简谈OTN光传送网技术在城市轨道交通中的应用

王 帅

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）

1 概述

随着轨道交通大容量业务对传输网络带宽需求的快速增长，在国家新基建背景城市轨道交通云化业务发展的趋势下，目前轨道交通传输系统承载业务呈现出多样性、差异性与高带宽性的特点，传输网络不仅需要能够适应IP化发展的海量带宽需求，而且还需传输网络具备可以进行灵活快速的业务调度，完善的网络维护管理（OAM），以便适应未来的业务发展。同时，传输网络还需提供更高的环网带宽、管道隔离以及多重保护机制等特性化功能。OTN技术兼具WDM、SDH的技术优点，可以提供一种更先进、更高速率、更加灵活的传输网络解决方案，满足轨道交通数据业务的快速发展的需要。

2 轨道交通传输业务发展趋势

1）高带宽需求：目前已有城市轨道交通视频业务实行OCC集中统一存储与管理，在满足地铁高安全性、高可靠性、多业务并发传送的要求下，线路侧带宽容量需要全面提升，现有主流传输技术制式已经趋于无法满足日益增长的带宽需求。

2）业务种类需求增多：随着城市轨道交通运营线路的增多，以及未来的规划需求等，全路网线路控制中心（OCC）的信息都要传送到线网指挥中心（COCC），OCC与COCC之间的通信包含众多的数据业务，如无线通信业务、ATS业务、乘客信息（PIS）业务、视频监视（CCTV）业务、自动售检票（AFC）业务等。需要传送网络提供足够容量的带宽，并能为未来新增业务及线路增长预留出足够的可扩容空间。

3）上层管理网络的建设需要：轨道交通管理部门主要包括各地铁线路OCC、COCC、应急管理中心、公安分局、公安市局、清分中心、数据中心、网络中心、运营公司等相关管理及应用部门。COCC作为协调城市各轨道交通子系统及处理应急事件的总控制中心，承载了全路线网列车运行、客运组织、车站运作、电力供给、设备监控、防灾报警、信息收发等地铁运营全程监控和指挥。在非正常情况下，COCC也承担着事件处理的现场指挥中心功能。高速数据上层管理网络的建设，是为了能够更好的协调相关部门之间的管理协作，共同指挥及应急处置，能够更好的形成COCC对全路线路的监控、协调与指挥调度等。

4）系统业务管道隔离，传输性能要求高：地铁传输网络承载的业务包含ATS列控信息、AFC等对可靠性、实时性、安全性要求非常高的业务，同时各业务间必须实现物理隔离，对网络的性能指标和通道间隔离有着非常高的要求。

5）未来网络规模扩大，业务传输可靠性要求高：无论是TDM业务还是以太网业务，均需要有高可靠性的网络作为传输保障，能够满足在故障情况下的网络及时倒换，确保业务正常运行。

3 传输技术简述

目前主要的传输技术包括增强型MSTP、PTN、MSTP+IP与OTN方式等，相关技术分析如下。

增强型MSTP统一传输平台是对原有MSTP技术进行改进，升级为具有MSTP与分组交换双平面功能的技术方案。在满足原有语音等低速率业务需求的同时，又能够适应不断增加的IP业务需求。但该技术受限于单波长传送网络40 G带宽限制，如遇大带宽业务传送时，需考虑增加传输设备或利用波分功能性单板实现，此实现方式将进一步增加工程投资。

PTN分组传送平台提供以分组业务为核心的弹性传输管道，对于TDM业务则通过电路仿真方式实现，其时延和抖动较传统MSTP技术大，目前国内实施案例较少。

MSTP+IP方式，利用MSTP与IP设备共同构建传输平台，对于TDM与IP业务分别采用不同的设备进行承载。虽能够满足不同业务的传送需求，但两套传输设备建设成本偏高，且增加了运营后期维护工作量，目前国内实施案例较少。

OTN技术综合了传统SDH与WDM的优点。在光域，可以实现大颗粒的处理，提供对更大颗粒的2.5 G、10 G、40 G业务的透明传送能力，具有WDM系统高速大容量、多波长传输的优势；在电层，OTN技术把SDH可运营可管理能力应用到WDM系统中，形成一个以大颗粒宽带业务传送为特征的大容量调度网络。OTN还具有路由和信令功能，为业务提供更为安全的保护策略和更高的传输效率。经过多年的发展，OTN技术已趋于成熟，且OTN设备也已在运营商层面开始部署。

当前，轨道交通建设逐渐由传统单线建设向信息化、数字化、智慧化发展，未来传统应用系统、新应用系统走向云化架构发展成为必然。在国家大力推进新基建背景下，云化后的业务对于传输网络稳定、快速、高效的需求将进一步加速。综合上述几种传输方式的传送能力、延时抖动、工程投资等方面的技术比对，光传送网技术的多波长及高带宽能力将非常适合新基建下的城市轨道交通传输网络建设。

4 OTN技术简述

OTN是由一组通过光纤链路连接在一起的光网元组成的网络，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（可生存性）。

OTN以ITU-T G.872协议将整个光层细分为光信道层（OCh）、光复用段层（OMS）、光传输段层（OTS）。光信道层又分为3个电域子层，如图1、2所示。

5 OTN技术优势

OTN技术综合了SDH的主要优势和DWDM的带宽可扩展性。从功能上讲，就是在光域层面实现业务信号的传送、路由选择、监控等。 OTN作为新一代传送网络，具有以下特点。

图1 光信道层划分Fig.1 Division of optical channel layer

图2 OTN设备功能模型Fig.2 Functional model of OTN equipment

1）ODUk电交叉模块，是OTN调度和保护能力的重要基础，丰富的嵌入式开销支撑了OTN强大而精细化的管理。

2）OTN网络接口规范，异步复用，运行维护管理（OAM）功能强大，互联互通兼容性好。

3）OTN采用DWDM传输技术，在实现业务超大容量传送的同时，还使网络具有很强的可扩展性，网络本身可以根据不断增长的业务发展进行相应的网络扩容。

4）OTN采用光交叉技术，光传送网可以进行波长级灵活重组，并且具有极强的重新配置及保护、恢复特性。

5）OTN技术可以实现大颗粒业务的带宽复用、交叉和配置，在提升对大颗粒数据业务传输的同时，还能适应对高带宽数据的处理能力。

6）OTN系统支持多业务同波混合传输，并可按照信号的波长来进行信号处理，对所传送数字信号完全透明。这意味着光传送网不仅可以透明传送当前广泛使用的SDH、以太网、TDM业务等，而且还可透明传送未来使用的其他数字业务信号。

6 产品选型

目前，国内主流传输供货商均有相关产品支持，并从城市轨道交通业务适应性及兼容性角度出发，分别推出了支持OTN+PKT+TDM三平面且具有各种丰富客户侧接口的传输设备。能够更好的适配从E1至100GE等多种不同速率、不同传输类型的业务需求，更好匹配城市轨道交通未来业务带宽发展需求。该选型设备具有以下几个特点。

多业务超大带宽：每个线路通道能够承载ODU0/ODU1/ODU2业务颗粒，能将轨道交通不同类型数据通过不同的业务封装到ODUk管道中进行承载，ODUk颗粒支持绑定为SDH管道或以太网管道。因此TDM业务可通过SDH封装到ODUk中进行承载，视频监视系统业务、乘客信息系统业务、广播系统业务、软交换业务等以太网业务可通过以太网封装到ODUk中进行承载，从而实现TDM与以太网业务在同一根光纤中承载，并能够满足未来业务量的扩容要求。

时隙交换、物理隔离：能将轨道交通不同类型的业务通过不同的管道进行承载，从而实现业务的物理隔离，确保业务的可靠性与安全性，并能够提供端到端的带宽保障。设备内部采用基于ODUk的时隙交换，使得各类业务的传输抖动与时延非常低，传输指标不受业务数据量的变化而变化，非常适合重要及高可靠性业务的传送。

重要单板主备保护：设备支持各种设备级保护，如主控、时钟、交叉及电源1+1保护，能够确保设备高可靠正常运行。

7 结束语

随着轨道交通云化浪潮的逐步来临与传送业务IP化发展的持续推动，同时考虑到轨道交通通信系统承载业务现状和未来的发展需求，OTN光传送网将成为构建灵活的宽带传送网络的重要技术选型，从而实现网络宽带化、高效化、安全化通信，进而增强城市轨道交通的运营服务水平。