光传送系统在南水北调中线天津干线工程中的应用

刘 磊，付江伟，高 璐

（1.南水北调中线干线工程建设管理局天津分局，天津300393；2.南水北调中线干线工程建设管理局，北京100038）

随着信息通信技术飞快发展和工业自动化设备的日益成熟，利用光传送系统进行各种信息、信号、指令等数据的大容量快速交换已经成为各个行业即时信息通信和自动化控制信号传送的重要手段。

南水北调中线建管局天津分局（以下简称天津分局）主要担负着向保定地区、雄安新区、廊坊地区和天津市等受水区域安全输水的重要任务。当前光传送系统主要承载着语音电路、数据通信电路（内网、外网、视频监控及门禁、安防、动环、消防联网、办公业务）、控制指令电路（闸控专网）、安全监测电路等一系列信息通信和自动化控制业务。因此，传送设备的运行稳定、网络规划的安全合理、逻辑与物理资源的分配利用成为天津分局信息自动化业务运行及应用的重要保障。

1 光传送系统现状及特点分析

1.1 MSTP网络现状

天津分局MSTP网络由1个STM-64双纤双向复用段骨干环和3个STM-16双纤双向复用段区域环组成，西黑山所辖刘庄分水口由于其地理位置特殊，目前纳入河北分局STM-4的区域环范围内。天津分局骨干环用以汇聚和调度业务电路，区域环用以接入各业务节点的各类电路。

1.2 MSTP网络特点

MSTP（Multi-Service Transfer Platform）是指基于SDH 平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。

天津干线工程段在应用MSTP网络方面有以下特点。

1.2.1 业务分布

天津干线工程各现地站业务需汇聚至所属管理处进行电路调度，落地业务直接传送至上层设备，需传送至分局处理的则由管理处传送至分局。各管理处之间和各现地站之间的互通业务极少，属于典型的集中型业务分布，符合南水北调“集中控制、统一调度、分级管理”的要求。

1.2.2 自愈保护

式中,αij是粒子i与粒子j之间的最大排斥力,rij=ri-rj,rij=|rij|,r^ij=rij/|rij|,rc为截断半径.耗散力 正比于粒子间的相对速度,从而将能量从体系中移走.而随机力FiRj则相应地将能量注入体系,共同作用的结果是作为调温器,保证系统的(角)动量守恒以对应于正则系综的统计力学性质.之间必须满足一定的关系,可分别表示为

天津干线工程的骨干传送环与区域传送环均采用复用段保护环（MSP）的组网方式。这种组网方式和相对于子网连接保护（SNCP）方式相比，可重复利用节点间时隙，且保护通道在空闲时，也可配置额外业务以增加带宽。

复用段保护可保证环网内一处断纤时，所有业务在50 ms之内切换至保护通道，所承载的各类应用电路基本感受不到瞬断带来的影响（见图1）。环网内多处同时断纤时，只要有业务互通的相邻网元之间未中断，仍可保证应用业务正常传送（见图2）。

图1 一处断纤时业务状态及电路通断状态

图2 两处及多处断纤时业务状态及电路通断状态

MSP保护方式因其倒换动作需要执行APS协议，受协议字节所限，环网节点数不能大于16，且需要主控单元和交叉连接单元配合动作，相比于子网连接保护（SNCP）倒换时间要长，对设备性能要求较高。同时倒换态的业务较为复杂，不利于快速分析和调整。

1.2.3 业务接口

MSTP设备拥有丰富的接口类型，可接入传统的PDH业务和SDH光支路业务，如E1、E3、E4、STM-1等，也可根据需求配置诸如ATM异步接口板、POS/CPOS接口板、以太网接口板等。当前天津分局语音业务使用E1接口，内网专网均使用标准以太网的光电接口。因此当前MSTP设备可满足天津干线工程各类电路的接入和传送。

1.2.4 网络管理

MSTP保留了SDH强大的网络管理能力，拥有丰富的开销字节用于运维和管理。同时华为公司配套的网管系统经过20年的升级和完善，有着界面图形化、操作便捷化，功能强大等特点，可方便快捷地调度电路和定位故障。

天津分局在机关网络管理中心部署了华为U2000网管，在各管理处网管室部署了综合网管系统，极大地方便了故障的排查处理工作、逻辑电路的调度工作和网络状态的监控工作。

1.3 线路资源现状

天津分局辖区内主要输水方式为地下箱涵，随着箱涵开挖的建设，在其左右岸各敷设内径33 mm的硅芯管道2孔，互为主备。左右岸主用管道中各穿放1条24芯通信光缆用于连接传送网节点设备。

1.4 线路资源特点

1.4.1 线路特点

天津分局辖区内管道建设采用直埋方式，在永久征地范围内设置人（手）孔用于小范围检修。该建设方式符合地方“三线入地”的发展要求，不仅未对沿线村镇风貌造成影响，而且在一定程度上减少了人为和自然环境的破坏风险。由于沿管线路由大多属于非永久征地，且农田占比较高，存在耕地行为破坏的风险，而且未设置永久检修孔，更换和抢修非常困难。据统计，自2014年末通水至今，天津分局沿线光缆遭人为和动物破坏导致24芯全阻达12次，而维修方式受客观条件所限，只能选择断点接续。随着接头数量越来越多，中继段性能指标明显下降，且目前还存在小芯数内断无法修复的情况。

1.4.2 纤芯资源

天津分局干线光缆共2条，分别在箱涵左右岸采用线性敷设的形式，型号为GYTA-24 B1.3，单条芯数为24芯。目前存在多个MSTP环网共用一条中继段的现象，一旦单条光缆全阻，将会导致多个环网进行保护倒换，虽然可以满足正常业务需求的使用，但对环网倒换态的时隙分析和故障定位抢修工作还是有一定的影响（见图3）。

纤芯资源方面，线性光缆敷设有着由发起端开始，纤芯数量逐级减少的特点，这就导致了干线光缆纤芯数量等于节点需求的总和。在设计阶段，一旦对需求的测算有所偏差，就可能会出现部分节点资源过剩，部分节点无纤可用的情况。目前天津干线工程左右岸24芯光缆的1～6芯均固定分配给骨干环组网，再加之区域环占用、光缆监测占用、组网跳接占用，资源冗余量较小。

就目前的纤芯资源需求来看，基本可满足天津干线工程的传送要求，但考虑到当前主流通信方式基本都采用光传送，因此在未来5～10年内，随着各种扩容和智能化业务的增加，纤芯资源在数量上还存在一定的压力。

图3 共用中继段现象示意

2 光传送系统未来优化方式

2.1 传送方式

网络IP化由于协议成熟、信令简化、节点设备简单等特点，已经被越来越多的行业所认可。光纤入户、无线数据通信的成功运营则进一步证明了IP技术的综合承载能力。而波分复用技术的成熟，也使得这种长距离、纯透传、易调度、易维护的传输技术大受青睐。因此采用IP OVER WDM/OTN的传送方式，成为天津干线工程一种可能实现的优化方案。利用波分设备直接承载应用电路，可减少SDH、ATM和IP等各层间的功能重叠，省略打包、解包的环节，减少设备操作、维护和管理费用。目前各电信运营商、大型油田、国网公司和部分专用通信单位均已建成并投入使用波分复用系统。

2.2 组网方式

波分复用系统组网结构简单，可充分发挥天津干线工程的线性特点，利用左右岸光缆资源，建立自己的通信干线。如果按照线性组网，天津干线工程各站点机房之间距离均在20 km以内，基本可忽略长途传输中色散和衰耗的影响，也无需配置各种放大单元，在一定程度上可降低优化成本。

波分复用系统网络安全性高，如果配置OLP光线路保护方式，只要不是同一中继段的左右岸光缆同时中断，则无论干线有多少处光缆同时中断，业务均不受影响。该系统易于维护，哪里中断哪里告警，其他网元不受任何影响，维护界面清晰明了，便于故障定位和快速修复（见图4）。

如果发生单节点设备失效，则会阻断后续所有节点的通信，具有较大安全隐患。因此需要提前布放跳接光纤，一旦单点失效，立刻利用跳接光纤将失效节点的上下游设备进行临时连接，保证干线其他节点的正常通信（见图5）。

图4 波分OLP组网单方向示意

图5 节点失效后的临时恢复措施示意

2.3 光缆资源

埋设光缆作为国家提倡的一种线路资源敷设方式，目前已基本普及，并且随着城镇、城乡建设和环境保护的需求逐渐增多，越来越多的架空线路将切改为地下敷设。由于南水北调工程天津干线的实际情况和当前存在的检修更换问题，埋设方式仍然不是解决问题的最佳方式。考虑到输水箱涵具有全年温差小、流态较为稳定等特点，在箱涵内穿放水下光缆成为了当前环境条件下的一种较为可行的优化方案。

我国在1993年建成第一条海底光缆，即中日国际海缆，如今已拥有青岛、上海、汕头三个国际海底光缆入境点。海底光缆作为推进“一带一路”的一项重要建设内容，其技术已趋于成熟并已具备多项成功案例。而天津干线工程箱涵内的水下环境远不如海底复杂，因此当前海缆技术基本可适应天津干线工程的水下环境。

利用天津干线工程单孔检修的时机，逐段铺设48芯以上的光缆。采用在流速较缓的箱涵顶板倒角处固定金属管孔、在管孔内穿放水下光缆和检修带丝的处理方式。由于沿线通气孔间距均在2 km左右，考虑到检修更换的难易程度，光缆配盘不宜过长，可在每个通气孔内较为安全和便于操作的位置设置接头。

3 结语

光传送系统在南水北调中线天津干线工程的应用，基本满足了各应用系统的需求，也有力地保障了各应用系统的正常运行，进而为安全输水工作贡献力量。天津分局始终坚持以问题为导向，通过对光传送系统的现状和特点进行分析，结合运行过程中出现的故障和问题，根据实际环境条件和未来技术发展趋势，提出了对网络进一步优化的思路。今后，天津分局将坚持“水利工程补短板、水利行业强监管”的工作总思路，本着对现有资源充分消化利用的原则，在保证组网规划科学、运行安全稳定、技术成熟先进的前提下，以最小的投资来优化和建设最适合的光传送系统。