梁婧，秦淼

(宜昌供電公司信息通信公司，湖北省宜昌市 443000)

0 引言

隨著建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的深化，信息化應(yīng)用的需求日益增長，電力通信系統(tǒng)帶寬擴(kuò)容的建設(shè)步伐進(jìn)一步加快。電力市場的各類信息應(yīng)用系統(tǒng)已進(jìn)入建設(shè)或?qū)嵱秒A段，這些系統(tǒng)的應(yīng)用范圍廣，實(shí)時性與可靠性要求高，對帶寬的要求也越來越高。目前僅依靠現(xiàn)有的以同步數(shù)字體系(synchronous digital hierarchy，SDH)技術(shù)為基礎(chǔ)的主干傳輸網(wǎng)，顯然已無法滿足我國電力的發(fā)展要求。

如何提高通信系統(tǒng)的性能，增加系統(tǒng)帶寬，以滿足不斷增長的業(yè)務(wù)需求成為電力光傳輸網(wǎng)的焦點(diǎn)。目前最有效的解決方法就是建成利用波分復(fù)用(wavelength division multiplexing，WDM)技術(shù)的全光網(wǎng)絡(luò)。波分復(fù)用技術(shù)是利用已經(jīng)敷設(shè)好的光纖，將復(fù)用方式從電信號轉(zhuǎn)移到光信號，在光域上用波分復(fù)用(即頻率復(fù)用)的方式提高傳輸速率，光信號實(shí)現(xiàn)了直接復(fù)用和放大，并且各個波長彼此獨(dú)立，對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式透明，使單根光纖的傳輸容量在高速率時分復(fù)用(time division multiplexing，TDM)的基礎(chǔ)上成倍地增加。它是一種在光域上的復(fù)用技術(shù)，形成一個光層的網(wǎng)絡(luò)即“全光網(wǎng)”，這將是光通信的最高階段。用一個純粹的“全光網(wǎng)”消除光、電轉(zhuǎn)換的瓶頸將是未來的趨勢，它可有效解決通信網(wǎng)絡(luò)傳輸能力不足的問題，具有廣闊的發(fā)展前景。同時，它還可融合SDH豐富的管理特性以及電交叉矩陣，支持復(fù)雜組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力強(qiáng)。支持自動交換光網(wǎng)絡(luò) (Automatic Switched Optical Network，ASON)智能特性，是下一代傳輸網(wǎng)的發(fā)展方向。

1 光傳輸網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 波分復(fù)用(WDM)技術(shù)

WDM是20世紀(jì)90年代以來發(fā)展較迅速的一種傳輸技術(shù)，它利用豐富的波長資源，極大地提高系統(tǒng)的傳輸容量。WDM在20世紀(jì)90年代中期后走向成熟并投入商用，目前的商用以16～40波的2.5 Gb/s或10 Gb/s為主，160波的10 Gb/s逐漸開始商用，并向超長距離和超高密度方向發(fā)展。

WDM傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端，采用合波器將待傳輸?shù)亩鄠€光載波信號進(jìn)行復(fù)接，而在接收端采用分波器分離出不同波長的光信號，實(shí)現(xiàn)在1根纖芯中傳輸多個光載波。目前 WDM可以分為:粗波分復(fù)用(coarse wavelength division multiplexer，CWDM)，通道間隔 ＜50 GHz;密集波分復(fù)用 (dense wavelength division multiplexer，DWDM)，通道間隔≤100 GHz;超密集波分復(fù)用(super dense wavelength division multiplexer，SDWDM)，通道間隔≤25 GHz。

WDM系統(tǒng)雖然憑借光纖天然的帶寬優(yōu)勢和多波長通道技術(shù)提供了海量帶寬，但是目前點(diǎn)對點(diǎn)的WDM系統(tǒng)無法滿足組網(wǎng)的需求，也缺乏有效的全網(wǎng)業(yè)務(wù)監(jiān)控和維護(hù)管理手段，不同廠商WDM系統(tǒng)由于在業(yè)務(wù)適配、線路處理等方面的不一致，只能采用業(yè)務(wù)口進(jìn)行互通，既增加成本，又不利于“端到端”管理。

1.2 光傳送網(wǎng)(OTN)

早在1998年，ITU-T就已經(jīng)提出了光傳送網(wǎng)(optical transport network，OTN)的概念，并在隨后的幾年內(nèi)逐漸完成了OTN相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。OTN將解決SDH基于VC12/VC4的交叉顆粒偏小、調(diào)度較復(fù)雜、不適應(yīng)大顆粒業(yè)務(wù)傳送需求的問題，也解決了傳統(tǒng)WDM網(wǎng)絡(luò)無波長/子波長業(yè)務(wù)調(diào)度能力、組網(wǎng)能力弱、保護(hù)能力弱、系統(tǒng)故障定位困難等問題。OTN包括光層和電層的完整體系結(jié)構(gòu)，對于各層網(wǎng)絡(luò)都有相應(yīng)的管理監(jiān)控機(jī)制，光層和電層都具有網(wǎng)絡(luò)生存性機(jī)制。其思想來源于SDH/SONET(映射、復(fù)用、靈活交叉、嵌入式開銷、級聯(lián)、保護(hù))，把SDH/SONET的可運(yùn)營、可管理能力應(yīng)用到WDM系統(tǒng)中，同時具備了SDH/SONET靈活可靠和WDM容量大的優(yōu)勢。SONET/SDH定位于話音業(yè)務(wù)的傳送，提供低階、高階(155 Mb/s)2種級別交叉。當(dāng)線路速率提高到10 Gb/s/40 Gb/s，IP等業(yè)務(wù)將大量涌現(xiàn)，交換速率仍然不變，硬件成本和管理成本增加，連續(xù)級聯(lián)雖然能解決一些問題，但管理困難，同時T級別的交叉容量較難實(shí)現(xiàn)。OTN體制消除了交叉速率上的限制，可隨著線路速率的增加而增加，也可通過反向復(fù)用來適應(yīng)線路速率的變化，即各個部分可分別設(shè)計、獨(dú)立發(fā)展，可擴(kuò)展性好，幾十T級別的交換容量較易實(shí)現(xiàn)，成本低，易于管理。SDH/SONET系統(tǒng)由于采用同步復(fù)用方式，要求全網(wǎng)同步，而OTN采用異步映射、異步復(fù)用機(jī)制，不需要系統(tǒng)全網(wǎng)同步，消除了由于同步帶來的限制，可以簡化系統(tǒng)設(shè)計，降低實(shí)現(xiàn)成本，同時也可節(jié)省時鐘同步設(shè)備的建設(shè)成本。

同時，傳統(tǒng)WDM設(shè)備使用TMUX方式將子速率業(yè)務(wù)直接復(fù)用到波道上只能點(diǎn)到點(diǎn)地傳送，無法兼顧波道帶寬高利用率和端到端的靈活調(diào)度，而OTN設(shè)備具備和SDH類似的特性，支持子速率業(yè)務(wù)的映射、復(fù)用和交叉連接，兩方面均可得到滿足。

1.3 OTN的特征

OTN綜合了SONET/SDH的優(yōu)點(diǎn)和DWDM的帶寬可擴(kuò)展性。從功能上看，就是在光域內(nèi)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)信號的傳送、復(fù)用、路由選擇、監(jiān)控，并保證其性能指標(biāo)和生存性。它同SDH傳送網(wǎng)一樣，滿足傳送網(wǎng)的通用模型，遵循一般傳送網(wǎng)組織原理、功能結(jié)構(gòu)的建模和信息的定義，采用了相似的描述方式。

與SDH傳送網(wǎng)技術(shù)相比，OTN有以下特點(diǎn):

(1)因?yàn)镺TN是按照信號的波長來進(jìn)行信號處理，因此它對所傳送數(shù)字信號的傳輸速率、數(shù)據(jù)格式及調(diào)制方式完全透明，這意味著光傳送網(wǎng)不僅可以透明傳送今天已經(jīng)廣泛使用的SDH、IP、以太網(wǎng)、幀中繼(FR)和ATM信號等，而且也完全可以透明傳送今后使用的新的數(shù)字業(yè)務(wù)信號。

(2)因?yàn)镺TN采用了DWDM傳輸技術(shù)，因此，不僅實(shí)現(xiàn)了超大容量的傳輸，更重要的是使光傳送網(wǎng)具有極強(qiáng)的可擴(kuò)充性，這使光傳送網(wǎng)可以不斷地根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展情況，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容。

(3)因?yàn)镺TN采用了光交叉技術(shù)，因此，光傳送網(wǎng)具有極強(qiáng)的重新配置及保護(hù)、恢復(fù)特性。光傳送網(wǎng)可以進(jìn)行波長級、波長組級和光纖級靈活重組，特別是在波長級可以提供“端到端”的波長業(yè)務(wù)。此外，光傳送網(wǎng)的恢復(fù)時間可以降低到100 ms量級。

(4)因?yàn)镺TN簡化了網(wǎng)絡(luò)層次和結(jié)構(gòu)，大量使用了光無源器件，進(jìn)而簡化了網(wǎng)絡(luò)管理和規(guī)劃難度，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，進(jìn)而大幅度降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營維護(hù)的成本。

(5)因?yàn)镺TN主要在光域內(nèi)傳送和處理信號，因而消除了電子瓶頸。

綜上所述，OTN技術(shù)兼有傳統(tǒng)SDH/SONET和WDM的優(yōu)勢，同時又保持了對它們的兼容能力。在光層，OTN的實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有WDM沒有本質(zhì)區(qū)別，因此實(shí)現(xiàn)上沒有太大的成本代價;在電層，OTN使用異步的映射和復(fù)用，使得關(guān)鍵的交叉內(nèi)核可采用最經(jīng)濟(jì)的空分交叉技術(shù)。經(jīng)過多年的發(fā)展，OTN技術(shù)較成熟，接口OTN化的SDH/SONET/WDM設(shè)備也已取得大量應(yīng)用，OTN化的ASON設(shè)備也已在運(yùn)營商層面開始部署。隨著IP化浪潮的逐步來臨，OTN將成為構(gòu)建靈活的寬帶傳送網(wǎng)絡(luò)的首選技術(shù)。

2 OTN技術(shù)在省級電力傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用

以湖北省電力網(wǎng)為例，目前湖北省骨干2.5 Gb/s/10 Gb/s主干傳輸網(wǎng)絡(luò)存在容量瓶頸，設(shè)備擴(kuò)容潛力小。根據(jù)湖北電力帶寬預(yù)測數(shù)據(jù)，鄂西部分基礎(chǔ)流量約116.4 Gb/s，鄂東部分基礎(chǔ)流量約61.5 Gb/s。

湖北省主干2.5 Gb/s傳輸網(wǎng)鄂中環(huán)容量為2.5 Gb/s，使用超過84.1%;鄂西環(huán)容量為2.5Gb/s，使用超過91.6%;鄂東1環(huán)容量為622 Mb/s，使用超過83.4%;鄂東2環(huán)容量為622 Mb/s，使用超過86.4%。目前，省主干2.5 Gb/s傳輸網(wǎng)剩余帶寬資源已嚴(yán)重不足，無法再提供超過1個時隙的155 Mb/s帶寬，只能提供零散的2 Mb/s帶寬資源。

湖北省主干10 Gb/s傳輸網(wǎng)鄂西環(huán)網(wǎng)2×10 Gb/s環(huán)斷面最大已用83×155 Mb/s，使用超過64.8%;鄂東環(huán)2×2.5 Gb/s環(huán)斷面最大已用32×155 Mb/s，使用率達(dá)到100%。目前鄂東環(huán)帶寬資源十分緊張，已經(jīng)面臨無資源可用的局面，將限制新業(yè)務(wù)的開展。

湖北省骨干傳輸網(wǎng)需建設(shè)的是大容量、基于WDM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電力寬帶傳輸網(wǎng)，以滿足電網(wǎng)發(fā)展對傳輸網(wǎng)帶寬化、智能化、IP化的新要求。根據(jù)流量預(yù)測，湖北電力寬帶傳輸網(wǎng)主要解決容量問題，首選以WDM技術(shù)為支撐的OTN系統(tǒng)。將IP業(yè)務(wù)架構(gòu)在OTN上，新建的OTN網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡(luò)采用相互獨(dú)立關(guān)系，承載不同類型的業(yè)務(wù)，原則上SDH網(wǎng)絡(luò)僅用于承載小顆粒業(yè)務(wù)(155 Mb/s及以下)，而OTN網(wǎng)用于承載大顆粒業(yè)務(wù)(155 Mb/s及以上)。

2.1 網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)

本工程利用現(xiàn)有光纜纖芯資源和已有通信機(jī)房、通信電源等資源，構(gòu)建一個大容量骨干傳輸網(wǎng)。綜合考慮需求預(yù)測和已有網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，擬建設(shè)OTN網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 湖北省電力傳輸網(wǎng)總體架構(gòu)圖Fig.1 Overall architecture diagram of power transmission grid in Hubei Province

如圖1所示，已有主干SDH傳輸網(wǎng)1和2主要承擔(dān)繼電保護(hù)、自動化、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)和調(diào)度電話等業(yè)務(wù)，保證TDM業(yè)務(wù)的安全可靠性。新建的OTN網(wǎng)絡(luò)主要承擔(dān)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)大顆粒GE/10 GE、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)155 Mb/s、經(jīng)SDH匯聚后的155 Mb/s/622 Mb/s/2.5 Gb/s等業(yè)務(wù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)正常時，IP業(yè)務(wù)、大顆粒TDM業(yè)務(wù)主要承載于OTN平臺，滿足大容量需求;當(dāng)OTN網(wǎng)絡(luò)單點(diǎn)或單鏈路故障時，OTN網(wǎng)絡(luò)可通過自愈功能實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)倒換;當(dāng)OTN網(wǎng)絡(luò)雙點(diǎn)或雙鏈路故障時，OTN網(wǎng)絡(luò)可通過ASON功能，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)倒換;當(dāng)OTN網(wǎng)絡(luò)雙點(diǎn)以上或雙鏈路以上故障時，OTN網(wǎng)絡(luò)保護(hù)失效，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)重要業(yè)務(wù)可利用主干SDH傳輸網(wǎng)2傳送，多網(wǎng)聯(lián)合可抵御多重故障，大大提高網(wǎng)絡(luò)傳輸能力和網(wǎng)絡(luò)可靠性。

2.2 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

根據(jù)湖北省電網(wǎng)“十二五”期間的業(yè)務(wù)需求，本工程采用OTN技術(shù)建設(shè)湖北電力寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)容量為40×10 Gb/s。每個地市公司至省公司2個10 Gb/s波，每個地市公司至荊州備調(diào)1個10 Gb/s波，湖北省公司至荊州備調(diào)2個10 Gb/s波。神農(nóng)架林區(qū)業(yè)務(wù)通過省主干10 Gb/s光纖傳輸網(wǎng)匯聚到襄陽公司后，和襄陽公司的業(yè)務(wù)共用波長資源分別至湖北省公司和備調(diào);黃龍灘電廠業(yè)務(wù)直接接入十堰公司后，和十堰公司的業(yè)務(wù)共用波長資源分別至湖北省公司和備調(diào)。

整個工程涵蓋省公司、14個地市公司、超高壓公司、黃龍灘電廠和樞紐500kV/220 kV通信站點(diǎn)?？紤]到500kV/220 kV線路OPGW光纜可靠性高，骨干環(huán)網(wǎng)光纜路由盡量選擇OPGW光纜，使骨干環(huán)網(wǎng)處于相對穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。各地市公司、超高壓公司位于城區(qū)，出城光纜多為普通光纜，可靠性不如OPGW，因此采用2點(diǎn)接入骨干環(huán)網(wǎng)。由于省公司是核心節(jié)點(diǎn)，則采用多路由接入骨干環(huán)網(wǎng)上的多個節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。

圖2 湖北省電力寬帶傳輸網(wǎng)拓?fù)浞桨窮ig.2 Topology scheme of power broadband transmission network in Hubei Province

方案中，整個網(wǎng)絡(luò)建設(shè)依托500kV和220 kV線路光纜建設(shè)OTN主干網(wǎng)絡(luò)，OTN主干網(wǎng)絡(luò)采用“田”字形結(jié)構(gòu)。地市公司、備調(diào)均2點(diǎn)接入主干OTN環(huán)網(wǎng);省公司配置2套設(shè)備，每套設(shè)備均采用3條路由接入主干OTN環(huán)網(wǎng)。因神農(nóng)架和黃龍灘電廠業(yè)務(wù)量較小，暫不考慮設(shè)置OTN設(shè)備，直接利用SDH鏈路接入。神農(nóng)架通過襄陽公司接入，黃龍灘電廠通過十堰公司接入。方案一共有42個站點(diǎn)，其中OTN站點(diǎn)37個，OLA線放站4個，SDH站點(diǎn)1個。

2.3 地市公司接入方案

以宜昌公司為例，其接入OTN主干網(wǎng)方案如圖3所示。

圖3 宜昌公司接入方案Fig.3 Access scheme of Yichang Company

宜昌公司配置1套OTN設(shè)備，以2點(diǎn)接入OTN網(wǎng)絡(luò)。雖然是單套設(shè)備接入OTN網(wǎng)絡(luò)，但目前宜昌還配置有2套省干SDH設(shè)備，未來還會在各地區(qū)第2匯聚節(jié)點(diǎn)接入省干網(wǎng)絡(luò)，因此可靠性也能夠得到保證。光纜路由如表1所示。

OTN的運(yùn)行、維護(hù)、管理與SDH相似。對于維護(hù)來說，分體式設(shè)計OTN大大減少了單板的種類，單路由器端口升級時只需更換支路側(cè)端口，線路側(cè)不需改變，可節(jié)約投資。OTN支持豐富的告警檢測，提供專門的開銷支持誤碼性能倒換，具備了提供多種保護(hù)方式的良好基礎(chǔ)，提供類比SDH網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)能力。設(shè)備新增的電交叉板，可對業(yè)務(wù)設(shè)置類似于SDH的SNCP保護(hù)，同時OTN支持ASON智能保護(hù)。面向IP化設(shè)計的波分，業(yè)務(wù)可靈活調(diào)度，IP化適應(yīng)性高，為以后的升級留足了空間。

表1 宜昌光纜接入路由表Tab.1 Routing table of cable access in Yichang

省骨干網(wǎng)OTN傳送平臺建成后，給全省電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸帶來了以下優(yōu)勢:

(1)極大緩解了SDH光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)壓力，OTN建成后，數(shù)據(jù)通信等網(wǎng)絡(luò)的大顆粒業(yè)務(wù)將從SDH光纖傳輸網(wǎng)調(diào)整到OTN，能夠大大減輕SDH網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)壓力，為其他系統(tǒng)的實(shí)施留出空間。

(2)進(jìn)一步提高湖北省電力光纖傳輸網(wǎng)的可靠性。雖然目前湖北省已建成主干2.5 Gb/s和10 Gb/s 2個省級骨干網(wǎng)絡(luò)，可靠性有了一定保障，但隨著電網(wǎng)建設(shè)的增速，500kV和220 kV網(wǎng)架頻繁改動，造成了省級骨干網(wǎng)絡(luò)隨時面臨開環(huán)運(yùn)行的局面。雖然SDH環(huán)網(wǎng)具備自愈的功能，但是頻繁開環(huán)運(yùn)行會對運(yùn)行業(yè)務(wù)帶來極大的安全隱患。OTN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建成后，有利于OTN大容量傳輸和ASON功能，能夠方便地將SDH網(wǎng)絡(luò)中某段開環(huán)的業(yè)務(wù)導(dǎo)通，從邏輯上恢復(fù)SDH的環(huán)網(wǎng)業(yè)務(wù)，從而減小電網(wǎng)一次網(wǎng)架改動對主干SDH光纖網(wǎng)絡(luò)的影響，降低光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全隱患。

(3)OTN的建成有利于湖北省電力網(wǎng)各級光纖傳輸網(wǎng)的業(yè)務(wù)互通，為“大運(yùn)行”提供了便利。目前，湖北省電力光纖傳輸網(wǎng)各網(wǎng)絡(luò)相對獨(dú)立，業(yè)務(wù)沒有互通。隨著“大運(yùn)行”的實(shí)施，要求光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)“扁平化”，220、110 kV站的業(yè)務(wù)要求能夠直接傳送至省公司，按照目前的網(wǎng)絡(luò)層次劃分和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上述功能非常復(fù)雜，需要多點(diǎn)跳接。OTN建成后，在各地區(qū)公司能夠預(yù)留多種接口，分別和省主干2.5 Gb/s光纖環(huán)網(wǎng)、省主干10 Gb/s光纖環(huán)網(wǎng)、220 kV雙網(wǎng)覆蓋網(wǎng)絡(luò)和地區(qū)光纖傳輸網(wǎng)的設(shè)備對接，實(shí)現(xiàn)各級網(wǎng)絡(luò)在OTN上的匯接，不僅實(shí)現(xiàn)了各級網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)互通，還能夠?yàn)榈貐^(qū)業(yè)務(wù)傳送至省公司提供通道，為“大運(yùn)行”的實(shí)施創(chuàng)造條件。

3 結(jié)論

(1)OTN傳送平臺具有高帶寬、高速度，便于升級擴(kuò)容，方便網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此在基本利用原有光纖的基礎(chǔ)上，大大提高了原有網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量。

(2)OTN在主干網(wǎng)增加了管理和控制平面，使其成為具有ASON功能的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的可靠性和智能化水平大大提高，使其更能適應(yīng)未來5年電力光網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)寬帶業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展的需求。

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