OTN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對廣州市軌道交通十號線傳輸系統(tǒng)的適應(yīng)性及應(yīng)用

董 帥

（中鐵通信信號勘測設(shè)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(xiàn)三號線支線拆解后貫通運營，連接天河客運站和西塱區(qū)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(shè)置14座車站，統(tǒng)一按照地下站的形式建設(shè)。

2 OTN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用概述

2.1 信息傳輸功能

本期項目工程各節(jié)點配置的華為OptiXOSN1800V分 組 增 強 型 光 傳 送 網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）設(shè)備充分保留了MSTP技術(shù)所具備的各項優(yōu)勢，適用范圍較廣，能夠?qū)崿F(xiàn)與傳統(tǒng)基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺（Multi-Service Transfer Platform，MSTP）的有效兼容。同時為了順應(yīng)今后網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的趨勢，需要實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)尤其是以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的優(yōu)化傳送。通過光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域主流技術(shù)的配套應(yīng)用，提升了業(yè)務(wù)適配處理能力，提高了系統(tǒng)的可管理性、可靠性以及可維護性。

2.2 系統(tǒng)自愈保護功能

光線環(huán)路具有雙環(huán)路功能，優(yōu)勢在于穩(wěn)定性得以提升。例如，當主用環(huán)路存在故障時可及時感應(yīng)實際狀況，自動切換至備用環(huán)路，全程不會由于某處故障的出現(xiàn)而發(fā)生傳輸網(wǎng)絡(luò)中斷的現(xiàn)象。在主、備用光纖環(huán)路的線路日常運行中，若某點有故障，此時分布在兩端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以及時做出響應(yīng)。即便某處發(fā)生故障，也不會對其他節(jié)點設(shè)備的運行造成影響。

傳輸系統(tǒng)應(yīng)用到多項先進的技術(shù)，例如光纖自愈保護技術(shù)，其突出優(yōu)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(gòu)成雙纖自愈環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，支持復(fù)用段共享保護環(huán)、SNCP、ODUkSNCP、MRPS或其他類似的光纖自愈保護方式，并保證單環(huán)網(wǎng)業(yè)務(wù)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(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，各以太網(wǎng)業(yè)務(wù)間支持物理隔離，提升系統(tǒng)安全性。分組傳送路徑面向連接，可由網(wǎng)管結(jié)合實際情況靈活配置。傳輸系統(tǒng)的保護功能突出，實施的是網(wǎng)絡(luò)保護機制，可靈活觸發(fā)分組傳送路徑的保護倒換。

2.4 勤務(wù)功能

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

2.5 擴容與組網(wǎng)功能

各業(yè)務(wù)均有其獨特的傳送特點，考慮到此情況，在OSN1 800 V設(shè)備的配置中針對業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)。

隨著地鐵業(yè)務(wù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)帶寬需求增加，在日常的運行中需同時傳送多類業(yè)務(wù)。為此，采用統(tǒng)一線路單板解決方案，其能夠?qū)崿F(xiàn)大顆粒和小顆粒業(yè)務(wù)的綜合，進而以混合方式高效完成傳送作業(yè)。

3 OTN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在廣州軌道交通十號線傳輸系統(tǒng)的實際應(yīng)用

典型地鐵系統(tǒng)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(shè)車站數(shù)量通常為10～20個。通信發(fā)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(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)（Open Invention Network，OIN）可以將這些系統(tǒng)的傳輸統(tǒng)一在一個綜合的系統(tǒng)中[1]。光纖具備抗惡劣環(huán)境的能力，同時得益于OTN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高服務(wù)性、高可靠性、高可用性以及靈活的組網(wǎng)能力[2-4]，OTN網(wǎng)被有效應(yīng)用于地鐵系統(tǒng)。

3.1 MS-OTN傳輸系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢

本期工程采用華為新一代MS-OTN設(shè)備OSN1 800 V產(chǎn)品進行組網(wǎng)，MS-OTN通過G.872、G.709、G.798、YD/T2484-2013等一系列建議和標準所規(guī)范的新一代“數(shù)字傳送體系”和“光傳送體系”。相對于傳統(tǒng)MSTP，MS-OTN在系統(tǒng)組網(wǎng)上具備大帶寬優(yōu)勢，能夠滿足廣州“智慧地鐵”業(yè)務(wù)未來云化需求，同時解決了傳統(tǒng)OTN不支持SDH/PDH業(yè)務(wù)、不支持分組以太業(yè)務(wù)的問題[5-8]。相比于以往的方式，MS-OTN能夠?qū)崿F(xiàn)多業(yè)務(wù)混合傳送和匯聚[9-10]。

3.2 傳輸系統(tǒng)構(gòu)成方案概述

本期工程華為結(jié)合MS-OTN傳輸系統(tǒng)設(shè)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(shè)管線隔站，可以實現(xiàn)對傳輸網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點設(shè)備的有效連接。相干傳輸方案采用了ePDM+QPSK調(diào)制、FEC等技術(shù)，在多重技術(shù)的協(xié)同作用下，整體工作環(huán)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(shè)置1套傳輸設(shè)備華為100Gb/sMS-OTN、光傳送網(wǎng)設(shè)備OptixOSN1800V，利用隧道兩側(cè)所敷設(shè)光纜中的光纖組成3個100 Gb/s的MS-OTN環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。

本期廣州地鐵十號線傳輸系統(tǒng)構(gòu)成組網(wǎng)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(tǒng)組網(wǎng)示意圖

3.3 MS-OTN系統(tǒng)設(shè)備級單元保護

OSN1800V設(shè)備的保護性能突出，具備設(shè)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(yīng)層面的問題而影響系統(tǒng)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(shè)置，將主用、備用交叉板連接至業(yè)務(wù)交叉槽位，從而實現(xiàn)對交叉業(yè)務(wù)的保護。

（3）風(fēng)扇保護。共配套4個風(fēng)扇，彼此獨立，以滿足設(shè)備散熱需求。即便某風(fēng)扇存在故障，也不會對其他風(fēng)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(xiàn)GE接入方式的頻率同步，以達到BITS（后臺智能傳送服務(wù)）和NodeB（WCDMA網(wǎng)絡(luò)中的基站）頻率同步的效果。該網(wǎng)絡(luò)中在BITS側(cè)，BITS將外時鐘信號注入其他設(shè)備中。OTN網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備從其他設(shè)備中接入頻率信號（借助GE業(yè)務(wù)實現(xiàn)），并傳遞給NodeB實現(xiàn)頻率同步。本示例為環(huán)網(wǎng)，啟動的是擴展SSM協(xié)議。

（2）2M時鐘的頻率同步。通過物理層時鐘傳送組網(wǎng)的應(yīng)用，達到BITS和NodeB頻率同步的效果。從網(wǎng)絡(luò)的層次化組成來看，包含匯聚層和接入層兩部分。OTN網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備從主備BITS中接入頻率信號，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)向NodeB的傳遞，進而達到頻率同步的效果。

3.5 系統(tǒng)故障和自修復(fù)

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

圖2顯示了OIN在各種故障狀態(tài)下的自修復(fù)能力，圖中的粗線表示主環(huán)或正在工作的環(huán)，細線表示備用環(huán)或次環(huán)，粗折線表示不工作的網(wǎng)絡(luò)段。

如圖2（a）說明了當主環(huán)的光纖斷開時，OIN網(wǎng)的傳輸自動切換到次環(huán)上，從而確保系統(tǒng)可維持正常運行狀態(tài)。圖2（b）表明，若受到某些因素的影響而導(dǎo)致光纜斷開時，其周邊的兩個節(jié)點將及時應(yīng)對，將輸出光纖的信息回送至同一節(jié)點在另一環(huán)的輸入光纖，在此操作機制下可產(chǎn)生回環(huán)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，該部分故障將被有效隔離，系統(tǒng)的功能可以正常發(fā)揮，系統(tǒng)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(jié)點機存在故障時（如光端機故障），系統(tǒng)如何隔離該故障節(jié)點同時建立可靠的回環(huán)，通過此方式來保證系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。現(xiàn)代通信傳輸系統(tǒng)不僅用于傳統(tǒng)的語音、數(shù)據(jù)通信，而且也被廣泛地用來作為各種工業(yè)和交通控制系統(tǒng)形成的專用控制網(wǎng)絡(luò)的主干傳輸網(wǎng)。基于此，要求傳輸主干網(wǎng)絡(luò)具有高服務(wù)性、高可靠性和高可用性，以便保證在其上形成的控制網(wǎng)絡(luò)能夠安全可靠的運行。

圖2 網(wǎng)絡(luò)故障及重組

4 結(jié) 論

在超帶寬發(fā)展趨勢下，城域傳送網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展極具重要性。在其技術(shù)體系中，OTN技術(shù)屬于一項極具重要性的技術(shù)，未來需進一步提高OTN技術(shù)的應(yīng)用水平，以此來促進優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)。