OTN網絡技術對廣州市軌道交通十號線傳輸系統的適應性及應用

董 帥

（中鐵通信信號勘測設計院有限公司，北京 100036）

1 工程概況

廣州市城市軌道交通十號線與現三號線支線拆解后貫通運營，連接天河客運站和西塱區域樞紐。其中，十號線新建段始于石牌橋站，終止于西塱站，該段總長約19.5 km，沿線共設置14座車站，統一按照地下站的形式建設。

2 OTN網絡技術在傳輸系統中的應用概述

2.1 信息傳輸功能

本期項目工程各節點配置的華為OptiXOSN1800V分 組 增 強 型 光 傳 送 網（Optical Transport Network，OTN）設備充分保留了MSTP技術所具備的各項優勢，適用范圍較廣，能夠實現與傳統基于SDH的多業務傳送平臺（Multi-Service Transfer Platform，MSTP）的有效兼容。同時為了順應今后網絡以數據業務為主的趨勢，需要實現多種業務尤其是以太網業務的優化傳送。通過光網絡領域主流技術的配套應用，提升了業務適配處理能力，提高了系統的可管理性、可靠性以及可維護性。

2.2 系統自愈保護功能

光線環路具有雙環路功能，優勢在于穩定性得以提升。例如，當主用環路存在故障時可及時感應實際狀況，自動切換至備用環路，全程不會由于某處故障的出現而發生傳輸網絡中斷的現象。在主、備用光纖環路的線路日常運行中，若某點有故障，此時分布在兩端的網絡設備可以及時做出響應。即便某處發生故障，也不會對其他節點設備的運行造成影響。

傳輸系統應用到多項先進的技術，例如光纖自愈保護技術，其突出優勢在于能夠提供自愈保護倒換功能。采用上下行光纜中的各兩纖構成雙纖自愈環網結構，支持復用段共享保護環、SNCP、ODUkSNCP、MRPS或其他類似的光纖自愈保護方式，并保證單環網業務有效承載能力不小于100 Gb/s。

2.3 分組功能

本項目采用面向連接的分組轉發技術，各以太網業務間支持物理隔離，提升系統安全性。分組傳送路徑面向連接，可由網管結合實際情況靈活配置。傳輸系統的保護功能突出，實施的是網絡保護機制，可靈活觸發分組傳送路徑的保護倒換。

2.4 勤務功能

項目采用華為OSN1800V傳輸系統。在全線配置AUX輔助接口板和勤務通信電話，在各站點間構建通話通道，增強彼此間的聯系。在日常的調試工作中，根據需要單呼、組呼或全呼各站。勤務電話采用普通的音頻二線用戶接口。

2.5 擴容與組網功能

各業務均有其獨特的傳送特點，考慮到此情況，在OSN1 800 V設備的配置中針對業務交換功能進行升級，提升功能的多樣性，為使用者提供豐富的功能，例如傳送SDH/分組/OTN業務。

隨著地鐵業務的發展，網絡帶寬需求增加，在日常的運行中需同時傳送多類業務。為此，采用統一線路單板解決方案，其能夠實現大顆粒和小顆粒業務的綜合，進而以混合方式高效完成傳送作業。

3 OTN網絡技術在廣州軌道交通十號線傳輸系統的實際應用

典型地鐵系統由一條或多條線、一個控制中心以及一個或多個車輛段組成，每條線大約10～20 km，沿線建設車站數量通常為10～20個。通信發生的場景不盡相同，其中絕大部分集中在車站/車輛段和控制中心。利用開放創新網絡（Open Invention Network，OIN）可以將這些系統的傳輸統一在一個綜合的系統中[1]。光纖具備抗惡劣環境的能力，同時得益于OTN網絡技術的高服務性、高可靠性、高可用性以及靈活的組網能力[2-4]，OTN網被有效應用于地鐵系統。

3.1 MS-OTN傳輸系統技術優勢

本期工程采用華為新一代MS-OTN設備OSN1 800 V產品進行組網，MS-OTN通過G.872、G.709、G.798、YD/T2484-2013等一系列建議和標準所規范的新一代“數字傳送體系”和“光傳送體系”。相對于傳統MSTP，MS-OTN在系統組網上具備大帶寬優勢，能夠滿足廣州“智慧地鐵”業務未來云化需求，同時解決了傳統OTN不支持SDH/PDH業務、不支持分組以太業務的問題[5-8]。相比于以往的方式，MS-OTN能夠實現多業務混合傳送和匯聚[9-10]。

3.2 傳輸系統構成方案概述

本期工程華為結合MS-OTN傳輸系統設備特點，按照至少100 Gb/s的傳輸速率組織配置工作，在上、下行隧道光纜中設管線隔站，可以實現對傳輸網絡中各節點設備的有效連接。相干傳輸方案采用了ePDM+QPSK調制、FEC等技術，在多重技術的協同作用下，整體工作環境良好且不需要配套色散補償模塊。本工程在十號線19座車站、1座車輛段（廣鋼新城車輛段）、1座控制中心（大石控制中心）分別設置1套傳輸設備華為100Gb/sMS-OTN、光傳送網設備OptixOSN1800V，利用隧道兩側所敷設光纜中的光纖組成3個100 Gb/s的MS-OTN環形網絡。

本期廣州地鐵十號線傳輸系統構成組網方案如圖1所示。

圖1 廣州地鐵十號線專用通信傳輸子系統組網示意圖

3.3 MS-OTN系統設備級單元保護

OSN1800V設備的保護性能突出，具備設備級保護能力，對于主控、時鐘等多種類型的單元均實施1+1熱備保護的方式。

（1）電源保護。配套的元器件為兩塊PIU/APIU單板，以熱備份的方式供電。若某塊單板存在故障，可及時啟用另一塊，避免因電力供應層面的問題而影響系統的正常運行。

（2）主控交叉時鐘板1+1保護。通過背板總線的設置，將主用、備用交叉板連接至業務交叉槽位，從而實現對交叉業務的保護。

（3）風扇保護。共配套4個風扇，彼此獨立，以滿足設備散熱需求。即便某風扇存在故障，也不會對其他風扇造成不良影響。

3.4 配置物理層時鐘

（1）GE接入方式。基于物理層時鐘實現GE接入方式的頻率同步，以達到BITS（后臺智能傳送服務）和NodeB（WCDMA網絡中的基站）頻率同步的效果。該網絡中在BITS側，BITS將外時鐘信號注入其他設備中。OTN網絡中的設備從其他設備中接入頻率信號（借助GE業務實現），并傳遞給NodeB實現頻率同步。本示例為環網，啟動的是擴展SSM協議。

（2）2M時鐘的頻率同步。通過物理層時鐘傳送組網的應用，達到BITS和NodeB頻率同步的效果。從網絡的層次化組成來看，包含匯聚層和接入層兩部分。OTN網絡的設備從主備BITS中接入頻率信號，在此基礎上實現向NodeB的傳遞，進而達到頻率同步的效果。

3.5 系統故障和自修復

各類形式的傳輸系統均有發生故障的可能，且成因錯綜復雜，例如在光收發機異常、光纜斷開時均會導致系統出現故障。OIN網采用的是雙環結構，其配套的是呈并行關系的光纖，同時得益于控制算法的全面性（分別在各節點機上均有配套），可提供自修復功能。若存在故障，可以發揮光纖傳輸路徑的重構能力，以維持系統的正常運行狀態。針對入射光的損失，節點可在短時間內高效檢測故障，將輸入光纖的數據回送至其他環，由輸出光纖產生新邏輯環。這種機制保證了所有的節點切換到另一個環上，或同時決定其中的兩個節點回環（Loopback）。每個節點機僅根據自身的輸入狀態和從其他節點接收的信息決定是否重構。

圖2顯示了OIN在各種故障狀態下的自修復能力，圖中的粗線表示主環或正在工作的環，細線表示備用環或次環，粗折線表示不工作的網絡段。

如圖2（a）說明了當主環的光纖斷開時，OIN網的傳輸自動切換到次環上，從而確保系統可維持正常運行狀態。圖2（b）表明，若受到某些因素的影響而導致光纜斷開時，其周邊的兩個節點將及時應對，將輸出光纖的信息回送至同一節點在另一環的輸入光纖，在此操作機制下可產生回環，以保證系統的穩定性。此外，該部分故障將被有效隔離，系統的功能可以正常發揮，系統的可用性、可靠性均得到有效的保障。對于圖2（c），其反映的是節點機存在故障時（如光端機故障），系統如何隔離該故障節點同時建立可靠的回環，通過此方式來保證系統的運行穩定性。現代通信傳輸系統不僅用于傳統的語音、數據通信，而且也被廣泛地用來作為各種工業和交通控制系統形成的專用控制網絡的主干傳輸網。基于此，要求傳輸主干網絡具有高服務性、高可靠性和高可用性，以便保證在其上形成的控制網絡能夠安全可靠的運行。

圖2 網絡故障及重組

4 結 論

在超帶寬發展趨勢下，城域傳送網技術的發展極具重要性。在其技術體系中，OTN技術屬于一項極具重要性的技術，未來需進一步提高OTN技術的應用水平，以此來促進優質網絡平臺的建設。