前言
隨著信息時(shí)代的到來,新業(yè)務(wù)和新技術(shù)的迅速推廣應(yīng)用,通信業(yè)務(wù)種類、數(shù)量及用戶需求的劇增,通信網(wǎng)絡(luò)性能變得更強(qiáng),規(guī)模更廣。干線傳輸系統(tǒng)設(shè)備也日益更新。從電纜傳輸?shù)焦饫|傳輸,從模擬設(shè)備到數(shù)字設(shè)備,從PCM、PDH到SDH、DWDM和OTN(開放式傳輸網(wǎng)絡(luò))設(shè)備。對(duì)于許多延伸性的網(wǎng)絡(luò),如地鐵、輕軌、機(jī)場(chǎng)、配電網(wǎng)絡(luò)、石化工廠和化工車間等,常常采用混合通信的系統(tǒng)環(huán)境,在這些情況下,OTN是一種非常理想的解決方案。
由于城市地鐵、輕軌一般長(zhǎng)度為10~20Km,沿線經(jīng)10~20個(gè)車站,多數(shù)通信集中在控制中心OCC和車站(車輛段)之間進(jìn)行,要求有多種類型的語(yǔ)音通信、時(shí)鐘系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、無線系統(tǒng)、電力監(jiān)控、列車監(jiān)控、自動(dòng)售檢票、閘機(jī)系統(tǒng)等,利用OTN把這些服務(wù)結(jié)合成一體,構(gòu)成一種高速度、易管理沒有距離限制的光纖網(wǎng)絡(luò)。下面對(duì)OTN系統(tǒng)進(jìn)行具體介紹。
OTN的含義和特點(diǎn)
OTN(開放式傳輸網(wǎng)絡(luò)Open Transport Network)利用最新的光纖技術(shù)建立的一種傳輸系統(tǒng)。它采用雙環(huán)路方式,具有更高的網(wǎng)絡(luò)可用性,而且在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里綜合了不同類型的服務(wù),由此,它能實(shí)現(xiàn)幾乎所有的傳送任務(wù),滿足諸如語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、LAN、視頻和任何其他特殊的服務(wù)需求。
OTN的名字顯示了其系統(tǒng)內(nèi)涵:
Open 利用接口模塊,它能處理幾乎所有的已有物理接口標(biāo)準(zhǔn),以及特殊環(huán)境中的各種具體的通信協(xié)議。
Transport:由于OTN的主要操作都是在OSI模型的物理層中,它對(duì)高層的各種協(xié)議都是透明的傳輸。因此它能完全透明的傳輸各種不同類型的信息(如語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、數(shù)字視頻和LAN),且具有極高的可靠性。
Network:它采用了光纖技術(shù),這也是未來的網(wǎng)絡(luò)體系基礎(chǔ),傳輸距離幾乎沒有限制,是混合環(huán)境中最理想的解決方案。當(dāng)然由于OTN監(jiān)控的可靠性和靈活性,它也可很好地應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中的某一項(xiàng)特定服務(wù),如交換機(jī)(PBX)之間2M口的互連。
另外,OTN還可以通過簡(jiǎn)單的增加接口卡實(shí)現(xiàn)從一種環(huán)境移植到另一環(huán)境中,能夠適應(yīng)快速發(fā)展的通信需求,能在未來的長(zhǎng)期內(nèi)使用,比較適合長(zhǎng)遠(yuǎn)投資的規(guī)劃。
OTN的組成
OTN目前有3個(gè)版本:OTN-36,OTN-150和OTN-600,分別提供36Mb/s、150Mb/s和600 Mb/s的3種帶寬,OTN版本之間可平滑升級(jí)。目前地鐵中比較流行采用的是OTN-150版本。
OTN網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)由4個(gè)主要系統(tǒng)部件組成,包括光纖主干網(wǎng)、OTN節(jié)點(diǎn)機(jī)、為進(jìn)入系統(tǒng)提供的接口卡和網(wǎng)絡(luò)控制中心(NCC)。
光纖主干網(wǎng)在地鐵、輕軌正線區(qū)段沿左右線隧道邊墻電纜支架或電纜槽各敷設(shè)一條光纜,連接各節(jié)點(diǎn)機(jī),形成環(huán)狀,由于地鐵、輕軌各站站間一般2Km左右,光纜盤長(zhǎng)應(yīng)按兩站間距離確定,中間不允許有接頭。光纖主干網(wǎng)可使用3種光纖,即多模光纖50/125、65/125和單模光纖9/125。光傳輸機(jī)可采用LED、CD-Laser和激光形式,可工作在820nm、1310nm、1550nm3個(gè)波長(zhǎng),另外帶寬也有36Mb/s、150 Mb/s和600 Mb/s三種選擇。因此OTN有多種選擇,可適用于不同環(huán)境和投資。目前地鐵、輕軌系統(tǒng)中采用的大多為150Mb帶寬、1310nm波長(zhǎng)的激光光源和單模光纖組成的OTN網(wǎng)。
OTN節(jié)點(diǎn)機(jī)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接方式互連并形成2個(gè)方向相反的環(huán),分別稱為主環(huán)和次環(huán)。正常運(yùn)行時(shí),與OTN相連設(shè)備的數(shù)據(jù)被發(fā)送到主環(huán)上,次環(huán)處于備用狀態(tài)并與主環(huán)保持同步,以便監(jiān)視系統(tǒng)的可用性。緊急情況下,次環(huán)能部分或全部接管所有數(shù)據(jù)的傳輸。為系統(tǒng)提高高的可靠性和可用性。
OTN節(jié)點(diǎn)機(jī)由公用模塊和8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口模塊插槽構(gòu)成。公用模塊包括光電轉(zhuǎn)換模塊(OTR1、OTR2),光環(huán)形適配卡(ORA)和電源模塊(PSU)。通常還配一個(gè)鈴流發(fā)生器(RG)供電話系統(tǒng)使用。8個(gè)接口插槽可插入不同的接口卡。如圖2所示表明了其具體構(gòu)成。 兩個(gè)光電模塊(OTR1、OTR2)分別插在ORA卡上,合稱公用邏輯卡,OTR1模塊位于OTR2模塊下方,分別接主環(huán)光纜和次環(huán)光纜。公用邏輯卡實(shí)現(xiàn)時(shí)分多路復(fù)用(TDM),完成兩個(gè)OTR模塊與所有接口卡之間的輸入/輸出,ORA將從OTR上收到的信息傳送給適當(dāng)?shù)慕涌诳ㄉ希褋碜越涌诳ㄉ系男畔魉偷焦饫w模塊OTR上以供傳輸。同時(shí)ORA卡還可完成與NCC之間的輸入/輸出,當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)的ORA卡與NCC相連時(shí),這個(gè)ORA卡則通過以太接口與NCC進(jìn)行通信,當(dāng)其他節(jié)點(diǎn)的ORA卡與NCC相連時(shí),這個(gè)ORA卡則通過光纖環(huán)與NCC進(jìn)行通信。另外ORA能夠讀出節(jié)點(diǎn)機(jī)的狀態(tài)和控制數(shù)據(jù),對(duì)光纖環(huán)進(jìn)行管理的功能。
電源模塊(PSU)共有兩種:一種是每個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)都有的用于產(chǎn)生公用邏輯卡和所有接口卡所需電壓(+5V、+12V、-12V)的電源模塊。另一種是為裝有語(yǔ)音通信的電話終端用戶的節(jié)點(diǎn)機(jī)提供-48V的電源模塊,若使用的是模擬電話,則此電源帶有鈴流發(fā)生器,若使用的是數(shù)字電話,則不帶有鈴流發(fā)生器。
OTN的所有插槽和接口卡的尺寸都是統(tǒng)一的,任何接口卡都可插入任意槽里。所有的用戶設(shè)備都經(jīng)過接口卡與OTN系統(tǒng)相連。接口卡完成信息和數(shù)字信號(hào)的互換,并將數(shù)字信號(hào)插入到繞環(huán)傳輸?shù)腡DM幀中以及從TDM幀中恢復(fù)出數(shù)字信號(hào)。這些接口卡都可以帶電插撥。多種接口卡模塊可用于語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、LAN、控制和視頻等連接。
工作原理
在光纖環(huán)上的各OTN節(jié)點(diǎn)間的通信采用時(shí)分多路復(fù)用(TDM)技術(shù),使得在環(huán)上的多個(gè)用戶共享傳輸介質(zhì)。時(shí)分復(fù)用時(shí),時(shí)間被分成重復(fù)的幀,幀長(zhǎng)為31.25μs(即電話通信幀長(zhǎng)125μs的1/4),這些幀再被分成時(shí)隙,所有的時(shí)隙長(zhǎng)度都是1bit,設(shè)備能根據(jù)其信號(hào)傳輸?shù)男枰环峙鋷讉€(gè)時(shí)隙來滿足傳輸速率的要求,因此OTN能提供眾多的、滿足不同需要的通用和專用接口卡,為滿足用戶新的需要奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
OTN系統(tǒng)對(duì)于用戶設(shè)備和其他通信系統(tǒng)是完全透明的,即末端設(shè)備不必知道OTN是否正在傳送信息,它為一個(gè)連接分配許多時(shí)分復(fù)用幀比特,建立永久性虛擬電路,允許是常比特率或變比特率,將通信業(yè)務(wù)有效地復(fù)用在高速的介質(zhì)上,分配的比特?cái)?shù)依需要的帶寬而定。
任何傳輸系統(tǒng)都可能由于某種原因而發(fā)生故障,如光纜斷開,光收發(fā)機(jī)故障等都能造成系統(tǒng)故障,甚至不能工作。OTN網(wǎng)的雙環(huán)結(jié)構(gòu)具有并行的光纖,在每個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)上帶有控制算法,為網(wǎng)絡(luò)提供了獨(dú)特的“熱備用”和自修復(fù)能力。在故障狀態(tài)下,由于其自動(dòng)的光纖傳輸路徑重構(gòu)能力,使得系統(tǒng)能繼續(xù)工作。根據(jù)入射光的損失或傳輸同步的丟失,節(jié)點(diǎn)能立即檢測(cè)到所有的故障,每個(gè)節(jié)點(diǎn)能決定將輸入光纖上的數(shù)據(jù)回送到另一個(gè)環(huán)上的輸出光纖,以這種方式形成一個(gè)新的邏輯環(huán),該邏輯環(huán)將兩次通過末端的節(jié)點(diǎn)。
當(dāng)正常運(yùn)行時(shí),數(shù)據(jù)在主環(huán)上傳輸,次環(huán)備用并保持同步.當(dāng)主環(huán)的光纖斷開時(shí),OTN網(wǎng)的傳輸自動(dòng)切換到次環(huán)上,從而繼續(xù)保持系統(tǒng)正常工作;當(dāng)主/次環(huán)光纖都斷開時(shí),與斷開點(diǎn)想鄰的的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)將輸出光纖上的信息回送到同一節(jié)點(diǎn)上的另一環(huán)上的輸入光纖,從而形成回環(huán),使系統(tǒng)繼續(xù)保持工作,并將故障段隔離,保證了系統(tǒng)的可用性,同時(shí)也為系統(tǒng)提供了高可靠性;當(dāng)節(jié)點(diǎn)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),與該節(jié)點(diǎn)機(jī)相鄰的兩節(jié)點(diǎn)機(jī)自動(dòng)將輸出光纖上的信息回送到同一節(jié)點(diǎn)上的另一環(huán)上的輸入光纖,從而形成回環(huán),并隔離該節(jié)點(diǎn)機(jī),使其他節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)繼續(xù)保持工作,等待該故障節(jié)點(diǎn)機(jī)修好后,再切換到主環(huán)工作.
網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)拓樸可分為邏輯拓樸和物理拓樸,邏輯拓樸描述信息在網(wǎng)上傳送的路徑,物理拓樸則描述如何安排節(jié)點(diǎn)和介質(zhì)及它們之間的連接。
邏輯拓樸有雙環(huán)結(jié)構(gòu)和和菊花鏈結(jié)構(gòu),而雙環(huán)結(jié)構(gòu)具有對(duì)故障最優(yōu)的恢復(fù)能力,是最完美的一種邏輯拓樸。在雙環(huán)結(jié)構(gòu)中,光纖線路是閉合的,線路一斷開,系統(tǒng)就通過環(huán)回方式響應(yīng)這種變化,并指示故障情況,OTN系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)糾正網(wǎng)絡(luò)中不同類型的錯(cuò)誤,保證系統(tǒng)的高可靠性和高可用性。
物理拓樸結(jié)構(gòu)有4種:點(diǎn)到點(diǎn)、環(huán)結(jié)構(gòu)、星型和總線型。網(wǎng)絡(luò)的物理拓樸對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)和可用性有著重要影響,由于OTN具有靈活的組網(wǎng)方式,使得用戶可根據(jù)實(shí)際環(huán)境和投資決定采用哪種拓樸結(jié)構(gòu),并可從一種拓樸類型靈活的轉(zhuǎn)換成另一種拓樸類型。
廣州地鐵采用環(huán)形網(wǎng),不僅節(jié)省了對(duì)光纜的投資,而且雙環(huán)網(wǎng)對(duì)故障的自動(dòng)修復(fù)能力,保證為廣州地鐵通信系統(tǒng)提供高可靠性和可用性的傳輸主干網(wǎng)絡(luò)。
幾種傳輸技術(shù)的應(yīng)用比較
目前,在城市軌道交通通信系統(tǒng)中主要使用以下4種技術(shù):
PDH(準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸系統(tǒng))
SDH(同步數(shù)字傳輸系統(tǒng))
OTN(開放式傳輸網(wǎng)絡(luò))
各傳輸系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用
PDH(準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸系統(tǒng))
PDH具有多年發(fā)展史,技術(shù)非常成熟,且比較穩(wěn)定,廣泛應(yīng)用于早期的光纖數(shù)字網(wǎng),但隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展和用戶需求的不斷增長(zhǎng),已無法完全適應(yīng)通信業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。主要有以下缺點(diǎn):
傳輸容量?。粩?shù)字信號(hào)速率和幀結(jié)構(gòu)不一,各廠家自行開發(fā)光接口;構(gòu)成光傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí),必須使用光端機(jī)、復(fù)用設(shè)備、PCM D/I設(shè)備組成,必須有兩套網(wǎng)管設(shè)備對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)和接入設(shè)備進(jìn)行管理,設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜冗余。
因此,目前,在構(gòu)成通信傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí),已很少采用該技術(shù)方式。
SDH(同步數(shù)字傳輸系統(tǒng))
SDH是20世紀(jì)90年代初的產(chǎn)物,基于TDM傳輸原理,有非常成熟的ITU-T標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品。且技術(shù)先進(jìn),組網(wǎng)靈活,擴(kuò)容升級(jí)方便,網(wǎng)絡(luò)可靠性強(qiáng),具有標(biāo)準(zhǔn)的光接口和完全開放的國(guó)際傳輸標(biāo)準(zhǔn),便于測(cè)試和維護(hù)。但在軌道交通中仍有以下缺陷:
接口種類單一,僅有PDH系列標(biāo)準(zhǔn)接口;傳輸窄帶業(yè)務(wù)時(shí),需增加接入設(shè)備(PCM D/I);無直接的視頻和LAN接口,需外部增加視頻和經(jīng)太網(wǎng)路由器等;SDH、PCM、視頻和以太網(wǎng)需用不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行管理等。
雖然SDH對(duì)于城市軌道有以下缺陷,但由于在公網(wǎng)和鐵路通信系統(tǒng)中的成熟應(yīng)用及良好的業(yè)務(wù)支持能力,仍在城市軌道交通中得以廣泛應(yīng)用。一般組網(wǎng)方式可以通過SDH加視頻專網(wǎng)和以太網(wǎng)的組合傳輸方式,這樣需要增加相應(yīng)的光纜芯數(shù),但大大降低了對(duì)SDH傳輸系統(tǒng)帶寬要求。SDH傳輸系統(tǒng)在上海地鐵和明珠線中被廣泛采用。
OTN(開放式傳輸網(wǎng)絡(luò))
OTN是德國(guó)西門子ATEA公司開發(fā)的面向?qū)>W(wǎng)應(yīng)用的開放式傳輸網(wǎng)絡(luò)。它基于TDM傳輸體制,但幀結(jié)構(gòu)是非標(biāo)準(zhǔn)的,具有設(shè)備簡(jiǎn)單、網(wǎng)絡(luò)可靠、組網(wǎng)靈活、擴(kuò)容升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn)。但OTN是一種企業(yè)內(nèi)部規(guī)范,是一種非標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng),傳輸制式非國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化,很難在公網(wǎng)中得以廣泛應(yīng)用,但特別適于專網(wǎng)的應(yīng)用,特別是城市軌道交通這樣的一個(gè)封閉網(wǎng)絡(luò)。廣州地鐵、開津輕軌通信系統(tǒng)都采用該技術(shù)。
工程應(yīng)用
OTN是針對(duì)那些大型的專網(wǎng)用戶,需傳送各種混合的業(yè)務(wù)(如語(yǔ)音、LAN、數(shù)據(jù)和視頻等)的最佳結(jié)構(gòu)化和集成化的解決方案。適合于地鐵、輕軌、機(jī)場(chǎng)、管道運(yùn)輸系統(tǒng)、采礦業(yè)、自動(dòng)化工業(yè)廠區(qū)、軍隊(duì)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和石油化工企業(yè)等復(fù)雜的采用混合通信的系統(tǒng)環(huán)境。
該系統(tǒng)已應(yīng)用到廣州地鐵一號(hào)線和二號(hào)線,目前在天津輕軌中也得到了采用。利用該網(wǎng)絡(luò)組成了通信、信號(hào)、電力監(jiān)控、BAS系統(tǒng)和自動(dòng)售檢票系統(tǒng)等通信和控制系統(tǒng)。由于統(tǒng)一采用了ONT網(wǎng),一方面避免了各系統(tǒng)獨(dú)立成網(wǎng),節(jié)省了投資,方便了維護(hù);另一方面,由于OTN網(wǎng)的高可靠性和高可用性及其杰出的自修復(fù)能力,使得各系統(tǒng)可以把傳輸部分看做是“透明的”,避免了各系統(tǒng)自成網(wǎng)絡(luò)時(shí)的相互干擾,為地鐵通信和控制系統(tǒng)提供了可靠安全的信息傳輸路徑,為各系統(tǒng)的正常運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。