高速公路通信系統(tǒng)中OTN技術(shù)應(yīng)用

郭良山、龔平

（江西路通科技有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

在高速公路系統(tǒng)中，公路通信系統(tǒng)作為一個復(fù)雜結(jié)構(gòu)涉及的通信參數(shù)非常多。在公路通信系統(tǒng)構(gòu)建環(huán)節(jié)需要明確通信系統(tǒng)運(yùn)行要求，在掌握通信技術(shù)指標(biāo)基礎(chǔ)上發(fā)揮出通信功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)控。光傳送網(wǎng)技術(shù)（簡稱OTN 技術(shù)）具備通信效果強(qiáng)等諸多優(yōu)勢，將其應(yīng)用到高速公路通信系統(tǒng)中能夠提升系統(tǒng)的靈敏性，保證信息傳輸安全。

1 OTN 通信技術(shù)概述

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)承載性能隨著我國科技的迅猛發(fā)展也在不斷發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)某休d容量及業(yè)務(wù)傳輸速率要求也將越來越高，智能化較為滯后的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法滿足動態(tài)化IP 業(yè)務(wù)的容量及高傳輸速率需求，OTN 技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用對實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)起到有效的促進(jìn)作用。OTN 的概念在1998年被國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)分局正式提出，其旨在促進(jìn)通信子網(wǎng)內(nèi)完成透明光的傳輸方式，光傳輸網(wǎng)絡(luò)通過子網(wǎng)邊界O/E/O 的3R 再生技術(shù)的不斷補(bǔ)充得以完成。各大網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商也通過OTN 技術(shù)的完善不斷擴(kuò)張建設(shè)規(guī)模。在2009年中國聯(lián)通就對40GDWDM 和OTN 技術(shù)展開了深入研究，并將OTN 技術(shù)作為下一代的主要網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。我國的OTN 技術(shù)也在不斷進(jìn)步，中國移動公司在2011年建立了該技術(shù)的東北片區(qū)省際干線，并將OTN 作為省際傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的主要業(yè)務(wù)，隨后更是完成了OTN 商用傳輸系統(tǒng)的全國主要縱橫高速公路的覆蓋。通過OTN 節(jié)點(diǎn)機(jī)、單模光纖、用戶界面卡及網(wǎng)管中心4 個主要模塊構(gòu)成了OTN 通信系統(tǒng)，相關(guān)的界面卡種類有數(shù)十種可供選擇。具體種類選擇明細(xì)詳見表1。

表1 接入界面卡類型

現(xiàn)階段的高速公路通信網(wǎng)絡(luò)可以對以上多種形式的界面卡進(jìn)行接入操作，使傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的上下電路頻繁編解碼及層復(fù)用缺點(diǎn)得到顯著改善。

2 OTN 通信技術(shù)優(yōu)勢

2.1 網(wǎng)絡(luò)抗毀性能

OTN 技術(shù)應(yīng)對節(jié)點(diǎn)機(jī)故障中斷的處理能力十分出色，網(wǎng)絡(luò)重組功能與故障后恢復(fù)初始設(shè)定功能都能從多方面保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。該系統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)不會受到系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)終端、網(wǎng)絡(luò)及界面卡等內(nèi)容擴(kuò)充所影響，系統(tǒng)可以在50～120ms 的時間內(nèi)迅速啟動網(wǎng)絡(luò)重組功能。在雙環(huán)路光纖傳輸?shù)倪\(yùn)行環(huán)境中，系統(tǒng)也會對中斷故障的環(huán)路迅速進(jìn)行自動切換，使系統(tǒng)的運(yùn)行得到穩(wěn)定保障。該系統(tǒng)各類接口不需要其他編解碼的操作就能完成自動接入，并自動集成在指定的網(wǎng)絡(luò)上。另外，節(jié)點(diǎn)終端的電源供應(yīng)系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)主備系統(tǒng)的故障自動切換，進(jìn)一步保障整個通信系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。

2.2 高性價(jià)比

高速公路OTN 通信系統(tǒng)是集超高的傳輸性能與強(qiáng)大的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)接入能力為一體的綜合光纖通信系統(tǒng)，具備數(shù)據(jù)一體化、可視化等功能，屬于一種重要的數(shù)據(jù)集成處理措施，并且具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)升級簡便的巨大優(yōu)勢。在OTN 高速公路通信系統(tǒng)的應(yīng)用與實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，相比其他的通信技術(shù)其在相同的通信傳輸功能上運(yùn)營成本更低，能節(jié)約出大概5%的工程費(fèi)用，并且在后期的運(yùn)營維護(hù)上更具操作簡便性價(jià)比高的優(yōu)勢。

2.3 其余優(yōu)勢

高速公路OTN 通信技術(shù)具有后期長遠(yuǎn)發(fā)展的良好適應(yīng)性，在OTN 支線的分離及業(yè)務(wù)接口調(diào)整無太大影響，OTN 通信技術(shù)的帶寬達(dá)到36～2500Mbit/s，容量大且可靠性強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各節(jié)點(diǎn)機(jī)具有超強(qiáng)的自愈及復(fù)位功能，語音、圖像、廣播等綜合數(shù)據(jù)的集成與處理能力較強(qiáng)；通信協(xié)議種類全面，與外界輔助設(shè)備的通信無需專用解碼器進(jìn)行轉(zhuǎn)解碼操作，其特有的雙環(huán)自愈網(wǎng)絡(luò)布局對后期的維修維護(hù)便捷性提供了強(qiáng)大的支撐[1]。

3 OTN 通信技術(shù)的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)建設(shè)思路

全國高速公路信息通信網(wǎng)絡(luò)在不斷完善與普及，省際高速公路之間的信息交互傳輸業(yè)務(wù)也在不斷增多，加大了高速公路傳輸網(wǎng)的內(nèi)部信息管理難度與監(jiān)控信息傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)的工作量。省級高速公路的OTN通信網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)耗資巨大且時間線比較長的項(xiàng)目，在投資建設(shè)過程中需要根據(jù)區(qū)域內(nèi)的實(shí)際業(yè)務(wù)量和光纜資源配置情況進(jìn)行合理的全局規(guī)劃，并按規(guī)劃目標(biāo)逐步完成建設(shè)。所以，高速公路傳輸網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃必須具備科學(xué)全面的發(fā)展觀以及長遠(yuǎn)發(fā)展眼光的特點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)今的業(yè)務(wù)發(fā)展情況對未來5年的業(yè)務(wù)量做一個合理規(guī)劃，不斷完善與優(yōu)化OTN 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)OTN 技術(shù)在全國省際高速公路通信光傳輸網(wǎng)絡(luò)中的布局與應(yīng)用[2]。

省級高速公路通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)一般由3 個OTN骨干環(huán)網(wǎng)、4 個OTN 城域環(huán)網(wǎng)以及其他網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑cOTN 保護(hù)機(jī)制配合組成，具備安全系數(shù)高、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理迅速以及覆蓋面廣的特點(diǎn)。省級高速公路傳輸網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與建設(shè)根據(jù)省級高速公路的OTN 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方向進(jìn)行。對于信號的翻蓋范圍通常能夠達(dá)到幾千米。通過OTN 通信傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)，可以實(shí)現(xiàn)全省范圍內(nèi)各地級市的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)全面覆蓋。省級高速公路之間的業(yè)務(wù)電話、指令電話及緊急電話等語音業(yè)務(wù)方面的需求，可以通過高速公路的OTN 通信傳輸技術(shù)中的語音卡應(yīng)用與管理中心PBX進(jìn)行交互傳輸，實(shí)現(xiàn)各收費(fèi)點(diǎn)之間的語音業(yè)務(wù)傳輸；管理中心可以通過RS422/RS232 及NX64kbit/s 接口界面卡收集到的各種路況信息及其他車輛檢測識別信息和氣象信息的收集，對各收費(fèi)站完成實(shí)時監(jiān)控與突發(fā)狀況的調(diào)度作用；各收費(fèi)站的實(shí)際收費(fèi)信息可以通過OTN 通信系統(tǒng)中的100Mbits/s 以太網(wǎng)接口來實(shí)現(xiàn)相關(guān)的信息采集與傳輸管理工作；OTN 通信系統(tǒng)中的圖像處理界面卡功能可以實(shí)現(xiàn)對收費(fèi)廣場、匝道立交和收費(fèi)站等區(qū)域的實(shí)時監(jiān)控管理。收費(fèi)站系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。在系統(tǒng)構(gòu)建中結(jié)合公路設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，管理中心與分管收費(fèi)站設(shè)置了1～4 個節(jié)點(diǎn)，且各個節(jié)點(diǎn)均采用OTN 接入接口，集成高速公路的全部通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃管理。

對于OTN 通信系統(tǒng)來說，時分復(fù)用技術(shù)是重要的處理技術(shù)，該技術(shù)主要是由四芯單模光纖組合而成的，系統(tǒng)采用的光源包含兩種發(fā)光體，分別為1310nm發(fā)光體、1550nm 發(fā)光體；在節(jié)點(diǎn)機(jī)安裝的過程中，需要將其安裝到工業(yè)機(jī)柜當(dāng)中，同時節(jié)點(diǎn)機(jī)的適用距離要控制在110km 以內(nèi)。在通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)寬帶處理的過程中傳輸距離的參數(shù)要求比較高，一般來說傳輸?shù)乃俣刃枰_(dá)到526～1184M。如果后期需發(fā)展拓寬OTN 高速公路信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)范圍，則根據(jù)各路段的中心業(yè)務(wù)需求進(jìn)行帶寬的擴(kuò)張。根據(jù)省級高速公路網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃以及實(shí)際業(yè)務(wù)量需要，省級高速公路一般可預(yù)設(shè)200 個左右的路段中心，規(guī)劃多路段中心的遠(yuǎn)期自用帶寬必須達(dá)到1052～2368Mbps 的標(biāo)準(zhǔn)，綜合通信業(yè)務(wù)的信息處理匯聚型特征，要求高速公路通信網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)承載帶寬超過100Gbps 左右的水平，其他部分的匯聚環(huán)網(wǎng)的帶寬業(yè)務(wù)需求及網(wǎng)絡(luò)末端支鏈帶寬業(yè)務(wù)沒有這么高的要求，那么承載帶寬會相應(yīng)下降到10～40Gbps 的區(qū)間[3]。

3.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥x擇

在通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的環(huán)節(jié)，需要把全線通行基礎(chǔ)作為業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)，做好節(jié)點(diǎn)進(jìn)行拓?fù)溥x擇，結(jié)合高速公路的業(yè)務(wù)實(shí)際需求開展當(dāng)前及未來的網(wǎng)絡(luò)傳輸擴(kuò)容設(shè)計(jì)工作。星形、鏈形、樹形、環(huán)形是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的主要形式。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥罨A(chǔ)的拓?fù)湫问骄褪擎溞瓮負(fù)洌渫負(fù)湫问降慕Y(jié)構(gòu)比較簡單，通過1 條光纜對兩個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，若光纜出現(xiàn)中斷情況則對終端處以下的全部業(yè)務(wù)都有影響，對節(jié)點(diǎn)連接缺乏必要的保護(hù)，所以這種連接形式只適合重要性不強(qiáng)且信息處理業(yè)務(wù)較少的側(cè)業(yè)務(wù)的接入。星形拓?fù)溥B接的各節(jié)點(diǎn)能夠?qū)⑺行畔R集到中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互與處理，缺點(diǎn)是中心節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)被加重了，在信息處理的環(huán)節(jié)處于長時間高強(qiáng)度的工作環(huán)境，會給中心節(jié)點(diǎn)造成故障，故障會對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行造成阻礙。樹形拓?fù)涞姆植夹问綄收细綦x以及節(jié)點(diǎn)增加有一定的優(yōu)勢，但是根部光纜或設(shè)備故障的話也會對下續(xù)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳輸造成影響。環(huán)形拓?fù)鋭t將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行環(huán)狀連接設(shè)計(jì)，通信數(shù)據(jù)的傳輸不會受到某一端的故障而停止傳輸，由另一端繼續(xù)向相鄰節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)傳輸及數(shù)據(jù)交換功能，具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)能力，也是目前應(yīng)用最為廣泛的拓?fù)鋺?yīng)用形式。OTN 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问礁饔懈鞯奶攸c(diǎn)，在設(shè)計(jì)過程中會結(jié)合特定的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行具體應(yīng)用。鏈形拓?fù)潆m然安全系數(shù)最低，但是網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建簡單，建設(shè)起來比較容易，在應(yīng)用的過程中針對業(yè)務(wù)量要求不高的節(jié)點(diǎn)，采用該技術(shù)能夠滿足業(yè)務(wù)延伸以及SDH 環(huán)網(wǎng)構(gòu)建的要求，同時在高速公路全段與節(jié)點(diǎn)局域網(wǎng)建設(shè)中，樹形結(jié)構(gòu)還能給此類局域網(wǎng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中主要以環(huán)形網(wǎng)作為基礎(chǔ)，在配合鏈形網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

3.3 OTN 網(wǎng)管系統(tǒng)

對于OTN 網(wǎng)管系統(tǒng)而言，其具備自我診斷功能，系統(tǒng)運(yùn)行時會結(jié)合故障的具體情況發(fā)出相關(guān)的警示信息，并通過圖像信息的形式在維護(hù)終端商顯示故障明細(xì)，同時具備故障信息儲存及打印輸出功能。若光信號的變動幅度大于500nW 時，那么關(guān)系系統(tǒng)控制中心也會發(fā)出警示。管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫受到多重密碼的保護(hù)，維護(hù)和更改指令通過菜單模式和功能鍵模式進(jìn)行操作。接口板的插拔及數(shù)據(jù)變更與設(shè)定不會影響到高速公路通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行，各個接口板端口的信號運(yùn)行情況受網(wǎng)絡(luò)控制中心的實(shí)時監(jiān)控；管理中心節(jié)點(diǎn)也可以通過HOT-STANDBY 的運(yùn)行方式同時接入兩套系統(tǒng)。系統(tǒng)如出現(xiàn)中斷情況，網(wǎng)管設(shè)備則可實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間的無縫銜接以保障系統(tǒng)的運(yùn)行不受中斷。在光環(huán)網(wǎng)內(nèi)同步時鐘并設(shè)置好節(jié)點(diǎn)機(jī)的跟蹤順序，即使第一主節(jié)點(diǎn)機(jī)出現(xiàn)故障停機(jī)，第二主節(jié)點(diǎn)也會自動進(jìn)行同步跟蹤動作，各節(jié)點(diǎn)機(jī)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)也能第一時間在FlashROM 中進(jìn)行儲存。節(jié)點(diǎn)機(jī)的斷電重啟后可以不用再次導(dǎo)入數(shù)據(jù)，自行進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。另外，通信系統(tǒng)還能對網(wǎng)絡(luò)管理信息與高程管理系統(tǒng)進(jìn)行控制，能夠以儲存功能實(shí)現(xiàn)SNMP 模塊傳輸與存儲，促進(jìn)OTN 網(wǎng)管系統(tǒng)統(tǒng)一管理區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。

3.4 OTN 圖像傳輸及接入系統(tǒng)

OTN 的輸入及輸出界面卡都是采用統(tǒng)一格式的標(biāo)準(zhǔn)界面卡，系統(tǒng)應(yīng)用的壓縮編碼信號為通用的MJPEG 視頻信號，為了減少安裝視頻切換系統(tǒng)出現(xiàn)的不必要問題，可以通過鼠標(biāo)在系統(tǒng)中進(jìn)行圖像切換，并確保切換圖像的帶寬達(dá)到6～12Mbit/s。上述操作模式可以通過各網(wǎng)管進(jìn)行圖像的接入傳輸處理以及用戶圖像的修改調(diào)整工作，實(shí)現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的圖像管理工作靈活化與高效化，對系統(tǒng)維護(hù)工作的減負(fù)以及光纖芯數(shù)的資源優(yōu)化有著積極作用。該系統(tǒng)的特點(diǎn)包括：第一，帶寬切換預(yù)留，即用戶可以根據(jù)監(jiān)控需求對管理系統(tǒng)內(nèi)的多部攝像機(jī)圖像進(jìn)行靈活切換。第二，對電連接。在攝像機(jī)與監(jiān)視設(shè)備連接以后，需要對其進(jìn)行一對一配對。第三，多落點(diǎn)連接，即在保證帶寬不變的前提下完成單臺攝像機(jī)對多站點(diǎn)多臺監(jiān)視器的共享連接功能，使系統(tǒng)具有十分優(yōu)秀的圖像接入傳輸處理能力，充分滿足高速公路用戶對監(jiān)控圖像傳輸及數(shù)據(jù)管理多方位的應(yīng)用需求[4-5]。

4 結(jié)語

總的來說，OTN 技術(shù)在高速公路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用為高速公路拓展各種高新科技的通信業(yè)務(wù)帶來了強(qiáng)大的技術(shù)保障，促進(jìn)了高速公路在高新技術(shù)方面發(fā)展的進(jìn)度。從通信技術(shù)上推進(jìn)無人駕駛、5G 以及人工智能等技術(shù)在高速公路中的長遠(yuǎn)發(fā)展，為高速公路的服務(wù)質(zhì)量以及業(yè)務(wù)能力提高一個等級，并通過OTN通信技術(shù)系統(tǒng)加強(qiáng)高速公路可測、可控、可服務(wù)的技術(shù)水平，在將來推動高速公路的服務(wù)功能和提高管理水平起到重要作用。