文｜西北電力設計院 劉慶欣

1 引言

傳統(tǒng)的電力通信網是為安全生產、調度、指揮服務而建設的。由于定位不同，電力通信網建設相對分散，從而造成網絡業(yè)務有限、結構單一、接入方式簡單等問題。就電力系統(tǒng)而言，原來的信息業(yè)務具有單一、窄帶化的特點，主要通信方式有調度、行政電話和電話會議、自動化信息通信等，這對于原來電力系統(tǒng)原有的通信建設、運行、管理以及網絡模式還較為適應?！笆濉逼陂g，隨著非實時、高帶寬、大顆粒IP業(yè)務的快速增長以及信息業(yè)務的綜合化、寬帶化和多媒體化，對現代通信提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。由于信息化進程的加速，對信源和信宿之間的通信網的通信能力、通信結構及方式、業(yè)務承載能力、安全可靠性提出了新的要求。因此，如何利用新技術促進通信網絡的發(fā)展，如何提升通信網絡整體能力，如何降低整體網絡的綜合成本以及如何保證網絡的可持續(xù)發(fā)展，來充分滿足電力系統(tǒng)在“十二五”中后期適應信息化時代產生的日益增長的通信需求，是電力系統(tǒng)通信發(fā)展的根本任務。電力通信系統(tǒng)國家干線和許多省內、省際干線，目前主要采用2.5G、10G的傳輸容量，隨著長途骨干網承載業(yè)務量的爆炸式增長，基于TDM設計理念承載CBR業(yè)務的SDH技術已成為瓶頸，而傳統(tǒng)的WDM只能提供點對點的大顆粒管道，卻不能組網且不具備靈活的調度管理功能和網絡的生存性。OTN作為海量業(yè)務帶寬的新型傳輸技術以其可管理易調度的特點，被業(yè)界認為是下一代傳送網技術的首選，因而，現階段正是電力系統(tǒng)引入該技術的契機。下文主要針對OTN引入的一些關鍵技術作初步的分析與探討。

2 OTN關鍵技術

2.1 光/電交叉技術

根據OTN設備的接口適配、線路接口以及光/電交叉等功能的不同，可以分為OTN終端復用設備、電交叉設備、光交叉設備及光電混合設備四種類型。

（1）OTN終端復用設備

OTN終端復用設備指支持電層（ODUk）和光層（OCH）復用的WDM傳輸設備。

這種OTN設備用白光OTUk接口代替?zhèn)鹘y(tǒng)傳送設備SDH和以太網等客戶業(yè)務接口，實現不同廠商傳送設備互聯(lián)，通過OTN信號可以實現對波長通道端對端的性能及故障監(jiān)測。

在WDM系統(tǒng)中引入OTN接口，可以實現對波長通道端到端的性能和故障監(jiān)測，為未來引入大容量的OTN交叉設備做準備；同時，OTN可以實現多種客戶信號的透明傳送，這是路由器采用10GE接口的前提條件。因此，標準的OTN域間互通接口將是WDM系統(tǒng)進行互通的主要接口形式。目前，國內外主流廠商的WDM系統(tǒng)均支持G.709標準的OTN接口，可以實現不同系統(tǒng)的互通，并且大多數廠商的WDM設備支持 OTU2 信號的網管支配選擇， 便于對OTU應用方式（上下業(yè)務或中繼）進行選擇。

（2）OTN電交叉設備

OTN電交叉設備（即OTH）完成ODUk級別的電路交叉功能，為OTN網絡提供靈活的電路調度和保護能力。OTN電交叉設備可以獨立存在，對外提供各種業(yè)務接口和OTUk接口（包括IrDI接口）；也可以與OTN終端復用功能集成在一起，除了提供各種業(yè)務接口和OTUk接口（包括IrDI接口）以外，同時提供光復用段和光傳輸段功能，支持WDM傳輸。

（3）OTN光交叉設備

OTN光交叉設備（即ROADM/PXC）提供OCH光層調度能力，實現波長級別業(yè)務的調度和保護恢復，目前，這類設備的形態(tài)為ROADM。采用這類設備組網，可以減少光電光轉換環(huán)節(jié)，從而在一定程度上降低成本。但其組網受傳輸距離、保護倒換速度、波長分配沖突、多廠商設備互聯(lián)能力和不同規(guī)格WDM線路系統(tǒng)等條件的限制，導致交叉的靈活性受到一定的限制。

（4）OTN光電混合交叉設備

OTN光電交叉設備可以與OTN光交叉設備相結合，同時提供ODUk電層和OCH光層調度能力，波長級別的業(yè)務可以直接通過OCH交叉，其他需要調度的業(yè)務經過ODUk交叉，兩者配合可以優(yōu)勢互補，又同時規(guī)避各自的劣勢。這種大容量的調度設備就是OTN光電混合交叉設備。

綜上所述，基于光（波長）交叉的ROADM設備的主要優(yōu)勢是基于波長調度，子網內部全光操作，省去了O-E-O功能單元，有效地實現在增加組網靈活性的同時降低光電變換的組網成本，但組網半徑和物理參數（如色度色散、偏振模色散、非線性效應、光信噪比等）限制等因素在一定程度上妨礙了ROADM在大范圍和傳輸線路復雜環(huán)境下的組網應用?；陔姡∣DUk）交叉的OTN設備正好規(guī)避了ROADM設備的這些缺陷，可以同時支持波長和子波長粒度的調度，但有限的調度容量限制了其在大容量節(jié)點組網中的應用。同時支持光電混合調度的OTN設備可以在一定程度上解決上述這些缺陷，但在實際組網應用中，尤其是在省際干線組網應用時，采用單一廠家組網的可能性不大。因此，采用支持光電混合調度的OTN設備也并不是任何場景都適用。另外，對于僅需固定提供大容量傳送帶寬的應用場景，基于點到點的OTN傳送設備依然是最佳選擇。

簡言之，基于OTN的四種設備類型中并沒有哪種設備具有絕對的應用優(yōu)勢，而是應根據其應用的網絡層面、業(yè)務傳送需求和實際組網成本等多方因素綜合選擇，同時可采用分域的方式解決組網的一些限制因素。

2.2 網絡保護

OTN中生存性技術主要包括保護技術和恢復技術。保護就是在網絡中預先為業(yè)務分配保護路徑，發(fā)生故障后，將受影響的業(yè)務倒換到事先已連接好的保護路徑上去?；謴褪侵冈诰W絡中并不對業(yè)務預先分配保護資源，而是在發(fā)生故障后使可用容量上根據一定的算法和策略選擇并建立新的業(yè)務路徑，這兩種方式各有優(yōu)缺點。

《光傳送網（OTN）網絡整體技術要求》（YD/T 1990-2009）標準中提出了三種保護類型：線性路徑保護、子網連接保護（ODUk SNC）和共享保護環(huán)。

2.2.1 線性路徑保護

線性路徑保護一般包括基于光放段光纜線路保護（OLP）、基于光復用段層（OMSP）的保護和基于單個波長的光通道層保護（OCP）等。線性路徑保護主要采用光保護單板（OP）的雙發(fā)選收功能，在相鄰的光放站或光復用站間，利用分離路由對光纖或光通道提供保護，倒換一般在單端進行，不需要APS協(xié)議。

（1）OCH 1+1保護

OCH 1+1保護是采用OCH信號并發(fā)選收的原理。保護倒換動作只發(fā)生在宿端，在源端進行永久橋接。一般情況下，OCH 1+1保護工作支持可返回操作，并且允許用戶進行配置。

（2）OCH 1:N保護

1個或多個工作通道共享1個保護通道資源。當超過1個工作通道處于故障狀態(tài)時，OCH 1:N保護類型只能對其中優(yōu)先級最高的工作通道進行保護。OCH 1:N保護支持可返回與不可返回兩種操作類型，并允許用戶進行配置。OCH 1:N保護支持單向倒換與雙向倒換，并允許用戶進行配置。不管對于單向倒換還是雙向倒換，OCH 1:N保護都需要在保護組內進行APS協(xié)議交互，OCH 1:N保護可以支持額外業(yè)務。

圖1 ODUk 1+1 SNC保護示意圖

2.2.2 ODUk SNC保護

子網連接（SNC）保護是一種專用保護機制，可以用于任何物理結構（即網狀、環(huán)狀和混合結構），對子網絡連接中的網元數量沒有根本的限制。

在ODUk層采用子網連接保護（SNCP）。子網連接保護是用于保護一個運營商網絡或多個運營商網絡內的一部分路徑。一旦檢測到啟動倒換事件，保護倒換應在50ms內完成。受到保護的子網連接可以是兩個連接點（CP）之間，也可以是一個連接點和一個終結連接點之間（TCP）或兩個終結連接點之間的完整端到端的網絡連接。

與SDH類似，子網連接保護可以看作是失效條件的檢測，是在服務層網絡、子層或其他傳送網絡，而保護倒換的動作是發(fā)生在客戶層網絡的保護方法。從倒換類型上看，子網連接保護主要包括ODUk 1+1保護和ODUk M:N保護兩種。

（1）ODUk 1+1 保護

對于ODUk 1+1保護，一個單獨的工作信號由一個單獨的保護實體進行保護。如圖1所示，保護倒換動作只發(fā)生在宿端，在源端進行永久橋接。

（2）ODUk M:N保護

ODUk M:N保護指一個或N個工作ODUk共享1個或M個保護ODUk資源。每一個保護傳送實體帶寬的劃分都應保證在最少有一個M保護傳送實體時對任何N工作傳送實體進行保護。當確定某一個工作傳送實體受到損傷時，首先將其正常流量信號分配至一個可用的保護傳送實體，之后在受保護域的源和匯集端點中，將信號從工作保護實體轉向被分配的保護傳送實體。應當指出，當多個M工作傳送實體受到損傷時，只有一個M工作傳送實體能夠得到保護。

2.2.3 環(huán)網保護

（1）OCH SPRing保護

OCH SPRing（光通道共享環(huán)保護）只能用于環(huán)網結構，如圖2所示。其中細實線XW表示工作波長，細虛線XP表示保護波長，粗實線YW表示反方向工作波長，粗虛線YP表示反方向保護波長。

圖2 OCH SPRing組網示意圖

（2）ODUk SPRing 保護

ODUk SPRing保護只能用于環(huán)網結構，同圖2所示，其中細實線XW表示工作ODU，細虛線XP表示保護ODU，粗實線YW表示反方向工作ODU，粗虛線YP表示反方向保護ODU。

ODUk SPRing保護僅僅在環(huán)上的節(jié)點對信號質量情況進行檢測，作為保護倒換條件，對協(xié)議的傳遞也僅僅需要環(huán)上的節(jié)點進行相應處理。ODUk SPRing保護僅支持雙向倒換，其保護倒換粒度為ODUk。ODUk SPRing保護僅在業(yè)務上下路節(jié)點發(fā)生保護倒換動作。ODUk SPRing保護需要在保護組內相關節(jié)點進行APS協(xié)議交互。ODUk SPRing保護同時支持可返回與不可返回兩種操作類型，并允許用戶進行配置。ODUk SPRing保護在多點故障要求不能發(fā)生錯連。

2.2.4 多種保護與恢復方面的比較

OTN保護方式比較，如表1所示。

2.3 調制編解碼技術

2.3.1 FEC編碼

FEC是一種數據編碼技術，傳輸中檢錯由接收方進行驗證，在FEC方式中，接收端不但能發(fā)現差錯，而且能確定二進制碼元發(fā)生錯誤的位置，從而加以糾正。FEC方式必須使用糾錯碼，發(fā)現錯誤無須通知發(fā)送方重發(fā)，區(qū)別于ARQ方式。

表1 OTN保護方式比較

FEC分為帶內FEC和帶外FEC。所謂帶外FEC，是指在SDH層下面另外增加一個FEC層，專門用于FEC的處理。這種方式要進行碼速調整，增加了線路碼率，從而提高了系統(tǒng)的成本和復雜性；帶內編碼是將監(jiān)督碼元映射到幀結構中使用的開銷字節(jié)，即利用未使用的開銷字節(jié)傳送FEC的校驗位，顯然，這種方法避免了碼速調整，對系統(tǒng)的成本提高不多。但這種方法的譯碼延時比帶外編碼稍大，并占用了部分開銷，同時由于校驗位可獲得的帶寬受限，從而使其糾錯性能受到一定的影響。

ITU-T G.709標準支持OTN技術即為帶外FEC。G.709標準規(guī)定使用RS編碼，編碼冗余度更大。帶外FEC編碼冗余度大，糾錯能力強，編碼增益也較高，一般可達到5dB～6dB，并且可方便地插入FEC冗余碼而不受SDH幀格式的限制，具有較強的靈活性。

2.3.2 調制編碼方式

當前40G主要碼型技術性能對比如表2所示。

通過對比可知，沒有一種技術能做到各方面都好，每種技術都有自己最合適的應用場景；ODB作為成熟可行的技術，性價比高，適合短距離傳送；DPSK PMD容限很小，不適用于骨干層，只適于短距離傳輸；DQPSK各方面性能比較平衡，是干線傳送的主流技術。

2.4 互聯(lián)互通

2.4.1 OTN網絡域間及域內互通接口

OTN傳送網絡從水平方向可分為不同的管理域，其中單個管理域可以由單個設備商OTN設備組成，也可由運營商的某個網絡或子網組成，如圖3所示。不同域之間物理連接稱為域間接口（IrDI），域內的物理連接稱為域內接口（IaDI）。IaDI為非標準接口，所有的器件僅在功能層面是標準化的，具體的實現方式各個廠家有所不同。

圖3 OTN網絡域間及域內接口

由于客戶數字信號通過OTN傳送時可能需要3R中繼，因此，單個的管理域可進一步分割為不同的3R中繼段。通過不同的3R中繼段時，OCH層網絡需要終結，具體3R的中繼功能由客戶數字信號到OCH適配的源端和宿端來實現，而客戶數字信號是否需要終結，取決于客戶信號的類型。

由于IrDI采用無3R互通的接口尚未規(guī)范，IrDI通過3R再生的方式是IrDI實現互通唯一可行的途徑，具體包括以下四種方式：

（1）非OTN域通過非OTN IrDI和OTN域互聯(lián)

表2 編碼調制技術性能對比

非OTN域（如SDH、以太網等）通過非OTN IrDI接口（如SDH接口、以太網接口等）和OTN域實現互聯(lián)，在非OTN IrDI接口的客戶層實現互通。

（2）非OTN域通過OTN IrDI和OTN域互聯(lián)

非OTN域通過OTN IrDI接口和OTN域實現互聯(lián)，在ODU子層實現互通。

（3）OTN域通過非OTN IrDI互聯(lián)

OTN域通過非OTN IrDI接口（如SDH接口、以太網接口等）實現互聯(lián)，在非OTN IrDI接口的客戶層實現互通。

（4）OTN域通過OTN IrDI互聯(lián)

OTN域通過OTN IrDI接口實現互聯(lián)，在ODU子層實現互通。

2.4.2 基于OTN接口的WDM系統(tǒng)的互聯(lián)互通

如上所述，ITU-T為不同廠商設備OTN互通制定了專門的域間接口IrDI。光層面要求采用白光口對接，消除WDM波長、調制方式等因素的影響。主要限制在電層面，包括幀結構、開銷處理、FEC處理、業(yè)務信號封裝格式等方面。ITU-T已嚴格定義了OTUk的幀結構、幀定位（FA）、OTUk、ODUk、OPUk等層面的開銷字節(jié)以及標準的RS（255，239）FEC算法。出于不同廠商互聯(lián)互通的要求，FEC可以選擇關閉或采用標準RS（255，239）算法。關于各項開銷字節(jié)的處理方法，ITU-T也做了相當完善的定義，多廠商設備測試結果也表明，如果嚴格按照ITU-T的技術規(guī)范進行處理，各種開銷信息都能準確無誤地進行傳遞。從技術層面考慮，目前WDM系統(tǒng)基于OTN接口的互聯(lián)互通，主要限制因素是客戶信號的映射格式不統(tǒng)一，更確切地說是非SDH/SONET客戶信號的映射格式不統(tǒng)一。主要原因是OTN系列標準尚未定義，標準的Ethernet等數據業(yè)務的封裝格式在應用過程中，各廠商提出了不同的解決方案，例如ITU-T G.Sup.43文件中列入的10GE信號映射方案就超過了三種，各廠商GE信號的映射方案也是五花八門。因此，要想推廣WDM系統(tǒng)基于OTN接口的互聯(lián)互通，首先要完成主要業(yè)務映射方案的標準化和統(tǒng)一化。

與基于客戶接口的互聯(lián)互通相比，OTN接口的互聯(lián)互通突出的優(yōu)點是可以提供端到端的性能監(jiān)測，而實現這一切的基礎就是在ODUk開銷中的TCMi-TCM 6級聯(lián)連接監(jiān)測（TCM）字節(jié)。TCMi開銷與SM、PM開銷一樣都占3個字節(jié)，各字節(jié)的定義也基本相同。通過對6級TCMi進行合理的配置，OTN可以實現端到端的性能監(jiān)測，即在接收端或發(fā)送端就可以實現對故障或者誤碼的基本定位（定位到某個段落），從而減少網管查詢的工作量，提高故障處理效率。

為了支持10GE LAN業(yè)務的全透明傳輸，一些廠商提出用超頻的方式（OTU 2e）承載10GE LAN業(yè)務，此方式已經納入ITU-T G.Sup.431。這些超頻幀結構與標準OTUk幀結構完全一致，區(qū)別僅在于時鐘頻率，如果各廠商均按照G.Sup.431定義的方式進行超頻和封裝，不會影響各廠商設備基于OT N接口的互通和TCMi的應用。

綜上所述，按照目前ITU-T的標準體系，WDM系統(tǒng)是基于OTN接口的互聯(lián)互通（包括TCM功能），在技術上是可行的，但是在實際應用中，應該解決Ethernet業(yè)務信號映射方案的標準化和統(tǒng)一化問題。

3 結束語

OTN設備具有多種業(yè)務信號封裝和透明傳輸、大顆粒帶寬復用、交叉和配置、強大的開銷和維護管理以及先進的組網保護能力的特點，已成為當今最為先進、成熟的大容量傳輸組網技術，并得到了廣泛的應用。因此，在OTN關鍵技術的研究上多做文章，合理選用OTN技術，組建電力系統(tǒng)大容量傳輸網是適合的，能夠較好的滿足電力系統(tǒng)信息業(yè)務未來的發(fā)展需要。