关于铁路OTN网性能测试关键点的研究

2015-01-01程华

铁道通信信号 2015年11期

程华

铁路通信十二五规划，要求采用OTN技术建设铁路6个骨干光传送环网，覆盖铁路总公司和18个铁路局。目前已经建成京沪穗及东南环骨干光传送网，即将建设东北环、西南环和西北环光传送网。根据建设程序要求和实际需要，必须对光传送网工程进行验收测试。由于目前铁路尚无OTN方面的验收标准，且通信行业标准也不完全适用铁路OTN工程，为此，需要在现行通信行业标准基础上，对铁路光传送网主要测试内容进行研究。

1 OTN系统参考点

光传送网由OTN设备和光缆线路组成，设备类型又分为终端复用设备、电交叉设备、光交叉设备和光电混合交叉设备。考虑到铁路主要采用基于电交叉的OTN设备，故以下仅列出基于电交叉设备的光传送网系统参考点，如图1所示，参考点定义参见通信行业标准YD 5209－2014。

2 OTN系统验收测试

图1 基于电交叉设备的OTN系统参考点

OTN系统是由OTN单机设备通过光纤连接组成的网络，可以是线型、环型、星型或网状网，其最基本组网结构如图1的参考模型。为全面评估OTN系统质量，OTN系统验收测试应包括单机测试、系统测试和网管测试。这些验收测试项目主要参考通信行业标准，同时考虑到铁路OTN系统特点，强化并增加了一些项目。

1．单机验收测试，主要保证单机客户侧S／R点、线路侧Sn／Rn点、设备交叉能力、冗余保护等方面的指标。

2．系统验收测试是验收测试的重点，只有系统项目全部合格，才能从根本上保证OTN系统质量。由于网络的条件各不相同，针对每一个网络均应具体制定相应的验收和维护测试方案。

3．网管验收测试与工程实际配置的网管功能有关，主要验收测试内容包括网元管理功能、子网管理功能和双机热备份管理功能（如果配置主备网管）。

3 铁路OTN性能测试的特点分析

由于铁路OTN采用了与国内电信运营商不完全相同的组网方式，在验收测试时，需在通信行业技术标准的基础上，强化某些专用或特殊的要求。

3．1 系统光信噪比（OSNR）

铁路目前采用的OTN系统主要有10G，100Gb／s平台和10G／100Gb／s混传平台。由于10G，100Gb／s波道编码调制方式不同，必须注意不同的检测方法和应用环境带来的检测值偏差。对于10G／100Gb／s混传OTN系统，应分别测试10Gb／s和100Gb／s波道的 OSNR。对于10Gb／s波道，采用带外OSNR测试方法；而100Gb／s波道由于光谱宽度较宽，通道间功率不仅包括ASE噪声，还包括信号，带外OSNR测试方法会导致较大的测试误差，因此应采用关闭光源测试法。

具体方法：设置光谱分析仪分辨率带宽小于0．1nm，调节光谱分析仪，将需要测试的通路波长显示在屏幕的中间，将光标定位在波长峰值处，选择该波长光功率积分带宽为当前通路间隔，读出光功率P1（mW）；将当前测试通路的光源关闭，读出光功率P2（mW）；重新设置光功率积分带宽为0．1nm，读出功率值PA（mW）；则该通路的OSNR＝10lg（P1－P2）／PA。

3．2 OLP保护

铁路OTN网络中广泛采用了OLP保护以提高光缆线路的安全性。对OLP测试配置如图2所示，通过发端发送相应业务信号，在收端环回，人工或网管中断主用光纤，通过业务分析仪测试业务中断时间，应满足≤50ms要求。

同时，为验证OLP保护与其他保护是否会发生冲突，还应测试OLP保护和ODUk保护、MSSPRing保护的协调，可通过验收测试来验证OLP保护与其他保护是否会发生冲突。

图2 OLP保护倒换测试

3．3 色散

在铁道行业标准《高速铁路通信工程施工质量验收标准》（TB10755－2010）中，没有涉及 “色度色散”这项指标，但这个项目有必要测试。因为尽管100Gb／s平台采用相干通信的方式，降低了对色散的要求，但由于铁路采用10G／100Gb／s混传的OTN系统，色散对10Gb／s波长OSNR等指标影响很大，与衰耗的影响同样重要，而设计阶段和验收阶段如果对色散没有进行实测，有可能影响光传输系统的开通调试和实际运用质量。而且，系统中大量采用穿通波长，在考虑复用段测试时，不能简单认为2个OADM站之间就是一个光复用段，而应完整考虑穿通波长的复用段长度，并满足一个复用段的色散指标。如在某工程的实际验收测试中，通过测试色散，已发现多处超标，通过更换色散补偿模块，明显地提高了系统质量。因此，强调对运用光纤色散指标进行验收测试，可以更准确地验证系统设计的合理性和施工质量的完好性，还可以为将来系统维护提供有价值的原始资料，进一步保证传输系统运营质量的要求。

3．4 线路参数在线性能分析

在OTN的网管系统均配置了性能监测功能，其准确性对于保障网络运用质量至关重要。以光信噪比（OSNR）为例，说明该问题的重要性。

OSNR是反映OTN、DWDM通信系统运行质量最常用的技术指标，是光网络中预测系统误码率（BER）的关键性能参数。在工程设计阶段、验收测试阶段，以及运行维护阶段，均需关注OSNR量值及其变化，及时判定是否在规定标准范围内。有时同一参考点OSNR的仪表检测值与OTN设备网管监测值出现偏差，标准规定应小于1．5dB，实际可达3dB。如果不能有效地验证或比对网管在线性能监测分析的准确性，会影响系统运用质量的正确评估，对网络性能质量评定会产生严重的误导。因此，系统开通之初，应认真比对OSNR网管监测值与仪表测试值之间的偏差，并使误差控制在允许的范围内。测试中需要注意，仪表测试点与网管监视点应该一致，比如均为OTN系统参考点中的Rn点，否则误差会较大。

3．5 时间同步和频率同步

根据铁路时间同步网技术条件，需要通过骨干传送网来实现铁路一级时间节点（位于铁路总公司）和二级时间节点（位于各铁路局）之间的高精度时间传送，而骨干OTN网络是唯一可选网络。因此，有必要对OTN网络的时间和频率传送性能进行测试。

测试方法举例如下。选择实际网络中最长或较长的时间传递径路，如图3所示。配置被测设备（节点1）的时钟为跟踪来自时间分析仪1的时间输入信号（例如1PPS＋ToD）。配置时间路径节点1→节点2→节点3→…→节点n，依次通过1588报文进行时间跟踪，经过的设备节点跳数为最大。配置节点1和节点n＋1为BC或OC模式，中间节点为BC模式，通过时间分析仪2测试末端被测设备（节点n）的时间输出信号精度，测试时间不小于24h。OTN时间传递误差应不大于1μs。

图3 时间传递精度测试配置

为保证OTN系统实现高精度的时间传递，需要对OTN系统进行频率同步测试，主要测试漂移。频率基准应采用满足通信行业标准一级钟指标的基准源，测试结果应满足ITU－T G．823SEC指标要求，即《铁路通信维护规则》SEC的漂移产生模板要求。

3．6 光传输段衰减及系统误码

光传输段衰减测试，可以了解系统预留的余量能否满足设计的要求，不能满足设计要求的余量应及时处理。对于开通OLP保护的区段，光传送段衰减测试应包括主备光缆，以及OLP装置等引入的衰耗，无论系统工作在主用系统还是备用系统，均应保证系统具有足够的余量。

系统误码性能测试原则上应包括所有实际配置的电路，其业务电路应尽量覆盖到所有的网元，同时还应选择备用路由进行抽测。

3．7 网管双机热备份

铁路通信骨干传输网一般都配置有主备2个网管系统，当主用网管系统出现故障时，备用网管应能承担主用网管的工作，因此，对于主备双机热备系统应该予以验证。可以通过制造设备故障、插拔板卡，验证主备网管是否能同时收到相关告警信息，且信息是否一致；验证主用网管系统能否正常倒换到备用网管系统；观察备用网管系统的告警等管理功能，以及能否正常倒回主用网管系统等。测试结果应满足主备网管正常倒换的要求。