铁路OTN网络结构技术及建设方案研究

邱萍

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

铁路OTN网络结构技术及建设方案研究

邱萍

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

在研究OTN网络结构标准基础上，结合运营商OTN网络技术结构和建设方案情况，重点分析铁路OTN网络结构组网方式，探讨铁路OTN网络建设思路。

OTN标准；网络结构；网络建设

1 概述

光传送网（OTN）技术是在SDH和WDM技术的基础上发展起来的，兼有2种技术的优点。一方面，它处理的基本对象是波长级业务，提供对更大颗粒的2.5、10、40 Gbit/s和100 Gbit/s业务的透明传送支持；另一方面，它解决了传统WDM网络无波长和子波长业务调度能力、组网能力弱、保护能力弱等问题。OTN结合了光域和电域处理的优势，提供巨大的传输容量、完全透明的端到端波长/子波长连接以及电信级的保护，是目前传送宽带大颗粒业务最优的技术。它集传送和交换能力于一体，是承载宽带IP业务的理想平台。

2 OTN网络结构标准

国际上有关OTN网络结构方面的相关规范是ITU-T G.872，该标准采用G.805的原子功能建模方法描述了光传送网的体系结构，从网络角度描述了光传送网功能。内容包括光网络的分层结构、客户特征信息、客户/服务器关联、网络拓扑以及如光信号传输、复用、选路、监控、性能评估和网络生存性等网络功能。目前该标准基本稳定，于2010年6月通过了增补文件2，相对于G.709，主要新增加了容器粒度和时隙等方面内容的更新。

国内有关OTN网络结构方面的相关规范是YD/T 1990-2009：OTN网络总体技术要求。该标准规定了基于ITU-TG.872定义的光传送网总体技术要求。主要内容包括：OTN网络功能结构、接口要求、复用结构、性能要求、设备类型、保护要求、DCN实现方式、网络管理和控制平面要求等。该标准适用于OTN终端复用设备和OTN交叉连接设备，其中OTN交叉连接设备主要包括：OTN电交叉设备、OTN光交叉设备和同时具有OTN电交叉和OTN光交叉功能的设备。

3 OTN网络拓扑结构

网络的效能、可靠性和经济性在很大程度上与物理拓扑结构有关。OTN网络的基本物理拓扑结构主要是线型拓扑、环形拓扑、网型拓扑3种类型。

线型拓扑的优点是网络结构简单，对线路系统要求较低，可以灵活的上下光载波；缺点是它的生存性较差，因为节点或链路的失效将把整个系统割裂为独立的若干部分，而无法有效进行通信，不能完全发挥OTN技术的优势。

环型结构的优点是OTN提供了类似于SDH的环网保护机制及复用映射机制，可以借助于SDH丰富的组网经验，方便网络的前期规划及后期维护；在环型结构下，OTN技术提供了多样化的保护方式，网络的安全性能得到保障。因此OTN网络大多运用这种拓扑结构，且环网保护技术成熟，管理简单，是现阶段最常用的拓扑结构。其缺点是为提高系统的利用率，在进行前期规划时需根据业务的流量流向进行环网设计，并尽量避免业务跨环，网络设计有一定的难度。

网型拓扑结构的主要优点是业务调度比较灵活，能根据业务的流量流向设置直达电路，网络可靠性高。其主要缺点是结构和响应的控制管理都比较复杂，由于OTN的通路安排将涉及到光层的波道组织和电层的电路组织，在开启智能功能前，通路安排需全部依靠人工进行，不仅增加了通路安排的复杂度，也不便于网络的后期维护。因此，网型拓扑结构通常仅用于要求高可靠性的骨干网中。OTN设备灵活的组网方式和强大的OAM能力决定了今后的组网不限于环网的方式，而将向网状网进行过渡。

4 运营商OTN网络结构及建设

国外OTN网络可支持系统开通40～80波，且单波速率100G已经得到广泛应用。设备可提供基于ODUk电交叉，交叉容量已经达到12.8Tbit/s，光交叉方向可以达到20维。从业务灵活调度和便于维护方面考虑，国外OTN网络建设大部分使用了WSS光交叉。

国内各大运营商已经大规模建设OTN网络，基于电层交叉的OTN设备已经广泛商用。

4.1中国移动

中国移动OTN光传送网分为省际网、省内网、城域网。

省际网分成东部环、西部环、东北环3个区域，选用80×100 Gbit/s为基础速率的单纤单向OTN系统。全部采用收发分离的100 G单板，选择跳过40 G，直接从10G跨越到100G。业务核心区域采用大容量OTN设备部署，所有业务落地节点采用交叉能力为8T级别以上的OTN设备实现业务的交叉调度；重要业务考虑启用ASON功能，普通业务部署ODUK SNCP保护，确保网络安全、稳定。

省内网根据工程模型需要选用80波以100 Gbit/s为基础速率的单纤单向波分复用系统，设备与系统应支持OTN的电交叉功能，并支持基于ODUk的SNCP 1+1保护或环网保护和基于ODUk的电层ASON保护恢复。单套设备交叉单元的交叉容量应不小于1T级别。

城域网根据业务流向流量、承载业务类型和核心节点的数量等，可采用双核心、三核心、四核心以上等典型网络结构组网，以提高环路容量，网络结构清晰，便于波道调度。

4.2 中国联通

中国联通OTN光传送网分为省际干线传输网、省内干线传输网、本地传输网。

省际干线传输网100 G WDM系统新建工程传输平台采用80波、以100 Gbit/s为基础速率的开放型单纤单向波分复用系统。所有业务终端站暂不要求配置OTN电交叉连接设备，100 G业务采用支线合一型OTU进行业务终端或转接。

省内干线传输网传输平台选用C波段40/80、以10 Gbit/s为基础速率的单纤单向波分复用系统，提供10 G OTN传输设备，应具备平滑升级100 G系统能力。设备要求配置OTN交叉矩阵，采用支线路分离板卡。电交叉子架的单子架交叉容量应不小于2 T。

本地传输网WDM/OTN系统主要用于核心网、数据网、MSTP/UTN等长距离、GE以上大颗粒业务的承载；新建WDM/OTN平台应支持或可升级支持100 G OTN系统。

业务网层面已有保护策略，WDM/OTN系统不得额外进行电层保护；除备用波道外，10G WDM 系统原则上不应配置可调波长OTU。

4.3 中国电信

中国电信OTN光传送网分为国干网、省干网。

国干网以线型为建设单位，业务单一，没有业务调度需求；全网设备以OTN平台为基础，要求具备业务调度能力；重要段落部署OLP光纤保护；全网部署80×100 G系统。设备配置收发合一的OTU业务单板，业务直接承载在WDM平台，节点配置小容量的电交叉设备，用于配置维护波道、波道维护和重要业务的调度。

省干网传输平台选用8×10 G/100 Gbit/s为基础速率的单纤单向波分复用系统。网络结构采用环型网或网格型网，保护方式采用OLP、ODUkSNCP或ASON。设备根据需要采用支线路合一板卡或采用支线路分离板卡。电交叉子架的单子架交叉容量应不小于3T。

4.4 研究分析结论

国外大量应用ROADM组建动态的光层网络，侧重于光交叉，并且大部分网络部署了光层ASON。在未部署ASON的OTN网络主要采用线路侧的保护方式，部署ASON的OTN网络主要采用光层ASON保护方式。

从OTN网络的定位以及侧重的功能方面来看，国内更看重电交叉灵活的业务调度能力。各运营商根据各自业务的需要、网络结构和对技术的关注度，骨干网建设按照采用电交叉设备和配置收发合一的OTU的光层面设备2种方式；省内网和城域网则采用电交叉设备，少数城域网部署了电层ASON。在未部署ASON的OTN网络主要采用ODUk SNCP保护方式，部署ASON的OTN网络主要采用电层ASON保护方式。

5 铁路OTN网络架构及网络建设

目前铁路光传送网网络结构分为骨干层、汇聚层（局内干线）和接入层。相对于将骨干层和汇聚层合一的扁平化组网方式，这种结构使网络层次清晰，维护管理界面明确，各个路局之间互不影响，提高网络性能。

骨干层传输网主要解决各路局至铁路总公司、路局之间业务的传送、跨路局的业务调度等问题，并为铁路局组网提供迂回保护通道。汇聚层（局内干线）传输网主要解决局内各骨干节点之间业务传送，实现业务从接入层到骨干节点汇聚。接入层传输网则提供丰富的业务接口，实现多种业务的接入，解决路局内各种接入业务需求通道。

目前铁路的OTN网络建设主要有铁路骨干层OTN网络建设和铁路汇聚层（局内干线）OTN网络建设。在建的铁路骨干OTN网络京沪穗和东南环及西北环和西南环（2号环）系统设计容量为40×10 G/100 Gbit/s波分系统，东北环和西南环（3号环）系统设计容量为40×100 Gbit/s波分系统。已有14个铁路局建设汇聚OTN网络（局干）。采用40波道、单波道10 Gbit/s或100 Gbit/s速率混合传输的OTN设备组建汇聚层（局干）传输系统。

6 铁路OTN网络结构技术及建设方案分析

6.1 网络结构技术分析

铁路光传送网采用骨干层传输网、汇聚层（局内干线）传输网和接入层传输网分别设置的网络架构进行组网。相对于将骨干层和汇聚层合一的扁平化组网方式，这种结构使得网络层次清晰，维护管理界面明确，各个路局之间互不影响，大大提供网络性能。

对于铁路传输网骨干层，建议使用环型结构且尽可能划分为较小区域的环网。从骨干层网络结构演进方面来看，为建设传输网异地容灾中心，可在现有的6大骨干环基础上构建核心层网络，该层网络需要具有灵活的业务调度能力，高可靠性和网络生存性，以及强大的扩展能力，便于维护和升级，因此建议该层网络使用网型结构，同时便于ASON技术引入。网络结构演进如图1所示。

图1 骨干层传输网网络结构演进示意图

对于铁路传输网汇聚层，从网络结构上来看，由于环型拓扑结构具备与现网架构相似性，并充分利用OTN电层交叉和保护功能，为汇聚节点上的业务提供有效疏导，建议采用环网结构。在不具备条件的地区，也可采用环型拓扑加线型拓扑的方式。从网络层次上来说，对于跨环业务较多，汇聚节点数量较多，局间业务调度较多，网络规模较大路局，建议汇聚层由汇聚层局枢纽网和汇聚层干线网组成。在汇聚层建设枢纽网，实现汇聚环间业务调度，从而缓解核心机房光缆资源紧张及机房压力大的情况，同时为灵活调度业务，建议汇聚层枢纽网使用网型结构进行组网，方便ASON技术引入。汇聚层干线网使用环型结构进行组网。双网结构如图2所示。

6.2网络建设方案分析

图2 汇聚层双网结构图

铁路OTN网络建设主要采用两层网络结构建设，骨干层传输网和汇聚层（局内干线）传输网，由于业务类型和带宽的因素，接入层传输网暂时不建设OTN网络。

在设备配置选择方面，有上下业务的节点均部署了电交叉设备，交叉容量为1.6T～3.2T，并配置收发分离的OTU单板。

在节点选择方面，骨干层和汇聚层核心节点同城异地多节点冗余保护，提高骨干层传输网可靠性。骨干层OTN传输网根据骨干环环间业务量，在骨干环切点设置至少2个多维度OTN调度节点，增强OTN网络调度灵活性，便于后期ASON技术演进。汇聚层传输网局枢纽节点随着枢纽接入业务量增长，综合考虑枢纽各节点光缆资源情况、机房空间情况，可设置多个汇聚层调度节点，减少汇聚层核心节点转发业务量，提高网络可靠性。

在保护方式选择方面，主要结合光缆现状和承载业务类型。铁路骨干层OTN网络在电层面，承载IP数据业务的子波启用ODUK SNCP的保护方式，承载SDH业务的子波启用SDH自有的环网保护。在光层面，径路尽量选择敷设有2条光缆铁路线，启用OLP 1+1保护方式。对于2条光缆敷设时间间隔较长、光缆指标相差较大区段则采用OMSP保护。铁路汇聚层（局内干线）OTN网络在电层面，承载SDH业务的子波启用SDH自有的环网保护。承载IP数据业务的子波，则根据各路局的实际要求，有的路局启用ODUK SNCP保护方式，有的路局不启用ODUK SNCP保护方式，这主要是因为在IP网络本身的设计中已经比较多的考虑保护问题，比如采取了多连接度的网络拓扑提高链路的可靠性，采用单节点设置双套数据设备提高了设备冗余可靠性，通过相对“轻载”减少丢包，提高了信息传输可靠性等措施。在光层面，由于路局光缆条件不一，除客运专线外，大多数铁路两侧的光缆敷设时间不一致，不具备启用OLP保护条件，因此在实施中各路局应根据自身光缆情况考虑启用OLP保护方式。

7 结束语

WDM/OTN系统网络结构应结合光缆网结构、业务流向合理组织，避免业务过多转接。骨干层应优先考虑采用环网结构，部分节点间业务量过大时，可建设直达链路，但网状节点数量不宜过多。对于汇聚层及接入层OTN网络，应优选环网结构。

大客户业务承载方式应结合业务特点、客户需求、现有传输系统及光缆资源现状综合考虑，避免对资源不合理占用、造成浪费。对于DDN/SDH专线业务，业务颗粒155 M以下为主时，采用MSTP 系统承载。对于以太网专线业务，当业务颗粒为FE时，对于QoS要求较高的客户且现有MSTP系统资源富余情况下，应优先通过MSTP系统承载；对于QoS要求一般的用户，在MSTP系统资源紧张情况下，可采用数据网系统承载。当业务颗粒为GE时，对于保护要求较高的重要客户，可采用OTN系统承载；对于一般用户，可采用光纤直驱方式承载。

[1] 李允博.光传送网（OTN）技术的原理与测试[M].北京：人民邮电出版社，2013.

[2] INTERNATIONAL TELECOMUNICATION UNION.ITU-T G.872 Architecture of optical transport networks[S].

[3] 中华人民共和国信息产业部.YD/T 1990-2009 光传送网（OTN）网络总体技术要求[S].北京：人民邮电出版社，2010.

Based on the introduction of OTN network structure standards, the paper analyzes the networking methods of the railway OTN network structure and discusses construction ideas for railway OTN network construction combing with the OTN network structure and construction schemes of network operators.

OTN standard; network structure; network construction

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.02.005

2015-01-09）

中国铁路总公司科技研究开发重大课题项目（BK-2013X003-A1-1）