馬千里

（上海磁浮交通發(fā)展有限公司，上海 201204）

OTN技術(shù)在上海磁浮線的應(yīng)用

馬千里

（上海磁浮交通發(fā)展有限公司，上海 201204）

文章主要介紹了OTN技術(shù)的發(fā)展背景、工作原理以及技術(shù)特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)描述了OTN技術(shù)在上海磁浮線上的應(yīng)用。OTN網(wǎng)絡(luò)十年穩(wěn)定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證了OTN技術(shù)具有良好的可靠度。

OTN；上海磁浮線

1 OTN技術(shù)簡(jiǎn)述

1.1OTN技術(shù)發(fā)展背景

現(xiàn)代工業(yè)向著大工業(yè)發(fā)展，工業(yè)的自動(dòng)化程度不斷增高，工業(yè)總線在大型的工業(yè)應(yīng)用中大行其道。出現(xiàn)了很多優(yōu)秀的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，如CAN、Profibus、基金會(huì)總線等，它們都各具特色，然而隨著工業(yè)的發(fā)展在應(yīng)用中往往需要在工廠總線中傳遞聲音、圖像、控制數(shù)據(jù)、LAN等多種數(shù)據(jù)而且要求總線能夠復(fù)用，為此OTN (Open Transport Network)孕育而生。

1.2OTN技術(shù)定義

OTN是Open Transport Network的縮寫(xiě)。Open表示開(kāi)放，幾乎所有現(xiàn)在存在的接口卡的標(biāo)準(zhǔn)都能在OTN上使用，自然某些特別的通信協(xié)議也可以通過(guò)其專有的接口卡將數(shù)據(jù)傳入OTN。Transport表示OTN能傳輸多種不同的信息包括語(yǔ)音、圖像、數(shù)據(jù)和LAN，其線路的傳輸利用率是非常高的。Network表示OTN是基于光纖技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而光纖技術(shù)也已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于新一代的Internet。

1.3OTN技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.3.1連接的高可靠性

OTN采取了兩項(xiàng)技術(shù)來(lái)保證線路連接的可靠性。其一是雙光纖環(huán)路，其二是即插即用。具體工作原理在下文詳述。

1.3.2傳輸?shù)赜虻目蓴U(kuò)展性

OTN系統(tǒng)可以擴(kuò)展至幾百米直至2000公里，完全不存在其他工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線存在的距離問(wèn)題。這使得系統(tǒng)可以提供解決中、長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸方案。由于光纖的信號(hào)衰減和誤碼率很小，使得長(zhǎng)距離的傳輸并不需要額外的傳輸設(shè)備。

1.3.3傳輸數(shù)據(jù)的直接性

OTN的使用者可以以不同的速度，例如 36Mb/s、150Mb/s、600Mb/s，同時(shí)在光纖網(wǎng)上傳遞數(shù)據(jù)，這可以避免網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)時(shí)間被單獨(dú)占用，同時(shí)使得實(shí)時(shí)的應(yīng)用成為可能。

由于OTN技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，是一種理想的多用途的可延伸的工業(yè)總線，適合于不僅僅是大型工業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)總線，還可以使用在地鐵、港口、采礦等需要復(fù)合數(shù)據(jù)的場(chǎng)所。

2 OTN技術(shù)工作原理

2.1OTN系統(tǒng)組成

OTN系統(tǒng)一般由四部分組成：

2.1.1主干網(wǎng)

OTN的主干網(wǎng)是由光纖連接構(gòu)成，相對(duì)于傳統(tǒng)的銅纜光纖主干網(wǎng)提供了更多的優(yōu)點(diǎn)。光纖是不受電磁干擾的，而且有更低的誤碼率(Bit Error Rate)。

2.1.2OTN節(jié)點(diǎn)

一個(gè)OTN網(wǎng)絡(luò)可以由至多250個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，而OTN網(wǎng)絡(luò)是可以相互連接的。節(jié)點(diǎn)由接入具有各種功能的接口卡和供電模塊組成，并被裝入節(jié)點(diǎn)柜。

2.1.3接口卡

聲音、圖像、數(shù)據(jù)、PLC是通過(guò)接口卡接入OTN主干網(wǎng)并進(jìn)行通訊的。每一個(gè)OTN節(jié)點(diǎn)提供至多8個(gè)接口卡槽。接口卡有如下類型（但并不局限于于此）：

數(shù)據(jù)應(yīng)用：RS232,RS422,RS485,G703,V-series, point-to-point,multipoint,multidrop

聲音應(yīng)用：30B+D,UP0,S0,G703 Digital,E & M,Public Address,2Mbps,analog(2/4 wire)

局域網(wǎng)應(yīng)用：Ethernet IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)卡, Token Ring IEEE 802.5,ATM

視頻應(yīng)用：M-JPEG

這些接口卡使得OTN能連接電話的程控交換機(jī)PBX，數(shù)字或模擬電話，計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)終端、不同廠商的 PLC、閉路電視設(shè)備等很多類型和廠家的設(shè)備。

2.1.4網(wǎng)絡(luò)控制中心

網(wǎng)絡(luò)控制中心（Network Control Center，簡(jiǎn)稱NCC）是一個(gè)簡(jiǎn)單但功能強(qiáng)大的網(wǎng)路管理系統(tǒng)。它由一臺(tái)安裝了OTN網(wǎng)絡(luò)管理軟件的 PC組成，提供操作人員一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全局視圖，提供了錯(cuò)誤診斷能力，并且允許網(wǎng)管建立新連接或是無(wú)需等待地實(shí)施一個(gè)新的配置。特別指出的是，OTN在運(yùn)行和重新配置時(shí)并不依賴于網(wǎng)絡(luò)控制中心，實(shí)際上沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)控制中心OTN仍可以正常工作，只是無(wú)法后臺(tái)監(jiān)控而已。

2.2雙光纖環(huán)路

OTN采用了如圖1所示的雙光纖環(huán)路。其中一環(huán)稱為主環(huán)(Primary ring)，另一環(huán)稱為副環(huán)(Secondary ring)。

OTN基于這樣的雙環(huán)路結(jié)構(gòu)，提供了強(qiáng)大的自愈功能。以下列舉了幾種常見(jiàn)的自愈方式：

圖1　OTN環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.1副環(huán)意外中斷

當(dāng)副環(huán)發(fā)生意外中斷時(shí)，OTN網(wǎng)絡(luò)掛接設(shè)備工作不會(huì)受到任何影響，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)使用主環(huán)。如圖 2所示，粗線表示故障發(fā)生后OTN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸走向。

圖2　副環(huán)意外斷開(kāi)OTN工作原理示意圖

2.2.2主環(huán)意外中斷

當(dāng)主環(huán)發(fā)生意外中斷時(shí)，OTN網(wǎng)絡(luò)掛接設(shè)備工作不會(huì)受到任何影響，OTN網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)切換到副環(huán)，數(shù)據(jù)傳輸將使用副環(huán)。如圖3所示，粗線表示故障發(fā)生后OTN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸走向。

圖3　主環(huán)意外斷開(kāi)OTN工作原理示意圖

2.2.3某處主副環(huán)同時(shí)意外中斷

當(dāng)OTN網(wǎng)絡(luò)某一處主副環(huán)同時(shí)發(fā)生意外中斷時(shí)，OTN網(wǎng)絡(luò)掛接設(shè)備工作不會(huì)受到任何影響，OTN網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)利用主副環(huán)形成新的環(huán)路，數(shù)據(jù)傳輸將使用新的環(huán)路。如圖4所示，粗線表示故障發(fā)生后OTN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸走向。

圖4　主副環(huán)同時(shí)意外斷開(kāi)OTN工作原理示意圖

2.2.4某節(jié)點(diǎn)意外故障

當(dāng)OTN網(wǎng)絡(luò)某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生意外故障時(shí)，該節(jié)點(diǎn)掛接設(shè)備受影響無(wú)法接入網(wǎng)絡(luò)，其余節(jié)點(diǎn)掛接設(shè)備工作不會(huì)受到任何影響，OTN網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)隔離該故障節(jié)點(diǎn)，并利用主副環(huán)形成新的環(huán)路，數(shù)據(jù)傳輸將使用新的環(huán)路。如圖 5所示，粗線表示故障發(fā)生后OTN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸走向。

圖5　某節(jié)點(diǎn)意外斷開(kāi)OTN工作原理示意圖

2.3即插即用

即插即用的概念和計(jì)算機(jī)中的P&P(Plug and Play)是一致的。主要指各接口卡一旦被接入到OTN節(jié)點(diǎn)的卡槽中，就可以正常使用了，節(jié)點(diǎn)、OTN網(wǎng)絡(luò)均無(wú)需重新啟動(dòng)或設(shè)置。即插即用在OTN網(wǎng)絡(luò)中還意味著，用光纖組成的網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需額外的參數(shù)設(shè)置，無(wú)需特定的網(wǎng)絡(luò)路由。即插即用技術(shù)大大方便了使用和維修的工作人員。

3 OTN技術(shù)在上海磁浮線的應(yīng)用

上海磁浮線東起浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)西至龍陽(yáng)路地鐵站，全程33km，列車最高運(yùn)行時(shí)速為 430km/h。由于上海磁浮線路數(shù)據(jù)傳輸距離長(zhǎng)，所以O(shè)TN技術(shù)的優(yōu)勢(shì)非常符合上海磁浮線這樣的運(yùn)行環(huán)境。

3.1上海磁浮線OTN架構(gòu)

上海磁浮線的關(guān)鍵設(shè)備掛接在由 WAN1.1（主環(huán)）和WAN1.2（副環(huán)）構(gòu)成的OTN網(wǎng)絡(luò)中。上海磁浮線的關(guān)鍵設(shè)備主要分布在以下區(qū)域：龍陽(yáng)路車站（監(jiān)控中心）、龍陽(yáng)路變電站（牽引1站）、浦東變電站（牽引2站）、浦東機(jī)場(chǎng)站、道岔1～8號(hào)房。如圖6所示，龍陽(yáng)路車站、龍陽(yáng)路變電站、浦東變電站的設(shè)備安全級(jí)別最高，所以所有該三個(gè)區(qū)域的設(shè)備同時(shí)掛接在WAN1.1（主環(huán)）和WAN1.2（副環(huán)）上，從設(shè)計(jì)角度出發(fā)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了安全冗余的保證；而浦東機(jī)場(chǎng)站以及 8個(gè)道岔房的設(shè)備安全級(jí)別次之，所以僅掛接在WAN1.1（主環(huán)）或者WAN1.2（副環(huán)）其中一個(gè)環(huán)網(wǎng)之中。

圖6　上海磁浮線OTN網(wǎng)絡(luò)示意圖

3.2上海磁浮線OTN設(shè)備

上海磁浮線OTN網(wǎng)絡(luò)主要是由室外大的光纜、室內(nèi)的光纖配線架、室內(nèi)光纖、室內(nèi)機(jī)柜、OTN節(jié)點(diǎn)及相應(yīng)的OTN應(yīng)用接口板卡組成，同時(shí)OTN網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理軟件的終端進(jìn)行監(jiān)控和配置。

3.2.1主干網(wǎng)設(shè)備

上海磁浮線室內(nèi)的光纖配線架及室內(nèi)光纖均為通用產(chǎn)品，無(wú)需詳述。而OTN網(wǎng)絡(luò)在室外排放的光纜有很多類型，上海磁浮線使用的是24芯的光纜，型號(hào)為A-DOF(ZN)ZY(SR)ZY 6*4 E9/125。其截面見(jiàn)下圖：

圖7　24芯光纜截面示意圖

3.2.2節(jié)點(diǎn)設(shè)備

OTN節(jié)點(diǎn)分為N22類型節(jié)點(diǎn)和N215類型節(jié)點(diǎn)。上海磁浮線OTN網(wǎng)絡(luò)中使用的是N215類型節(jié)點(diǎn)作。該OTN節(jié)點(diǎn)選取的是Siemens ATEA的產(chǎn)品，產(chǎn)品型號(hào)為OTN-600，幀長(zhǎng)為18 432 bit，帶寬約為600Mb/s，專門(mén)用于OTN網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)連接。該節(jié)點(diǎn)供電采用了雙電源供電方式，為節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行提供了保證。節(jié)點(diǎn)外觀見(jiàn)下圖：

圖8　N215節(jié)點(diǎn)設(shè)備

3.2.3接口卡設(shè)備

OTN各節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)BORA板卡，由光纖將多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成了雙環(huán)冗余的OTN環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，支持了各個(gè)不同地點(diǎn)之間的通訊。BORA板卡是OTN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的中央控制模塊，并通過(guò)其上的TRMs（收發(fā)模塊）提供了節(jié)點(diǎn)之間的通訊，同時(shí)包含其它的接口。板卡外觀見(jiàn)下圖：

圖9　BORA板卡

3.2.4網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備

上海磁浮線OTN網(wǎng)絡(luò)管理軟件采用的是西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的OMS（OTN Management System）軟件。OMS是一個(gè)強(qiáng)大的NCC管理軟件，為管理者提供了管理一個(gè)或者多個(gè)OTN網(wǎng)絡(luò)的功能。管理者可以使用OMS在控制中心完成對(duì)OTN網(wǎng)絡(luò)的配置、監(jiān)控以及維護(hù)等工作。并且，OMS允許多個(gè)OMS的客戶端對(duì)OTN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。OMS軟件管理界面見(jiàn)下圖：

圖10　OMS軟件界面

4 結(jié)束語(yǔ)

OTN技術(shù)作為擁有諸多優(yōu)勢(shì)的一項(xiàng)光網(wǎng)技術(shù)，已經(jīng)廣泛地被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。上海磁浮線從2001年開(kāi)通以來(lái)，OTN一直擔(dān)負(fù)著傳輸報(bào)文以及診斷等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的工作，掛接在OTN網(wǎng)絡(luò)里的各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備通過(guò) OTN網(wǎng)絡(luò)相互通信并協(xié)調(diào)工作。超過(guò)十年的穩(wěn)定運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)有力地驗(yàn)證了OTN技術(shù)的成熟和穩(wěn)定。

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The application of OTN technology in the Shanghai maglev line

This assay mainly introduces the background, principal and characteristics of OTN technology, then emphasizes on describing the application of OTN technology in the Shanghai maglev line. The well reliability of OTN has been proved by the experience of ten year’s operation in the Shanghai maglev line.

OTN; Shanghai maglev line

TN92

A

1008-1151(2015)04-0011-03

2015-03-10

馬千里（1981-），男，陜西人，上海磁浮交通發(fā)展有限公司工程師，碩士，研究方向?yàn)樾畔⒒?/p>