黃河下游光纖通信技術及布局研究

蔡捷 袁衛寧

摘 要：光纖通信是以光波作為信息載體、光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。本文闡述了在黃河下游采用沿黃光纖環網的組網方式，組建黃河沿河兩岸基層單位及信息采集點的黃河信息高速公路，實現重要信息互聯與傳輸的光纖化，關鍵工程管理的可視化。

關鍵詞：黃河下游;光纖通信;信息高速公路

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）17-0014-03

Abstract： Optical fiber communication is a kind of communication mode which takes light wave as information carrier and optical fiber as transmission medium. This paper elaborated on the construction of the Yellow River Information Superhighway along both banks of the Yellow River and the information gathering points by means of the optical fiber ring network along the Yellow River in the lower reaches of the Yellow River， so as to realize the optical interconnection and transmission of important information and visualization of key project management.

Keywords： Lower Yellow River;optical fiber communication;Information Superhighway

1 黃河下游建設光纖通信網的必要性和重要性

河南省鄭州市桃花峪以下的黃河河段為黃河下游，河道長度約800km，流域面積約2.3萬km2，占全流域面積的3%。黃河下游在華北平原形成高聳的“懸河”，從古至今一直是中華民族的心腹之患，威脅著25萬km2地區內的人民生命和財產安全。黃河下游約800km河道，共有各類堤防工程長度約2 000km，險工、控導護灘、防護壩等工程500多處，壩、垛和護岸上萬道，引黃和分泄洪涵閘100多座，全靠長1 340km的人工大堤為屏障，約束黃河免于改道。南北大堤也成了南北河流的分水嶺，堤北為海河水系，堤南為淮河水系。

1.1 黃河下游建設光纖通信網的必要性

黃河下游河南省、山東省的基層單位和信息系統采集點大多分布在黃河兩岸及灘區，點多、面廣、人少、分散偏僻、遠離行政自然村，并且大都處在行政區域邊緣，對公網運營商來說，移動、聯通、電信均有盲區。黃河下游屬于“地上懸河”，橫貫河南省、山東省重要大中型政治、經濟城市群，一旦發生洪水，黃河下游將面臨著極大的防洪搶險壓力，稍有疏忽，將可能造成不可估量的損失。在面臨防洪搶險等應急突發事件時，指揮調度及決策會商信息的及時上傳下達，對避免或減少人民生命財產損失起著非常關鍵的作用。

1.2 黃河下游建設光纖通信網的重要性

目前，信息化是當今世界經濟和社會發展的大趨勢，也是我國實現工業化、現代化的關鍵環節。水利信息化是國家以信息化改造和提升傳統產業思路在水利行業的具體體現，是帶動水利現代化的重要措施之一。治黃信息化建設，必須跟上國家信息化發展的步伐，既要充分考慮治黃事業對通信傳輸安全性、可靠性的特殊要求，又要充分和合理利用公網資源，加強光纖通信建設，從而推進工程運行管理、業務管理和政務管理的信息化，保障水利工程的安全運行。因此，光纖通信、“TD-LTE”數字移動通信系統建設成為解決黃河下游通信問題的必然選擇。

2 黃河下游沿黃河堤防光纖通信環網的布局設計

對于黃河下游的光纖通信，組建黃河沿河兩岸基層單位及信息采集點的黃河信息高速公路，在黃河下游沁河口至黃河入海口采用沿黃河光纖環網的組網方式，沿河構建4個10G的主干層光纖環網、30個2.5G區段接入層以及支線接入層，連接大堤兩岸的基層單位和信息采集點，為沿河基層河務段、涵閘以及信息采集點等提供滿足治黃信息化建設需求的寬帶接入。沿河構建的光纖環網連接近1 500個光纜通信站點，能滿足黃河下游沁河口-入海口沿河約1 500個基層單位和信息采集點的寬帶通信接入。在大堤兩岸沿河鋪設光纜近7 000km，其中主干光纜1 600km，區段光纜2 200km，支線接入光纜3 000km。這能滿足黃河下游沿河近600個基層單位和近1 000個信息采集站點的寬帶通信接入，實現十、百、千的帶寬的接入目標（基層單位10～20M，縣到市到省100M，省局至黃委1 000M），將有效解決黃河下游基層單位防洪工程通信傳輸問題，同時滿足新時期搶險應急指揮、水文信息采集，以及基層單位對防洪工程運行管理、防汛管理職責履行時對黃河通信的需求[1]。

2.1 建設黃河下游沿河光纖環網的目標

在整合和利用現有黃河防汛通信網絡資源的基礎上，本著“公專結合、優勢互補”的原則，采用光纖傳輸技術，發展黃河通信高速公路，發展目標是建成一個安全可靠、滿足需求、覆蓋黃河下游沁河口-入海口沿河兩岸基層單位及信息采集點的黃河信息高速公路，解決下游沿線約1 500個基層單位和信息采集點的寬帶信息傳輸問題，實現重要信息互聯與傳輸的光纖化，關鍵工程管理的可視化。通信傳輸帶寬目標為十-百-千的接入標準，即為基層單位提供10～20M的信息接入能力，縣到市到省提供100M的信息接入能力，省局至黃委提供1 000M的信息接入能力，全面提高黃河通信網絡對治黃事業各項工作的通信保障能力、服務水平及信息傳輸安全。

2.2 黃河下游沿河通信網與光纖環網的布局

根據各項應用業務的通信需求及光傳輸技術的設計規范，黃河下游沿河通信網與光纖環網的布局可分為兩個層面，即主干傳輸層和信息綜合接入層（主要包含沿河區段接入和支線接入），沿黃河大堤兩岸采用光纜方式滿足沿河基層單位及信息采集點的接入需求。黃河下游沿河通信網與光纖環網的布局如圖1所示。

第一，沿河主干傳輸層采用10G傳輸設備組網。可在沿河大堤上組建4個10G光纖環，主干光纖環路上連接30個基層單位，設置有33個光纖骨干節點，實現跨河光纜的連接和區段接入層的光纖環就近接入主干傳輸層，并通過多處跨河橋梁架設光纜連接黃河南北兩岸光纖主干網，形成多個8字光纖環網，提高黃河下游光纖寬帶網運行的安全性和可靠性。

第二，沿河區段接入層負責將沿河基層管理單位接入主干傳輸層，區段光纖環網接入層采用2.5G傳輸設備組成30個光纖自愈環，環路上連接沿河200多個基層單位。

第三，支線接入層主要負責將沿河300多個基層管理單位和近1 000個信息采集站點接入沿河區段接入層，通過光纜，采用點對點的接入方式[2]。

2.3 通信節點的選擇原則

沿河主干傳輸層通信節點的選擇原則：具有一定規模的管理單位、微波站所在地或具有一定數量無線傳輸設備的樞紐站，交通便利、供電條件較好、傳輸距離適中的單位;對于相交節點，要選擇在橫跨黃河大橋附近，便于跨河光纜的連接。總之，主干傳輸層通信節點的選擇應具有運行可靠、便于管理、維護方便等特點。沿河區段接入層通信節點的選擇原則：沿河管理單位、水文站、閘管所、搶險隊以及重要的閘門，通信傳輸距離分配合理。支線接入層通信節點的選擇原則：灘區內的基層管理單位和閘門，易于光纜敷設，安全可靠便于維護的地點。

根據需求進行分析，考慮到沿河主干傳輸層的帶寬需求約6.9Gb/s，主干光纖環網電路保護需要不斷提高，加之各類自動化系統對通信傳輸的可靠性、傳輸速率和傳輸帶寬要求越來越高，部分沿河兩岸大堤的區段接入數據也要匯入主干通道傳輸，推薦主干傳輸層采用容量為10Gb/s的光通信傳輸系統。考慮到沿河區段接入層帶寬需求約1.7Gb/s，推薦其采用通信容量為2.5Gb/s的光通信傳輸系統，自愈環采用復用段共享保護環（MS-SPRing）和二纖通道保護方式;通信設備重要的插板如交叉單元板、電源單元板及時鐘單元板，均按照冗余方式配置，設備支路板卡采用“1∶N”保護方式;物理路由保護采用不同物理路由的光纜形成物理光環路。

光纜線路路由應選擇地質穩固、地形平坦、高差較小、土質較好、石方量較小、不易塌陷和沖刷的地段，避開可能因自然或人為因素造成危害的地段;路由選擇應充分考慮線路穩固、運行安全、施工及維護方便及投資經濟的原則。根據黃河下游兩岸的地理環境以及通信站點的分布情況，主干傳輸層和區段接入層的光纜線路路由選擇在沿黃河下游兩岸的標準化堤防上，敷設位置為標準化堤防背河的路肩上。支線接入層光纜線路路由選擇沿黃河灘區內的鄉村道路進行光纜敷設，減少因線路施工對耕地、林木等的影響，避免不必要的工程投資。為保證光傳輸系統的安全性和可靠性，干線光纜環和區段光纜環可以采用同纜不同纖的方式，以充分利用光纖資源，節約投資資金。

2.4 光纜敷設方式的選擇

由于選擇光纜線路路由的不同，光纜敷設方式也有所區別。光纖環網中主干傳輸層和區段接入層的光纜采用管道敷設方式和直埋敷設方式，充分利用黃河下游沿河兩岸現有的資源。其中，管道敷設方式主要用于光纜經過的閘門和過路口地段。綜合考慮后，暫估3/4為直埋敷設方式，1/4為管道敷設方式。支線接入層的光纜，主要途經黃河灘區，易采用直埋或架空的敷設方式。這主要是因為黃河灘區地處偏僻，人們生產活動較少，對光纜工程建設及今后的運行維護影響較小。

2.5 系統傳輸設備配置

該系統的傳輸設備主要為三種，即沿河主干傳輸層中的10G節點設備，沿河區段接入層中的2.5G節點設備及支線接入層中的ONU設備。其中，10G節點設備又分為交叉點設備和非交叉點設備，交叉點設備主要用于跨河光纜的設備連接。2.5G節點設備分為OLT設備和非OLT設備，OLT設備用于連接支線中的ONU設備。通信電源是保障黃河光纖環網長期可靠運行的必備設施，根據各站通信設備負荷進行配置，整流模塊采用N+1冗余方式配置，蓄電池組采用1+1配置。沿河主干傳輸層站點配置300AH以上容量，每只為2V的蓄電池組;沿河區段接入層站點配置200AH以上容量，每只為2V的蓄電池組;支線接入層站點配置100AH容量，每只為12V的蓄電池組，各站均配置開關電源設備各一套。

3 結語

黃河安危，事關大局。建立從桃花峪到黃河入海口的黃河南北兩岸的主干光纖和部分沿河區段業務接入層及支線接入層，實現了黃河下游大堤沿線管理機構的寬帶通信網絡傳輸。近期，水利部黨組作出了“水利工程補短板，水利行業強監管”的決策部署。這就迫切需要黃委會加強信息化建設，即加強通信傳輸網絡建設，打破治黃信息化的發展瓶頸，為治黃事業提供最基本的通信信息化基礎保障，為實現中央提出的“以水利信息化帶動水利現代化”的戰略目標奠定基礎。總之，隨著光通信技術的快速發展，光纖通信也將具有更廣闊的發展前景和發展潛力。

參考文獻：

[1]陳基業.通信系統中光纖技術的特點及其發展分析[J].廣東科技，2011（8）：26-27.

[2]李彬，趙靜娟.現代光纖通信傳輸技術的應用探討[J].通信技術，2013（3）：14-15，18.