高速公路通信系统中OTN技术应用

郭良山、龚平

（江西路通科技有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

在高速公路系统中，公路通信系统作为一个复杂结构涉及的通信参数非常多。在公路通信系统构建环节需要明确通信系统运行要求，在掌握通信技术指标基础上发挥出通信功能，实现系统联控。光传送网技术（简称OTN 技术）具备通信效果强等诸多优势，将其应用到高速公路通信系统中能够提升系统的灵敏性，保证信息传输安全。

1 OTN 通信技术概述

传统网络的基础承载性能随着我国科技的迅猛发展也在不断发生变化，网络传输的承载容量及业务传输速率要求也将越来越高，智能化较为滞后的传统网络已经无法满足动态化IP 业务的容量及高传输速率需求，OTN 技术的发展及应用对实现全光网络起到有效的促进作用。OTN 的概念在1998年被国际电信联盟电信标准分局正式提出，其旨在促进通信子网内完成透明光的传输方式，光传输网络通过子网边界O/E/O 的3R 再生技术的不断补充得以完成。各大网络运营商也通过OTN 技术的完善不断扩张建设规模。在2009年中国联通就对40GDWDM 和OTN 技术展开了深入研究，并将OTN 技术作为下一代的主要网络传输技术进行开发。我国的OTN 技术也在不断进步，中国移动公司在2011年建立了该技术的东北片区省际干线，并将OTN 作为省际传输网络技术发展的主要业务，随后更是完成了OTN 商用传输系统的全国主要纵横高速公路的覆盖。通过OTN 节点机、单模光纤、用户界面卡及网管中心4 个主要模块构成了OTN 通信系统，相关的界面卡种类有数十种可供选择。具体种类选择明细详见表1。

表1 接入界面卡类型

现阶段的高速公路通信网络可以对以上多种形式的界面卡进行接入操作，使传统通信网络的上下电路频繁编解码及层复用缺点得到显著改善。

2 OTN 通信技术优势

2.1 网络抗毁性能

OTN 技术应对节点机故障中断的处理能力十分出色，网络重组功能与故障后恢复初始设定功能都能从多方面保障系统的稳定运行。该系统的光纤网络运行状态不会受到系统节点终端、网络及界面卡等内容扩充所影响，系统可以在50～120ms 的时间内迅速启动网络重组功能。在双环路光纤传输的运行环境中，系统也会对中断故障的环路迅速进行自动切换，使系统的运行得到稳定保障。该系统各类接口不需要其他编解码的操作就能完成自动接入，并自动集成在指定的网络上。另外，节点终端的电源供应系统也可实现主备系统的故障自动切换，进一步保障整个通信系统的运行稳定。

2.2 高性价比

高速公路OTN 通信系统是集超高的传输性能与强大的业务数据接入能力为一体的综合光纤通信系统，具备数据一体化、可视化等功能，属于一种重要的数据集成处理措施，并且具有系统结构简单、维护升级简便的巨大优势。在OTN 高速公路通信系统的应用与实践中发现，相比其他的通信技术其在相同的通信传输功能上运营成本更低，能节约出大概5%的工程费用，并且在后期的运营维护上更具操作简便性价比高的优势。

2.3 其余优势

高速公路OTN 通信技术具有后期长远发展的良好适应性，在OTN 支线的分离及业务接口调整无太大影响，OTN 通信技术的带宽达到36～2500Mbit/s，容量大且可靠性强，网络内的各节点机具有超强的自愈及复位功能，语音、图像、广播等综合数据的集成与处理能力较强；通信协议种类全面，与外界辅助设备的通信无需专用解码器进行转解码操作，其特有的双环自愈网络布局对后期的维修维护便捷性提供了强大的支撑[1]。

3 OTN 通信技术的应用

3.1 系统建设思路

全国高速公路信息通信网络在不断完善与普及，省际高速公路之间的信息交互传输业务也在不断增多，加大了高速公路传输网的内部信息管理难度与监控信息传输等业务的工作量。省级高速公路的OTN通信网络是一项耗资巨大且时间线比较长的项目，在投资建设过程中需要根据区域内的实际业务量和光缆资源配置情况进行合理的全局规划，并按规划目标逐步完成建设。所以，高速公路传输网络的规划必须具备科学全面的发展观以及长远发展眼光的特点，根据当今的业务发展情况对未来5年的业务量做一个合理规划，不断完善与优化OTN 技术，实现OTN 技术在全国省际高速公路通信光传输网络中的布局与应用[2]。

省级高速公路通信网络的建设一般由3 个OTN骨干环网、4 个OTN 城域环网以及其他网络拓扑与OTN 保护机制配合组成，具备安全系数高、业务数据处理迅速以及覆盖面广的特点。省级高速公路传输网络的规划与建设根据省级高速公路的OTN 通信系统设计方向进行。对于信号的翻盖范围通常能够达到几千米。通过OTN 通信传输网络系统的规划与建设，可以实现全省范围内各地级市的业务节点全面覆盖。省级高速公路之间的业务电话、指令电话及紧急电话等语音业务方面的需求，可以通过高速公路的OTN 通信传输技术中的语音卡应用与管理中心PBX进行交互传输，实现各收费点之间的语音业务传输；管理中心可以通过RS422/RS232 及NX64kbit/s 接口界面卡收集到的各种路况信息及其他车辆检测识别信息和气象信息的收集，对各收费站完成实时监控与突发状况的调度作用；各收费站的实际收费信息可以通过OTN 通信系统中的100Mbits/s 以太网接口来实现相关的信息采集与传输管理工作；OTN 通信系统中的图像处理界面卡功能可以实现对收费广场、匝道立交和收费站等区域的实时监控管理。收费站系统技术架构如图1所示。在系统构建中结合公路设计的标准，管理中心与分管收费站设置了1～4 个节点，且各个节点均采用OTN 接入接口，集成高速公路的全部通信系统数据进行统一规划管理。

对于OTN 通信系统来说，时分复用技术是重要的处理技术，该技术主要是由四芯单模光纤组合而成的，系统采用的光源包含两种发光体，分别为1310nm发光体、1550nm 发光体；在节点机安装的过程中，需要将其安装到工业机柜当中，同时节点机的适用距离要控制在110km 以内。在通信系统业务宽带处理的过程中传输距离的参数要求比较高，一般来说传输的速度需要达到526～1184M。如果后期需发展拓宽OTN 高速公路信息系统的业务范围，则根据各路段的中心业务需求进行带宽的扩张。根据省级高速公路网的发展规划以及实际业务量需要，省级高速公路一般可预设200 个左右的路段中心，规划多路段中心的远期自用带宽必须达到1052～2368Mbps 的标准，综合通信业务的信息处理汇聚型特征，要求高速公路通信网络的核心网承载带宽超过100Gbps 左右的水平，其他部分的汇聚环网的带宽业务需求及网络末端支链带宽业务没有这么高的要求，那么承载带宽会相应下降到10～40Gbps 的区间[3]。

3.2 网络拓扑选择

在通信网络建设的环节，需要把全线通行基础作为业务节点的基础，做好节点进行拓扑选择，结合高速公路的业务实际需求开展当前及未来的网络传输扩容设计工作。星形、链形、树形、环形是网络拓扑图的主要形式。网络拓扑最基础的拓扑形式就是链形拓扑，其拓扑形式的结构比较简单，通过1 条光缆对两个节点进行连接，若光缆出现中断情况则对终端处以下的全部业务都有影响，对节点连接缺乏必要的保护，所以这种连接形式只适合重要性不强且信息处理业务较少的侧业务的接入。星形拓扑连接的各节点能够将所有信息汇集到中心节点进行交互与处理，缺点是中心节点的负担被加重了，在信息处理的环节处于长时间高强度的工作环境，会给中心节点造成故障，故障会对网络系统运行造成阻碍。树形拓扑的分布形式对故障隔离以及节点增加有一定的优势，但是根部光缆或设备故障的话也会对下续节点数据的传输造成影响。环形拓扑则将网络节点进行环状连接设计，通信数据的传输不会受到某一端的故障而停止传输，由另一端继续向相邻节点实现业务传输及数据交换功能，具有较强的网络保护能力，也是目前应用最为广泛的拓扑应用形式。OTN 网络拓扑形式各有各的特点，在设计过程中会结合特定的网络应用环境进行具体应用。链形拓扑虽然安全系数最低，但是网络构建简单，建设起来比较容易，在应用的过程中针对业务量要求不高的节点，采用该技术能够满足业务延伸以及SDH 环网构建的要求，同时在高速公路全段与节点局域网建设中，树形结构还能给此类局域网建设奠定基础。在网络建设中主要以环形网作为基础，在配合链形网络的基础上实现信息网络的建设。

3.3 OTN 网管系统

对于OTN 网管系统而言，其具备自我诊断功能，系统运行时会结合故障的具体情况发出相关的警示信息，并通过图像信息的形式在维护终端商显示故障明细，同时具备故障信息储存及打印输出功能。若光信号的变动幅度大于500nW 时，那么关系系统控制中心也会发出警示。管理系统的数据库受到多重密码的保护，维护和更改指令通过菜单模式和功能键模式进行操作。接口板的插拔及数据变更与设定不会影响到高速公路通信网络系统的运行，各个接口板端口的信号运行情况受网络控制中心的实时监控；管理中心节点也可以通过HOT-STANDBY 的运行方式同时接入两套系统。系统如出现中断情况，网管设备则可实现设备与设备之间的无缝衔接以保障系统的运行不受中断。在光环网内同步时钟并设置好节点机的跟踪顺序，即使第一主节点机出现故障停机，第二主节点也会自动进行同步跟踪动作，各节点机的系统数据也能第一时间在FlashROM 中进行储存。节点机的断电重启后可以不用再次导入数据，自行进入正常运行状态。另外，通信系统还能对网络管理信息与高程管理系统进行控制，能够以储存功能实现SNMP 模块传输与存储，促进OTN 网管系统统一管理区域网络。

3.4 OTN 图像传输及接入系统

OTN 的输入及输出界面卡都是采用统一格式的标准界面卡，系统应用的压缩编码信号为通用的MJPEG 视频信号，为了减少安装视频切换系统出现的不必要问题，可以通过鼠标在系统中进行图像切换，并确保切换图像的带宽达到6～12Mbit/s。上述操作模式可以通过各网管进行图像的接入传输处理以及用户图像的修改调整工作，实现整个网络的图像管理工作灵活化与高效化，对系统维护工作的减负以及光纤芯数的资源优化有着积极作用。该系统的特点包括：第一，带宽切换预留，即用户可以根据监控需求对管理系统内的多部摄像机图像进行灵活切换。第二，对电连接。在摄像机与监视设备连接以后，需要对其进行一对一配对。第三，多落点连接，即在保证带宽不变的前提下完成单台摄像机对多站点多台监视器的共享连接功能，使系统具有十分优秀的图像接入传输处理能力，充分满足高速公路用户对监控图像传输及数据管理多方位的应用需求[4-5]。

4 结语

总的来说，OTN 技术在高速公路通信系统中的应用为高速公路拓展各种高新科技的通信业务带来了强大的技术保障，促进了高速公路在高新技术方面发展的进度。从通信技术上推进无人驾驶、5G 以及人工智能等技术在高速公路中的长远发展，为高速公路的服务质量以及业务能力提高一个等级，并通过OTN通信技术系统加强高速公路可测、可控、可服务的技术水平，在将来推动高速公路的服务功能和提高管理水平起到重要作用。