OTN光传输网

OTN光传输网（精选7篇）

OTN光传输网 第1篇

一、OTN技术及其发展概述

OTN网络是一种整体光网络, 其利用3R再生器对各通信子网进行连接, 连接的子网所传输的信号为光信号。完整的OTN网络可以完成多业务适配、分级复用与疏导、交叉调度、在线监测、保护方案制定、开销插入与处理等多种功能。鉴于OTN网具有上述多种应用优势, 故其在骨干层、城际网络等多个网络层面中具有良好的应用性能。

OTN网的光通道层到传输层以及该过程中所涉及的信号处理都是在光域完成的, OTN网中必须使用路由选择技术、传输技术、交叉调度技术、光分复用技术、光监控技术等实现光信号的处理与调度。此外, OTN中定义了完善的网络层次结构, 不同结构下的信号可以使用相对独立的模块完成封装、适配等操作。信号在OTN网中传输还可以得到有效的保护。

二、OTN技术特征

OTN技术的主要特点集中在开放性、灵活性、安全性以及高管理性等方面。

2.1信号承载更加开放

SDH网络使用POS端口承载IP数据传输业务, 通信系统中的路由器使用该端口进行通信可有效节省通信带宽, 减少数据开销, 提供高速、高质量的线路检测服务。但是POS端口的应用成本较高, 相较于LAN端口而言需要更高的比特成本。

OTN拓展了SDH网络的端口设置, 其定义了数字包封结构, 可以介入路由器的LAN端口信号, 从而使得网络可以提供任意速率业务的疏导, 进一步提升数据传输网的可靠性与灵活性。

2.2光电层调度疏导更加灵活

OTN网络中所使用的交换技术以2.5G和10G为颗粒度, 该颗粒度下网络可以在电层执行相应的大容量业务调度功能, 避免了传统WDM网络中的ROADM技术在超大容量光波长处理方面存在的不足, 若将OTN网络的交换技术与ROADM技术进行融合, 还能够进一步拓展了网络的应用范围和应用领域。

2.3大颗粒业务服务可靠度更高

为提供可靠、安全的数据传输服务, 电信级的业务中必须要保证50ms的保护倒转或保护恢复时间。传统的光传输网络, 如SDH层面的IP网、WDM设备等都可以提供该功能。但是大颗粒业务条件下的上述功能在应用方面存在一定限制。OTN拓展了WDM设备的功能, 将Mesh保护与恢复延伸至波长级或子波长级, 为子波长SNCP和环网提供丰富可靠的保护方案。

2.4运维与管理能力进一步提升

OTN网络集成了SDH网络在开销字节方面的优势, 可以将误码记录到TCMi中, 还可以使用GCC0承载相关管理信息。除此之外, OTN网络还规定了其他的开销字节, 如GCC1、GCC2等, 这些字节对于运营商组建端到端的WDM网络具有良好的支持性。

三、OTN关键技术及其分析

依照通信网络体系结构对OTN网络所使用的技术进行分类可将其分为分层技术、包封帧技术、串联监视技术、保护技术以及光层OAM技术等。

3.1分层技术

OTN网络继承了SDH网络的分层概念并对其进行了进一步的拓展和演进。

对比原有的SDH网络分层结构可以看出, OTN分层相当于在不改变电域分层结构的基础上对SDH网络的光层进行了拓展, 使其具有数据传输、信号复用、线路选择、数据传输监控等功能。

OTN网络的光域分为三层体系, 分别为通道层、光复用层以及光传输层等。通道层主要负责按照通信要求和信号路由关系为所传输的数据选择相应的光波波长, 并为数据传输服务提供监测、选路、恢复等功能;光复用层主要是将承载数据信息的单波长光信号复用为多波长信号, 并对所形成的新的信号进行控制与管理;光传输层主要负责光信号的传输与管理服务, 特别是在远距离光信号放大、多介质光信号调整等方面具有重要作用。

为进一步提升网络的透明性、可靠性和兼容性。OTN网络还对光通道层进行了单元和功能划分, 使其分为了光净荷单元OPUk、光数据单元ODUk以及光传送单元OTUk, 并为每一数据帧分配了相对独立的开销字节, 以便于更好的提供数据管理服务。

3.2数据包封帧技术

OTN网络中的OTUk单元定义了一个基本的块状帧结构, 以该结构为基准, 固定帧格式和真大小, 更改传输速率即可调整单位时间内传送的数据帧数。

OTN中的帧结构定义与SDH网络中的帧结构定义不同之处在于其摒弃了一些应用价值不大的字节开销, 如E1/E2公务开销、F1/F2/F3通路开销等。这些开销的摒弃可在一定程度上降低传输带宽的占用率。

3.3串联连接监视TCM技术

该技术可以为OTN网络提供多达六级的连接监视服务, 基于该服务, 运营商或者设备商可以实现对OTN网络的分段、分级管理。OTN网络下的TCM监测点可依照应用与监测需求被设置在不同位置, 其使能状态也可以得到有效控制与管理, 相较于SDH网络而言, 其所能提供的故障定位服务更加快速, 业务服务质量更好。同时, OTN网络内的TCM还可以支持多种连接方式, 如嵌套、串联、重叠等, 以满足不同的应用需求, 增强整个网络的监控能力。

3.4保护恢复技术

OTN网络下的信息保护分为三种类型, 分别为路径保护、子网连接保护以及共享保护环, 不同类型的保护实现技术不同。 (1) 第一种保护技术主要用于对光传输链路端到端的物理结构提供保护机制, 可以将工作路径失效所带来的影响降到最低。该保护内容中的管理对象既可以面向单路径也可以面向双路径, 既可以以1+1的方式进行管理, 也可以以1:N的方式进行管理, 管理机制非常灵活。 (2) 第二种保护技术同样属于专属保护技术, 其主要负责光网络的保护, 依照具体保护对象不同还可以进一步分为SNC/I、N、S三种。SNC/I主要是面向服务层的, 其可以为服务层提供状态和质量检测、信息保护倒换等功能;SNC/N主要是面向客户层的, 其可以为服务层与客户层之间的信息提供失效保护和劣化保护;SNC/S主要为OTN网络子层所创建的通信路径提供失效保护, 其组网方式非常灵活, 既可以以嵌套的方式进行组网, 也可以以串联的方式进行组网。单独的SNC/S负责特定的TCM子网保护。 (3) 第三种保护技术可以为每一个连接提供1:1的容量保护和路由保护。正常情况下的保护服务及其相关连接并不占用系统容量, 该容量可用于传输其他额外业务。

综合来看, OTN中的保护策略依照是否携带APS协议、支持方式为1:1还是1:N、保护路径为单向还是双向等分为五类:不带APS协议的1+1单端保护;带APS协议的1:N单/双端保护;带APS协议的1+1单/双端保护。

3.5传输技术

OTN的应用优势在于大容量远距离传输。其所使用的带外前向纠错技术可以帮助提升信号传输距离;所使用的调制与编码技术, 如强度调制、相位调制、联合调制等技术可以提升单波长的信息容量;所使用的色散补偿技术、均衡技术等可以提升OTN网络的组网距离和传输速率。

3.6智能控制技术

传统的WDM在光层的管理主要为点对点的连续监控和部分通信管理, 其面临着巨大的监控压力。某些情况下, 监控结果无法正常反应网络质量和状态, 如接收端光功率正常, 但通信链路内的数据却无法正常接收等。OTN网络在G.709标准的基础上使用了光通道检测技术、Qo S确认技术、故障定位技术、关联检测技术、基于波长的功率均衡与控制管理技术、光波长冲突管理技术等对光通信网络的控制与监测进行了完善, 不仅可以丰富管理功能, 还能够在IP层面完成状态检测与故障感知, 提升管理灵活性和可控性。

四、光传输网的应用分析

光传输网是WDM的未来演进趋势, 其可以实现E2E的自动化交换, 能够全面解决组网实现与业务承载中存在的多种问题。其发展及应用前景可以从技术规范、设备发展以及业务发展等几方面描述。 (1) 在技术规范方面, 其在10GE LAN以太网业务、2.5Gb/s业务等方面存在一定的不足, 而目前补充性文件G.sup43中的规范与现有的OTN标准体系中的部分内容存在不兼容等问题。长远来看, OTN及其关键技术会以现有的光传输体系为基础进行拓展, 向新业务映射方式等方向发展。 (2) 在设备发展方面来看, OTN网络及其关键技术所需的设备仍旧会向大容量、远距离、自动化、智能化方向发展, 各设备所支持的技术功能更加丰富集中。特别的, 随着交叉交换技术的应用及发展, OTH设备会进一步匹配更大交叉容量和更多交叉颗粒的业务。 (3) 在技术发展方面, OTN关键技术会集中在业务接入适配方面、光层调度方面、传送能力提升方面、电层调度方面、OTU3支持方面、光层与电层信号交换方面等。特别是在省级骨干网、城域网等核心网OTN部署中, 基于ROADM、OTH等技术进行组网才能够有效实现端到端的OTN传输网络部署。

五、总结

总之, 随着IP数据业务的发展, 光通信技术以及所具有的大容量、高带宽性能优势, 必然会得到广泛的应用和部署。而OTN网络及其关键技术不仅能够满足光通信网络的应用需求, 还能够承载全面丰富的数据传输业务, 为IP化通信网络发展提供支持。随着OTN技术的成熟和不断发展, OTN必将会在未来的通信网络中扮演越来越重要的角色。

参考文献

[1]左书佳.光传送网 (OTN) 技术研究与应用分析[D].上海:上海交通大学, 2011

[2]赵文玉.光传送网关键技术及应用[J].中兴通讯技术, 2008, 14 (4) :25-28

[3]沈文静.OTN技术的研究和应用分析[J].科技传播, 2011, 7:219-221

OTN光传输网 第2篇

1 光传送网 (OTN) 概述

光传送网是在光层采用波分复用 (WDM) 技术对网络进行组织运用的传送网。相对SDH而言, OTN技术的最大优势就是提供大颗粒带宽的调度与传送。新一代“数字传送体系”和“光传送体系”的协议有G.872、G.709、G.798等。OTN将解决传统WDM网络组网能力弱、保护能力弱等问题。

从电的角度来分析, OTN与SDH技术的相似地方在于分级多路复用、多业务适配、故障定位、保护倒换等。同时OTN进行了很多业务与技术的创新, 尤其在高速数据传输方面, 如提供2.5Gb/s、10Gb/s直到40Gb/s业务的传送, 支持前向纠错技术, 支持在多层次网络的每一级进行监视等。

从光的角度来分析, OTN的分层结构由光信道层、光复用段层、光传送段层构成, 完成光通道连接的重组, 为灵活的多波长网络选路重新安排光复用, 处理光复用段开销, 为段层的运行和维护提供光复用段的检测和管理功能。

2 OTN超高速传输技术的基本要求及其方案

当前光缆骨干网主要是40G WDM传输系统, 但是随着数据业务量的不断增长, 40G在未来进行多业务承载时也将会捉襟见肘, 因此对于100G WDM超高速传输技术的需求迫在眉睫。

光缆网升级到100Gbit/s OTN系统主要实现以下五个方面要求:

一是支持50GHz的通道间距;

二是色散 (CD) 容限±700ps/nm;

三是偏振模色散 (PMD) 容限10ps (DGD平均值) ;

四是能够在现有的DWDM网络和OTN网络中平滑升级;

五是不对现有的DWDM通道信号产生重大串扰代价。

100Gb/s传输有两个方案可以考虑:

一是单波波分复用方案。这个方案的条件是:支持50GHz信号间隔;光传输中继距离达到1000km～1500km, 可重构的光分插复用器级联数达到6个, 对于城域网而言, 可重构的光分插复用器级联数要求更多。

二是反向多路复用方案, 它首先将多个网络的带宽合并到一个虚拟逻辑通路, 在此基础上再进行大容量的高速数据通信。可实现的方法有两种:10个10Gb/s多路复用方案, 它主要采用外围接口控制技术。3个40Gb/s方案多路复用方案, 这个方案的基础是已经相对成熟的40Gb/s波分复用传输技术。

3 OTN超高速传输技术应用方式

3.1 光缆波分复用系统全程采用OTN接口及其技术

就设备而言, 当前光缆波分复用系统基本上采用了OTN结构, OTN接口符合G.709标准, 可以实现不同系统的互联互通。在光缆波分复用系统中采用OTN技术, 可实现点对点的故障和性能监测, 可完成用户信号的透明传送, 逐步在光缆波分复用系统中采用标准OTN接口及其技术, 可以为未来引入100Gb/s的超高速数据传输做准备。

3.2 长距离传输采用OTN交叉设备

当前长途光缆骨干网的中心节点面临着越来越大的数据处理需求, 主要是因为长途IP网的数据量的激增, 因此必须在网络中应用大容量的OTN交叉设备以提高中继线路的利用率和网络运行质量。

采用OTN交叉设备, 可以优化现有光缆网的拓扑网络结构, 可以实现大颗粒线度波长通道业务的快速开通, 可以提供基于自动交换光网络的多种保护恢复方式, 提高骨干传送网的可靠性。另外, OTN交叉设备提高了网络生存性, 因为其灵活保护恢复机制有效解决网络中继线路故障问题, 减少全部依赖路由器保护场景下的过多链路数量要求, 提高链路利用率。

3.3 短距离传输中采用OTN交叉设备

在城域网接入层, GE接口数量大量增加, 大量GE业务需要及时传送到宽带接入服务器及SR上, 因此在接入层采用OTN交叉设备后, 把GE业务直接和宽带接入服务器及SR相连, 这样做可以大大节省光纤资源, 同时OTN交叉设备有助于管理城域网接入层带宽资源。在城域网边缘层, 业务颗粒和接口需求更加复杂, 15 5M/622M/1G/2.5G/10G等不同速率同时存在, 小颗粒业务要在单个光波长实现复用, 以达到充分利用带宽的目的, 必须采用OTN交叉设备, 由于其小颗粒业务的接入能力, 以及带宽的充分利用性, 对以上问题能有效解决。

4 结语

OTN光传输网 第3篇

近年来, 随着南方电网大集中式的信息业务、高清视频会议以及异地容灾备份等系统的大量应用, 电力生产和管理对通信网带宽、容量、质量、安全等方面提出了更高的要求, 传统电力调度生产业务类型将由64k、2M等转向GE、10GE等大颗粒IP业务, 以支持TDM业务为主要功能的现有MSTP/SDH光传输网络, 在业务流向、流量、接口扩容能力等方面都无法满足要求, 引进适合IP业务承载的技术规划建设广东电网省级电力骨干宽带光传输网势在必行。

MSTP技术是目前最成熟的多业务传输技术, 组网灵活、业务分插方便、设备稳定、成本低廉、应用广泛。ASON (Automatically Switched Optica Network, 自动交换光网络) 技术是对MSTP技术的一种革新与改进, 其增加了控制层面, 使网络更趋智能化, 采用该技术可实现网络拓扑自动发现、业务带宽动态分配、在线业务优化调整、端到端业务的智能开通等功能, 而且网络保护与恢复会更加灵活可靠。这两种技术偏重于业务的电层处理, 具有灵活的调度、管理和保护能力, OAM功能完善。但是, 它以VC4为基本交叉调度颗粒, 采用单通道线路、容量增长和调度颗粒大小受到限制, 无法满足业务的快速增长需求。

OTN (Optical Transmission Net, 光传送网) 在继承了传统DWDM (Dense Wavelength Division

Multiplexing, 密集波分复用) 技术优点的基础上, 很好地增加了组网的灵活性和电路调度的灵活性, 实际上是ASON与DWDM的综合体, 可以面向多种业务 (语音、数据等) , 提供对客户信号的透明传送和光通道的管理, 具有大容量交换 (交叉) 或路由能力。

OTN网络应用需求分析

信息业务需求

随着广东电网信息化管理发展, “十二五”期间省网及地区供电局的数据网业务量大幅增加。根据信息化全省数据大集中、全省统一Internet出口、IDC数据机房异地容灾备份、大规模建设高清视频会议系统等业务需求, 各地区供电局至省公司本部带宽需求为2Gbit/s, 地区供电局至省公司同城容灾中心通信带宽需求为2Gbit/s, 省公司本部至省公司同城容灾中心通信带宽需求为2Gbit/s。考虑全省21个地区, 则省公司本部、省公司同城容灾中心出口带宽不小于2×21=42Gbit/s。

目前, 广东电网主干传输网络由传输A网、传输B网双平面组成。省网传输A网核心层带宽为2.5Gbit/s, 承载了线路保护、安稳系统、EMS、PMU系统等传统电力二次2M业务和调度数据网业务等。结合近期广东电网技术储备中心建成后, 其中北郊站——花都站光链路的带宽利用率高达87%、西江站——罗洞站光链路的带宽利用率达82%。传输B网中, 罗洞——广东中调的10Gbit/s核心链路的带宽利用率也已接近40%, 考虑到应急备用、容灾等需要预留的带宽, 现有传输网络的带宽在保证安全生产和容灾应急后, 带宽已非常紧张, 有必要建设宽带传输网满足业务发展的需要。

其他潜在业务需求

智能电网是南方电网发展的方向, 智能电网技术也是“十二五”期间应用热点。智能电网在传统电网的各方面都扩展了新业务应用, 在调度端实施了一体化智能调度系统, 合并采集和使用各厂站监测数据, 提高采集频率。变电站端实施了智能变电站, 增加了一次设备在线监测业务、视频监控、智能巡维系统等应用。高压线路增加了智能线路监测业务。配电网增加了智能配电自动化、智能电表、配网保护、分布式电源、储能站和充电桩的监控信息等。

智能电网各类新增业务基本都是属于数据网业务, 数据网业务主要属于集中型业务, 对骨干层的带宽要求较高, 随着智能电网技术的不断完善和发展, 数据网将对光传输网络的骨干层带宽提出更高的要求。现有省综合数据网的备份带宽峰值已达到800Mbit/s, 接近设计带宽1Gbit/s。技术储备中心与中调、同城容灾中心之间的数据备份链路, 将对传输网络提出更高的要求。

抗灾能力保障需求

建设全省光传送网系统不应仅为满足省地数据业务带宽的需要, 还可以作为抗灾应急的保障作用, 在电网遇到N-1、N-2甚至N-3的特殊恶劣环境时, 仍能具备快速恢复主要电路、保证电网及全省电力生产和经营管理主要业务正常工作的能力。

目前, 广东省电力传输A网、B网均采用环网的拓扑, 在关键路由上已增加了应急路由作为备用, 但是业务的倒换仍需手工操作。将OTN系统和现有省网传输网系统互联, 可大颗粒调整和调度2.5G, 10G等光链路, 以作应急迂回使用。

500k V变电站的OPGW光缆有多个方向, 利用500k V线路OPGW光缆网架, 建设一张多方向、多路径、途经多气象区的光缆网状网, 再依托该光缆网架选择基于GMPLS (Generalized Multi-Protocol Labe Switching, 通用多协议标记交换) 全业务在电层进行交叉倒换技术的新一代OTN设备, 建成OTN自愈网状网, 是抵御严重自然灾害的最佳选择。

OTN网络结构分析

OTN组网拓扑分析

OTN网络的结构拓扑主要由物理光纤的拓扑决定, 相比传统的环网, Mesh网的可靠性更高, 业务的生存性也更强, 这是由ASON的路由保护和恢复方式决定的, 另外, Mesh网络还具有可以选择最近路由和便于进行业务割接和调整等优点。

在2011年广东省已投产的500k V变电站中, 曲江、库湾、狮洋等站点只有2个220k V及以上电压等级的外联方向的光缆, 目前没有第三路由, 其余站点均具备3个光缆外联方向, 满足“N-2”要求。如考虑110k V电压等级的光缆, 则所有500k V变电站均具备光缆“N-2”可靠性, 为OTN网络骨干层采用Mesh提供物理基础。

广东电网OTN骨干层组网应结合地理位置, 选择光缆资源丰富的500k V站点作为骨干层节点, 尽量组成MESH网络, 保证骨干层的可靠性, 同时保证非边缘节点至少有3条路由。

组网思路与原则分析

根据集中式管理的方针, 未来电力通信网业务传输特点主要是汇聚, 各地区供电局汇聚大量IP业务至省公司。以分层的原则建设省级OTN传输网, 可将网络分为核心层、骨干层和接入层, 在省公司设置双冗余核心节点, 依托各500k V变电站建立骨干层框架, 各地区供电局则通过500k V站以2条相对独立的物理路由两点接入骨干层。

1、网络结构分析:选择500k V变电站为骨干节点, 以OPGW光缆作为传输介质, 搭建OTN网络骨干层, 各地区供电局以两点接入的方式就近接入骨干层。

考虑到各地区供电局主要采用管道光缆出局, 光缆其可靠性较低, 500k V变电站 (或枢纽220k V变电站) 之间则主要采用了可靠性较高的OPGW光缆, 为了充分保障该OTN网络的可靠性与安全性, 特别是网络骨干层的健壮性, 采用“以500k V变电站 (或220k V变电站) +OPGW光缆搭建骨干层, 各地区供电局作为接入层”的拓扑架构规划网络。

由地区供电局组成的接入层采用两点接入方式, 就近接入500k V站的原则考虑, 两点接入方式不仅可以便于信息传输、带宽分配、电路调整, 同时也能保证信息传输的安全可靠性, 对主网架影响也较小, 便于今后部分地区供电局新大楼投入使用时的业务割接。

2、路由设计:选择最短 (或最优) 光缆路由组网

目前全省骨干光缆资源已较为丰富, 各供电局均有2条以上的DUCT管道光缆出局, 500k V变电站的OPGW光缆方向更为丰富, 因此, 在有多条路由选择的情况下, 网络中的工作路由与保护路由建议按照“最短 (或最优) 路径”的原则进行选择, 缩短两点间的传输距离, 合理减少中继站和光放大器的配置, 降低投资成本。

3、站点设计:不同设备混合组网

根据各站点在网络中所实现的不同功能, 选择不同的设备形态构建网络。考虑到该网络会承载包括GE、2.5G、10G、10GE等在内不同大小颗粒业务, 因此建议选择“电交叉组网”的思路进行站点部署。对于核心调度节点, 如:省调、骨干层节点 (不包括中继站) 等站点建议采用大容量的光交叉OTN设备;业务量较少的中小节点, 建议采用小容量光电交叉设备;而对于中继站而言, 配置OLA光中继站。

根据网络中各站点所实现的功能不同, 可将网络中的各网元细分为以下4种设备模型:

●网络核心节点 (省中调A、省中调B、容灾中心各1套)

选择支持光电混合交叉的OTN设备, 光交叉维度按照拓扑进行配置40波×10G系统, 电交叉容量不低于400G, 具备平滑扩容升级到更高容量 (800G以上) 的能力, 以满足未来业务量增长的需求。

●骨干层站点

该类型站点主要功能是接入来自地区供电局的数据网业务, 同时可作为应急路由将环网内各地市局中零散的STM-16与GE业务进行时隙汇聚, 从而达到合理规划波长的目的。该类型设备可考虑配置容量为40波×10G, 电交叉容量不低于400G的OTN设备, 实现ODU级别与OCh波长级别的全方向调度。

●接入层站点

该类型站点主要定位为各地区供电局, 作为业务源站点传输10GE/10G/STM-16/N*GE业务至中心节点, 容量满足20波×10G, 光交叉方向按拓扑图配置, 具备OCh波长级别的全方向调度。

●OLA光放站

该类型站点主要为网络中线路的传输提供光中继的功能, 考虑到网络拓扑的改变, 建议OLA设备支持在不更换设备子架的情况下可以通过增加相关板卡平滑升级至光交叉设备。

根据以上组网设计思路与原则, 结合全省骨干光缆资源情况, 建议省网OTN网络按层架构规划, 其分层结构图如下图1所示:

构建电力OTN网络

OTN光传输网 第4篇

传送网络的本质是提供真正优质的管道满足业务传送需求, 而业务的传送需求变得越来越高, 传统网络已难以满足。

需求一:更大的带宽

近几年网络带宽的增长非常迅猛, 驱动带宽增长的主要因素包括视频业务的快速增长。在视频业务的驱动下, 城域带宽在未来几年的年均复合增长率将超过35%, 即5年后的带宽将是现在的4倍。移动互联网的飞速发展, 无线网络从2G向3G/LTE快速演进, 基站数量猛增, 数据流量急剧增长, 云计算等新业务的快速应用。云计算等新业务的带宽需求强烈, 使网络中的FE/GE专线快速增加, 并逐步替代传统E1专线成为主流。

需求二:更高的品质

网络新应用对传送网管道的品质要求越来越高, 特别是在时延、丢包、保护等方面。例如, 视频电话要求大带宽、低时延、且双向流量稳定, 而IPTV下行流量大, 在时延、丢包、保护等方面要求严苛。无线网络中对时延的要求也从2G时代的200ms提升到3G/LTE时代的50ms。

2 分组OTN简介

分组OTN是继NGWDM之后的新一代OTN产品, 其标志性能力是支持MPLS-TP。分组OTN融合了OTN、TDM和分组 (PKT) 三个平面的技术, 使L0/L1/L2协同工作, 可满足带宽、品质与成本方面的综合要求, 是构建面向未来的传送网络的理想选择。其主要特点:

(1) 多业务接入:能够接入任意速率的任意业务 (SDH, SO-NET, PDH, ETH, FC, SDI, PON, SAN, CPRI…) 。

(2) 统一交叉:融合L0+L1+L2技术, 可提供基于、PKT、ODU和VC的统一交叉调度。

(3) 统一传送:各种业务可以映射到最匹配的管道中, 任意汇聚到大容量的波长中统一传送。

(4) 统一维护:统一的网络管理系统, 对L0、L1、L2实现统一的可视化运维。

分组OTN对多业务的处理非常灵活, 可以根据业务的属性提供不同粒度的处理方式, 最终匹配到最合适的ODUk管道中传送。如图1所示。

3 分组OTN的典型应用

分组OTN在几种典型场景中的应用主要包括城域宽带承载、租贷专线以及移动承载。

城域宽带承载:解决带宽和光纤不足的困境。城域宽带是固网承载的主要场景, 分组OTN应用于城域宽带网络能够解决带宽和光纤不足的问题, 同时提供更高的业务传送品质。

租赁专线:承载多种类型与速率的专线业务。租赁专线一直是网络运营中的重要组成部分, 分组OTN能够承载各种类型与速率的专线业务, 具备高带宽、高可靠性、高安全性、高灵活性以及低成本的特点。

分组OTN可以根据业务的交叉平面分别基于OTN平面、PKT平面和TDM平面为各种业务提供专线承载方案, 以满足专线用户的差异化需求。在MS-OTN中, 基于不同平面的专线最终都可以分别封装到不同的低阶ODUk中, 然后映射到相同的高阶ODUk, 实现统一传送。基于PKT平面的专线主要对接入的业务进行L2交换, 之后经PW E3封装后进入M PLSTunnel, 通过PKT交叉完成业务调度。以以太网业务为例, 基于PKT平面的专线方案如图2所示。

移动承载:提供大带宽、低延迟、低成本、快速部署的解决方案。随着移动网络从2G向3G/LTE演进, 对传送网提出了更高的要求, 通过端到端的分组型OTN移动承载解决方案可以应对MBB演进带来的问题, 提供低成本、快速部署完善的解决方案。

分组OTN网络内采用MPLS-TP专线或专网承载, 通过UNI接口与路由器对接, 路由器终结二层VLAN报文并进行IP转发或L3VPN转发。如图3所示。

4 结语

分组OTN是支持MPLS-TP及分组交换的新型OTN, 它具有带宽资源管理的特性, 适合提供城域宽带承载, 移动承载及租赁专线等业务。

摘要：主要介绍分组OTN的产生背景、概念、应用及管件技术等基础知识。探讨了传送网络的发展趋势、分组OTN的典型应用及关键技术。

关键词：分组型OTN,光传送网,带宽,速率

参考文献

[1]师严, 简伟.分组增强型OTN在LTE时代的应用探讨[J].信息通信技术, 2013 (2)

省级电力光传输网建设与优化 第5篇

关键词：电力通信,省级,光传输网,建设,优化

0 引言

省级电力光传输网作为省内调度生产和经营管理业务的物理承载网, 其重要性不言而喻, 面对能源互联网的发展, 信息通信业务种类不断增多, 带宽需求不断增大, 安全性要求不断提升, 需要进一步推进通信骨干网建设, 因此有必要仔细梳理网络现状, 分析业务特点, 从网络功能、拓扑结构及设备选型等方面分析指导省级电力传输网建设和优化工作。

1 省级光传输网建设历程

江苏省级光传输网主要承载省—市各类生产和管理业务、500 k V变电站各类业务、省级直属单位本部各类接入业务。

20世纪90年代末, 江苏电力开始依托变电站基建工程建设小规模光传输系统, 宁东光纤、南热光纤、下关电厂光纤、宁镇常光纤等网络主要采用Nokia、NEC、华为等厂家的SDH传输设备, 带宽为155~622 M, 这些网络的建设和运维为后期积累了大量经验。

2001年, 由于微波带宽的局限, 江苏采用光纤直接承载的方式建设了622 M省—市的ATM数据网, 实现了省—市第一张直达光网络, 省级光传输网初见规模。

2004年, 逐步依托于500 k V西通道、沿江、沿海、徐连等几个大型电网基建工程, 建设了省级500 k V传输网, 至2014年, 已覆盖全省500 k V变电站、电厂, 与华东二级网互为主备承载变电站生产业务。

2006年, 随着公司信息化进程不断加快, ATM数据网已不能满足业务需求, 江苏采用SDH技术建设了省—市传输网A平面替代ATM数据网, 部分资源紧张区段采用密集波分复用 (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM) 承载, 带宽为10 G, 南北环网结构。

2009年, 利用500 k V变电站现有设备, 在市公司补充设备建成省—市传输网B平面, 部分中继站节点设备与用于传送保护、安控的SDH设备共用, 带宽为2.5 G, 由东北、西北和南环3个环网组成。

2015年计划建成省—市OTN传输网, 网络结构为五横三纵网状网, 设计带宽400 G, 覆盖省、市公司。

2 网络划分

从上述建设历程可以看出, 江苏省级电力光传输网从无到有, 从局部到全局, 逐步建设发展, 网络层次和结构也逐步清晰明确。根据各类业务的带宽、流向和安全性要求, 从功能和覆盖范围2方面综合考虑, 江苏将省级光传输网划分为省级骨干传输网、省级厂站传输网、省级本地接入网[1]。

省级骨干传输网承载调度数据网、信息内外网、调度中继、行政中继、会议电视等省—市业务的主备业务, 覆盖省、市公司中心站;省级厂站传输网与华东二级传输网互为主备, 承载500 k V变电站线路保护、安控、调度数据网、调度电话等变电站业务, 覆盖500 k V变电站和电厂;省级本地接入网用于支撑国网、省级直属单位本部驻地的生产和管理业务的接入。

3 省级骨干传输网优化

3.1 省级骨干传输网现状

江苏电力省级骨干传输网 (以下简称省干网) 定位于传输省公司至省内各市生产、管理类大颗粒业务的传输, 经过多年建设形成了A、B 2个平面。A平面带宽为10 G, 网络结构为南北两环, 采用二纤双向复用段环保护 (见图1) 。

B平面带宽为2.5 G, 网络结构为东北、西北和南环3个相交环网, 采用二纤双向复用段环保护, 环网上节点为省公司、备调及部分500 k V变电站, 市公司为网络支链 (见图2) 。

A、B平面的干线光缆以OPGW光缆为主, 入城光缆采用3个方向接入省、市公司, 可实现省—市各类业务在光缆层面N–2保护, 在SDH设备层面N–1保护。

3.2 业务分析

3.2.1 省—市综合数据网业务

省—市综合数据网双平面依托于省干网A平面两环、B平面三环架构, 手拉手组网, 2个平面的环网带宽分别为2.5 G和3×155 M, 省—市信息外网依托于省干网A平面两环组网, 环网带宽为622 M, 链路均由传输设备提供保护。

随着公司经营管理业务的发展, 特别是视频业务需求及后期云计算、大数据应用的迅猛扩展, 现有综合数据环网各市公司共享2.5 G带宽已不能满足需求, 同时信息业务在省—市层面主要为汇聚型业务, 因此规划将综合数据网、信息外网网络结构将调整为星形汇聚结构, 并进行如下带宽优化:

1) 综合数据网业务以省公司和泰州 (第二汇聚点) 为双核心点互联, 带宽为10 GE, 各市公司以GE带宽分别汇聚至省公司和泰州;

2) 信息外网业务以GE带宽由各市公司汇聚到省公司;

3) 链路均由传输层提供1+1环网保护。

3.2.2 省—市调度数据业务

省—市信息调度数据网骨干网和省级接入网均为双平面, 分别依托于省干网A平面两环和B平面三环结构组网, 环网带宽为155 M, 链路均由传输设备提供保护。

随着电网的发展, 智能电网及调度自动化水平的不断提高, 各市公司共享155 M带宽已逐渐饱和。同时调度数据业务在省–市层面多为汇聚型业务, 规划将调度数据网网络结构调整为星形汇聚结构, 并进行如下带宽优化:

1) 骨干网一、二平面业务分别由各市公司以GE带宽汇聚到省调和备调;

2) 省级接入网一平面业务由各市公司以GE带宽汇聚到省调, 省级接入网二平面业务由各市公司第二核心点以GE带宽汇聚到备调;

3) 以上链路均由传输层提供1+1环网保护。

3.2.3 省—市通信业务

通信业务包括调度电话、行政电话、电视会议、网管网及其他小颗粒业务。这些业务实时性、安全性要求高, 但对整个网络带宽的需求并不占主导地位, 目前主备通道分别承载在省干网A、B平面上。随着技术发展和进步, 小颗粒业务也将逐步IP化, 但省、市公司还将长期存在小颗粒业务的接入需求, 因此在传输网络由SDH向OTN网络演进过程中, 省、市公司保留原A、B平面的一套SDH设备作为窄带业务接入使用。

3.3 存在的问题

1) 传输带宽匮乏。现有省干网A、B平面在调度数据网双平面建设和信息主备平面建设的过程中, 带宽已所剩无几, 目前A平面带宽使用率达94%, B平面带宽使用率为100%。同时根据业务需求规划统计, 调度数据网、综合数据网等各种业务后期将达到3个10 GE, 161个GE通道, 传输带宽已不满足业务需求[2]。

2) 设备老化陈旧。省干网现有A平面设备2006年建设, 采用早期华为METRO5000设备, 目前设备已停产, 备件无法采购, 业务无法扩容, 随着时间推移, 设备的故障率逐年提高, 迫切需要更新改造。省干网B平面东北环部分节点与省级厂站传输网设备共用, 设备槽位紧缺, 运维难度大。

3) 业务接入困难。随着业务的发展, 各类业务不断向IP化方向融合发展, 省—市业务将以GE为主, 现有的SDH/MSTP技术体制、接口、容量难以满足大量GE、10 GE大颗粒业务的接入需求。

3.4 建设优化

按上述分析, 省公司出口汇聚的总业务需求带宽将达到382 G, 按2个光方向主、备分担业务, 平均每个光方向需承载96 G的业务带宽, 需对省干网扩容, 若新建网络仍采用SDH技术组网, 将会大量占用光缆资源, 现有纤芯无法满足要求。因此2015年省干网将采用OTN技术新建网络, 结合业务需求和运维工作特点, 从网络拓扑、设备选型、保护方式等方面进行方案选择[3]。

3.4.1 网络拓扑

将网络分为骨干层和接入层, 骨干层依托现有500 k V网架, 在每个地区选择2个500 k V变电站, 利用已有的500 k V OPGW和局部的220 k V OPGW, 构建成五横三纵的OTN骨干网状网, 省公司、备调、信息第二汇聚点位于骨干层。各地区市公司和地区第二核心点通过本地区的2个500 k V变电站汇聚点就近接入骨干网络, 形成网络的接入层。目前, 加载ASON控制平面的智能OTN网状网多为实验网, 商业案例很少。为了系统运维初期的稳定可靠, 降低运维复杂度, 避免技术冒进带来的网络运行风险, 运维部门考虑在网络投运初期将五横三纵的OTN骨干网状网暂时优化调整为A、B 2个平面, 分别承载存在主备关系的各类业务, 待ASON技术在OTN网络中商用成熟后, 分片加载使用。调整优化后的网络拓扑如图3所示。

3.4.2 设备选型

省干网部分站点跨距较大, 采用纯光交叉技术组网时, 信噪比和中继距离计算复杂, 网络维护成本高。电力用户运行的业务颗粒目前集中在ODU0、ODU1, 少量为ODU2, 选择全电交叉方式的设备, 可以通过电交换矩阵连接将业务端口与任意波道进行交叉连接中, 实现实时的远程业务调度, 避免点到点现场光纤连接工作, 改善整体网络的可靠性及弹性, 因此电力省干网优选全电交叉设备组网。考虑到全电交叉方式对矩阵交叉能力要求较高, 也需为后期光方向扩容时预留能力, 建议在投资差异不大时尽量选择大容量交叉矩阵设备[4]。

根据各节点所处层次不同及设备N–1可靠性要求, 新建的OTN网络各站点设备配置分为以下4种。

1) 核心节点设备:省公司、备调、信息第二汇聚点节点。该类节点汇聚了全省的主、备业务, 且上下波较多, 中心站节点主备平面各配置2套节点设备。

2) 骨干层设备:包括位于骨干层的28个500 k V变电站, 各地区业务接入点均以2点接入骨干层, 该类节点按单套设备配置。

3) 接入层设备:接入层各地区市公司主备平面各配置一套OTN节点设备, 用于接入地区各类主、备业务信息。

4) 线放站设备:当跨度不满足要求时, 尽量在线路中间设置线放站, 站点设置在220 k V及以上变电站。

3.4.3 保护方式

OTN网络光层和电层存在多种业务保护方式, 综合考虑业务颗粒特点、运维复杂度、投资经济性, 新建OTN网络选用基于电层的ODUk SNCP 1+1保护方式。与SDH类似, 业务信号经支路接口单元和电交叉矩阵后, 并发至线路接口盘1个主用ODUk时隙和1个备用ODUk时隙, 避免因主用ODUk时隙故障引起业务中断。利用电层交叉的双发选收机制进行保护, 不需要全网协议, 倒换时间小于50 ms, 适合于环形网络和业务流向为汇聚型的情况下使用, 配置方式简单, 节约成本[5]。

在OTN网络投入运行后, 将根据实际光缆的运行可靠性, 在部分区段适当增加光线路1+1保护, 通过局部补强, 提升全网运行可靠性。

3.4.4 波道配置

全省13个地区各类业务都由骨干层汇聚至省公司、备调、信息第二汇聚节点, 且各业务网络均按星形结构设计, 作为业务总线的骨干层所需波道数较多。

在实际运维工作中, 为了达到故障状态下骨干层网络高可靠性、丰富业务灾备迂回手段、预留远景业务需求等目标, 本期骨干层波道数按40波配置。接入层负责将地区公司各类业务通过骨干层汇聚至各汇聚节点, 星形业务结构下波道需求较少, 因此接入层波道数按8波配置。

3.4.5 光缆路径

江苏500 k V电网目前已经建成“四纵四横”网架结构, 随220 k V及500 k V线路架设的OPGW总长度已达近20 000 km, 均为G.652纤芯, 新建OTN网络将充分利用现有的光缆纤芯, 不进行新的光缆建设。其中骨干层尽量采用500 k V OPGW光缆组网, 220 k V OPGW光缆作为补充, 接入层采用路由可靠的入城光缆组网, 每个地区同一平面的骨干层、接入层光缆路由必须满足N–1保护要求, 主备平面尽量采用不同路由的光缆, 远景实现光缆N–3业务不中断的目标。

4 省级厂站传输网优化

4.1 省级厂站传输网现状

省级厂站传输网 (以下简称厂站网) 是定位于传输线路保护、安全控制、调度电话、自动化通道等变电站生产管理类业务的传输网络, 网络覆盖全省500 k V变电站, 业务流向主要为变电站点对点通信。目前, 厂站网与华东江苏地区二级传输网共同组成全省500 k V变电站业务的2个平面 (见图4) 。

4.2 存在的问题

1) 线路保护业务要求提升。随着线路保护通道双重化要求的进一步提升, 500 k V双口保护装置大量推广使用, 通信运行方式要求单回线两套线路保护装置的A通道承载在直达路由上, B通道承载在迂回路由, 这就要求厂站网必须具备光方向多迂回能力强的特点。前期网络建设中, 覆盖500 k V变电站的省级传输网主要依托于环网结构开通直达的155 M 1+1链路传输线路保护业务, 光方向数量、路由迂回手段和带宽存在不足。

2) 设备接入能力不足。部分500 k V站点投运较早, 采用华为M3000、中兴S330等设备的槽位有限, 无法应对500 k V变电站在开通迂回路由多光方向组网和业务扩容的要求, 同时还存在设备停产无法采购的现实问题。

4.3 建设优化

根据上述分析, 江苏电力从2012年开始逐步调整优化厂站网, 按照华东分部将500 k V线路保护业务B通道安排在省网迂回通道的运行方式要求, 厂站网从网络拓扑、设备选型2方面进行了技术方案选择。

4.3.1 网络拓扑

根据江苏电网特点, 厂站网分苏南、苏北2张网络, 为满足保护专业“保护通道跨越传输节点数量不超过7个”的要求, 充分利用现有500 k V OPGW光缆构建网格状网络。

考虑每个网格包含节点数量不超过7个, 每个500 k V变电站8回出线, 则2个500 k V变电站间需要约14个2 M, 故障测距、调度数据网、调度电话中继等业务至少需要5个2 M。同时考虑到622 M带宽板卡不适合作长距互联, 因此按以下原则调整网络拓扑。

1) 依托电网500 k V及220 k V待升压线路的OPGW光缆, 尽可能互联所有500 k V站点厂站网设备, 缩小网格网孔, 提高网络安全性, 为线路保护提供节点数量尽量少的迂回通道。

2) 对已有155 M 1+1链路不做调整, 对新建站点设备采用2.5 G 1+1链路互联, 预留一定带宽。

3) 厂站网设备采用单套大容量设备承载多方向保护业务, 简化网络拓扑, 业务迂回清晰方便, 减少业务转接环节。

4) 重要站点采用622 M 1+1方式与华东二级网设备、省干网中继设备互联, 开通变电站至华东、江苏省公司及各市公司至跨网业务通道。

4.3.2 设备选型

结合江苏电网现状, 目前重要的500 k V变电站至少有8回以上的线路出线, 方向多, 距离长, 保护迂回通道数量多。根据长期运维经验, 采用以下原则进行设备配置。

1) 选用故障率低、槽位数量多、可扩展性强的成熟SDH国产设备, 主要采用华为OSN7500和中兴S385设备进行组网。

2) 采用主备多口155 M和2.5 G板卡承载多方向业务, 节约槽位资源。

3) 采用多口内置光放进行长距离传输, 规避外置光放电源和监控复杂的问题。光放占用槽位较多时, 采用增加设备子框作为内置光放专用框方式解决。

4) 配置622 M短距板卡用于站内互联, 2 M板卡按30个以上出线, 预配FE板卡。

5 省级本地接入网优化

5.1 省级本地接入网现状

省级本地接入网 (以下简称接入网) 为驻宁国网、省网等直属单位提供业务接入, 采用SDH技术体制, 承载接入单位业务分为2类, 一类是采用2 M、FE接入行政电话和会议电视等小颗粒业务;另一类是采用FE、GE接入调度数据网、综合数据网等大颗粒业务。各站点目前以链状结构直接接入省公司, 网络链路带宽以622 M、2.5 G为主, 采用为1+1复用段保护方式, 省级本地传输网拓扑如图5所示。

5.2 存在的问题

1) 业务可靠性要求逐年提升。随着省检修、省电科院、省物资、省经研院等重要直属单位的接入, 电网设备状态监控、紧急故障指挥抢修、重要电视电话会议、招投标视频监视、项目视频评审等业务的可靠性要求越来越高求, 同时随着云计算、大数据的应用逐步深入, 直属单位将是这些业务的重要用户, 对接入网的运维质量提出更高要求。而采用路由器、交换机裸纤组网的方式对纤芯资源占用大, 且缺乏传输物理层的监控运维手段, 不利于提升运维质量。

2) 光缆资源使用不合理。接入网各站点的建设时间跨度大, 出资单位不一, 技术方案未统一制定, 各点单独以1+1链状方式省公司站点, 造成南京城区光缆和省公司入局光缆纤芯资源紧张, 运维工作量大。

5.3 建设优化

根据上述分析, 江苏电力公司着手结合现状逐步对星状网络结构进行优化调整, 并规范后期新建、改造的设备选型和配置。

5.3.1 网络拓扑

将星形网络结构逐步调整为环网结构, 根据在宁单位的分布区域, 规划2~3个环网, 省公司考虑2个汇聚点, 各环网在2个汇聚点形成相交环, 实现双出口、双上联。省公司2个汇聚点目前可设置在省公司新、老大楼, 远景可设置在同城数据中心。环网带宽采用2.5 G或10 G调整过渡, 最终带宽统一为10 G。若业务需求造成带宽出现瓶颈, 考虑拆分环网或采用OTN技术组网。

5.3.2 设备选型

1) 对于第一类小颗粒接入站点, 过渡期间组成2.5 G环网, 并督促资产单位在设备到年限后更换10 G设备, 并将数据网业务由裸纤方式更换为传输设备承载。

2) 对于第二类大颗粒接入站点, 组成10 G环网, 优化数据网业务承载方式, 调整数据网结构为手拉手环网。

3) 2.5 G设备配置2 M、FE板卡, 主备业务需配置2块板卡分别接入。10 G设备配置2 M、FE、GE板卡, 主备业务需配置2块板卡分别接入, 调度数据网、综合数据网分板卡接入。

6 结语

电力通信传输网的建设, 主要依托于电网建设工程, 是一个长期渐进的过程, 不可能一蹴而就, 需要各省根据地域特点、业务需求、运行方式等提前进行规划, 合理地划分传输网络, 不同的网络采用不同的技术政策和设备配置, 指导各出资单位的建设工作。同时, 网络结构和设备选型不宜太过激进, 为后期高质量的运维工作打好基础, 为调度生产和经营管理各类业务提供可靠保障。

参考文献

[1]江苏省电力公司.2015年—2020年江苏省电力公司通信网滚动规划设计报告[R].2013.

[2]江苏省电力公司.江苏电网省-市OTN光传输网工程初步设计报告[R].2014.

[3]刘刚, 杨鹏, 徐洪亮.OTN技术组网及应用研究[J].邮电设计技术, 2010 (9) :16–20.LIU Gang, YANG Peng, XU Hong-liang.Research on OTNtechnology networking and application[J].Designing Techniquesof Posts and Telecommunications, 2010 (9) :16–20.

[4]赵文玉, 张海懿, 汤瑞, 等.OTN关键技术及应用策略探讨[J].电信网技术, 2010 (11) :50–54.ZHAO Wen-yu, ZHANG Hai-yi, TANG Rui, et al.Discussionon the OTN key technology and application strategy[J].Telecommunications Network Technology, 2010 (11) :50–54.

OTN光传输网 第6篇

关键词：共享光路,SDH链型光传输网,网络优化

随着通信技术的飞速发展, 铁路数字化、信息化程度逐步提高。目前在铁路运营中, 各专业纷纷运用先进技术和系统, 以提高现代化铁路的综合技术水平, 如数字调度、PMIS、TDCS、TMIS、DMIS、5T、监控、防灾报警等。这些系统的正常运行, 不仅需要更多的通信系统资源, 而且对铁路通信系统的可靠性提出更高要求。为满足以上要求, 确保通信系统的可靠性, 在传输方面, 利用共享光路技术, 对SDH链型光传输网络建立迂回通道, 进行网络优化, 达到铁路专用通信系统高可靠性的要求。

1 利用共享光路进行链型网络优化的必要性和优越性

在SDH光传输网络中, 链型组网是最基础的组网方式, 如果在链型网络中发生长途光缆中断, 就会造成网络中网元间的业务中断, 对铁路运营造成重大经济损失, 后果不堪设想。以兰州至宝鸡段为例, 其间运用中兴通讯公司提供的ZXSM-2500设备组建了链型长途光网络。在网络运行过程中, 长途光缆中断情况时有发生, 造成业务中断、通信不畅、用户投诉, 对该网络进行优化的要求日益紧迫。

对类似链形网络, 可通过链形网络改造成环来提高其可靠性。链形网络改造成环的先决条件须有迂回通道。对于新设迂回光缆, 存在着投资大、建设周期长等诸多问题。若通过现有资源整合, 利用共享光路技术, 从其他的光传输系统中建立迂回通道, 使之构成虚拟SDH自愈环, 即可达到链形网络改造成环的目的, 并且避免了新建迂回光缆的基础设施建设问题。良好的解决了链型网络可靠性不足的问题, 减少了基础设施投资, 提高了既有网络资源的利用率, 提高了运营效益。

2 共享光路技术的概念和组网类型

2.1 共享光路的概念

共享光路, 就是低速率环网借用高速率环网的物理通道作为自己的逻辑通道来实现逻辑上的业务成环。以图1 (共享光路应用环境示意图) 为例, NE1至NE3之间的三个网元组成一个STM-16复用段保护环 (MSP) , NE4与NE1网元通过STM-1光路相连, 通常, NE4作为MSP环的一条链。若NE4与NE1间发生光缆中断, NE4与NE1之间开通的2M双向业务就会发生中断, 为达到2M业务在光缆中断时实现保护的目的, 则需引入共享光路技术。先将NE4与NE3之间用光缆连接, 在借用NE1至NE3间MSP环中的一个工作VC-4用以保护NE1与NE4之间的业务, 要求在NE4和NE1之间的光纤中断后, 业务可以通过NE4-NE3—NE1的迂回通道, 或者通过NE4—NE3—NE2—NE1迂回通道实现保护。

图1中, NE4-NE3-NE1为一个逻辑上的低速率环。这类逻辑环称之为“虚拟环”。NE3和NE1之间的STM-16级别光路被“NE4-NE3-NE1”STM-1级别的虚拟环共享。这样, 共享光路实现了业务的保护, 但牺牲了NE1—NE3之间8个工作VC-4中的一个VC-4用以传输虚拟环业务。

2.2 共享光路的组网类型

(1) 主环为复用段保护环 (MSP) , 提供一条VC4通道, 与虚拟环构成通道保护环 (PP) ;

(2) 主环为通道保护环 (PP) , 提供一条VC4通道, 与虚拟环构成复用段保护环 (MSP) ;

(3) 主环为通道保护环 (PP) , 提供一条VC4通道, 与虚拟环构成通道保护环 (PP) 。

3 实际应用

接上述兰州到宝鸡间链型通信传输系统案例, 利用既有华为OptiX 2500+设备组成的复用段保护环作为主环, 将主环光网络中的8个工作VC-4 (另8个VC-4为复用段保护通道) 共享一个VC-4, 将此VC-4再设置为一个虚拟环的逻辑通道;因兰州1至宝鸡1间为STM-16容量的链型网络, 而既有网络资源只能提供STM-1的保护通道, 因此兰州1至宝鸡1间的链型网络和共享通道只能构成一个STM-1的通道保护环, 对部分重要业务进行保护。利用共享光路技术的系统如图二 (兰州到宝鸡间共享光路组网示意图) 。兰州2—干塘—平凉—宝鸡2-西安为主环 (即MSP环) , 兰州1-兰州2-白银西-西安-宝鸡2-宝鸡1-定西为虚拟环 (即PP环) 。如果兰州1-定西-陇西-天水-宝鸡1之间发生光缆中断, 在STM-1的通道保护环中的业务可通过兰州2-白银西-西安-宝鸡2路由得到保护;如果兰州2-白银西-西安-宝鸡2光缆再次发生中断, 可以通过复用段保护环, 业务通过兰州2-干塘-中卫-平凉-宝鸡2路由达到保护目的。

以下是利用共享光路技术在兰州至宝鸡间链型通信传输系统案例中的具体实施过程:

首先, 设备扩容。在本方案中, 兰州1网元需要添加一块光线路板 (OL1板) , 用来完成虚拟环组网。在兰州1网元设备2槽位插入一块OL1板, 此板件为155M双端口光线路板。然后在设备网管上进行配置, 在兰州1网元设备面板上添加OL1板, 并加载OL1单板数据, 观察OL1板运行状态, 直至OL1板运行正常。

其次, 接通物理光路。将兰州1网元2槽OL1-T1板 (2槽位155板第一个端口) 和兰州2网元5-SQ1-1板 (5槽位155板1端口) 的光路接通, 将宝鸡1网元30槽OL1-T1 (30槽位155板1端口) 板和宝鸡2网元5-SQ1-3 (5槽位155板3端口) 板的光路接通。同时在既有复用段保护环 (MSP环) 所属网管上, 将兰州2网元10板位S16板的STM-16中第8个VC-4和第5板位SQ1板1端口的第一个VC-4设置为一个逻辑通道;宝鸡2网元的9板位S16板的STM-16中第8个VC-4和第5板位SQ1板的3端口的第一个VC-4设置为一个逻辑通道。OptiX 2500+设备9板为西方向光线路板, 10板为东方向光线路板。因此在兰州2网元10板S16板的STM-16中第8个VC-4和5板1端口第一个VC-4组成的逻辑通道, 10板所在的VC-4为东方向, 5板1端口所在的VC-4为西方向;宝鸡2网元9板S16板的STM-16中第8个VC-4和5板3端口第一个VC-4构成的逻辑通道, 9板所在的VC-4为西方向, 5板3端口所在的VC-4为东方向。中兴公司SDH传输设备没有逻辑通道, 板位不分东西方向, 只分上下行, 即7槽线路板接上行, 11槽线路板接下行。如图2 (兰州到宝鸡间共享光路组网图) 所示。

最后, 进行网络业务配置。网络业务配置分为以下两部分:

(1) VC-4业务配置。对兰州2网元, 将10板STM-16中第8个VC-4配置到5槽SQ1-1端口上。对宝鸡2网元, 将9板STM-16中的第8个VC-4配置到5槽SQ1-3端口上。白银西、西安网元上, 只需将线路板的STM-16中的第8个VC-4做东西方向的时隙穿通, 即9板和10板做时隙穿通。

(2) VC-12业务配置。作为通道保护环, 保护机理采用“首端双发, 末端选收”, 业务信号和保护信号分别由主用光纤和保护光纤传输, 主用光纤按顺时针方向将业务信号送至接收端, 保护光纤逆时针方向将同样的信号作为保护信号送至接收端。接收端同时收到两个方向支路信号, 按照分路通道信号的传输质量确定主用通道。

鉴于通道保护环的这种特点, 中兴公司SDH2.5G设备在配置2M业务时, 一个2M业务所经过的主环、被环各网元都需要进行时隙配置。因此在2M业务下落网元, 必须上行和下行光线路板同时向2M支路板配置数据, 其它各网元在上下行光线路板上做业务穿通。

4 网络保护测试

兰州1网元和定西网元之间进行模拟光缆终断实验, 并用2M测试仪在线测试虚拟环中兰州1-定西之间的一条2M业务。在测试前, 先将2M测试仪高阻跨接在测试2M业务的DDF架端口上, 然后在网管上关闭兰州1网元2.5G光线路板的发送激光器, 模拟兰州1和定西之间光缆中断。此时兰州1和定西之间的业务就可以通过兰州1-兰州2-白银西-西安-宝鸡2-宝鸡1-天水-陇西-定西保护通道到达, 保护机制为通道保护环倒换。查看2M测试仪, 显示为2M业务未终断, 通道保护环倒换成功。此时, 在网管上再次关闭兰州2网元-白银西网元之间的2.5G光线路板发送激光器, 模拟兰州2-白银西网元间光缆再次中断, 主环复用段保护发生倒换, 原来主环用于虚拟环的第8个VC4倒换至第16个VC4上, 业务通过兰州1-兰州2-干塘-中卫-平凉-宝鸡2-宝鸡1-天水-陇西-定西迂回路由到达, 这样兰州1-宝鸡1之间的虚拟环业务仍可以保持通畅无阻。此时, 再次查看2M测试仪, 显示为该2M业务正常, 复用段保护倒换成功;这时虚拟环中兰州1到定西之间的业务, 同时用到通道保护和复用段保护两种机制。

5 结束语

兰州1网元和定西网元之间进行的网络测试, 证明了利用共享光路技术对兰州至宝鸡间链型光传输网络进行成功的改造, 既提高了通信资源的利用率, 又提高了传输系统的可靠性, 达到了铁路专用通信系统可靠性优化的要求。

参考文献

【1】吴凤修.SDH技术与设备【M】.人民邮电出版社.2006年1月.

【2】韦乐平.光同步数字传输网【M】.人民邮电出版社.1993年.

OTN光传输网 第7篇

电力系统业务的发展推动了电力通信技术的不断进步,同时也对电力通信网在传输质量、传输容量等方面均提出了更高要求。目前,电力通信网承载的业务不再仅仅是最初的程控调度语音、实时控制信息等窄带业务,已经逐渐发展到同时承载客户服务中心、营销系统、地理信息系统、人力资源管理系统、办公自动化系统、视频会议系统、网络电话等多种数据业务,客观上需要具有更高速率的传输系统来承载这些业务。相对于一、二代传送网而言,光传送网(Optical Transmission Networks,OTN)[1,2,3,4]技术作为一种继承同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy,SDH)和波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技术优势的光电结合组网技术,是目前面向新型传送业务驱动的最佳光网络传送技术[5]。

OTN是由一组通过光纤链路连接在一起的网元组成的网络,能够提供基于光通道的客户信号的传送、复用、路由、管理、监控以及保护。从技术本质而言,OTN技术对SDH和WDM技术的传统优势进行了更为有效的继承和组合,同时扩展了与业务传送需求相适应的组网功能[6]。

面对动态、灵活的透明传送需求,业务的信号封装格式、带宽存在差异,承载业务的光纤受到物理损伤后产生的影响也不同。另一方面,光传输路径动态变化,传输距离、业务带宽等因素都不同,导致了接收端信号性能的差异,因此必须采取有效方法解决光路传送中传输性能不可感知、不可预测、不可控制的问题,保证连接建立和传输性能的可靠性,并考虑色散、非线性等不同损伤因素作用下的光路传输性能评估问题。光传输评估技术在电力通信网中的应用与推广将有效带动电力通信系统的发展,改变当前仅用通信通道是否中断来衡量通信网可靠性的标准,用更精细化的方式衡量网络通信质量与可靠性。

本文阐述了传输质量(Quality of Transmission, Qo T)模型的理 论方法,对如何利 用Qo T函数评估通信系统光信噪比(Optical Signal Noise Ratio, OSNR)代价做了进一步的推导和阐述,并进行了仿真验证,分别对残余色散和偏振模色散(Polarization Mode Dispersion,PMD)进行了数值仿真,证明了Qo T模型具有很高的精度,并综合放大自发辐射 (Amplified Spontaneous Emission,ASE)、色散和PMD给出了系统OSNR代价的解析表达式,最后总结了评估模型的特点,并展望了其在电力通信网中的应用前景。

1 Qo T 模型概述

本文采用Qo T模型[7]对通信系统光传输链路质量因子Q进行了综合评估,在综合考虑各种物理损伤因素的情况下,得到整个系统的一个Qo T函数,即与误码率(Bit Error Rate,BER)对应的传输系统的Q值函数。该Q值函数是关于通信系统各种损伤参数的函数,主要包括ASE噪声参数、色散(Chromatic Dispersion,CD)、PMD等。

在高斯噪声模型下,通信系统的BER和Q一一对应,而Q因子与系统的关系为:

式中,Eb为平均每比特能量,N0/2为噪声功率谱密度。

BER与Q的关系为:

在光通信系统中,OSNR是一个重要的性能指标,噪声功率一般是在0.1 nm(12.5 GHz)带宽内测定,于是噪声功率PN可表示为:

式中,BN为噪声带宽,值为0.1 nm(12.5 GHz)。信号功率Ps可以表示为:

信号功率Ps可以表示为:

式中,Rb为比特数量,根据式(3)和(4)可以求得光信噪比OSNR为:

2 Qo T 评估方案

在实际的通信系统评估中还需考虑色散、PMD等信道损 伤因素,假设在考 虑ASE噪声、色散和PMD因素下的Q函数定义为[8]:

式中,函数Q(A,C,P) 为ASE噪声、色散和PMD的函数,A为ASE噪声,C为色散,P为PMD,O为OSNR,Qref为目标误码率的质量因子,Oref为达到目标误码率 (Q=Qref) 时实验测得的信噪比参考值,为关于残余色散和PMD损伤因素的函数,Dref为残余色散。

假设OBt B为在“背靠背”配置下达到Qref所对应的OSNR,在考虑各项传输损伤条件下,Q=Qref时的Q因子代价为:

式中,PQref为Q=Qref时的代价。

公式(6)可进一步表示为:

由于色散和PMD损伤相互独立,故公式(8)又可以表示为:

3 仿真验证

用Karhunen-Loeve算法分别计算残余色散和PMD引起的系统OSNR代价PQref(Dres),设定系统纠错前的参考BER为10–5,将BER带入公式(2)可以得到Qref=12.6 d B,OBt B可以通过Karhunen-Loeve算法在参考BER为10–5的条件下得到,为11.813 6 d B。根据不同的Dres和PMD值,分别得到PQref(Dres) 和PQref(P) 函数曲线,然后以拟合的方式得到它们的函数关系式。

3.1 色散影响下的 Q 代价计算

先通过实验仿真得到Qpanlty的曲线,再通过拟合来得到近似的Q代价和CD之间的关系。仿真采用不归零序列光开关键控(NRZ-OOK) 调制方式, 脉冲滚降系数为0.2,每跨段光纤长度L=100 km,衰减α=0.2 d B/km,非线性耦 合系数γ=1.4(W·km)–1, 单模光纤(Single Mode Fiber, SMF)色散系数 为17 ps/(nm·km);跨段内色 散补偿光 纤色散系 数为–85 ps/(nm·km),衰减α=0.6 d B/km,γ=5.5(W·km)–1。光纤长度由残余色散Dres来决定,计算公式为:

式中,LDCF为色散补偿光纤长度,Din为色散容限,LSMF为单模光纤长度,DSMF为单模光纤的色散系数,DDCF为色散补偿光纤的色散系数。

每个跨段由SMF和色散补偿光纤(Dispersion Compensation Fiber,DCF)组成,都只考虑 色散, 不考虑PMD和非线性。设总长为3个跨段,采用Karhunen-Loeve算法计算系统OSNR代价,其参考BER为10–5,则10G NRZ-OOK系统OSNR代价与残余色散关系如图1所示。

图 1 10G NRZ-OOK 系统 OSNR 代价与残余色散关系 Fig.1 OSNR penalty and residual dispersion in 10G NRZ-OOK system

从仿真数 据得到,将图1中的数据 经过二次 多项式形式拟合,在考虑残余色散的情况下,得到OSNR代价为:

3.2 PMD 影响下的 Q 代价计算

光纤可能会由于微小的损坏而破坏其对称性, 就会产生PMD,这不一定是生产过程中的失误,也有可能是由于环境温度或物理振动导致的。由于PMD是一个统计的效果,并且在PMD的作用下两个正交的模式有了不同的传输常数,因此,在线性系统中, 一个随机偏振方向上的脉冲功率分给2个偏振主态 (Principle State of Polarization,PSP),会导致接收端产生双镜像。PMD引起的线性损伤能被眼开度代价(Eye-Opening Penalty,EOP)参数表征,统计的PMD是用差分群时延(Differential Group Delay, DGD)来描述的。

只考虑一 阶PMD,眼开度代 价和DGD的关系为:

式中,Eopd B为眼开度代价,Δτ为DGD,γ为2个偏振主态的相对功率,T为时间长度,A为脉冲波形系数,独立于波形和接收特征。

前文在ASE噪声下计算的Q值没有考虑PMD噪声,因此在此基础上考虑PMD之后得到Q值为:

式中,Qwithout PMD为不考虑PMD情况下计算得到的Q值,QPMD为考虑PMD的情况下得到的Q值, Eop PMD为考虑PMD的情况下得到的眼开度代价。

对公式(13)两端取对数,可转换为:

因此有:

当γ=0.5时,Qpenalty PMD与Δτ为二次方关系,同样可以通过一个二次多项式拟合得到,根据上面已设定的仿真系统,设定Din=0,即在色散完全补偿的情况下,并且有偏 振模色散 系数其中N为跨段数,每跨段为100 km,则同样可以通过Karhunen-Loeve算法计算系统的OSNR代价,其参考BER为10–5。10G NRZ-OOK系统OSNR代价与PMD关系如图2所示。

图 2 10G NRZ-OOK 系统 OSNR 代价与 PMD 关系 Fig.2 OSNR penalty and PMD in 10G NRZ-OOK system

将得到的曲线经过二次多项式形式拟合,可以得到:

同时可以从仿真数据中得出OBt B=11.813 6 d B。

3.3 综合 ASE、色散和 PMD 影响下的 Q 值计算

在BER为10–5时的Qref和OBt B已经给出,同时将公式(11)和公式(16)带入公式(9),可以得到在10G NRZ-OOK系统中最终的Q值计算公式为:

可以看出,Q是一个关于OSNR、残余色散Dres 和差分群时延Δτ的函数,在实际系统中只要测得这3个参量即可计算出系统的Q因子,从而得到最终的系统性能评估参数。

4 结语

本文采用Qo T模型对通信系统Q值进行了综合评估。该方法在综合考虑承载业务的光纤在各种物理损伤因素的情况下,得到整个系统的一个Qo T函数,该函数是对残余色散和偏振模色散的综合评估。本文采用Qo T函数作为评估参数,在残余色散和PMD变化的情况下,进行了大量数值仿真,最后得到了系统OSNR代价与PMD、残余色散之间的对应关系。Qo T函数作为解析化程度更高的评估方法, 具有更广的应用范围,能够达到理想的评估效果,并且具有很高的精度。

电力系统中缺少对电力通信系统传输性能的明确定义,缺少定量的测度判据,电力通信网中光信号传输路径的变化以及传输距离、光传输路径等因素的不同,导致了接收端信号性能的差异,仅用通信通道是否中断衡量通信网的可靠性是不科学的,不能客观反映通信网的真实运行情况