西北環(huán)和西環(huán)同時(shí)斷纖時(shí)導(dǎo)致的業(yè)務(wù)中斷故障。

主、備視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)在本站點(diǎn)以O(shè)DUk SNCP保護(hù)方式構(gòu)建主、備業(yè)務(wù)路由，在西北環(huán)和西環(huán)的襄樊西交叉節(jié)點(diǎn)通過業(yè)務(wù)電交叉的方式穿通到隨州站點(diǎn)，在西北環(huán)和西環(huán)的當(dāng)陽西（玉泉）交叉節(jié)點(diǎn)通過業(yè)務(wù)電交叉的方式穿通到猇亭站點(diǎn)，從邏輯上構(gòu)成一個(gè)大的ODUk SNCP保護(hù)環(huán)。

SDH設(shè)備接入業(yè)務(wù)為點(diǎn)對點(diǎn)業(yè)務(wù)，骨干OTN傳輸網(wǎng)提供點(diǎn)對點(diǎn)的業(yè)務(wù)通道，SDH業(yè)務(wù)的保護(hù)由SDH設(shè)備構(gòu)建的邏輯環(huán)網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)。

（2）西環(huán)、中心環(huán)業(yè)務(wù)保護(hù)

西北環(huán)的主用業(yè)務(wù)在襄樊西配置業(yè)務(wù)的ODUk SNCP相交環(huán)保護(hù)方式，在當(dāng)陽西配置業(yè)務(wù)穿通透傳。西北環(huán)的備用業(yè)務(wù)在當(dāng)陽西配置業(yè)務(wù)的ODUk SNCP相交環(huán)保護(hù)方式，而在襄樊西配置業(yè)務(wù)穿通透傳。這種配置方式可以預(yù)防襄樊西或當(dāng)陽西某一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備失效的情況下導(dǎo)致西北環(huán)業(yè)務(wù)中斷的故障。

主、備收費(fèi)及視頻業(yè)務(wù)在本站點(diǎn)以O(shè)DUk SNCP保護(hù)方式構(gòu)建主、備業(yè)務(wù)路由，從邏輯上構(gòu)成一個(gè)大的ODUk SNCP保護(hù)環(huán)。

SDH設(shè)備接入業(yè)務(wù)為點(diǎn)對點(diǎn)業(yè)務(wù)，骨干OTN傳輸網(wǎng)提供點(diǎn)對點(diǎn)的業(yè)務(wù)通道，SDH業(yè)務(wù)的保護(hù)由SDH設(shè)備構(gòu)建的邏輯環(huán)網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)。

3.2.3 骨干通信網(wǎng)數(shù)據(jù)接入

湖北省為實(shí)現(xiàn)高速公路未來多種類業(yè)務(wù)類型的接入，各OADM站點(diǎn)配置4套千兆匯聚交換機(jī)，分別為收費(fèi)業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)、路政業(yè)務(wù)、應(yīng)急指揮業(yè)務(wù)的接入做匯聚功能。

同時(shí)將原有SDH干線傳輸系統(tǒng)調(diào)整為OTN的數(shù)據(jù)接入。利用節(jié)點(diǎn)通信站處SDH原有光接口板與OTN干線傳輸系統(tǒng)對接，將原有SDH傳輸?shù)臄?shù)據(jù)業(yè)務(wù)用OTN干線傳輸進(jìn)行承載。

4 OTN在通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用效果

以O(shè)TN技術(shù)在湖北省的高速公路通信網(wǎng)絡(luò)中的使用為實(shí)例分析，根據(jù)該技術(shù)的特點(diǎn)在當(dāng)?shù)氐墓歉筛咚俟仿范畏秶鷥?nèi)的多個(gè)核心站點(diǎn)建立多光路匯聚點(diǎn)，并通過常規(guī)情況下該設(shè)施的輸送長度展開多個(gè)節(jié)點(diǎn)的光纜長度設(shè)計(jì)，其中用80公里做標(biāo)注，面向相同的節(jié)點(diǎn)中過長的問題建立中繼設(shè)備。在通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)際構(gòu)建中，圍繞城市的高速公路做中心環(huán)網(wǎng)，4個(gè)匯聚環(huán)，3個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)。同時(shí)將原有SDH干線傳輸系統(tǒng)調(diào)整為OTN的數(shù)據(jù)接入。利用節(jié)點(diǎn)通信站處SDH原有光接口板與OTN干線傳輸系統(tǒng)對接，將原有SDH傳輸?shù)臄?shù)據(jù)業(yè)務(wù)用OTN干線傳輸進(jìn)行承載。每個(gè)分中心提供2路收費(fèi)業(yè)務(wù)通道（2*GE接口）、視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)通道（2*GE接口）、SDH設(shè)備接入業(yè)務(wù)通道（STM-16接口，接口數(shù)量根據(jù)光方向數(shù)確定）。根據(jù)各個(gè)環(huán)網(wǎng)的站點(diǎn)數(shù)量及業(yè)務(wù)數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，西北環(huán)、西南環(huán)、東環(huán)等各需要5*10G帶寬，其中2*10G承載收費(fèi)業(yè)務(wù)，2*10G承載視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)，1*10G承載SDH設(shè)備接入業(yè)務(wù)和其他臨時(shí)業(yè)務(wù)。

西環(huán)和中心環(huán)除承載自身業(yè)務(wù)外，西環(huán)還需要承載西北環(huán)、西南環(huán)的過路業(yè)務(wù)，中心環(huán)還需要承載東環(huán)的過路業(yè)務(wù)。基于總體業(yè)務(wù)帶寬及波道資源利用的考慮，西環(huán)和中心環(huán)各自規(guī)劃2*100G帶寬，其中1*100G承載收費(fèi)業(yè)務(wù)，1*100G承載視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)，SDH設(shè)備接入業(yè)務(wù)和其他臨時(shí)業(yè)務(wù)在1*100G視頻監(jiān)控通道中進(jìn)行獨(dú)立承載。

骨干環(huán)分別承載西環(huán)2*100G業(yè)務(wù)+中心環(huán)2*100G業(yè)務(wù)+武漢西、數(shù)據(jù)中心以及交通廳骨干節(jié)點(diǎn)之間的2*100G業(yè)務(wù)，本次骨干環(huán)的總帶寬規(guī)劃為6*100G帶寬。

湖北省此次應(yīng)用OTN技術(shù)的骨干通信網(wǎng)絡(luò)能滿足全國高速公路取消省界收費(fèi)站對通信傳輸提出的需求，針對不同應(yīng)用層面對收費(fèi)數(shù)據(jù)、圖像、管理業(yè)務(wù)在傳輸質(zhì)量、速度、可靠性等方面的不同需求，建設(shè)先進(jìn)的通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，為高速公路實(shí)現(xiàn)客貨車自由流及現(xiàn)代化管理提供信息傳輸平臺。

5 結(jié)束語

應(yīng)用于高速公路通信網(wǎng)絡(luò)中的OTN技術(shù)在保持了本身的顯著特征之外，兼?zhèn)淞艘酝腟DH所具有的平穩(wěn)運(yùn)行與安全處理的優(yōu)點(diǎn)，以及WDH具備的輸送內(nèi)容容量巨大化等特點(diǎn)，在完成靈活處理工作的基礎(chǔ)上最大程度地實(shí)現(xiàn)其控制性能。OTN技術(shù)的應(yīng)用在高速通信網(wǎng)絡(luò)中比較廣泛，當(dāng)進(jìn)行長距離輸送數(shù)據(jù)或者其他情況時(shí)其特有的可實(shí)施價(jià)值可以最大程度上服務(wù)于高速公路的建設(shè)，該技術(shù)的應(yīng)用將成為高速公路通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展強(qiáng)大的必然趨勢。OTN技術(shù)主要的特點(diǎn)就是可以極大程度上增強(qiáng)現(xiàn)有信息的輸送帶寬與輸送效率等，同時(shí)提升網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)性，保障其安全運(yùn)行，這種技術(shù)優(yōu)勢勢必會對交通信息化的進(jìn)步作出重要的貢獻(xiàn)。