上海电力建设和规划光传送网的思考

赵修旻，吴国栋

（上海市电力公司 信息通信公司，上海 201122）

1 光传送网助推通信业务转型

随着1970年美国康宁玻璃公司成功研制出世界上第1根低损耗的石英光纤，人们不断地探索如何利用这些玻璃纤维来实现大容量、长距离传输的梦想。数十年来，光纤传输网已经历同步光纤网络（SONET）、同步数字体系（SDH）、基于SDH的多业务传送平台（MSTP）、自动交换光网络（ASON）等多个发展阶段，传输带宽已由最初的51.84Mbit／s逐步发展到10Gbit／s。

21世纪以来，在光纤通信中利用同1根光纤，同时传输波长具有适当间隔的多个不同光源的波分复用（WDM）技术，将光传输网的传输带宽又一次大幅度提高。

从本质上说，WDM与频分复用是相同的，其传输原理如图1所示。

图1 波分复用传输原理

近年来，光纤传输在WDM光网络技术发展的基础上，逐步过渡到光传送网（OTN）。OTN是电交换网络与全光网融合的产物，将SDH强大完善的调度和管理功能移植到WDM光网络中，有效地弥补了现有WDM系统在性能监控和维护管理方面的不足。由于吸纳了SDH技术与WDM技术的各自优点，伴随着ITU－T系列标准的逐步建设，进一步显现了OTN在传输容量、性能及可靠性等方面的优势。

上海电力系统通信业务，目前正处于从语音业务为主向以数据业务为主的转型期，将面临语音业务与数据业务长期共存的局面，随着电力通信的发展，需要OTN这种容量更大、带宽更高、更安全更可靠的传送网技术。

OTN的主要特点有以下几个方面：

1）动态的业务光电调度 OTN可提供基于电层的子波长交叉调度和基于光层的波长交叉调度，提供强大的业务疏导调度能力。在电层上，OTN支持 ODU0、ODU1、ODU2、ODU3等颗粒业务调度。在光层上，OTN支持可重构光分插复用器（ROADM）应用以实现波长级业务的调度。基于光电两层的子波长和波长级业务调度，将使基于OTN的传送网络实现更加精细的带宽管理，提高调度效率及网络带宽利用率，满足客户不同容量的带宽需求，增强网络带宽运营能力。

2）快速可靠的大颗粒业务保护 OTN可在光电两层实现业务的多层次保护，支持SDH网络中成熟的子网连接保护与复用段保护，支持WDM网络中成熟的光路保护自动切换（OLP）与光转化单元（OTU）1＋1保护，同时结合波长交换光网络（WSON）智能控制平面可支持不同等级业务的保护与恢复相结合的应用。

图2 上海电网通信网络业务承载方式

3）多业务透明传送及高效的业务复用封装 层次化OTUk／ODUk支持多种业务的混传，可通过支线路分离方式的单板来进行业务的高效封装和灵活调度。

4）卓越的运维管理 OTN定义了丰富的开销字节，使OTN设备具备类似于SDH设备一样的运维管理能力。提供多级嵌套重叠的连接监视，实现跨域、跨运营商、跨设备商管理，利于组成大型网络。

总之，对于上海电网而言，随着智能电网、配用电通信网、电力信息网、数字化电网、实时监控系统的进一步建设，对带宽的需求在电力通信网中更加明显，这一趋势也将推动电力传送网本身的发展与演进。

2 上海电网通信传输网的业务现状

2.1 通信网络业务承载方式

上海电网通信光缆网络，充分利用现有电力系统杆塔和排管的资源，敷设架空地线复合光缆（OPGW）、非金属光缆和全介质自承式光缆（ADSS）。到目前为止，上海电网通信光缆网络几乎覆盖了全上海，光缆总长度超过6 000km。

上海电网通信网络以光传输网络为主，其中10G／2.5G／155MSDH 构成网络主干，10G为核心层，2.5G为汇聚层，155M为接入层。各类业务在光传输网络上的承载方式如图2所示。

由图2可见，调度数据网和数据通信网是目前主要的数据业务，占用带宽较大，业务分部较为均匀；行政交换网、调度交换网和会议电视系统是最主要的时分复用业务，占用带宽较小，业务分部为集中分布式，以星状结构为主。

2.2 通信业务的发展需求

按照“十二五”智能电网发展规划，上海电力通信网将快速发展，对信息传输系统的需求也将日益增长，主要表现在以下几个方面。

1）大规模的光纤到户应用于电力通信的接入网 光纤到户是智能电网发展的重要组成部分。通过建设光纤到户工程，将智能抄表、配网自动化、线损精细化等应用承载于光纤网络平台上，全面提高配电网的智能化程度。上海电力每年新增数十万户光纤到户的业务需求对光传输主干网络提出了更高的带宽和可靠性要求。

2）数据通信网的大型信息应用系统不断上线 除了传统的生产管理系统、营销系统、企业资源计划系统以外，近年来各部门针对自身工作的特点和需要，纷纷开发各类信息应用系统，如变电站视频监控系统、物资管控系统、工作票管理系统等。这些信息应用系统有些需要连接后台数据库，有些需要调用地图和地理信息，有些需要传输视频信号，都将消耗大量的传输带宽，并且要求数据传输快速、安全和保持高稳定性。

3）调度数据网双平面陆续建成 随着调控一体化的不断深入，调度自动化系统也不断发展壮大。“十二五”期间，调度数据网将建成双平面系统，用以提高系统可靠性和冗余度。同时，由于智能电网的发展需要，自动化系统采集的变电站信息量大量增加，对传输带宽的要求，从最初的2M、10M发展到目前的155M、1 000M。

总之，上海电力通信传输网的快速发展以及大量信息应用系统的投运，将给光传输网带来新的挑战，传统的传输A／B网多级分层体系，迅速转化为面向实时调度的智能传输网，面向骨干传输网的OTN干线网络，将成为各省干与国干的主要建设方向。

2.3 光传送网干线网络的特征

骨干传输网（500kV与220kV）的OTN干线网络特征，主要体现在以下几个方面。

1）骨干网采用OPGW光缆 光纤质量显著优于电信公网，在衰耗特性与色散特性方面能够得到比较好的指标，便于厂商设备的能力实现。同时，电力光缆的特殊性造就了其光缆较好的安全性、较少的熔接次数和损耗。

2）骨干网的光缆物理路由 根据实际地理状况与变电站分布相关，一般成环形或环交环网络为主。在拓扑结构上以“日”字或“田”字为主，可以进一步概括为半网状结构或全网状结构，易于实现未来的ASON网络。

3）骨干网的业务接入 从供电公司／地调接入，支线层面一般为普通光缆。由于需要引入城区，所以质量与安全方面略低于干线OPGW。考虑到电力业务的冗余路由需求，一般接入支线采用双路由，构建环网保护。

4）骨干网的业务流向 一般与电力调度关系同向，从业务流向上构成星形拓扑，考虑到电力业务的安全性和可靠性，一般在市调设立2个站点，构成主／备1＋1保护，从业务逻辑上进一步分析构成“双星”型拓扑。

5）专网专用，业务梳理分明 电力系统的业务采用1＋1双路由保护，对时延的要求比较严格，网络建设原则为专网专用，业务梳理层次分明，各种类型业务多级混传的应用场景比较少。

尽管上海电力通信网与公网通信都是为上层应用实体提供服务的，但由于电力系统运行的特殊性，决定了电力通信首要关注点是通信网络的可靠性和安全性，其次是技术先进性和经济性。相比之下，公网通信虽然也十分关注网络的可靠性和安全性，但经济性是其首要关注点。

3 建设光传送网需要考虑的问题

3.1 架构选择［1］

光交叉和电交叉从经济性上分析，适合不同的业务节点。在上下业务比例较小的节点，采用ROADM技术，成本占优；上下业务比例较大的节点，采用OTN电交叉更具优势。由此可见，单一的交叉技术无法覆盖全部的网络场景，用户需要根据节点的上下业务比例、纬度等参数，选择合适的交叉方式，才能实现全网成本投入产出比最优。

光电混合的组网方式使得网络性能大幅度提升。如果是纯ROADM组网，在网状网络中波长阻塞的问题始终存在，而且波长路由经过的节点数越多，阻塞率就越大；同时，由于信噪比、色散、非线性效应等带来的光传送距离的限制，导致ROADM不适合组建多节点规模比较大的网。

如果是纯OTN电交叉组网，则会由于频繁的光电光转换处理，导致信号时延增加。如果采用光电混合的组网方式，在业务穿通多、落地业务量少的中小节点采用ROADM；在业务上下量比较大的核心调度节点采用大容量的OTN电交叉，不仅能够实现资金投入最优的配置，而且OTN电交叉可以作为网关设备，对整个WDM网络进行分域分割，使大网变为小网，进而有效地降低波长阻塞率，减少信号时延。同时，OTN电交叉的OEO功能也消除了光传送距离的限制，让网络规划更加简单。

3.2 业务规划

电力通信网的业务特点与电信运营商不同，业务规划与光纤拓扑结构紧密结合，呈现业务站—变电站—调度中心站的多级模式（网络位置，与业务级别无关）。对于分散型的业务分布，要求站点的业务接入类型必须十分丰富，同时调度灵活（电交叉），保护方式以环网共享保护方式为主（SPRing），对于集中型的业务分布，要求站点的业务接入容量必须支持多路10G高速业务，同时调度灵活（光交叉），保护方式以环网1＋1保护方式为主（SNCP）。如网络中存在单个业务集中汇聚节点，一般需要考虑设置备份节点，构成双星型业务拓扑结构。

3.3 光纤参数

由于光纤的特性中包括了色度色散、衰耗、偏振膜色散、非线性效应，在组网规划时需要考虑这些因素。色度色散与实际的波道速率相关，对于10Gbps的多路波分复用系统，一般需要考虑±20km的色散余量，如考虑未来40Gbps的多路波分复用系统，则需要考虑精确的色散补偿。色散补偿方式主要以色散补偿模块为主，在进行网络功率预算时同样需要考虑色散补偿模块的插入损耗。对于长距的传输网络，尽量避免单跨段过长，否则由于信噪比预算不够，在部分站点对光信噪比不满足传输要求的波道进行电再生，方式可通过直接配置电再生类型的OTU单板或者通过电交叉平台天然再生。

3.4 光路维护

OTN系统是一个多路波长共享光纤传输的系统，在光纤维护中需要考虑的因素不仅仅是SDH网络光纤维护中的光功率，同样还要考虑光纤中各路波长之间的功率平坦性，如功率平坦度过大，经过多级掺饵光纤放大器后，由于掺饵光纤放大器的增益不平坦性叠加，会造成交叉相位干扰，通常采取的措施为中间设置光均衡站，或者在ROADM站采用可调光衰减器进行光功率均衡。各光通道的接收质量，同样还受制于光信噪比，需要设置在线光谱分析仪来进行实时的信噪比测量、上报和预警。

4 光传送网在上海电力通信的应用

根据OTN的特点，结合上海电力通信网络的现状，适时地考虑试点应用OTN，掌握OTN的特点和运维技能，是“十二五”中后期上海电力光传输网络发展的一个重要的方向。

4.1 大容量传输项目案例

目前，国家电网信通公司已经采用OTN技术着手建设大容量骨干层传输网络，用来沟通国家电网三大容灾中心，对海量数据异地容灾搭建大容量传输平台，实现大容量传输。国家电网大容量传输项目，覆盖上海容灾中心、华东新大楼、华东老大楼、上海市调（源深路）、上海备调（卢家湾）、500kV三林站和220kV西郊站。可见，OTN覆盖的站点均为重要的数据中心和业务汇接点，通过以500kV线路OPGW为主干的光网络实现省际互联互通。

OTN并不需要像SDH网络那样做到逐站逐级覆盖，它更专注于大颗粒业务的跨区域传输，因此，在长距离跨越设计中经常采用每隔100km（最多不超过150km），加装光功率放大设备来提升传输距离。但是，光功率放大设备并不是一个简单的放大器，而是一个弱化的OTN设备，只提供光信号的合分波处理和功率放大，不具备电信号交叉矩阵，因此光功率放大设备无法提供本地业务接入传输网络。一旦在光功率放大设备中加装电信号交叉矩阵子框和相应的业务板，光功率放大设备才能升级为标准的OTN设备，这为后续的拓展留下了升级和扩容的空间。

4.2 上海建设光传送网的思路和组网方案

与国家电网大容量传输项目相比，上海电力在建设OTN网络时，可以较少考虑长距离传输中继等问题，可以将更多的精力放在站点的选取和网络结构的组织上。上海地域面积相对较小，各主要业务汇接点之间距离均不超过100km，光路连接只需考虑跳纤直达即可。而入城光缆和城内光缆以普通光缆为主，其可靠性要远逊于OPGW，因此在设计网络结构时要多考虑冗余度和迂回通道，以防光缆遭外破而导致业务中断。

参考国家电网大容量传输项目的站点选择标准，上海电力可以考虑在市调（源深路）、备调（卢家湾）、上海容灾中心、信通中心4个站点作为试点，先行建设OTN网络。其中市调、备调和上海容灾中心是重要的业务汇接点，即入选节点，而信通中心作为全网各系统的网管中心和调度中心，其重要性不言而喻，可以提供一定的迂回通道，用以提高网络的安全可靠性。

从网络结构来看，由于试点按4个站点进行考虑，宜按照全连接的网状结构来搭建OTN，全网的光传输中继按照“N－2”的标准组织。图3为规划的上海电网OTN组网结构图，其中容灾中心、市调、备调和信通中心核心层站点，代表OTN设备安装站点，其他站点代表跳纤站点。

图3 上海电网OTN网络组网结构

从业务接入配置来看，OTN网络应着力于大容量数据业务的传输。这样，2.5G／10GSDH、GE／10GE以太网将是OTN设备业务接口的主流。从单机框容量来看，应适当留有余量，具备扩容能力。目前，考虑按40波，每波10G的容量进行规划，单机框容量达到400G，可以满足当前以及3～5年内大颗粒业务传输平台的需求。

5 结语

随着各类应用系统对传输网络带宽需求的增大，OTN在上海电力通信网络的推广和发展势在必行，必将成为今后光纤传输技术的主流和发展方向。从覆盖范围来看，OTN可以扩展到各地调、超高压分控中心等重要通信站点，围绕4个核心层站点将OTN扩展延伸，最终形成一张规模在20～30个站点的中型汇聚层网络。

从网络结构上来看，OTN网络在核心层是采用全连接的网状结构，传输中继的强度达到“N－2”。汇聚层网络结构也应按照较高的标准来规划，不能仅仅沿用SDH的环形网络概念。应考虑每个站点至少有3个光方向与其他站点连接（个别边远站点可适当降低要求），全网的绝大部分站点和传输中继强度达到“N－2”，核心层达到“N－3”及以上。要确保在1条线路检修状态下，另1条线路发生故障时，OTN的业务基本不受影响，把线路故障对应用系统业务的影响屏蔽在OTN之前，切实提高各类业务的通道保障率。

［1］文韬.新时代 新精彩 构建T比特Switched 0TN／WDM系统［J］.通信世界，2008（38）.