OTN环网保护原理及应用分析

王学林

(中铁二院通号院，四川成都610031)

随着数据业务的迅猛发展，网络的核心技术逐步由TDM(时分复用)向IP(网络互连协议)演进。以SDH(同步数字体系)+WDM(波分复用)的传送网组网方式已不能满足日益增长的数据业务的需求。未来传送网对安全可靠性、传输容量、交叉颗粒、业务调度能力、带宽利用率、组网方式、接口类型、传输距离和网管功能提出了更高的要求，能有效降低CAPEX(资金、固定资产的投入)和OPEX(运营成本)。而OTN(光传送网)技术包括了光层和电层的完整体系结构，很好的满足了业界对于未来传送网的要求，成为未来传送网的主流技术。

随着我国铁路事业的飞速发展，高速铁路大量建设综合视频监控、防灾安全监控、会议电视、旅客服务、SCADA(数据采集与监视控制)、电化故标、车辆5T等业务系统，数据业务的增长速度已远远超过传统的语言业务，逐渐成为传送网的主要承载业务。由于我国铁路系统采用以铁道部、铁路局为中心的运维管理模式，随着高速铁路的大量建成，大量数据需从现场传至铁路局、铁道部，业务带宽的爆炸式增长给容量有限的既有骨干传送网带来了沉重的压力。而铁路既有五大环骨干传送网大多建于2002年前后，采用DWDM(密集波分复用)技术。由于厂家倒闭或设备停产，备品备件已日趋匮乏，加上设备老化，既有五大环骨干传送网的安全可靠性、传输容量、业务处理能力、业务接入能力、网管功能已不能满足业务发展的需要，建设新的全路、路局骨干传送网已刻不容缓。OTN作为未来传送网的主流技术，是铁路骨干传送网的当然选择，其组网保护原理及应用值得进行深入研究。

1 OTN技术简介

OTN是G.872、G.709、G.798等一系列ITU－T的建议所规范的新一代“数字传送体系”和“光传送体系”。OTN通过ROADM(可重置光分插复用器)技术、OTH(光传输层)技术、G.709封装和控制平面的引入，解决了传统DWDM网络无波长/子波长业务调度能力、组网能力弱、保护能力弱等问题。

OTN在电层技术层面继承了SDH多业务适配、分级复用、保护倒换、OAM(操作、管理、维护)等优点。同时，OTN在SDH的基础上扩展了新的功能，它支持大颗粒业务的透传和调度、异步传输、多级串行连接监视，利用带外FEC(前向纠错)提高传输性能，通过加载控制平面提供智能功能。

OTN将光层划分成OCh(光通道层)、OMS(光复用段层)、OTS(光传送段层)三个子层。OCh实现端到端的光径路的建立、管理和维护，完成光层信头的处理、光通道监控、与电层适配和多种业务的接入等功能。OMS实现多波长光信号的联网、光复用段信头开销的处理、光复用段的管理和维护等功能。OTS实现在不同传输媒介上传送光信号、传送段信头开销处理和维护等功能。

从技术本质上而言，OTN技术是SDH和DWDM技术的融合和扩展，它综合了SDH和DWDM的技术优势，并扩展了新的功能，以弥补SDH和DWDM的不足，适应新业务发展的需要。

2 OTN环网保护原理

2.1 OTN环网保护简介

OTN环网保护主要分为两种类型，即ODUk(光通道数据单元)环保护和OCh环保护。ODUk环保护是通道级保护，它通过占用两个不同的ODUk通道实现对所有节点间多条分布式业务的保护。OCh环保护是波长级保护，它通过占用两个不同的波长实现对所有节点间的一个波长业务的共享保护。ODUk环保护和OCh环保护是不同层面、不同级别的保护，ODUk和OCh层划分如图1所示。

图1 ODUk和OCh层划分示意

2.2 OTN环网保护原理

ODUk环保护和OCh环保护原理基本相同，其区别主要在于保护的级别不同，为简化分析过程，下面以ODUk环保护为例进行分析。

ODUk环保护通过占用两个不同的ODUk通道实现对所有节点间的一个ODUk业务的共享保护，如图2所示。

图2 ODUk环保护示意

ODUk环保护分为二纤ODUk环保护和四纤ODUk环保护2种组网保护方式。二纤ODUk保护环上各节点之间只需2根光纤，S1和P1、S2和P2分别在同一根光纤内。四纤ODUk保护环上各节点之间需要4根光纤，S1、S2、P1、P2分别在不同光纤内。ODUk环保护倒换需要APS(自动保护倒换)协议支持，采用双端倒换方式，即正向或反向工作ODUk失效时，都将导致收发两端同时倒换到保护ODUk。由于二纤环和四纤环的保护原理相同，下面以二纤环为例对ODUk环保护倒换原理进行分析。

图3是一个由6个节点构成的二纤ODUk保护环，假设图中NE1与NE3、NE5与NE6间分别有1路ODUk业务。正常工作时，NE1与NE3间的业务由NE1与 NE3间的工作ODUk承载，NE5与NE6间的业务由NE5与NE6间的工作ODUk承载。

图3 正常工作时的ODUk保护环示意

当NE1与NE2间的工作ODUk出现故障时，NE1与NE3间的业务将受到影响，NE5与NE6间的业务不受影响。此时，NE1、NE2检测到故障满足倒换条件，将向NE3发送APS信息。同时，NE1和NE3将判断NE1←→NE2←→NE3间的保护ODUk是否处于正常工作状态，若保护ODUk正常，则NE1、NE2、NE3将执行桥接和倒换，NE1与NE3间的业务改由NE1←→NE2←→NE3间的保护 ODUk承载，由于保护ODUk与工作ODUk路由相同，此种保护倒换称为近端倒换。当NE1与NE2间的工作ODUk和保护ODUk均出现故障时，NE1与NE3间的业务将受到影响，NE5与NE6间的业务不受影响。此时，NE1与 NE3间的业务将改由 NE1←→NE6←→NE5←→NE4←→NE3间的保护ODUk承载，由于保护ODUk与工作ODUk路由相反，此种保护倒换称为远端倒换。两种保护倒换过程如图4所示。

图4 ODUk保护环近端倒换和远端倒换示意

需要注意的是，由于ODUk保护环采用共享保护方式，所有节点共用同一保护“环”，故在同一时间，同一区段只能支持一条业务的保护倒换。即当NE1与NE3间业务发生远端倒换保护时，由于NE5与NE6间的保护ODUk已被NE1与NE3间的业务占用，若此时NE5与NE6间的工作ODUk再发生故障将不会发生保护倒换。

3 OTN环网保护应用分析

3.1 ODUk环保护应用分析

ODUk环保护采用双端倒换方式，保护倒换需要APS协议支持。由于ODUk环保护采用共享保护方式，比较适合于分布式业务模型。从保护原理上看，ODUk环保护既具有SDH环保护的特点，又不完全等同于SDH环保护。ODUk环保护采用共享保护方式，类似于SDH的复用段环保护;但其倒换不是基于OMS，而是基于ODUk通道，类似于SDH的通道环保护。

ODUk环保护分为二纤ODUk环保护和四纤ODUk环保护2种组网保护方式。二纤ODUk保护环只需2根光纤，设备购置费较低，工程投资较低。但由于其工作和保护通道均由同一根光纤承载，一旦该光纤中断将引发系统的远端倒换。对于特大型网络有可能造成倒换时间超过50 ms和其它区段故障无法进行保护倒换的问题，故其安全可靠性相对较低。二纤ODUk保护环适合于光纤资源匮乏、安全可靠性要求不是很高或工程投资紧张的中小型工程项目。四纤ODUk保护环需要4根光纤，设备购置费较高，工程投资较高。由于其工作和保护通道分别由不同的光纤承载，提高了系统的安全可靠性。如果工作光纤和保护光纤处于不同物理径路的2根光缆中，将能有效避免远端倒换的发生，绝大部分保护倒换为近端倒换，此时ODUk保护环可发生多次保护倒换，实现对所有区段业务的有效保护，可极大的提升系统的安全可靠性。四纤ODUk保护环适合于光纤资源丰富、安全可靠性要求很高的大型工程项目。

ODUk保护环业务配置灵活，其业务颗粒大小从ODU0至ODU2可选，用户可根据业务的不同需求选择是否配置保护，以满足不同业务差异化服务的需求。例如，对于安全可靠性要求较高的业务，可根据其业务量大小选择合适的ODUk颗粒配置保护环。对于安全可靠性要求较低的业务可选择不配置保护，以提高系统通道利用率。另外，ODUk保护环依靠电交叉单板实现业务的保护倒换，OTN设备的电交叉单板均采用1+1热备保护方式，单板故障不会影响业务的保护倒换，具有较高的可靠性。

3.2 OCh环保护应用分析

由于OCh环保护与ODUk环保护原理基本相同，故其适合的业务模型以及二纤OCh保护环与四纤OCh保护环的优缺点均与ODUk环保护类似，此处不再赘述。

OCh保护环业务配置以波长为单位，保护颗粒较大，不能很好地满足不同业务差异化服务的需求。例如，对于同一波长内的不同业务，无论其对安全可靠性的要求高低，都会受到保护，降低了系统通道利用率。同时，由于协议支持的原因，OCh保护环上的节点数量受到很大限制，无法组建大型网络。另外，OCh保护环依靠光通道保护单板实现业务的保护倒换，光通道保护单板故障将影响业务的保护倒换，且设备内部需进行复杂的光纤连接，降低了系统的可靠性。

4.3 ODUk和OCh环保护总结

ODUk和OCh环保护异同如表1所示。

表1 ODUK与OCh环保护异同

续表1

从表1可知，虽然ODUk和OCh环保护原理基本相同，但也有各自的特点。在设计工作中应根据工程的实际情况选择合适的组网保护方式。对于安全可靠性要求特别高的网络，建议组建四纤ODUk保护环;其次宜组建二纤ODUk保护环;一般不建议组建OCh保护环。

4 结束语

随着铁路既有五大环骨干传送网的升级改造工程正式纳入铁道部建设计划以及我国高速铁路快速发展带来的巨大业务需求，新一轮骨干传送网的建设高潮即将来临。OTN作为下一代传送网的核心技术，是骨干传送网的必然选择。因此，理解并掌握OTN系统组网保护原理及应用对于下阶段铁路通信设计工作具有重要的意义。

[1]ITU－TG.872光传送网(OTN)体系架构[S]

[2]ITU－TG.808.1通用保护倒换:线性路径及子网保护[S]

[3]ITU－TG.808.2通用保护倒换:环形保护[S]

[4]ITU－TG.873.1光传送网(OTN):线性保护[S]

[5]ITU－TG.873.2光传送网(OTN):环保护[S]

[6]ITU－TG.798.1光传输网络(OTN)设备的类型和特性[S]

[7]ITU－TG.709光传送网(OTN)接口[S]

[8]YD/T 1990－2009光传送网(OTN)网络总体技术要求[S]

[9]YD/T 1462－2006 光传送网(OTN)接口[S]