王 晟

(通號(hào)工程局集團(tuán)北京研究設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中心有限公司，北京 100070)

1 概述

中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱中國(guó)鐵路）已對(duì)鐵路骨干傳輸網(wǎng)全部采用了光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）技術(shù)組網(wǎng)。覆蓋了中國(guó)鐵路和所管轄的各地方鐵路局集團(tuán)。鐵路傳輸網(wǎng)主要采用骨干層、匯聚層和接入層3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組網(wǎng)。采用10 Gbit/s和100 Gbit/s速率的傳送波道。新建成鐵路骨干傳輸OTN網(wǎng)絡(luò)工程包含京滬穗環(huán)和東南環(huán)、西北環(huán)、西南環(huán)以及東北環(huán)。且現(xiàn)在已有14個(gè)鐵路局內(nèi)部也在進(jìn)行匯聚層OTN傳輸網(wǎng)（局干網(wǎng)）的擴(kuò)能改造。在今后高速鐵路正線的通信系統(tǒng)中，把OTN系統(tǒng)作為傳輸承載網(wǎng)的組網(wǎng)方案已成為發(fā)展趨勢(shì)。鐵路對(duì)OTN系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與安全性有著極高的要求。在建設(shè)新的OTN骨干傳送網(wǎng)的同時(shí)，中國(guó)鐵路目前尚未在企業(yè)通信專業(yè)內(nèi)出臺(tái)OTN系統(tǒng)相關(guān)工程的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，需要在現(xiàn)行通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，對(duì)鐵路通信OTN系統(tǒng)的功能和性能方面的檢測(cè)驗(yàn)收內(nèi)容進(jìn)行研究。

2 鐵路骨干網(wǎng)東北環(huán)（5號(hào)環(huán)）OTN系統(tǒng)工程檢驗(yàn)研究

2.1 組網(wǎng)分析

1）5號(hào)環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5號(hào)環(huán)工程采用 40×100 Gbit/s 的 OTN 網(wǎng)絡(luò)，5號(hào)環(huán)的OTN 網(wǎng)絡(luò)由 17 個(gè)光分插復(fù)用設(shè)備（Optical Add-Drop Multiplexer，OADM）站點(diǎn)和 42 個(gè)光線路放大器 （Optical Line Amplifier，OLA ）站點(diǎn)構(gòu)成，全網(wǎng)共有18個(gè)光復(fù)用段。5號(hào)環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 鐵路骨干網(wǎng)5號(hào)環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.1 No.5 ring network structure of railway backbone network

編號(hào)站點(diǎn)為OADM站點(diǎn)，其中每個(gè)OADM站點(diǎn)之間還包含了若干個(gè)OLA 站點(diǎn)（這里不再在圖中顯示）。

2）5號(hào)環(huán)系統(tǒng)保護(hù)方案

5號(hào)環(huán)OTN系統(tǒng)主要采用基于光通道數(shù)據(jù)單 元（Optical Channel Data Unit-k，ODUk）的子網(wǎng)連接保護(hù)（Sub-Network Connection Protection，SNCP）方案來確保對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的保護(hù)。再利用兩條相同區(qū)間且不同路徑的光纜線路配置光線路保護(hù)（Optical Fiber Line Auto Switch Protection，OLP）方案，所有節(jié)點(diǎn)均配置OLP單板。

2.2 OTN系統(tǒng)檢驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)研究

由于鐵路骨干網(wǎng)的組網(wǎng)條件各不相同，針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)均應(yīng)制定具體的檢測(cè)驗(yàn)收方案。通過對(duì)5號(hào)環(huán)的組網(wǎng)討論分析，對(duì)于鐵路骨干網(wǎng)的系統(tǒng)測(cè)試，主要需要驗(yàn)證5個(gè)方面的系統(tǒng)功能及性能。

1）傳輸物理特性檢驗(yàn)

傳輸物理特性檢驗(yàn)是對(duì)系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)屬性檢驗(yàn)，涉及到每個(gè)光復(fù)用段區(qū)間，是確保系統(tǒng)穩(wěn)定傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的重中之重。對(duì)于傳輸距離長(zhǎng)且中間節(jié)點(diǎn)光放站數(shù)目較多的光復(fù)用段需要重點(diǎn)檢驗(yàn)。也可考慮主備光纜的組成及運(yùn)用方式選擇性測(cè)試，比如主備光纜配置中存在已經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)用的既有光纜，需考慮光纖劣化因素的光復(fù)用段，傳輸物理特性檢驗(yàn)的主要內(nèi)容為：MPI-SM單通路發(fā)送功率及功率差、MPI-SM總發(fā)送功率、MPI-RM單通路接收功率及功率差、MPI-RM總接收功率、MPI-RM單通路OSNR、Rn點(diǎn)單通路OSNR、MPI-SM和MPIRM之間系統(tǒng)殘余色散、MPI-SM和MPI-RM之間系統(tǒng)偏振模色散。

2）網(wǎng)絡(luò)保護(hù)功能檢驗(yàn)

根據(jù)組網(wǎng)情況驗(yàn)證系統(tǒng)配置的保護(hù)功能，OTN網(wǎng)絡(luò)保護(hù)倒換的驗(yàn)證必須根據(jù)實(shí)際物理組網(wǎng)情況進(jìn)行全覆蓋方式檢驗(yàn)。確保各光復(fù)用段的業(yè)務(wù)保護(hù)功能均能夠正常實(shí)現(xiàn)。保護(hù)倒換驗(yàn)證包含環(huán)內(nèi)ODUk SNCP保護(hù)檢驗(yàn)、跨廠家/跨環(huán)的SNCP保護(hù)檢驗(yàn)、OLP光線路保護(hù)檢驗(yàn)、SNCP保護(hù)與OLP保護(hù)協(xié)調(diào)檢驗(yàn)、SDHMS-SPRing保護(hù)與OLP保護(hù)協(xié)調(diào)檢驗(yàn)。

3）系統(tǒng)誤碼性能檢驗(yàn)

系統(tǒng)誤碼性能是驗(yàn)證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定無差錯(cuò)運(yùn)行的重點(diǎn)測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試業(yè)務(wù)應(yīng)覆蓋到所有的站點(diǎn)設(shè)備以及相關(guān)主備用通道鏈路。測(cè)試時(shí)間不小于24 h。測(cè)試項(xiàng)目包含SDH業(yè)務(wù)長(zhǎng)期誤碼測(cè)試、光通道傳送單元（Optical Channel Transport Unitk-k，OTUk）業(yè)務(wù)長(zhǎng)期誤碼測(cè)試、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)吞吐量、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)時(shí)延、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)過載丟包率等。

4）同步性能檢驗(yàn)

OTN系統(tǒng)能夠支持1588V2協(xié)議的PTP時(shí)鐘。實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)與時(shí)間信號(hào)的同步，而在5號(hào)環(huán)工程內(nèi)超長(zhǎng)傳輸距離的時(shí)間同步精度以及24 h同步以太網(wǎng)時(shí)鐘漂移是主要需要驗(yàn)證的指標(biāo)。

5）網(wǎng)管雙機(jī)熱備份檢驗(yàn)

5號(hào)環(huán)工程在中國(guó)鐵路與沈陽鐵路局所在地各配置一套OTN網(wǎng)管系統(tǒng)形成冗余熱備份，備用網(wǎng)管的作用是當(dāng)主用網(wǎng)管系統(tǒng)不能正常運(yùn)行時(shí)，能夠承擔(dān)與主用網(wǎng)管一致的維護(hù)管理工作，因此，對(duì)于網(wǎng)管的冗余熱備配置檢驗(yàn)是有一定必要性的。

針對(duì)鐵路OTN工程的新特點(diǎn)及實(shí)際情況，將針對(duì)性的對(duì)傳輸物理特性以及網(wǎng)絡(luò)保護(hù)性能的檢驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的研究分析。

OTN網(wǎng)絡(luò)保護(hù)倒換檢驗(yàn)案例分析如下。

2.2.1 ODUk SNCP 保護(hù)

測(cè)試配置如圖2所示 。

圖2 ODUk SNCP 保護(hù)測(cè)試配置Fig.2 ODUk SNCP protection test configuration

根據(jù)5號(hào)環(huán)工程的組網(wǎng)情況，某站點(diǎn)的OADM設(shè)備為雙電子架模式，因此保護(hù)檢驗(yàn)有3種情況進(jìn)行檢驗(yàn)。

1）不跨電子架配置ODUk SNCP保護(hù)。

2）跨電子架配置ODUk SNCP保護(hù)，保護(hù)組配置為雙向倒換。

3）跨電子架配置ODUk SNCP保護(hù)，保護(hù)組配置為單向倒換。

在光復(fù)用段終端站各配置一套業(yè)務(wù)保護(hù)組進(jìn)行檢驗(yàn)。測(cè)試業(yè)務(wù)為STM-16。經(jīng)過檢驗(yàn)，結(jié)果分析如表1、2、3所示。

通過以上結(jié)果分析表能看出，在經(jīng)過含有雙電子架的站點(diǎn)，ODU kSNCP保護(hù)3種不同的配置環(huán)境下，在不跨電子架配置和跨電子架時(shí)，保護(hù)組配置為單向倒換場(chǎng)景，通過各種倒換方式，倒換時(shí)的業(yè)務(wù)受損時(shí)間均小于50 ms。在跨電子架保護(hù)組配置為雙向倒換場(chǎng)景時(shí)，通過網(wǎng)管執(zhí)行關(guān)閉LS4B 發(fā)送激光器與OA發(fā)送激光器，會(huì)存在倒換時(shí)業(yè)務(wù)受損時(shí)間大于50 ms的情況。最長(zhǎng)的倒換時(shí)間為7 038 ms，因此給出在正式使用時(shí)的保護(hù)配置建議，在含有雙電子架的OADM站，避免配置跨電子架ODUk SNCP保護(hù)方式，如有需求需要配置，在跨雙電子架配置 ODUk SNCP保護(hù)時(shí)，需配置保護(hù)為單向保護(hù)方式。

表1 不跨電子架配置ODUk SNCP保護(hù)倒換時(shí)間分析表Tab.1 Analysis table for ODUk SNCP protection switching time without crossing the electronic frame

表2 跨雙電子架配置ODUk SNCP雙向保護(hù)倒換時(shí)間分析表Tab.2 Analysis table for ODUk SNC double protection switching time with crossing double electronic frame

表3 跨雙電子架配置ODUk SNCP單向倒換保護(hù)倒換時(shí)間分析表Tab.3 Analysis table for ODUk SNCP single protection switching time with crossing double electronic frame

2.2.2 OLP光線路保護(hù)檢驗(yàn)

測(cè)試配置如圖3所示，運(yùn) 用STM-16或STM-64為測(cè)試業(yè)務(wù)，通過對(duì)某一個(gè)復(fù)用段進(jìn)行OLP保護(hù)檢測(cè)，每次倒換與恢復(fù)分別測(cè)試兩次，運(yùn)用網(wǎng)管強(qiáng)制倒換、網(wǎng)管人工倒換、人為斷纖的方式觸發(fā)OLP保護(hù)。同時(shí)實(shí)際工程的OLP保護(hù)倒換檢驗(yàn)時(shí)需要注意以下兩點(diǎn)：第一，光復(fù)用段中間站點(diǎn)每個(gè)光放站的站點(diǎn)在雙方向都配置了OLP板，因此倒換檢驗(yàn)范圍必需包含每個(gè)終端復(fù)用設(shè)備與光放站點(diǎn)。第二，OLP保護(hù)是通過運(yùn)用光纜的4條光纖實(shí)現(xiàn)。從單站點(diǎn)來看，有主發(fā)送光纖、備發(fā)送光纖、主接收光纖、備接收光纖。4條光纖芯分屬于兩條或以上不同路由的光纜鏈路纖芯中。如主用光纖1為出業(yè)務(wù)方向，主用光纖3為業(yè)務(wù)回路。當(dāng)主用光纖1故障時(shí)，OLP保護(hù)會(huì)把出業(yè)務(wù)方向倒換至備用光纖2，而業(yè)務(wù)回路仍停留在主用光纖3上并不會(huì)倒換。因此倒換試驗(yàn)需要涉及到每條光纖。以驗(yàn)證每條光纖性能是否會(huì)對(duì)OLP保護(hù)有影響。

2.2.3 OLP保護(hù)與SDH MS-SPRing保護(hù)協(xié)調(diào)檢驗(yàn)

本檢驗(yàn)項(xiàng)的目的是驗(yàn)證OTN系統(tǒng)的OLP保護(hù)與SDH MS-SPRing保護(hù)協(xié)調(diào)功能，通過檢驗(yàn)結(jié)果為配置5號(hào)環(huán)工程最優(yōu)的OTN系統(tǒng)與SDH系統(tǒng)的保護(hù)協(xié)調(diào)方式提供參考。

檢驗(yàn)測(cè)試配置原理如圖4所示，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況分析研究，制定如下測(cè)試方案。

以STM-1為測(cè)試業(yè)務(wù)，選擇一條已承載SDH網(wǎng)絡(luò)的工作保護(hù)區(qū)段進(jìn)行檢驗(yàn)。抽取的某檢驗(yàn)區(qū)段為：站點(diǎn)a→站點(diǎn)b→站點(diǎn)d→站點(diǎn)f為工作路徑，站點(diǎn)a→站點(diǎn)c→站點(diǎn)e→站點(diǎn)f為保護(hù)路徑。

因本工程所承載的SDH網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無法設(shè)定SDH MS-SPRing 保護(hù)拖延時(shí)間。測(cè)試的倒換試驗(yàn)條件分兩種方式，第一種方式為SDH MS-SPRing保護(hù)與 OLP 保護(hù)組同時(shí)工作，不設(shè)置協(xié)調(diào)。第二種保護(hù)協(xié)調(diào)方式設(shè)置為SDH MS-SPRing 保護(hù)組禁止，OLP 保護(hù)組工作。通過兩次重復(fù)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析如表4所示。

圖3 OLP保護(hù)測(cè)試配置Fig.3 OLP protection test configuration

圖4 OLP保護(hù)與SDH MS-SPRing保護(hù)協(xié)調(diào)Fig.4 Test configurations of ODUk SNC protection and OLP protection coordination

通過對(duì)測(cè)試結(jié)果分析，SDH MS-SPRing 保護(hù)和OLP 保護(hù)不設(shè)置協(xié)調(diào)，均在正常工作情況下，OLP 保護(hù)組倒換時(shí)，SDH MS-SPRing 保護(hù)也會(huì)換觸發(fā)倒換動(dòng)作；但保護(hù)倒換時(shí)間存在大于50 ms的情況。其主要問題原因在于與OTN設(shè)備倒換完成時(shí)，倒換時(shí)間在10 ms左右。與其連接的SDH節(jié)點(diǎn)設(shè)備還沒有被觸發(fā)進(jìn)行橋接倒換動(dòng)作，等再觸發(fā)的同時(shí)整個(gè)SDH網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)未識(shí)別到OTN的鏈路已恢復(fù)，繼續(xù)倒換，再過24.45 ms，SDH系統(tǒng)倒換完成。而在此期間OTN鏈路又從正常變?yōu)楣收?，OTN發(fā)現(xiàn)故障再次開始保護(hù)倒換，SDH也開始保護(hù)倒換，出現(xiàn)鏈路正常到鏈路故障的循環(huán)。

SDH MS-SPRing保護(hù)禁止工作情況下（SDH MS-SPRing 保護(hù)無法設(shè)定拖延時(shí)間），OLP 保護(hù)組倒換時(shí)，業(yè)務(wù)受損時(shí)間在20 ms左右，滿足50 ms以內(nèi)要求。因此，5號(hào)環(huán)內(nèi)OTN系統(tǒng)所承載的SDH系統(tǒng)，如果其SDH MS-SPRing 保護(hù)無法設(shè)定拖延時(shí)間。建議只開啟OTN系統(tǒng)的保護(hù)。

2.3 特殊故障分析研究

2.3.1 保護(hù)倒換超時(shí)原因分析

在本工程OLP保護(hù)倒換的檢驗(yàn)過程中，存在保護(hù)倒換時(shí)業(yè)務(wù)受損時(shí)間大于50 ms的情況，除了工程質(zhì)量原因外，還有主要兩個(gè)技術(shù)因素。

1）光復(fù)用段主備光路徑光功率差異過大造成的保護(hù)倒換超時(shí)。當(dāng)進(jìn)行OLP保護(hù)倒換時(shí)，如果保護(hù)路徑的跨段損耗值比工作路徑大，且與工作路徑總光功率差異達(dá)到4 dB以上。會(huì)出現(xiàn)倒換時(shí)間超時(shí)問題。主備光通道的光功率差異是影響OLP保護(hù)倒換功能檢驗(yàn)的重要因素。通過多次倒換驗(yàn)證，對(duì)于某一特定業(yè)務(wù)，主備光通道的光功率差值控制在4 dB以內(nèi)的光復(fù)用段可避免倒換超時(shí)問題。

2）光復(fù)用段終端站點(diǎn)支路側(cè)板卡問題造成的保護(hù)倒換超時(shí)。在運(yùn)用STM-64測(cè)試業(yè)務(wù)做OLP保護(hù)倒換檢驗(yàn)時(shí)，存在一定比例無規(guī)律的倒換超時(shí)現(xiàn)象。通過對(duì)各個(gè)測(cè)試關(guān)鍵點(diǎn)的排查，將故障點(diǎn)定位到支路測(cè)10 G混合速率業(yè)務(wù)板。通過兩個(gè)階段的調(diào)整與復(fù)驗(yàn)：第一階段要求廠商更換同類業(yè)務(wù)單板的XFP模塊后進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。第二階段要求廠商調(diào)整優(yōu)化同類業(yè)務(wù)單板的時(shí)鐘鎖定參數(shù)后再進(jìn)行第二次復(fù)驗(yàn)。通過對(duì)同一站點(diǎn)進(jìn)行多次倒換試驗(yàn)。對(duì)三次檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集比較，分析比對(duì)結(jié)果如圖5所示。

圖5 保護(hù)倒換超時(shí)分析圖Fig.5 Analysis diagram of protection switching timeout

通過結(jié)果可以分析出在初驗(yàn)出現(xiàn)超時(shí)的概率為30%。復(fù)驗(yàn)出現(xiàn)超時(shí)的概率為15%。經(jīng)過調(diào)整優(yōu)化同類業(yè)務(wù)單板的時(shí)鐘鎖定參數(shù)后再復(fù)驗(yàn)出現(xiàn)超時(shí)的概率為0。通過兩次整改檢驗(yàn)后可以看出，倒換超時(shí)的原因不僅僅要在光通道、線路側(cè)板件、交叉板、保護(hù)配置方式中查找，業(yè)務(wù)側(cè)單板的模塊匹配與時(shí)鐘鎖定功能等相關(guān)影響因素也需要考慮在內(nèi)。

2.3.2 網(wǎng)管在線性能分析中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差分析

在網(wǎng)管在線性能分析驗(yàn)證中，網(wǎng)管在部分站點(diǎn)MPI-SM點(diǎn)監(jiān)控單波功率值與儀表實(shí)測(cè)值偏差過大，大于1.5 dB，偏差值達(dá)到5 dB以上。這種誤差會(huì)給今后OTN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)帶來重大風(fēng)險(xiǎn)，其整改前光功率偏差及整改后光功率偏差如圖6所示。

圖6 網(wǎng)管在線監(jiān)測(cè)單波發(fā)送光功率分析Fig.6 Analysis diagram of single wave transmission power of network management online monitoring

經(jīng)檢查分析，將故障點(diǎn)定位到OADM設(shè)備的光放板。設(shè)備中的光譜監(jiān)控板為EOPM板，該板是從光放大板的MON口分光進(jìn)行光譜分析，廠家不同類型的光放板分光比例不同，而設(shè)備所用的EOBAH2424這一類型光放板單板功率補(bǔ)償值在這里運(yùn)用并不正確。網(wǎng)管默認(rèn)的分光比率為固定的5‰，根據(jù)分光比的計(jì)算方法，其功率補(bǔ)償值為23 dB。通過對(duì)該單板的補(bǔ)償值的更改并與儀表檢測(cè)值多次進(jìn)行比對(duì)，將補(bǔ)償值調(diào)整至19 dB時(shí)，網(wǎng)管針對(duì)EOBAH2424查詢出的單波功率值和儀表差值小于1.5 dB?？蓾M足光譜特性的實(shí)時(shí)監(jiān)控要求。

3 結(jié)論

本文主要是在實(shí)際應(yīng)用中（即鐵路骨干傳輸網(wǎng)東北環(huán)OTN系統(tǒng)工程檢驗(yàn)）分析研究出適用于鐵路的OTN系統(tǒng)的檢驗(yàn)方法。在實(shí)際工程檢驗(yàn)中的測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試方法進(jìn)行分析研究，本文的主要結(jié)論如下。

1）對(duì)鐵路OTN系統(tǒng)的組網(wǎng)進(jìn)行分析，在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用之前，系統(tǒng)檢驗(yàn)的重點(diǎn)在于傳輸物理特性及網(wǎng)絡(luò)保護(hù)功能的檢驗(yàn)。其中網(wǎng)絡(luò)保護(hù)功能檢驗(yàn)中除單個(gè)保護(hù)形式的驗(yàn)證外，通過實(shí)際物理設(shè)備與保護(hù)方式的配置的情況，進(jìn)行了多個(gè)保護(hù)協(xié)調(diào)的檢驗(yàn)，給出適用于本工程的最優(yōu)保護(hù)協(xié)調(diào)方案。為鐵路系統(tǒng)OTN網(wǎng)絡(luò)的工程驗(yàn)收提出了實(shí)際可行的檢驗(yàn)方法支撐。

2）通過對(duì)鐵路骨干傳輸網(wǎng)東北環(huán)（5號(hào)環(huán)）OTN系統(tǒng)檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的不常見故障及解決過程的進(jìn)行分析研究。為今后鐵路OTN系統(tǒng)工程出現(xiàn)同類的特殊故障處理流程提供了解決案例。