論OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)及在鐵路中的應(yīng)用

王繼海

（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

1 概述

近年來，通信網(wǎng)絡(luò)所承載的業(yè)務(wù)發(fā)生了巨大的變化。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展非常迅速，特別是寬帶、視頻業(yè)務(wù)的發(fā)展，對(duì)傳送網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求。傳送網(wǎng)絡(luò)要能夠提供適應(yīng)這種增長(zhǎng)的海量帶寬，更重要的是要求傳送網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行快速靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度，完善便捷的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理（OAM功能），以適應(yīng)業(yè)務(wù)的需求。目前傳送網(wǎng)使用的主要是SDH和WDM技術(shù)，但這2種技術(shù)都存在一定的局限性。

SDH技術(shù)偏重于業(yè)務(wù)的電層處理，具有靈活的調(diào)度、管理和保護(hù)能力，OAM功能完善。但是，它以VC4為基本交叉調(diào)度顆粒，采用單通道線路，容量增長(zhǎng)和調(diào)度顆粒大小受到限制，無法滿足業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)。WDM技術(shù)以業(yè)務(wù)的光層處理為主，多波長(zhǎng)通道的傳輸特性決定了它具有提供大容量傳輸?shù)奶烊粌?yōu)勢(shì)。但是，目前的WDM網(wǎng)絡(luò)主要采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的應(yīng)用方式，缺乏有效的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理手段。純光調(diào)度系統(tǒng)（如ROADM）雖然可實(shí)現(xiàn)類似于SDH的調(diào)度和保護(hù)功能，但由于物理受限和波長(zhǎng)受限問題，很難在大范圍網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。而且顆粒度單一，靈活性差，不能實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備的互通。

OTN技術(shù)是在SDH和WDM技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，兼有兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，OTN解決傳統(tǒng)WDM網(wǎng)絡(luò)無波長(zhǎng)/子波長(zhǎng)業(yè)務(wù)調(diào)度能力、組網(wǎng)能力弱、保護(hù)能力弱等問題。OTN技術(shù)包括了光層和電層的完整體系結(jié)構(gòu)，各層網(wǎng)絡(luò)都有相應(yīng)的管理監(jiān)控機(jī)制。OTN技術(shù)簡(jiǎn)單的說就是對(duì)SDH技術(shù)和WDM技術(shù)的揚(yáng)長(zhǎng)避短，其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

1）業(yè)務(wù)透明傳輸

OTN幀結(jié)構(gòu)可以支持多種客戶信號(hào)的映射和透明傳輸，如SDH、GE和10GE等。OTN傳送客戶信號(hào)時(shí)不更改其凈荷和開銷信息，而其采用的異步映射模式保證了客戶信號(hào)定時(shí)信息的透明。

2）大顆粒的帶寬復(fù)用、交叉和配置

OTN目前定義的電層帶寬顆粒為2.5、10 Gb/s和40 Gb/s，相對(duì)于SDH的VC-12/VC－4的調(diào)度顆粒，OTN復(fù)用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，對(duì)高帶寬數(shù)據(jù)客戶業(yè)務(wù)的適配和傳送效率顯著提升。

3）強(qiáng)大的維護(hù)管理能力

OTN提供了和SDH類似的開銷管理能力，具備完善的性能和故障監(jiān)測(cè)機(jī)制，從而使WDM系統(tǒng)具備類似SDH的性能和故障監(jiān)測(cè)能力。

4）豐富的組網(wǎng)和保護(hù)能力

通過OTN幀結(jié)構(gòu)、ODUk交叉和多維度可重構(gòu)光分插復(fù)用器(ROADM)的引入，大大增強(qiáng)了光傳送網(wǎng)的組網(wǎng)能力。諸如前向糾錯(cuò)(FEC)技術(shù)的采用，顯著增加了光層傳輸?shù)木嚯x。另外，OTN提供更為靈活的基于電層和光層的業(yè)務(wù)保護(hù)功能，如OSMP保護(hù)、板間OSP保護(hù)、客戶側(cè)保護(hù)以及基于ODUk層的光子網(wǎng)連接保護(hù)(SNCP)和共享環(huán)網(wǎng)保護(hù)、基于光層的光通道或復(fù)用段保護(hù)等，根據(jù)業(yè)務(wù)需求靈活選擇保護(hù)機(jī)制。

本文將探討OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)流程，分析網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的基本四要素及OTN在鐵路上的應(yīng)用。

2 OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)流程

1）根據(jù)業(yè)務(wù)需求規(guī)劃系統(tǒng)容量。

一般100～600 km覆蓋范圍內(nèi)配置8波OTN系統(tǒng)，1 500～3 000 km覆蓋范圍內(nèi)配置40/80波OTN系統(tǒng)，超過5 000 km配置160/192波OTN系統(tǒng)。

2）確定OTN網(wǎng)元類型。

OTN網(wǎng)元包括光終端復(fù)用站 OTM（Optical Terminal Multiplexer）、光線路放大站 OLA（Optical Line Amplifier）、光分插復(fù)用站 OADM（Optical Add/Drop Multiplexer）、電中繼站REG（Regenerator）。

3）確定有業(yè)務(wù)上下節(jié)點(diǎn)（OADM/ROADM/OTM）的合波器和分波器。

一般小于8波時(shí)采用串行OADM，大于8波時(shí)，一般選擇OTM或并行OADM。

OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

3 OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)基本四要素

OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)基本四要素為光功率、色散、信噪比及非線性效應(yīng)。

3.1 光功率計(jì)算

光功率計(jì)算主要考慮線路衰減。

線路衰減(dB)=Pout(dBm)-Pin(dBm)，如圖2所示。

計(jì)算是考慮光纖老化余量，不需考慮OTN設(shè)備合波分波單元的設(shè)備插損。

線路衰耗=距離×光纖衰耗系數(shù)+光纖老化余量+光纖跳轉(zhuǎn)站點(diǎn)的衰耗

在1 550 nm窗口，G.652和G.655光纖的損耗系數(shù)按0.22 dB/km考慮。

光纖老化余量一般按3 dB考慮。光纖跳轉(zhuǎn)站點(diǎn)的衰耗按0.5 dB/站考慮。根據(jù)上述等式可計(jì)算出受限光功率距離。

3.2 色散計(jì)算

色散的計(jì)算考慮色度色散和偏振模色散PMD。

色度色散受限距離（km）= 色散容限（ps/nm）/ 色散系數(shù)（ps/nm.km）

理論上G.652光纖的色散系數(shù)為17 ps/nm.km，G.655光纖的色散系數(shù)為4.5 ps/nm.km。在OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中考慮一定預(yù)留，一般G.652光纖的色散系數(shù)按20 ps/nm.km、G.655光纖的色散系數(shù)按6 ps/nm.km考慮，則色度色散受限距離如表1所示。

表1 色度色散受限距離

偏振模色散受限距離（km）＝（差分群時(shí)延DGD（ps）/PMD 系數(shù) (ps/km1/2)）2

偏振模色散受限距離如表2所示。

根據(jù)表1、表2可見，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中主要考慮色度色散。

在長(zhǎng)距離傳輸?shù)那闆r下，可配置色散補(bǔ)償模塊（DCM）進(jìn)行色散補(bǔ)償。DCM能夠放在OPU、OBU之前，或放在OAU的PA和BA模塊之間，但絕不能放在拉曼放大板之前。

色散補(bǔ)償為分段補(bǔ)償，系統(tǒng)的殘余色散必須在OTU的殘余色散要求范圍之內(nèi)。

表2 偏振模色散受限距離

色散補(bǔ)償模塊（DCM）配置可采用完全補(bǔ)償模式和發(fā)端預(yù)補(bǔ)償模式。

3.3 光信噪比計(jì)算

光信噪比計(jì)算根據(jù)ITU-T G.692建議，如果級(jí)聯(lián)的每個(gè)放大器輸出的總光功率相同，并且放大器增益遠(yuǎn)大于1，那么OSNR可以近似為：

OSNR=Pout-L-NF-10lgN-10lg[hvΔv0]其中：

Pout：?jiǎn)瓮ǖ赖妮敵龉夤β剩?/p>

L：放大器之間的段損耗；

NF：噪聲系數(shù)；

Δv0：光信號(hào)帶寬；

N：鏈路中的段數(shù)，并假設(shè)每一段的損耗相同。

在1 550 nm波段，0.1 nm帶寬內(nèi)，10lg(hvΔv0)=-58 dBm

由OSNR計(jì)算公式可看，OSNR與光功率預(yù)算和配置的光放大器有關(guān)。不同OTU的OSNR容限不同。當(dāng)計(jì)算出來的OSNR值不滿足OTU的OSNR要求時(shí)，可以考慮使用拉曼放大器、更高輸出光功率的放大器或增加中繼站等。

OSNR要求如表3所示。

表3 OSNR要求

3.4 非線性效應(yīng)計(jì)算

非線性效應(yīng)主要是受激拉曼散射、受激布里淵散射、四波混頻、自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制等引起。可通過使用高性能的光纖作為傳輸媒質(zhì)、控制信號(hào)光功率、良好的色散管理、采用先進(jìn)的光源技術(shù)等技術(shù)來處理非線性效應(yīng)。

在OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，一般考慮2dB的OSNR冗余作為非線性效應(yīng)的影響。

4 OTN系統(tǒng)在鐵路上應(yīng)用

作為承載2.5 Gb/s顆粒以上的傳送網(wǎng)技術(shù)，考慮到現(xiàn)有的傳送網(wǎng)絡(luò)分層關(guān)系和傳送業(yè)務(wù)顆粒分布特征，OTN應(yīng)主要應(yīng)用于全國(guó)骨干傳送網(wǎng)絡(luò)及路局內(nèi)匯聚層傳送網(wǎng)絡(luò)。

全國(guó)骨干層覆蓋鐵道部及各路局，解決各路局至鐵道部及路局間業(yè)務(wù)，并可為路局匯聚層業(yè)務(wù)提供保護(hù)通道。路局匯聚層解決路局內(nèi)業(yè)務(wù)，為路局內(nèi)SDH系統(tǒng)業(yè)務(wù)提供保護(hù)通道。

全國(guó)骨干層節(jié)點(diǎn)設(shè)置選擇應(yīng)為部局所在地、局交界、大型樞紐等重要節(jié)點(diǎn)。采用40/80波×10Gb/s OTN系統(tǒng)。

路局匯聚層OTN節(jié)點(diǎn)應(yīng)選擇在局內(nèi)業(yè)務(wù)匯聚點(diǎn)、鐵路交匯點(diǎn)、樞紐節(jié)點(diǎn)。采用40/80波×10Gb/s或2.5 Gb/s OTN系統(tǒng)。

OTN系統(tǒng)可采用鏈型、星型、環(huán)型、環(huán)帶鏈型、環(huán)相切、環(huán)相交和MESH等組網(wǎng)方式。

根據(jù)鐵路業(yè)務(wù)流向來看，鐵路業(yè)務(wù)多為集中式業(yè)務(wù)，跨子網(wǎng)業(yè)務(wù)，且鐵路業(yè)務(wù)安全可靠要求較高，故鐵路OTN建設(shè)不宜采用環(huán)網(wǎng)保護(hù)。復(fù)用段保護(hù)需要在主備用路由上均建設(shè)光放大器，采用光復(fù)用段保護(hù)，建設(shè)和維護(hù)成本較大，鐵路建設(shè)不建議采用。鐵路建設(shè)宜采用子網(wǎng)連接保護(hù)的ODUk 1＋1保護(hù)。具備雙路由光纜資源OTN網(wǎng)絡(luò)，宜采用光線路保護(hù)方式，對(duì)整個(gè)波道進(jìn)行保護(hù)。

鐵路OTN應(yīng)采用光監(jiān)控信道。保證能夠監(jiān)控到任何一個(gè)站點(diǎn)。

5 結(jié)束語

寬帶、多媒體等多種業(yè)務(wù)的發(fā)展促使傳輸網(wǎng)向高帶寬、高速率的寬帶OTN發(fā)展。鐵路OTN部署也將開始，本文對(duì)OTN系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，設(shè)計(jì)四要素、OTN在鐵路上的應(yīng)用進(jìn)行了探討。隨著ROADM技術(shù)的引入以及OTN智能控制平面的成熟，對(duì)OTN網(wǎng)管規(guī)劃設(shè)計(jì)及應(yīng)用的探討還將繼續(xù)。

［1］ ITU-T G.872 Architecture of optical transport networks[S].

［2］ ITU-T G.709 Interfaces for the Optical Transport Network （OTN）[S].

［3］ ITU-T G.798 Characteristics of optical transport network hierarchy equipment[S].

［4］ ITU-T G.873.1 Optical Transport Network （OTN） :Linear protection[S].

［5］ ITU-T G.808.1 Generic protection switching-Linear trail and subnetwork[S].