OTN光传送网技术在城市轨道交通中的应用

龙 敏

（中铁二十五局集团电务工程有限公司，广东 广州 510600）

0 引 言

近年来，随着我国城市轨道交通的跨越式发展，城市轨道交通各大系统的大容量数据业务发展非常迅速，特别是IP业务和高清视频业务，同时智慧化业务与大数据业务也得到了长足发展和应用。当前城市轨道交通传输网络承载业务逐步趋向传输分组化、宽带化以及IP化，在保证网络安全的前提下，要求传输网络支持广泛的大带宽业务，实现控制功能与承载业务分离，业务提供与网络分离，具有端到端透明传输的宽带能力和强大的网络维护管理（operations，administration，and management，OAM）功能，还具有开放的网络结构，能与现有传统网络互通，也能满足未来网络的增容升级[1]。

OTN技术在实际业务需求的导向下进行了广泛的实践应用，相比传统的通信传输技术，OTN技术融合了WDM、SDH的技术优点，可以较好地适应大宽带业务，还可以提供充足的速率接口，使用者可以以不同的速度同时在网络上传递数据，具有传输安全性高和信息传输效率快等优势，为城市轨道交通传输网络提供了新的解决方案[2]。本文简要介绍了OTN技术原理，分析了OTN技术与其他通信传输技术的特点，结合A市轨道交通3号线延长线专用通信传输网络系统的建设情况，介绍OTN技术的实际应用方案。

1 OTN技术原理简述

OTN是电网络与全光网融和的一种新型组网技术，是以WDM为基础、在光层组织网络的传送网，是基于G.872、G.709以及G.798等一系列ITU-T协议所定义的新一代传送网络平台。OTN引入了SDH强大的网络维护管理能力，同时弥补了SDH在面向传输层上的功能缺乏和维护管理开销的不足，大大提高了WDM设备维护的可能性和组网的开放性，满足了客户对传输网络多样性的需求。

基于ITU-T G.872协议，OTN将线路侧光层划分为光传输段层（Optical Transmission Section Layer Network，OTS）、光复用段层（Optical Multiplex Section Layer Network，OMS）以及光信道层（Optical Channel Layer Network，OCh），光信道层又分为3个电域子层（OPU、ODU、OTU），网络层次结构如图1所示。

图1 OTN光层网络模型图

2 城市轨道交通传输网络技术的应用现状

近年来，我国通信行业发展迅速，数据业务尤其是IP数据业务呈现爆炸式增长，有关通信传输网络的应用和研究一直是近年来科研的重要领域。传输系统是城市轨道交通通信系统的重要子系统，由于城市轨道交通对数据信息传送大带宽、多业务、高密度、高集成以及易扩展的需求越来越普遍，对信息传送的实时性、高效性与可靠性要求越来越高，因此在建设过程中根据城市轨道交通通信工程项目的实际情况，考虑到城市轨道交通的近期建设需求和远期发展目标，合理选择传输网络技术显得尤为重要。目前经常使用到的传输网络关键技术有基于SDH的MSTP、MSTP+、MSTP+IP、PTN 以及 OTN[3]。

3 OTN技术在城市轨道交通应用的意义

3.1 传输技术在城市轨道交通中的应用简述

MSTP基于SDH平台，通常内嵌RPR应用到城市轨道交通建设环境，能支持分组数据业务，结合RPR也实现了对大规模以太网数据业务的处理功能[4]。但MSTP只能实现TDM、IP业务的综合接入与传送，不能实现对发展迅猛的IP数据业务进行三层交换功能。由于在城市轨道交通内部网络大部分采用的是IP数据网络，故MSTP不是实现城市轨道交通内传输网络技术选型的最佳方案。

MSTP+是对原MSTP技术进行升级，实现了MSTP和PTN的融合。MSTP+兼容当前MSTP的所有特性，分组交换和TDM业务交叉统一于一个平台，融合电交叉、分组交换能力以及多层之间的协同能力，支持丰富的业务类型和接口类型，同时还具有丰富的OAM机制和多种保护机制，目前在国内城市轨道交通领域应用较多。但MSTP+带宽最大只能达到40 GHz，后期需要传送更大带宽数据业务时必须进行扩容设备，引起投资增加，且效率不高，不是最佳方案[5]。

MSTP+IP利用MSTP与IP设备共同构建传输平台，对于TDM与IP业务分别使用不同的设备进行承载。虽能够满足不同业务的传送需求，但投入两套设备将增加建设成本，也加大后期运营维护工作量。

PTN具有适合各种粗细颗粒业务和端到端的组网能力，提供了“柔性”传输管道，纯分组技术在应对TDM等实时业务的实时性和可靠性要求方面表现相对较差，时延和抖动等指标也相对不足。PTN对TDM等实时业务的支持是通过电路仿真业务（Circuit Emulation Service，CES）技术来实现的，增加了产品成本和功耗。

OTN结合了SDH和WDM的优势，主要解决了MSTP刚性管道运作效率低等问题，具备柔性管道特性，提供了灵活开放的组网功能。OTN满足多业务封装和透明传输以及大颗粒的带宽复用、交叉与配置，提供统一的光电交叉大平台和大容量调度能力，继承SDH完善的保护机制和强大的OAM功能，支持多层嵌套的串联连接监视（Tandem Connection Monitor，TCM）功能和前向纠错（Forward Error Correction，FEC）支持能力，较好地适应了大业务量业务的信息传送[6,7]。

3.2 OTN在城市轨道交通中的应用意义

随着城市轨道交通的快速发展，各大城市的轨道交通都往大线网运营时代迈进，客流密度快速增长，如此高密度的客流对城市轨道交通的安全运营、旅客安全出行以及运营服务质量提出了高度的保障需求。高清视频监控和智能化运营等大带宽业务量发展迅猛，整体来看，单一的传输技术已经无法适应城市轨道交通各系统业务的发展需求，目前业界光传送技术走融合之路，以应对带宽需求迅猛增长、业务严格物理隔离及网络高可靠性等要求。应用OTN技术，满足城市轨道交通的超大带宽要求，具有灵活经济的可扩展性，采用40/80波10G组网，并支持10G/100G混传。TDM业务和分组业务分别通过SDH和以太网封装到ODUk中进行承载，实现SDH于以太网业务在同一根光纤承载[8]。将城市轨道交通不同类型的业务通过不同的管道进行承载，实现端到端透明传输服务，保障了业务的安全性[9]。在网络保护级层面，OTN支持TDM保护和分组保护，确保GE/10GE和2.5G/10G/40 GPOS等大颗粒业务的安全，保证传送的可靠性[10]。

OTN技术综合了SDH和WDM的双重优势，经过多年的发展，OTN技术已趋于成熟，并且与城市轨道交通业务需求匹配度较高[11]。目前OTN技术在城市轨道交通行业逐渐发展为主流技术，在各大城市轨道交通中也有成功应用案例，具有广大应用前景。此外，在国外对国产厂商进行技术限制和封锁的形势下，国内轨道交通传输网络的扩展建设受到了不同程度的制约，满足城市轨道交通业务需求的OTN技术显得更加适合未来的城市轨道交通传输网络建设。

4 OTN技术在A市轨道交通3号线延长线中的应用

A市轨道交通3号线延长线全长17 km，其中高架段10 km，地下段7 km。设站8座，其中地下站4座，高架站4座。设车辆基地一座，设主变两座，控制中心接入A市轨道交通既有控制中心。

A市轨道交通3号线延长线采用40 Gb/s线路速率的OTN传输设备，预留升级到100 Gb/s的条件，具备VC交叉和面向连接的分组交换能力。A市轨道交通3号线延长线的传输网络建设，需考虑到对3号线一期既有业务网络的影响和远期对3号线延长线进行网络拆解的特点，3号线延长线传输系统采用独立组网，将包含有控制中心、车辆基地以及车站在内的10个节点，组成两个二纤双向复用段保护环，第一个环包括远期计划拆解出去的6个节点，第二个环包含远期拆解后纳入A市3号线一期运营范围内的3个节点。A市3号线延长线专用通信传输系统如图2所示。

图2 A市3号线延长线专用通信传输系统图

该0TN传输系统为A市3号线延长线专用通信提供了E1、STM-1、STM-4、FE、GE以及10GE等接口，时钟同步方式支持IEEE 1588v2，满足了A市3号线IP业务和视频业务对传输通道的高带宽需求。在应对未来A市轨道交通线路增长、客流密度加大、设备功能升级以及安全要求提高等具体业务需求的情况下，能够实现开放性扩展，网络功能齐全高效。

5 结 论

近年来，城市的快速发展推动了城市轨道交通投资建设的浪潮，针对城市轨道交通数据业务IP化和宽带化的需求，要求传输网络带宽更大、组网方式更灵活且网络拓展能力更强，OTN光传送网因安全性高、构成简单以及灵活性好等一系列优点正成为城市轨道交通传输网络建设的重要技术选型，增强了城市轨道交通的运营服务水平，是未来城市轨道交通传输网络构建的主流发展方向。