铁路OTN光传输干线业务保护应用分析

李光辉

铁路京沪穗和东南环骨干网即铁路1、4环骨干网，是铁路 “十二五”通信网改造建设的重点示范工程，是支撑铁路信息化的重要承载平台，全网采用OTN （光传送网）组建骨干传输通道，项目涉及7个铁路局，11个省市，171个物理站点，线路里程12400km。系统主要使用了光线路OLP、ODU SNCP二种业务保护方式，其中光线路OLP利用铁路既有的2组光缆资源，实现光层物理介质的保护；ODU SNCP在OLP光线路保护的基础上，对承载数据业务的电路实现电层子网连接保护，通过光层、电层的双重保护，业务安全性整体上得到了保障。

图1 OTN网络各层次的保护

设备功能与结构方面，OTN相当于SDH和DWDM设备的一体化整合的结果，OTN兼具了原有SDH、WDM设备类型的业务保护方式，而且提供了更为灵活的基于电层和光层的业务保护功能，如图1所示，包括客户侧1＋1保护、基于ODUk颗粒的子网连接保护 （SNCP）、板内1＋1保护、基于光层的光线路保护、复用段保护等。

以下对铁路1、4环骨干网OTN业务保护从实现原理、应用场合进行分析总结，以探讨更适合铁路骨干网改造的业务保护方式。

1 线路OLP保护

在OTN系统中，根据应用场合和保护对象的不同，光线路保护分为光传送段 （OTS）、光复用段 （OMS）二种保护方式。

1．1 OTS光线路保护

1＋1OTS光线路保护主要是在光传输层设置主备2组光纤，利用具有双发选收功能的OLP板，通过对线路备份的方式，提供对工作通道的保护。铁路干线光缆在轨道左侧、右侧分别敷设，光缆的物理路径接近相同，最适合组建光线路1＋1保护，所以在OTN组网时优先选用OTS光线路保护。

当工作通道线路出现故障而保护通道线路正常时，OLP板光开关进行切换，业务能自动倒换到保护通道线路上，光线路1＋1保护是单端保护，主导保护倒换是OLP板。在铁路1、4环网络应用中，OLP与设备其他单元及光纤间的关系，如图2所示，其中实线为工作通道，虚线为保护通道。

OLP对工作通道和保护通道信号输入光功率进行检测，当工作通道和保护通道线路光功率异常时进行倒换。光线路1＋1保护具有维护简单、倒换时间快、技术成熟等优点，在铁路既有DWDM网络中已普遍使用，所以铁路OTN骨干传送网优先使用光线路OLP作为基础保护措施。光缆条件具备的线路区间，在网络设计阶段应将OLP纳入设计范围，以保证OTS加入OLP后的功率与衰耗依然合理，OMS波道的光信噪比 （OSNR）合格，若在无整体设计规划的情况下在中途补加OLP可能会破坏网络性能，造成网络传输质量下降。在OTN承载SDH环网时，在OLP基础上叠加SDH系统自身保护机制MSP，对业务起到双重保护作用，安全性较高。

1．2 OMS光线路保护

在1＋1OTS光线路保护的基础上，可将OLP的位置向内延伸，将光放大板和光纤接口板放在被保护对象内，同时增加光放站保护能力。OMS光线路OLP与其他单元光纤连接关系，如图3所示，其中实线为工作通道，虚线为保护通道。

2 ODUK SNCP保护

SNCP（子网连接保护）是指对子网预先安排一条专用的保护路由，一旦子网的主用通道发生故障，保护路由取代主用路由承担整个网络的传送任务。ODUk（光通道数据单元）子网连接保护，利用OTN电层交叉的双发选收功能，对线路板和OCh光纤进行保护。当工作通道出现故障而保护通道正常时，断开工作通道线路板交叉连接，保护通道线路板对应的交叉连接生效，业务自动倒换到保护通道上，OTN系统SNCP保护原理如图4所示，其中实线为工作通道，虚线为保护通道。

图2 铁路1、4环OLP保护应用连纤图

图3 OMS光线路OLP应用连纤图

图4 OTN系统SNCP保护原理示意图

在铁路1、4环OTN承载IP骨干数据业务时，IP数据网需要保护的业务采用了基于电层的ODUK SNCP保护方式，SNCP业务无倒换协议，倒换时间快，便于与局内数据网互联成更大的子网。ODUk SNCP保护倒换方式分为以下3种：

1．SNC／I（固有监视）：倒换触发条件为SM段的告警，不需要设置OTN级别，不适用于过电中继的场景。

2．SNC／S（子层监视）：倒换触发条件为SM段、TCMn段的告警，适用于过电中继的场景。需要设置OTN级别为TCMn，且需要先设置TCMn的宿端使能以及宿端模式为操作模式。通常在上游站点设置TCMn源端使能，以及源端为操作模式，中继站点不需要设置。

3．SNC／N （非介入监视）：倒换触发条件为SM段、PM段的告警，适用于过电中继的场景。需要设置OTN级别为PM，且需要先设置PM非介入监视使能。倒换触发条件为SM段、TCMn段的告警，适用于过电中继的场景。需要设置OTN级别为TCMn，且需要先设置TCMn非介入监视使能及宿端使能。

OUDk SNCP保护倒换过程是单端倒换。倒换时间 （客户侧业务中断时间）小于50ms。ODUk SNCP保护分别在工作通道和保护通道OTU板有检测点，具有光层和电层检测能力。能检测到通道故障 （SF），也可检测到通道劣化 （SD）。在铁路1、4环使用OLP和SNCP双重保护双加的情况下，为避免二次倒换发生，可根据业务需求在SNCP保护组设置100～200ms的倒换时延。

3 其他保护方式

3．1 板内1＋1保护

利用OTU板本身具有的双发选收功能，通过对线路备份的方式，提供对工作通道的保护。当工作通道线路信号出现故障而保护通道线路信号正常时，OTU板内光开关进行切换，业务能自动倒换到保护通道线路上，板内双发的板内1＋1保护是单端保护，主导保护倒换的是OTU 板。以2路任意速率 （100Mb／s～2．5Gb／s）业务汇聚波长转换板LDM为例，板内1＋1保护系统应用如图5所示，其中实线为工作通道，虚线为保护通道。

图5 板内1＋1保护系统应用连纤图

3．2 客户侧1＋1保护

客户侧1＋1保护利用同步光通信分离板（SCS）本身具有的双发选收功能，通过对线路备份的方式，提供对工作通道的保护，也可以配置在有客户侧端口的OTU单板上，包括支线路合一的OTU板和支路板。当一路信号出现SF或SD时，在其客户侧进行1＋1保护倒换，波分侧不进行倒换。此时将被倒换单板客户侧的激光器关闭，将倒换单板相应客户侧激光器打开，从而触发SCS或DCP／OLP板对光信号选收的切换。以SCS为例，客户侧1＋1保护应用连接如图6所示。

系统具有检测光层信号故障的能力，检测点也具有监视OTN开销的能力，可分析OTN开销检测线路上是否存在故障。

图6 客户侧1＋1保护应用连纤图

3．3 ODUk SPRing环网保护

ODUk SPRing环网保护主要应用于配置分布式业务的环型组网，一个保护环上存在2个通道：一个是工作通道，一个是保护通道。2个通道在方向相反的环上，通过占用不同的ODUk通道实现对所有站点间多条分布式业务的保护。

当某一段发生故障时，将业务切换到反向空闲的保护通道上；当通道状态恢复后再切换回来，把保护通道环空闲出来以备再次保护使用，故称为共享保护，其组网如图7所示，其中实线为工作通道，虚线为保护通道，某一时刻仅能保护一路。

图7 ODUk SPRing环网保护

4 保护组倒换优先级

保护组倒换优先级如表1所示，优先级数值越大，优先级越高。

1．人工倒换。由于人工倒换的优先级最低，在保护组工作通道和保护通道都正常的情况下，且无其他命令倒换请求时，才能够进行人工倒换。可以将保护组当前业务人工倒换到工作通道，也可以将当前业务人工倒换到保护通道上。

2．自动倒换。当保护组当前无强制倒换或锁定倒换请求时，才能够进行自动倒换。自动倒换是保护组检测到通道故障 （SF／SD）后，进行的倒换动作。自动倒换请求又分SF倒换请求和SD倒换请求，SF倒换请求的优先级高于SD倒换请求。

表1 保护组倒换优先级

3．强制倒换。当保护组当前无锁定倒换请求时，才能够进行强制倒换。可以将保护组当前业务强制倒换到工作通道，也可以将当前业务强制倒换到保护通道上。

4．锁定倒换。锁定倒换是让保护组业务固定工作在锁定的通道上。锁定倒换只能锁定在工作通道上，而不能锁定到保护通道上。

5．清除倒换。对于人工倒换、强制倒换、锁定倒换等外部命令的倒换请求，可以使用清除倒换来清除。清除倒换只能清除外部命令的倒换，不能清除自动倒换。

5 OTN网络保护日常维护建议

针对铁路当前骨干网使用的光线路OLP保护、ODUK SNCP保护，从保护组的开通配置、日常维护方面提出以下建议。

1．掌握各类保护组的配置流程：规划端口与路径的工作和保护通道，通过网络管理系统创建保护组；设置保护组的单板映射关系，配置端口或路径的工作通道和保护通道；配置保护组时须同时配置保护组的属性，包括保护组的恢复模式和恢复时间保护通道或工作通道的拖延时间、保护组的SD使能标志等。

2．掌握保护组日常维护动作。日常维护中例行查询保护组的倒换状态，掌握业务运行情况。根据业务维护需求对保护组下达命令，掌握保护组倒换优先级。

3．掌握保护组的故障检测能力。掌握各类保护组是否具有光层检测能力或电层检测能力。确认保护组在收到哪些告警、或哪些性能下降时会发生业务倒换。

4．掌握倒换指标。正常情况下，各类保护组的倒换过程 （客户侧业务中断时间）要小于50ms，如果涉及网络叠加保护，则以测试时间为准。

5．明确各类保护组的倒换条件或倒换事件。以板内1＋1倒换为例，应明确保护组的SF和SD条件及倒换事件。

1）SF条件：R＿LOF、R＿LOS、R＿LOC、OTUk＿LOF、OTUk＿LOM、OTUk＿AIS、ODUk＿PM＿AIS、ODUk＿PM＿OCI、ODUk＿PM＿LCK、ODUk＿LOFLOM。

2）SD 条件：B1 ＿EXC、OTUk ＿DEG、OTUk＿EXC、ODUk＿PM＿DEG、ODUk＿PM＿EXC。

3）倒换事件：当保护组当前选收的通道发生了切换，从工作通道切换到保护通道或从保护通道切换到工作通道时，以主机上报的倒换事件为准。

目前，铁路五大环骨干网改造完成了1、4环，2、3、5号环网的改造换代也已提上日程，OTN技术作为全新的光传送网技术，保留并优化了已有传送网络的众多优势特征，是目前铁路业务承载的主流传送技术，OTN设备类型部署与组网保护的应用，需要铁路通信管理与运维人员不断总结，以驱动后续网络改造更加完善、保护更加安全。

［1］ 韦乐平．光同步数字传输网［M］．北京：人民邮电出版社，1993．3

［2］ 邱昆．光纤通信导论［M］．成都：四川电子科技大学出版社，1995．

［3］ 黄善国．光网络规划与优化［M］．北京：人民邮电出版社，2012．3．

［4］ 聂秋华．光纤激光器与光放大技术［M］．北京：电子工业出版社，1997．