铁路OTN光传输网络规划的保护策略研究

仵高升 杨 胤

（1．华为技术有限公司，上海 200121；

2．北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073)

铁路OTN光传输网络规划的保护策略研究

仵高升1杨 胤2

（1．华为技术有限公司，上海 200121；

2．北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073)

根据铁路传输干线网近3年的OTN网络建设，研究铁路OTN干线网络的保护策略，指出铁路OTN网络规划中常用的保护方式，指出OLP光线路保护等保护方式在实际网络实施中的若干问题，并提出经过现网验证的规避方法。

铁路光传输；OTN；保护方式；OLP；SNCP；ASON

1 铁路光传输干线技术的现状综述

铁路通信网是综合性专用通信网络,把铁路各级指挥、管理机构和车站、车场、工区以及机车司机、沿线作业人员等用户的沟通链接起来,根据需要相互间灵活地传输、交换、处理各种信息。如图1所示。

图1 铁路通信系统业务逻辑图

在2000年以前,铁路通信网一般是以传输网、电话网、无线列调、电源、电报网等为主。结构方式一般是以星状网为主并与网状网相结合。铁路目前传输系统主要采用MSTP技术,如图2所示。近年来,铁路行业采用了“四电集成” 的铁路新管理理念,随着铁路业务的迅猛发展,全国铁路通信系统联网,铁通拆分等变革的发生,综合视频监控、数据联网等IP包业务颗粒逐渐后来居上占据了主要位置,带宽超过10 G。语音业务的带宽未发生大的改变,但是对业务传送质量水平要求不断提高。

图2 铁路综合业务承载网络架构示意图

高速互联、互联办公数据等10GE以上大颗粒业务,超过了当前MSTP网络的最大传输能力。波分技术成为铁路通信承载网的演进方向之一。例如京沪穗环、东南环在2001-2002年使用了原加拿大北电公司LH OPTera 1600G波分技术建设铁路干线传输网,东北环采用了中兴通讯16×2.5G波分系统,西北环采用了马可尼32×2.5G波分系统和中兴通讯40×2.5G,西南环采用了华为32×2.5G波分系统;近年来,随着波分技术的发展和业务激增,铁路波分技术逐步开始采用OTN技术,例如北京铁路局(2011年、华为OSN8800系统)、成都铁路局(2013年中兴通信ZX8300/8500 iOTN系统)、哈尔滨铁路局(2012年华为OSN8800系统)等路局先后建设了自己的OTN干线网络。成为我国铁路承载网向前演进的探索者和先行者。

2 铁路干线近年来向OTN网络演进

光网传送(OTN),是G.872、G.709、G.798等一系列ITU-T的建议所规范的新一代光传送体系,以频点把单根光纤划分为若干(通常为40、80、96波)波道,大大提高了承载网的带宽和传送效率。

当前铁路通信中,一方面全业务承载对传送网的灵活组网提出了挑战;另一方面,OTN历经十余年的演进,已具备灵活的多业务承载能力。承载全业务开启了铁路OTN应用的崭新时代。在运营商和众多OTT业务承载传送网中,OTN已经从干线,下沉到城域网和本地网,实现了承载网全面使用。我国的OTN产业发展已经走在国际前列。

在过去的若干张铁路OTN通信承载网中,结合光纤资源、网络拓扑、业务要求等各自的网络特点,在设备层面,各个基础模块都实现了完善的1+1/1∶1 保护;在网络层面,分别采用SNCP保护、OLP保护、客户侧1+1保护等方式,或者综合使用,并取得了良好的效果。在施工和网规等环节的相互反馈改进中,积累了丰富的网规和实施经验,为后续其他路局OTN网络规划提供了很好的借鉴意义。因此在网规中,必须要认真调研现网状况。

OTN综合了SDH的优点和DWDM的带宽可扩展性,集传送和交换能力于一体,是承载宽带IP业务的理想平台,代表了下一代传送网的发展方向。OTN保留了许多SDH的优点,如多业务适配、分级复用和疏导、管理监视、故障定位、保护倒换等。同时OTN扩展了新的能力和领域,例如提供大颗粒的2.5、10、40、100G业务的透明传送,支持带外FEC,支持对多层、多域网络进行级联监视等。在光层侧,OTN将光域划分成光信道层(Och)、光复用段层(OMS)、光传送段层(OTS)3个子层,允许在波长层面管理网络并支持光层提供的OAM(运行、管理、维护)功能,信号流向如图3所示。为了管理跨多层的光网络,OTN提供了带内和带外两层控制管理开销。尤其是OTN系统中融入MPLS_TP协议,为铁路飞速增长的视频、办公业务颗粒提供了可依赖的传输平台。

图3 OTN系统信号流向

3 铁路通信中的OTN网络保护策略

铁路OTN网络的自愈保护无需人为干预,网络在极短时间以内从故障中自动恢复所携带的业务,通常为50 ms,用户感觉不到网络已经出现故障。在网络出现故障时,受到该故障影响的业务能够通过其他路径连接到目的节点。

铁路通信网的光纤一般是沿着铁轨布放,站与站之间距离较远,有时产生100 km以上超长距离。结合铁路通信零故障的保护要求和OTN技术的特点,和近年来铁路OTN传输网的故障处理经验总结,在铁路OTN干线网络宜采用如下的保护方式。

1)支撑系统保护

在铁路通信机房基础设施建设中,供电、通风、环控系统应做到可靠的双备份策略。可靠的基础设施是网络规划的前提。对于机房内部,每台设备的时钟模块、主控模块、电源模块、交叉模块(若必须)等基础公共系统应事先“1+1”或“N+N”的备份。对于电源模块,实现分区供电,减少业务区间的相互干扰,达到网络最大化解耦。典型配置如图4所示。

图4 铁路OTN设备典型配置面板

2)光线路1∶1 /1+1保护

在多次传输网络故障处理中,发现光纤链路断裂的概率远远大于其他问题。综合看来,“天灾”小于“人祸”。因此,规划中对业务的出局光1∶1 /1+1保护成为铁路通信OTN网络规划中的必选条件。

光线路保护中,OTN系统根据两条光纤的光衰等光层特性差异而决定是否切换。主备两条光纤的长度有时差异较大,若采用同一套光放、色散器件,容易引起主控系统误认为切换条件已达到,导致网络切换。所以应严格测量两条主备光纤的光层特性,否则会引起光线路频繁切换的故障。若两条光纤光层差异超限,建议分开配置光放、色散的补偿策略。如图5所示。

图5 光线路保护示意图

3)基于光通道的保护

铁路网络节点丰富,光纤走向复杂,容易发生波道冲突。并且在排障过程中,常常需要额外的带宽传递测试信令、发送测试包等;当产生新业务时,也需要占据带宽。

若铁路OTN网络光通道规划中,没有为上述业务预留额外的波道,工程人员易发生采用现网中的波道做排障、测试。容易产生应用之间的干扰,降低铁路OTN网络的可靠性传输。

当某波道业务发生故障时,主控和交叉模块需要找到空闲波道传递业务。

考虑到以上情况,本着“专线专用”的前提,防止冲突,保证网络可靠性,通常在网络规划中可考虑“1∶1 /N∶1 ”的波道冗余保护设计。

4)基于环网的保护

在铁路OTN网络中,环网保护通常采用子网连接保护(SNCP:Sub-network Connection Protection),SNCP组网灵活,实现了端到端的波道保护。各设备厂家对该保护方式都在不断地完善,业界普遍支持。SNCP保护是当前交通、广电、电力、油田、运营商等多个行业OTN网络规划中的典型保护方式。如图6所示。

图6 SNCP保护示意图

OTN网络SNCP保护倒换,保护切换时间可以保证在50 ms以内,符合铁路业务高标准的要求。通常情况下,形成环网的网络都建议配置SNCP保护。

5)基于Mesh网络的ASON保护

GMPLS/ASON技术在光传送网领域的引入首先是在SDH设备实现的。铁路通信网出于大颗粒长距离传输和保护方式丰富,承载网开始向OTN演进。保护能力、可靠性、带宽利用率、可维护性等指标已成为铁路OTN现代网络的必备要素。如图7所示。

图7 ASON保护方式

在WDM/OTN传送平面之上叠加控制平面,使其能够控制多种业务颗粒的调度。基于光层的波分ASON,或者兼具光、电(含ODUk、VCk和Packet业务)双层智能调度,提供更为灵活和强大的业务保护能力。当某段光线路发生断纤等恶性故障后,OTN系统可以根据自身的判断,搜索到最近的可用链路,保证业务的传输。ASON网络的布置逻辑性复杂,建议采用工具系统完成。

根据投资成本和网络条件,我国铁路OTN网络的ASON保护分为钻石、银级、铜级和铁级水平。不同智能级别的业务之间可以进行相互转换,转换过程不中断业务。尤其是上海铁路局、广州铁路局等覆盖网络,铁路线路稠密,节点丰富,业务繁忙的区域。

4 结束语

铁路传输网络是一个系统工程,OTN系统以其丰富的保护方式、超长距离大颗粒传输等特性,逐渐获得铁路通信领域的认可。铁路传输网随着业务发展而不断向前演进,稳定可靠是铁路通信网络的第一要求,各种保护方式的配合使用,旨在最大化提高铁路通信网的可靠性,是铁路通信调度、专用电话、视频网络等各类生产与办公业务的保障。

This paper discusses the railway trunk OTN network protection strategy according to OTN network construction of railway transmission backbone networks in recent three years and points out common protection modes applied in OTN railway network planning. And it also points out a number of issues of the optical line protection (OLP) modes in the actual network implementation, and puts forward solutions to avoid the issues through the existing network verification.

railway optical transmission; OTN; protection mode; OLP; SNCP; ASON

10.3969/j.issn.1673-4440.2014.04.009