淺析OTN技術(shù)與電力通信

賴 群

（廣東電網(wǎng)公司云浮供電局，廣東 云浮527300）

0 引言

目前電網(wǎng)公司正在向著建設(shè)“數(shù)字化電網(wǎng)，信息化企業(yè)”的目標(biāo)而努力，與此同時(shí)，對(duì)于電力生產(chǎn)，傳送網(wǎng)的帶寬要求越來越高，以往64 k、2 M的業(yè)務(wù)需求將逐漸轉(zhuǎn)變成GE、10 GE等高帶寬的IP業(yè)務(wù)需求，另外信息業(yè)務(wù)的帶寬需求也將迅速增長，電力傳送網(wǎng)上承載的IP業(yè)務(wù)會(huì)越來越多，因此需要一種適合承載IP業(yè)務(wù)的技術(shù)來構(gòu)建下一代骨干傳送網(wǎng)。

1 電力傳送技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

1.1 電力通信需求分析

目前通信的主要業(yè)務(wù)包括語音、視頻、數(shù)據(jù)等，主要有2 W/4 W、V.35、E1、10 M/100 M、GE等接口，電力通信要求系統(tǒng)可靠性高、業(yè)務(wù)安全性好、網(wǎng)絡(luò)生存性強(qiáng)。隨著綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的建設(shè)，各類業(yè)務(wù)IP化的趨勢(shì)越來越明顯，并且對(duì)于自動(dòng)化、保護(hù)、穩(wěn)控等安全生產(chǎn)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)要能提供1+1的保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)要具備強(qiáng)大的組網(wǎng)能力與穩(wěn)健性，能快速調(diào)度和開通業(yè)務(wù)能力，迅速提供應(yīng)急的電路調(diào)度，要具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)管理能力[1]。未來電力通信的要求如下：

①適應(yīng)IP化：采用主流的OTN技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)構(gòu)建新的綜合平面。

②網(wǎng)絡(luò)高生存性：節(jié)點(diǎn)設(shè)備應(yīng)具有網(wǎng)狀網(wǎng)的組網(wǎng)擴(kuò)展能力，能夠?qū)τ诓煌较虻碾娐愤M(jìn)行調(diào)度。

③網(wǎng)絡(luò)高可靠性：能夠?qū)Σ煌瑯I(yè)務(wù)等級(jí)提供不同的保護(hù)能力，對(duì)于生產(chǎn)調(diào)度信號(hào)，語音，重要的數(shù)據(jù)信息等業(yè)務(wù)提供1+1的保護(hù)，在有條件的情況下，提供多于2條路由的保護(hù)或恢復(fù)。

④對(duì)于一般數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供1：N的恢復(fù)。

⑤網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)管理能力：子波長業(yè)務(wù)的類SDH管理。

1.2 電力傳送網(wǎng)的技術(shù)選擇

隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電力傳送網(wǎng)不僅要服務(wù)于生產(chǎn)的調(diào)度和指揮，也要服務(wù)于辦公自動(dòng)化、信息互動(dòng)化，從而可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程監(jiān)控等有關(guān)增值業(yè)務(wù)。電力傳送網(wǎng)建設(shè)中比較關(guān)注的問題應(yīng)該是如何能夠適應(yīng)ALL-IP的發(fā)展趨勢(shì)，如何能夠高效地承載高帶寬的IP業(yè)務(wù)，如何降低網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)維成本，同時(shí)還能提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。目前電力傳送網(wǎng)主要使用的是SDH技術(shù)和WDM技術(shù)，它們存在一定的局限性。SDH技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)在于它具有靈活地調(diào)度、管理、保護(hù)電層業(yè)務(wù)的能力，它具有完善的OAM功能。但另一方面， SDH技術(shù)中基本的調(diào)度顆粒是VC-4，所以它的容量增長有限，無能夠滿足高速帶寬業(yè)務(wù)的需求。而WDM技術(shù)主要對(duì)業(yè)務(wù)的光層進(jìn)行處理，因其采用多波復(fù)用的特點(diǎn)，所以它能夠極大地提高傳輸?shù)乃俾屎腿萘俊？墒牵F(xiàn)在的 WDM技術(shù)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理手段并不能令人滿意，雖然多維度可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM，Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）[2]能夠?qū)崿F(xiàn)和SDH技術(shù)中的調(diào)度和保護(hù)相類似的功能，可是因?yàn)樵诓ㄩL上以及在物理上受到限制，很難在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中得到大面積的應(yīng)用，同時(shí)其調(diào)度顆粒度比較單一，靈活性也比較差，不同廠家設(shè)備不能互通。

綜合上述情況，SDH技術(shù)和WDM技術(shù)已經(jīng)不能滿足智能電網(wǎng)對(duì)電力傳送網(wǎng)的需求，電力傳送網(wǎng)需要一種具備SDH和WDM技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)，適合在電力中應(yīng)用的性能優(yōu)良的傳輸技術(shù)。而光傳送網(wǎng)（OTN，Optical Transmission Network）就是一種適合在電力中應(yīng)用的性能優(yōu)良的傳輸技術(shù)。

2 OTN技術(shù)

2.1 OTN簡介

光傳送網(wǎng)以WDM技術(shù)為基礎(chǔ)，在光層進(jìn)行組網(wǎng)， OTN技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)由光層和電層組成，光、電層網(wǎng)絡(luò)都具備其各自的監(jiān)控、管理能力，并且其網(wǎng)絡(luò)生存性都比較好，OTN技術(shù)具備完善的OAM功能，具備良好的監(jiān)測(cè)故障的性能。將會(huì)成為下一代光傳送技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。從 OTN網(wǎng)絡(luò)分層的角度來看[3]，它可以劃分為3個(gè)層面：光傳送段層、光復(fù)用段層和光信道層。同時(shí)，光信道層又劃分成2個(gè)子層包括光信道數(shù)據(jù)單元（ODUk）和光信道傳送單元（OTUk），這一點(diǎn)和 SDH技術(shù)中的通道層和段層比較相似。從本質(zhì)上來看，可以將OTN技術(shù)看成是SDH技術(shù)和WDM技術(shù)的一種結(jié)合，它將WDM技術(shù)和SDH技術(shù)的各自優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了結(jié)合，并且對(duì)組網(wǎng)功能進(jìn)行了擴(kuò)展，更加適應(yīng)了業(yè)務(wù)的傳送需求。

2.2 OTN特點(diǎn)

OTN作為一種先進(jìn)的傳輸技術(shù)，具有很多優(yōu)點(diǎn)，具體如下[4]：

①它能夠提供大顆粒的業(yè)務(wù)調(diào)度。OTN電層具體的帶寬顆粒是由光通路數(shù)據(jù)單元（ODUk，其中k取值范圍為1、2、3）來描述的，ODU1代表2.5 Gbit/s的速率，ODU2代表10 Gbit/s的速率，ODU3則代表40 Gbit/s的速率。OTN技術(shù)因?yàn)槠浯箢w粒的業(yè)務(wù)調(diào)度能力，非常適合傳輸大容量、高帶寬的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

②它具有強(qiáng)大的OAM能力。OTN擁有良好的開銷管理能力，OTN在其光通路（OCh，Optical Channel）層的幀結(jié)構(gòu)中極大地增強(qiáng)了數(shù)字監(jiān)控的能力。同時(shí)采用OTN技術(shù)組網(wǎng)時(shí)，可以對(duì)采用端到端的方式的多個(gè)分段同時(shí)進(jìn)行性能監(jiān)測(cè)。

③它具有強(qiáng)大的組網(wǎng)能力。通過引入 ROADM、ODUk交叉和OTN幀結(jié)構(gòu)等技術(shù)和手段，OTN極大地提升了光傳輸網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)能力。

④OTN 的網(wǎng)絡(luò)具有多維 ROADM的支持。OTN技術(shù)能夠滿足在電層和光層組建多種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的需求，能夠大大提升網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率和容量，而且可以靈活組網(wǎng)，也容易對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，隨著傳輸業(yè)務(wù)需求的不斷發(fā)展， OTN能夠逐漸地根據(jù)實(shí)際需求提供Mesh組網(wǎng)的方式。

⑤OTN業(yè)務(wù)調(diào)度很靈活，維護(hù)便利。因?yàn)樗褂玫氖腔陔妼幼硬ㄩL、光波長的調(diào)度功能，所以可以靈活地調(diào)度不同站點(diǎn)之間的大顆粒的業(yè)務(wù)，另外，OTN具有ASON功能，其開銷很豐富，具備良好的OAM功能和故障監(jiān)測(cè)的性能。

⑥OTN網(wǎng)絡(luò)具有良好的保護(hù)能力和可靠性。OTN對(duì)于電層和光層的業(yè)務(wù)保護(hù)比較靈活。在 OTN網(wǎng)絡(luò)中，光層恢復(fù)和電層 SNCP保護(hù)能夠同時(shí)得以實(shí)現(xiàn)，和以往的通道級(jí)1+1 保護(hù)相比，可靠性更高了，另外，OTN能夠承受多點(diǎn)出現(xiàn)故障的考驗(yàn)，而且故障恢復(fù)的時(shí)間可以達(dá)到電信級(jí)別的要求。另外，由于前向糾錯(cuò)（FEC，F(xiàn)orward Error Correction）技術(shù)的使用，光層的傳輸距離得到了顯著的提高。

3 OTN設(shè)備簡介

3.1 OTN終端復(fù)用設(shè)備

OTN終端復(fù)用設(shè)備可以看成是一種特殊的WDM設(shè)備，特殊之處在于這種WDM 設(shè)備能夠支持OTN接口（包括支路接口和線接口）。OTN終端復(fù)用設(shè)備的結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 OTN終端復(fù)用設(shè)備的結(jié)構(gòu)模型

3.2 OTN 電交叉設(shè)備

和目前的SDH交叉設(shè)備比較相似，OTN的電交叉設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn) ODUk（k=1,2,3）層面的電交叉功能，從而使得OTN網(wǎng)絡(luò)具備靈活的電路調(diào)度及其保護(hù)的能力。OTN電交叉設(shè)備結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

3.3 OTN光電混合交叉設(shè)備

OTN電交叉設(shè)備能夠和 OCh 交叉設(shè)備相結(jié)合，從而既具備ODUk 電層調(diào)度能力，又具備OCh光層的調(diào)度能力。對(duì)于波長級(jí)別的業(yè)務(wù)，則會(huì)直接經(jīng) OCh交叉，對(duì)于其它級(jí)別的業(yè)務(wù)，則會(huì)經(jīng) ODUk 交叉。通過兩者之間優(yōu)勢(shì)的互補(bǔ)，彌補(bǔ)了各自的不足。OTN光電混合交叉設(shè)備就是這樣一種大容量的調(diào)度設(shè)備。OTN光電混合交叉調(diào)度設(shè)備的結(jié)構(gòu)模型如

圖3所示[3]。

圖2 OTN電交叉設(shè)備結(jié)構(gòu)模型

圖3 OTN光電混合交叉調(diào)度設(shè)備結(jié)構(gòu)模型

4 OTN在電力傳輸中的應(yīng)用

4.1 OTN電力通信骨干網(wǎng)要求

要能夠控制和管理電力通信網(wǎng)絡(luò)中所有站點(diǎn)的海量數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)必須具有良好的自恢復(fù)性。另外，該網(wǎng)絡(luò)必須非常靈活，可以適應(yīng)不斷變化的需求。同時(shí)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該簡單易裝并且容易管理和維護(hù)。

OTN是一個(gè)強(qiáng)大的一步復(fù)用網(wǎng)絡(luò)，它允許在一個(gè)基于可靠的光纖骨干網(wǎng)絡(luò)的電力網(wǎng)絡(luò)中，連接并使用任何電氣設(shè)備，它不需要價(jià)格高昂并且可能會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)性能的轉(zhuǎn)換設(shè)備，各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包括監(jiān)控建筑物、電話系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及高質(zhì)量視頻傳輸業(yè)務(wù)[5]，都能夠在 OTN網(wǎng)絡(luò)中得到透明的傳輸。根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，OTN可以選擇支持不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因?yàn)槠淞己玫目蓴U(kuò)展性、靈活便捷的配置等優(yōu)點(diǎn)，OTN將會(huì)在未來電力傳輸中得到廣泛應(yīng)用。

4.2 OTN技術(shù)測(cè)試

OTN技術(shù)需要在電力系統(tǒng)得到應(yīng)用就必須對(duì)OTN技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，通過這種測(cè)試來評(píng)估其應(yīng)用的合適性。對(duì)于OTN技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，需要關(guān)注另個(gè)方面，一方面要選擇合適的測(cè)試內(nèi)容；另一方面，要構(gòu)建有效的測(cè)試拓?fù)洹ａ槍?duì)第一點(diǎn)選用過下面的方式：通過網(wǎng)絡(luò)分析儀（測(cè)試設(shè)備）向 OTN設(shè)備發(fā)送OUT幀（這種幀結(jié)構(gòu)必須符合G.709規(guī)定的），在OUT幀中插入相關(guān)的TCM段開銷、SM開銷、PM開銷，然后通過OTU設(shè)備的網(wǎng)管，檢查OTU設(shè)備是否能夠正常收到從測(cè)試設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)分析儀）傳過來的開銷[6]。同時(shí)，利用網(wǎng)管將OTU中的TCM段開銷、SM開銷、PM開銷進(jìn)行修改，然后用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)鏈路進(jìn)行檢測(cè)，檢查接收到的幀結(jié)構(gòu)中有沒有正常的開銷存在。關(guān)于測(cè)試的拓?fù)溥x擇，可以從FEC增益測(cè)試、多業(yè)務(wù)測(cè)試兩個(gè)角度進(jìn)行。

4.3 組網(wǎng)和規(guī)劃

光傳送網(wǎng)先后經(jīng)歷了PDH、SDH、MSTP的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用階段，目前電力通信傳送網(wǎng)主要采用MSTP技術(shù)組網(wǎng)。傳送網(wǎng)絡(luò)的核心層引入OTN后，將會(huì)更進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大傳送通道的容量，并且經(jīng)過平滑地升級(jí)、加載ASON功能，傳送網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)將會(huì)更加靈活、穩(wěn)定和安全[7]。骨干層的業(yè)務(wù)也將從較小顆粒的業(yè)務(wù)發(fā)展成大顆粒的業(yè)務(wù)。電力傳送網(wǎng)中的骨干節(jié)點(diǎn)一般比較多，而且這些節(jié)點(diǎn)上面承載的大顆粒業(yè)務(wù)很多，通常選用Mesh結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)方式來提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。

下一代電力通信網(wǎng)的骨干層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將會(huì)由網(wǎng)公司、超高壓公司、省公司、直流換流站、500 kV及以上變電站等組成，骨干層的作用主要是對(duì)大顆粒業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)度，因?yàn)楣歉蓪拥倪@些業(yè)務(wù)速率高、帶寬大、級(jí)別高，所以適合采用OTN技術(shù)。核心層建議進(jìn)行Mesh組網(wǎng)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)調(diào)度靈活、光纖資源使用率高、光方向連接豐富的目的[8]。此外，OTN在組網(wǎng)和設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮現(xiàn)有的光纜資源，對(duì)主用路由選擇直達(dá)的方式，而對(duì)備用路由則通過一跳的轉(zhuǎn)接方式，要能保證主、備路由的獨(dú)立性。

5 結(jié)語

隨著智能電網(wǎng)的迅猛發(fā)展，對(duì)于傳送技術(shù)的要求也越來越高，今后電力通信的業(yè)務(wù)需求會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇箢w粒、大寬帶的IP業(yè)務(wù)，下一代光傳送網(wǎng)必將會(huì)成為電力通信網(wǎng)建設(shè)的優(yōu)先選擇，本文在詳細(xì)介紹OTN技術(shù)優(yōu)點(diǎn)、設(shè)備形態(tài)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)OTN技術(shù)在電力系統(tǒng)中的測(cè)試、組網(wǎng)和規(guī)劃等方面進(jìn)行分析，論述了OTN技術(shù)在電力通信技術(shù)中所具有的優(yōu)勢(shì)以及OTN技術(shù)在電力通信中得到應(yīng)用的可能性，論證了OTN技術(shù)將會(huì)在下一代電力傳送技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。

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