基于ASON 的山西电力通信网OTN 网络构建应用

李 晶，景 峰，张雪芹

（1.国网山西省电力公司信息通信分公司，山西 太原 030021；2.国网山西省电力公司，山西太原 030021）

0 引言

随着国网公司建设能源互联网企业的不断深入及数字化建设的大力推进，电力通信网在满足传统电网业务接入的同时，需要进一步满足智能配网自动化、精密负控、分布式能源等各类业务的接入需求[1]，通信网覆盖范围、通道带宽及设备接入能力都将面临巨大挑战。光传送网中自动交换网络OTN ASON 技术作为新一代智能光网络技术，以其高效的调度能力、超强的业务恢复能力（抗N次故障）和资源共享等特性[2-3]，成为电力骨干通信网组网的最佳选择。山西电力光传送网网络OTN（opticol transport network）网络因投运超年限已无法满足大规模的业务接入需求及安全可靠的运行要求，本文在分析现网存在的问题及带宽需求的基础上，提出了基于自动交换光网络ASON（automatically switched optical network）的山西电力通信网OTN 网络改造构建方案，并从组网原则、业务规划、保护策略、网管部署4 个方面进行了详细阐述，最终通过实际应用取得的成效，证明了网络构建方案的优越性。

1 OTN ASON 技术概述

1.1 OTN 技术及保护机制

OTN 主要以波分复用技术为基础，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）[4-5]。OTN 技术相对于同步数字体系SDH（synchronous digital hierarchy）和传统波分复用WDM（wavelength division multiplexing）技术，可支持更大的颗粒业务传送。目前OTN 设备单个波长就可支持40 Gbit/s、100 Gbit/s 的传输速率，支持多业务传送，具有强大的管理维护功能和更优越的调度能力、组网能力及保护能力[6-7]，在各个行业都得到了广泛的应用。OTN 保护主要分为光层保护和电层保护2 种。常见的光层保护方式有光线路1+1 保护、板内1+1 保护、客户侧1+1 保护[8-9]，常见的电层保护方式有ODUk SNCP 保护、ODUk环网保护。

1.2 OTN ASON 技术优势

ASON 与传统光网络的不同是引入了控制平面，组建控制、传送、管理三平面[10-13]，以及包括用于控制和管理通信的数据通信网。OTN ASON 技术在OTN 传送平面和管理平面基础上增加控制平面，实现网络动态连接管理和资源分配，以及故障时的自动保护及恢复，使光网络智能化。OTN ASON 网络主要特点及优势包括以下几方面。

a）资源和拓扑的自动发现及更新。ASON 可实现链路资源、网络拓扑的自动发现。实时动态获取网络中波长/子波长业务的资源状态，包括占用和空闲资源，了解当前网络存量。如果网络资源和拓扑发生了变化，如链路新增、链路移除、链路参数变化、网络节点增加和移除，ASON 都可实时更新有关信息并通知网络管理平台，大大减轻了网络维护管理、扩容及网络改造的工作量。

b）动态重路由。动态重路由是ASON 的核心特性之一，是指工作路由中断后，故障节点根据当时的网络资源实时计算出恢复路由，同步将业务配置到恢复路由上。当恢复路由再次发生故障时，重复运行动态重路由程序，由此实现多次故障恢复，抗故障次数与保护路由资源的数量成正比。因动态重路由无须占用固定波道资源，所以资源利用率较高。

c）网格组网提高网络安全性及生存性。OTN ASON 网络主要拓扑结构为网格网结构，该结构下网络存在多条恢复路径。ASON 依靠1+1 保护和预置/动态重路由恢复能力可以抵抗多次故障，只要有保护资源业务就不会中断。OTN ASON 网格越密，可用于恢复的路径越多，网格就越健壮。

d）端到端业务快速配置。ASON 提供快速端到端业务建立、查询、删除和属性修改功能。在ASON网络里，网管下发业务创建命令到首节点网元，然后首节点网元实现路由计算并通过信令协议发起业务配置过程，从首节点到下游节点逐点建立交叉连接，从而完成业务的创建。该方式充分利用了各个网元的路由和信令功能，缩短了业务配置时间。

e）丰富的业务保护等级。OTN ASON 可根据承载业务的可靠性要求差异灵活地提供多种业务保护等级，包括钻石、金、银、铜和铁级业务保护[14]，具体情况如表1 所示。除此之外，OTN ASON 还支持业务路径优化、业务路径返回、预置路由等功能。

表1 OTN ASON 业务保护等级

2 山西电力通信网现状分析

2.1 OTN 系统现状

山西电力骨干通信网采用A+B 双平面原则建设，A 平面为同步数字体系SDH（synchronous digital hierarchy）光传输系统，B 平面为OTN 光传输系统。OTN 系统于2009 年建设投运，采用英飞朗波分设备，全网共计29 个节点，部署35 套设备，网络架构依托500 kV 光缆网架，主通道提供200 Gbit/s传输容量，各地市公司提供100 Gbit/s 传输容量接入，实现622 Mbit/s 以上速率大带宽业务的汇聚和传输。

2.2 带宽需求

根据国网公司“十四五”通信网规划专业指导意见及山西公司“十四五”省级骨干通信网规划报告相关要求，OTN 系统作为省级骨干通信网核心大带宽汇聚业务的传输网络，需分别为数据通信网、调度数据网、互联网大区业务提供各地调至省中心站、省备调的通信通道和变电站直连业务的预留通道，具体需求如表2 所示。

表2 山西电力OTN 系统承载业务带宽统计表

2.3 存在的问题

a）设备老化严重：山西电力OTN 系统全网设备已运行长达12 a 之久，设备板卡故障频发且原厂设备板卡已停产，备品备件无法采购，只能依赖板卡返修，而板卡返修率高、返修周期长导致日常运维工作举步维艰。

b）板卡集成度高：数字交叉处理板集支线路、放大、电交叉功能于一体，集成度较高，板卡故障影响业务范围较大，无法确保电网生产调度业务安全稳定运行。

c）网架坚强性较差：山西电力OTN 系统网架存在部分单链路结构，日常光缆检修或故障时业务将中断；各地调出局均为单光路配置，采用光纤路保护OLP（optical fiber line auto switch protection）1+1 保护抗光缆N-1 风险，但无法抗板卡故障，存在较大的安全隐患。

3 基于ASON 的山西电力骨干通信网OTN的构建和应用

3.1 网格组网

为满足电网各类生产调度、经营管理及数字化建设业务需求，优化网架结构，解决设备老化故障频发问题，山西电力开展了基于ASON 的省级骨干通信网OTN 系统改造工作。改造后的OTN 网络采用网格组网方式，覆盖全省500 kV 变电站、省中心站、省备调、地调、直属单位共计40 个站点，部署41 套设备（省中心站2 套），均具有业务接入能力、电交叉功能。OTN 系统主干网络依托500 kV 线路光缆网架建设，各调度节点均经至少2 个出局方向接入主干网络，且81%光路均配置OLP 光线路1+1 保护单板，彻底解决了设备老化故障频发问题。

现阶段山西公司的大带宽业务以10 Gbit/s、1 Gbit/s、2.5 Gbit/s 为主，业务需求暂无100 Gbit/s OTN 系统的应用场景，且10 Gbit/s 的OTN 系统调制、解调设备简单，前向纠错FEC（forward error correction）编码方式也较为成熟，是电力、广电、运营商及铁路等行业应用最广泛的技术，所以山西电力采用单波道10 Gbit/s 速率的40 波OTN 系统。目前所有站点设备板卡配置满足20 波×10 Gbit/s，全网传输速率达200 Gbit/s，后期可扩容成40 波，且支持10 Gbit/s、2.5 Gbit/s、1 Gbit/s、155 Mbit/s、622 Mbit/s等多速率的业务交叉上下。

3.2 业务规划

山西电力OTN 系统主要承载各地调至省中心站、省备调数据通信网、调度数据网、互联网大区骨干通道及部分变电站之间的互联业务，为便于日常运维，单条业务整个路由都选用同一波长，针对相互独立、不同业务类别的2.5 Gbit/s 及以下颗粒的业务可以选用同路由、同波道进行交叉配置，存在主备关联关系的业务选用完全独立的路由及波道。以此为业务规划原则，确保业务安全运行的同时实现波道资源紧凑均衡分配，最大限度地提高波道资源利用率，减少网络资源管理工作量。

3.3 保护策略

根据山西电力OTN 系统组网结构，各地调满足至少2 个出局方向的同时部分光路采用OLP 光线路1+1 保护抗光缆N-1 故障。

目前主流OTN 系统支持光层ASON 和电层ASON，光层ASON 基于本地维度的波长选择开关单板完成重路由，实现基于波长的光层业务保护；电层ASON 基于ODUk 颗粒通过交叉板将业务切换到不同的线路板卡上，实现基于ODUk 颗粒的业务保护。山西电力OTN 系统全网启用电层ASON 功能来解决网络多点失效情况下承载业务的可靠性问题。综合业务可靠性及带宽利用率等因素，全网数据通信网业务为钻石级，调度数据网和互联网大区业务为银级，变电站互联业务因承载业务的上层协议已经提供保护能力，所以设置为铜级。

3.4 网管部署

山西电力OTN 系统网管在省中心站、省备调配置主备服务器，采用异地热备方式，各调度节点设置为网关网元，通过数据通信网与服务器进行网管数据交互，非网关网元与网关网元的网管通信通过ECC 协议实现。

3.5 应用成效

a）设备升级：改造后OTN 网络采用品牌自主可控的设备，相比原先高度集成的设备及板卡，现有的OTN 设备光、电分离，各板卡功能独立，运维灵活性更高。

b）网架补强：网络架构由覆盖29 个站点35 套设备升级至40 个站点41 套设备，网架由“两纵四横”升级为“三纵五横”。针对原先部分单链路及单光路结构均进行优化调整，其中省中心站出局由6 个方向优化为9 个方向，地调站点出局由单光路+OLP光纤切换装置优化为至少2 个出局方向，且配置OLP 光线路1+1 保护板卡，整体网架坚强性、可靠性有大幅提升。

c）带宽升级：带宽容量由主通道200 Gbit/s、各地市公司100 Gbit/s 传输容量升级为全网200 Gbit/s传输容量，同时各地调至省中心站数据通信网通道带宽由原先的1 Gbit/s 升级至10 Gbit/s。

d）业务自愈能力增强：传统的OTN 网络ODUk SNCP 保护或者1+1 保护都只能抵抗单点故障，在电力OTN 骨干网中引入ASON 可以解决网络多点失效情况下业务的可靠性问题。图1 为钻石级保护业务示意图，以图1 中A 站至B 站的钻石级业务为例，工作路由光缆中断时，保护路由立即发挥作用，业务不受影响，与此同时只要网络有可用资源，ASON 就会触发动态重路由建立另一条保护路由，确保业务永久1+1 保护，尽最大可能地保障重要业务安全稳定运行。

图1 钻石级保护业务示意图

e）资源利用率提高：基于ASON 的山西电力OTN 网络通过提供动态路由选择功能和业务保护分级的方式，尽可能少地预留备用资源，尽最大可能提高网络资源利用率。目前山西电力OTN 网络共计63 个断面，其资源利用率比较客观。

f）运维智能化提升：相比传统人工排障、业务逐点配置、手动迂回的方式，基于ASON 的山西电力OTN 网络自动实现端到端的业务配置及保障，解决了业务配置复杂烦琐、网络多点故障等问题。除此之外，现有网管系统支持智能光纤管理，可实现对网络中线路光纤的实时监控，通过对光纤连接状态的精准检测，协助运维人员分析光纤接口、熔纤点质量，快速定位光纤质量问题。

4 总结与展望

在电力通信中，基于传统SDH 的光网络存在明显缺陷，如网络拓扑结构单一、带宽利用率低以及灵活性、拓展性不足等，因而无法适应智能电网高速率、高带宽、高可靠性的要求。在这样的背景下，以SDH 和OTN 为基础的ASON 应运而生[15]。随着电力通信业务云化、大数据、物联网和移动应用的不断发展，电力骨干通信网将承载更多大带宽业务，比如调度数据网主备调直连网络、调控云高速资源同步网、云构架下的数据中心互联等。与传统的传输技术SDH、WDM 和OTN 相比，把ASON 应用到OTN 网络中不仅能实现电网业务大容量、长距离传输，还能进一步提升OTN 网络的调度、管理、资源共享和恢复能力[16]，满足电力通信网安全可靠运行的要求。面对日益增长的大带宽业务需求，国网山西省电力公司将结合现有情况，充分利用先进技术，有序地开展OTN 网络波道扩容及10 Gbit/s、100 Gbit/s 的OTN混传技术研究应用，进一步提升电力系统的网络传输优势。