otn傳輸技術論文范文

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關鍵詞 otn 技術 應用

中圖分類號：TN929.1 文獻標識碼：A

1 OTN關鍵技術

OTN全稱Optical Transport Network（光傳送網）是以波分復用技術為基礎，且在光層組織網絡的傳送網，它是跨數字傳送和模擬傳送兩類，也是結合了兩類的優勢，更是管理數字傳送（電領域）和模擬傳送（光領域）的統一標準。

OTN技術中包括多種關鍵技術，其中有組網技術，傳輸技術，接口技術，保護恢復技術等。

（1）OTN組網與傳輸技術

OTN組網技術包括電層調度技術，光層調度技術以及混合層調度技術等。其中電層調度技術的實現是支持波長的交叉連接，光層調度技術的實現是支持ODUk的交叉連接，而混合層調度技術是同時支持波長和ODUk的交叉連接。采用組網技術大大減少了建網成本。OTN傳輸技術具有長距離，大容量的傳輸特點。同時采用帶外的FEC技術和新型調制編碼并結合色散光宇可調補償，電域均衡等，顯著提高了長距離和大容量的傳輸速度。

（2）OTN保護恢復技術

OTN保護恢復技術分別體現在光域和電域，在光域支持光通道1+1保護，光復用段1+1保護，光通道共享保護。在電域支持子網連接保護和環網共享保護。

（3）OTN接口技術

OTN接口技術中包括邏輯接口和物理接口。

1.1 ROADM技術

ROADM技術中文叫做可重構的光分插復用器，它是一種節點或者叫網絡元素，主要由光學器件構成，是通過遠程重新配置，并能夠動態上下業務的波長。

ROADM技術的功能模塊有前置后置光放大器，波長上路和下路，光業務信道的生成和終結，監控節點內部聚合信道或單信道功率，色散補償等。

ROADM技術目前包括波長選擇型ROADM技術和廣播或選擇型ROADM技術，波長選擇型ROADM技術端口指配較靈活，并且能夠在多個方向提供波長粒度的信道，而遠程可重配置全部直通端口和上下端口。但因為結構較復雜，技術成熟程度比較低，成本較高，在商用系統中的使用較少。

1.2 OTH技術

OTH技術全稱Optical Transmission Hierarchy（光傳送體系），它是未來網絡的主干核心，在全球的信息基礎設施中起著關鍵作用。引入的密集波分復用技術，提高了光通信的速率。并隨著光纖通信技術的不斷進步以及電信網絡業務結構的改善，電信界也對OTH技術不斷地進行完善了。

2 OTN技術應用

隨著對大顆粒業務的調度和傳送的需求不斷增加，人們也將OTN技術應用視為了關注的焦點，OTN技術應用的優勢在于能夠提供大顆粒帶寬的傳送和調度。在OTN技術應用主要分為在干線網和城域網中的應用，在干線網中包括在省際干線和省內干線中的應用，城域網則分為核心網，接入層和匯聚層三方面。下面從省際干線，省內干線，城域網三方面分別來介紹OTN技術的應用。

2.1 在省際干線的應用

在現有的傳送業務來看OTN技術在省際干線中的應用隨著網絡和業務的IP化，新業務的開展和寬帶用戶的極具增多，省際IP流量和帶寬也是成倍的增加。由于承載的業務量的劇增，波分省際干線對承載業務的需求和保護是人們十分迫切的。波分省際干線承載著PSTN 2G長途業務，NGN 3G長途業務和Internet省際干線業務等。在應用了OTN技術后，省際干線IP Over OTN 的承載模式實現了SNCP保護，MESH網保護和類似SDH的環網保護等網絡保護方式，這樣不僅設備的復雜程度和成本大大降低而且保護能力與SDH不相上下。

2.2 在網絡中的應用―省內干線

隨著目前長途傳送網承載的業務量和大客戶業務顆粒的增大，網絡業務的靈活度和生存性問題備受關注。OTN技術應用在省際干線中實現了GE 10GE，2.5G 10GPOS大顆粒業務的安全性，可靠性，為了進一步提高網絡運行質量和中繼電路利用率，更好的使用傳送網絡資源，在省內網絡干線中應用超大容量的OTN技術，在OTN交叉設備中鑲嵌ASON GMPLS風不是控制平面后，提供了優先級搶占功能和多種保護恢復方式，大大的提高了網絡傳送網的可靠性。還可實現MESH網，可組環網，復雜環網，網絡按需擴展，波長子波長業務交叉疏導和調度。省內骨干路由器承載著各個長途局間的NGN 3G IPTV 大客戶專線業務等。

2.3 在網絡中的應用―城域網

城域光傳送網是覆蓋城市及郊區范圍，負責在城域范圍內為路由器和交換機等數據網絡節點和各種業務網提供傳輸電路，或直接為企業單位等大客戶提供應用服務。現有的城域光傳送網技術MSTP，RPR，ASON，和城域CWDM和DWDM等都是基于WDM技術或SDH技術，比較局限。OTN技術是以大顆粒調度為基礎具有WDM和SDH兩類的優勢，形成了一種具有大顆粒寬帶傳送特點的大容量傳送網，對于以太業務實現兩層匯聚提高了帶寬利用率，從組網上看使得傳送網層次更加清晰，OTN技術也對業務實行保護。

3 結束語

在當今網絡技術蓬勃發展，OTN關鍵技術以及OTN技術的應用為我們的網絡生活帶來了更多方便和發展平臺，為下一代網絡構建起著推動作用。在不久的將來OTN技術會更加完善，成為更優異的網絡平臺。

參考文獻

[1] 劉濤.面向未來的光傳送網-OTN技術.技術論壇，2001.

[2] ITH-TSG13研究組2000年2月會議總結報告（摘編）.

篇2

摘要：隨著數據類業務的爆炸式持續增長，基于VC-12/VC-4帶寬調度顆粒的同步數字體系(SDH)結合點到點波分復用(WDM)的典型傳送網絡結構面臨著嚴峻挑戰。如何在保持現有傳送網絡功能的前提下提供大顆粒帶寬的傳送與調度，成為新一代光傳送網亟需解決的課題。光傳送網(OTN)技術的出現，解決了大顆粒帶寬的傳送與調度的難題，同時在光層提供了類似SDH的組網、保護與管理等功能，在繼承原有功能的基礎上直接彌補了缺陷，是下一代傳送網主流技術。由于處于應用初期，如何應用OTN成為目前業界關注的焦點問題。文章在綜合分析多種因素的基礎上提出了OTN的應用建議。

關鍵詞：光傳送網；關鍵技術；組網；應用

隨著傳送網絡承載的主要客戶類型由語音轉向數據的變化，基于光同步數字體系(SDH)以VC-12/VC-4為帶寬調度顆粒結合點到點波分復用(WDM)多波長傳輸的網絡結構面臨著嚴峻挑戰。首先是數據業務量大導致傳送帶寬顆粒產生的低效適配問題，如對于路由器的千兆比以太網(GE)或10GE接口，若采用目前典型結構來傳送，則需要多個VC-12/VC-4通過連續級聯或虛級聯的方式來映射，適配和傳送效率顯著降低。其次是WDM網絡的維護管理問題。目前的WDM網絡主要檢測SDH幀結構的B1字節和J0字節等開銷，對于信號在WDM網絡傳輸中的性能和告警等功能檢測較弱。最后是WDM網絡的組網能力問題。WDM網絡目前僅僅支持點到點或者環網拓撲，在光域基本沒有或支持有限的組網能力。因此，針對這些需求，國際電聯(ITU-T)基于光域數字處理尚不成熟的技術現狀，從1998年左右開始提出了基于大顆粒帶寬進行組網、調度和傳送的新型技術——光傳送網(OTN)的概念，同時持續對于相關標準進行了規范，截至到目前已經規范了網絡結構[2]、網絡接口[3]、設備功能接口、管理模型和抖動等。OTN技術是綜合了SDH和WDM優勢并考慮了大顆粒傳送和端到端維護等新需求而提出并實現的技術，相關規范同時涵蓋了未來全光網的范疇，是光網絡極有發展潛力的新型技術，將在后續的網絡中逐漸引入與應用。

1光傳送網的技術特征

OTN技術繼承了SDH和WDM技術的諸多優勢功能，同時也增加了新的技術特征。

(1)多種客戶信號封裝和透明傳輸

基于ITU-TG.709的OTN幀結構可以支持多種客戶信號的映射，如SDH、異步轉發模式(ATM)、以太網等。目前對于SDH和ATM可實現標準封裝和透明傳送，但對于以太網則支持有所差異。例如對于GE客戶，OTN尚未規范具體的映射方式，各設備廠家采用不同的方式實現GE客戶透傳，導致客戶業務無法互通，同時由于10GE接口的規范完成晚于OTN標準框架規范，OTN對于10GE的透明傳送程度有所差異，目前ITU-T提出了2種標準方式和3種非標準方式[7]，解決了點到點透明傳送10GE的問題。

(2)大顆粒帶寬復用、交叉和配置

OTN目前定義的電域的帶寬顆粒為光通路數據單元(ODUk,k=1,2,3)，即ODU1(2.5Gb/s)、ODU2(10Gb/s)以及ODU3(40Gb/s)，光域的帶寬顆粒為波長，相對于SDH的VC-12/VC-4的處理顆粒，OTN復用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，對高帶寬客戶業務的適配和傳送效率顯著提升。

(3)強大的開銷和維護管理能力

OTN提供了和SDH類似的開銷管理能力，OTN光通路(OCh)層的OTN幀結構大大增強了OCh層的數字監視能力。另外OTN還提供6層嵌套串聯連接監視(TCM)功能，這樣使得OTN組網時，端到端和多個分段同時進行性能監視成為可能。

(4)增強了組網和保護能力

通過OTN幀結構和多維度可重構光分插復用器(ROADM)[8]的引入，大大增強了光傳送網的組網能力，改變了目前WDM主要點到點提供傳送帶寬的現狀。而采用前向糾錯(FEC)技術，顯著增加了光層傳輸的距離(如采用標準G.709的FEC編碼，光信噪比(OSNR)容限可降低5dB左右，采用其他增強型FEC，光信噪比(OSNR)容限降低等多[9])。另外，OTN將提供更為靈活的基于電層和光層的業務保護功能，如基于ODUk層的光子網連接保護(SNCP)和共享環網保護、基于光層的光通道或復用段保護等，但目前共享環網技術尚未標準化。

(5)OTN支持多種設備類型

鑒于OTN技術的特點，目前OTN支持4種基本的設備類型[10]，即OTN終端型設備、基于電交叉功能的OTN設備、基于光交叉功能的OTN設備和基于光電混合交叉功能的OTN設備。目前大多數廠家支持的OTN產品主要以OTN終端設備和基于光交叉功能的OTN設備為主，基于電交叉功能和光電混合交叉功能的OTN設備也有部分提供，在具體應用時可根據實際需求綜合考慮選擇哪種或哪幾種OTN設備。

(6)OTN目前不支持小帶寬粒度

由于OTN技術最初的目的主要是考慮處理2.5Gb/s以及以上帶寬粒度的客戶信號，因此并沒有考慮低于2.5Gb/s的客戶信號。隨著OTN客戶需求的發展變化，基于更低帶寬顆粒(如1.25Gb/s量級及以下)的需求出現，ITU-T也加大研究力度，目前正在根據各成員提案討論如何規范具體的帶寬粒度規格和參數，同時研究基于多種較小帶寬顆粒的通用映射規程(GMP)。

2OTN關鍵技術及實現

OTN技術包括很多關鍵技術，主要有接口技術、組網技術、保護技術、傳輸技術、智能控制技術和管理功能等等。

2.1接口技術

OTN的接口技術主要包括物理接口和邏輯接口兩部分，其中邏輯接口是最關鍵的部分。對于物理接口而言，ITU-TG.959.1已規范了相應接口參數，而對于邏輯接口，ITU-TG.709規范了相應的不同電域子層面的開銷字節，如光通路傳送單元(OTUk)、ODUk(含光通路凈荷單元(OPUk))等，以及光域的管理維護信號。其中OTUk相當于段層，ODUk相當于通道層，而ODUk又包含了可獨立設置的6個串聯連接監視開銷。

在目前的OTN設備實現中，基于G.709的幀，電層的開銷支持程度較好，一般均可實現大部分告警和性能等開銷的查詢與特定開銷(含映射方式)的設置，而光域的維護信號由于具體實現方式未規范，目前支持程度較低。

2.2組網技術

OTN技術提供了OTN接口、ODUk交叉和波長交叉等功能，具備了在電域、光域或電域光域聯合進行組網的能力，網絡拓撲可為點到點、環網和網狀網等。目前OTN設備典型的實現是在電域采用ODU1交叉或者光域采用波長交叉來實現，其中不同廠家當中采用電域或電域光域聯合方式實現的較少，而采用光域方式實現的較多。目前電域的交叉容量較低，典型為320Gb/s量級，光域的線路方向(維度)可支持到2～8個，單方向一般支持40×10Gb/s的傳送容量，后續可能出現更大容量的OTN設備。

2.3保護恢復技術

OTN在電域和光域可支持不同的保護恢復技術。電域支持基于ODUk的子網連接保護(SNCP)、環網共享保護等；光域支持光通道1＋1保護(含基于子波長的1＋1保護)、光通道共享保護和光復用段1＋1保護等。另外基于控制平面的保護與恢復也同樣適用于OTN網絡。目前OTN設備的實現是電域支持SNCP和私有的環網共享保護，而光域主要支持光通道1＋1保護(含基于子波長的1＋1保護)、光通道共享保護等。另外，部分廠家的OTN設備在光域支持基于光通道的控制平面，也支持一定程度的保護與恢復功能。隨著OTN技術的發展與逐步規模應用，以光通道和ODUk為調度顆粒基于控制平面的保護恢復技術將會逐漸完善實現和應用。2.4傳輸技術

大容量、長距離的傳輸能力是光傳送網絡的基本特征，任何新型的光傳送網絡都必然不斷采用革新的傳輸技術提升相應的傳輸能力，OTN技術也不例外。OTN除了采用帶外的FEC技術顯著地提升了傳輸距離之外，而目前已采用的新型調制編碼(含強度調制、相位調制、強度和相位結合調制、調制結合偏振復用等)結合色散(含色度色散和偏振模色散)光域可調補償、電域均衡等技術顯著增加了OTN網絡在高速(如40Gb/s及以上)大容量配置下的組網距離。

2.5智能控制技術

OTN基于控制平面的智能控制技術包含和基于SDH的自動交換光網絡(ASON)類似的要求，包括自動發現、路由要求、信令要求、鏈路管理要求和保護恢復技術等。基于SDH的ASON相關的協議規范一般可應用到OTN網絡。與基于SDH的ASON網絡的關鍵差異是，智能功能調度和處理的帶寬可以不同，前者為VC-4，后者為ODUk和波長。

目前的OTN設備部分廠家已實現了基于波長的部分智能控制功能，相關的功能正在進一步的發展完善當中。后續更多的OTN設備將會進一步支持更多的智能控制功能，如基于ODUk顆粒等。

2.6管理功能

OTN的管理除了滿足通用要求的配置、故障、性能和安全等功能之外，還需滿足OTN技術的特定要求，如基于OTN的開銷管理、基于ODUk/波長的調度與管理、基于波長的功率均衡與控制管理、波長的沖突管理、基于OTN的控制平面管理等等。目前的OTN網絡管理系統一般都基于原有傳統WDM網管系統升級，除了常規的管理功能之外，可支持OTN相應的基本管理功能。

3光傳送網應用分析

隨著傳送網客戶信號帶寬需求的進一步驅動、OTN技術的逐漸發展和OTN設備功能實現程度的顯著推進，OTN技術如何應用日益成為業界探討的焦點，也即何時(什么時候)、何地(什么網絡層面)、以什么方式(選擇什么功能)引入OTN進行組網以及實際應用時存在哪些障礙或缺陷。因此，文章主要從OTN應用時機、OTN應用網絡層面、OTN應用功能以及OTN應用關聯問題等角度進行分析。3.1應用時機探討

OTN是否可以很好地引入應用主要應從傳送網客戶信號的驅動、OTN技術的完善程度、OTN設備的實現程度以及網絡運維人員的OTN技術認知程度等多個角度考慮。

首先，目前傳送網客戶信號主要為IP/以太網，而IP/以太網的高速發展導致大帶寬粒度傳送與調度的需求增長非常迅速，基于VC-12/VC-4的帶寬顆粒的適配與調度方式顯然滿足不了傳送網客戶信號對于大顆粒帶寬的傳送與調度需求。其次，從OTN技術的完善程度來看，雖然目前OTN標準系列還在進一步修訂和討論(如規范ODU0和ODU4顆粒，統一基于超頻方式工作的ODU1e、ODU2e容器等等)，而OTN的主要標準框架和功能要求已由ITU-T幾年前定稿，即使后續部分內容有所更新，但目前的規范內容至少必須要繼承和兼容，因此，對于OTN技術目前可以說是基本完善。第三，對于OTN設備的實現程度來看，目前的OTN設備已經基本支持了OTN技術的主要特征，如多速率映射與透明傳送、大顆粒帶寬的調度與處理、OTN幀結構的開銷實現與處理、OTN的組網與保護等，同時實現了對于這些OTN技術特征的管理。因此，從設備實現上而言，OTN設備已經具備了初步應用的功能特征，但具體應用時要根據多種需求綜合選擇OTN設備相應功能。最后，網絡運維人員對于OTN技術認知過程和其他任何新技術一樣，都需要一個逐漸了解、深入和掌握的過程。因此，網絡運維人員初期對于OTN技術的不熟悉并不是OTN引入與應用的障礙，而應該是OTN應用時所必須要準備的前提條件之一。

因此，從傳送網客戶信號的驅動、OTN技術的完善程度、OTN設備的實現程度等方面來看，OTN技術的引入與應用目前應該具備了基本的條件，可在綜合考慮其他非技術因素的基礎上逐步引入與應用OTN技術，以增強傳送網絡的傳送能力與效率，適應客戶信號的高速、動態發展。

3.2應用層面分析

由于光傳送網絡的范疇較大，包括城域光傳送網(含核心層、匯聚層和接入層)、干線傳送網(省內干線和省級干線)等多個層面。不同網絡層面的特點不同，因而是否可以引入OTN技術的結論對于不同網絡層面并不完全一致。

對于城域光傳送網而言，匯聚與接入層主要是承載的是匯聚型客戶業務，客戶信號的帶寬粒度較小，基于ODUk調度的業務可能性較小，而且OTN目前暫未標準化ODU1(2.5Gb/s)以下的帶寬粒度，因此，目前的OTN技術在城域匯聚與接入層引入與應用的優勢并不明顯。

對于城域傳送核心層和干線傳送網絡而言，客戶業務的特點主要為分布型，客戶信號的帶寬粒度較大，基于ODUk和波長調度的需求和優勢明顯，OTN技術特點應用的優勢比較適宜發揮。

因此，目前OTN技術的引入與應用主要應側重于城域核心層和干線網絡。

3.3應用功能選擇

OTN技術的典型應用功能目前可分為3種：OTN接口、ODUk交叉和波長交叉3種。綜合考慮客戶業務需求、OTN技術完善程度、OTN設備實現程度等多種因素，應在不同的網絡層面應選擇不同的OTN功能。

首先，在城域傳送網核心層層面，由于節點調度與處理要求中等，網絡規模較小但調度需求較大，目前一般可根據實際網絡的典型需求選擇ODUk交叉和波長交叉或者ODUk和波長混合交叉功能，同時提供對于OTN接口功能的支持；后續可根據OTN設備的實現程度選擇新型功能。第二，在省內干線層面，由于節點調度與處理要求較大，網絡規模較大，調度需求較大，目前一般可根據實際網絡的典型需求選擇波長交叉或者僅選擇OTN接口功能；后續可根據OTN設備的能力的提升和客戶業務需求等選擇ODUk交叉、波長交叉，或者ODUk和波長混合交叉功能。第三，在省級干線層面，由于節點調度與處理要求很大，網絡規模大，調度需求一般，目前一般可根據實際網絡的典型需求選擇OTN接口功能，特殊需求可局部選擇波長交叉功能；后續可根據OTN設備的能力提升和客戶業務需求等選擇ODUk交叉、波長交叉，或者ODUk和波長混合交叉功能。

3.4應用關聯問題

實際引入OTN技術組網時，最典型的關聯問題是現有網絡如何升級、現有網絡與OTN怎么互通以及后續的OTN如何演進等問題。

由于現有WDM網絡的彩色接口一般都提供了基于G.709的OTN接口功能，原則上可考慮直接升級或啟動OTN接口功能。由于現有WDM設備的OTN接口的支持程度差異較大，而且涉及到現網運營、維護、技術的更新和成本等因素，如何升級為完全支持G.709接口的OTN設備，是個綜合多種因素需要深入分析的問題，不同的場景應選擇不同的解決方案。

對于互通問題，由于目前的WDM網絡支持的G.709接口并不一定完善，因此，新建的OTN網絡與已有WDM或者SDH網絡互通時，應優先選擇客戶側接口(如SDH/以太網等)進行互通，待OTN網絡規模逐漸擴大以后，OTN不同子網之間可采用基于OTUk的域間接口互通，逐漸實現端到端的維護與管理。

關于OTN引入和應用后的后續技術演進，應在積累前期運維經驗的基礎上擴大OTN網絡規模的同時，從客戶業務需求、OTN技術發展和OTN設備實現程度等多方面緊密跟蹤相關進展，以便適時適度地引入更多的OTN新功能，最終實現光傳送網絡范圍內真正意義上端到端靈活的調度、維護與管理，使OTN的應用網絡層面覆蓋到城域傳送網核心、接入與匯聚層以及干線網絡。

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近日，在歐洲光通信會議（ECOC）期間，中興通訊宣布在400G高速傳輸領域創造了一項世界紀錄：試驗中采用其專利技術將40個波分信道的400Gb/s 單載波極化復用的QPSK信號，成功實現了2800 公里長距離標準單模光纖的傳輸，刷新了此前單載波400G的傳輸1200公里的世界紀錄。

歐洲光通信會議（ECOC）光通信領域最重要的、最有影響力的高水平國際學術會議之一，對光電子和光通信當前及未來應用技術的發展進行探討。該實驗結果經過全球知名專家的評選和推薦，被9月17日舉行的歐洲光通信會議（ECOC）會議論文收錄并于會議期間。

單載波傳輸具有收發結構簡單、管理容易的特點，是業內最看好的調制碼信號。此前單載波400G的傳輸紀錄是1200公里，且采用的是特殊昂貴光纖和全光拉曼放大的技術。中興通訊此次試驗，使用的中興通訊專利技術實現的40個波分信道的400Gb/s單載波極化復用的QPSK信號，是目前技術最成熟，靈敏度最高的調制方案，即便不考慮成本昂貴的超低損耗光纖和拉曼放大器，僅使用當前廣泛應用的標準單模光纖和普通摻鉺光纖放大器，也能實現超長距離的系統傳輸，試驗中成功實現了35跨段，每段80公里，共2800公里的長距離傳輸，證明了超100G在現有光纖傳輸系統中部署的可行性。且系統單載波達到業內最高頻譜效率，達到108Gbaud。

中興通訊多年來一直致力于100G、400G/1T等超100G技術的研究以及產品方案的研發與應用，立足于100G以及超100G高速信號傳輸技術的尖端技術研究和開發，近年來攻克了該領域若干關鍵技術并持續多項成果：中興通訊全球首次在實驗中實現了單信道為11.2Tbit/s的光信號，并成功實現讓該信號在標準單模光纖中的640公里傳輸，刷新了此前單信道傳輸最高速率為1Tb/s光信號的世界記錄；實現了24Tb/s（24x1.3Tb/s）波分復用信號傳輸，是業界首次實現Terabit/s的波分復用技術；2012年2月，中興通訊與德國電信合作，在德國本土成功完成100G/400G/1T信號的2450公里超長距離混合傳輸，創造了迄今為止業內高速信號混傳最長距離的現場試驗記錄。

在全球光通訊產業步入100G速率的超寬網絡時代，中興通訊作為全球領先的新一代承載網解決方案與設備、服務提供商，2010年率先在業內全程100G承載解決方案，提供從交換機、路由器和波分OTN全系列100G產品，為客戶提供從邊緣層到核心層的端到端解決方案。 2011年7月在全球光電子和通信會議（OECC）上展示了全球首個1Tb/s的DWDM原型系統及試驗結果。2012年面向各類網絡應用的7種方案的400G/1T DWDM 原型樣機已對外。在100G、超100G專利方面，中興通訊已申請數十項專利，涵蓋了100G光模塊、Framer、芯片、系統等多方面。目前中興通訊已經與西歐、東歐、亞太、中國等區域和國家的主流運營商在100G、超100G領域完成了多項實驗網項目，成為全球高速光通信傳輸技術快速發展的“引擎”。

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【關鍵詞】ASON 控制平面；傳送平面；管理平面；網絡生存

1.ASON技術產生背景

隨著骨干網絡容量的日益增大以及城域接入能力的多樣化，對傳輸網絡具備良好自適應能力的需求逐步提上日程，對網絡帶寬進行動態分配并具有高性價比的解決方案已是人們追求的目標。ASON是能夠智能化地自動完成光網絡交換連接功能的新一代光傳送網。在ASON網絡中，業務可實現動態連接，時隙資源也可進行動態分配，其原理是在現有的光網絡上增加一層控制平面，并利用這層控制平面來為用戶建立連接，提供服務和對底層網絡進行控制，同時支持不同的技術方案和不同的業務需求，具備高可靠性、可擴展性和高有效性等特點。

2.ASON關鍵技術

ASON是指一種具有靈活性、高可擴展性的能直接在光層上按需提供服務的光網絡。此前，光傳送網只有傳送平面和管理平面，沒有分布式智能化的控制平面，因此，ASON概念的提出，使傳輸、交換和數據網絡結合在一起，實現了真正意義的路由設置、端到端業務調度和網絡自動恢復，它是光傳送網的一次具有里程碑的重大突破。

傳送平面由作為交換實體的傳送網網元（NE）組成，主要完成連接建立/刪除、交換（選路）和傳送等功能，傳送平面作為業務傳送的通道，為用戶信息提供端到端的單向或者雙向傳輸。同時，可以選擇帶內或帶外方式完成少量管理和控制信息的傳送。ASON的傳送平面具備信號質量檢測功能，當發生故障時，直接在光層進行信號質最監測，這不僅保證了從傳送層面進行業務恢復的能力，而且極大地提高了光網絡的恢復效率與恢復速率；另一方面，ASON具有多粒度交叉、多業務接入的能力，必須能夠靈活地為用戶提供業務服務，因此ASON的傳送平面的核心交換結構有全光和光電兩種方式，全光的優點是對業務透明，不需要進行大量的光電、電光轉換。而光電光方式具有交叉顆粒度小，電性能監測完備以及強大的業務匯聚能力等特點。

管理平面對控制平面和傳送平面進行管理，在提供對光傳送網及網元設備的管理的同時，實現網絡操作系統與網元之間更加高效的通信功能。管理平面的主要功能是建立、確認和監視光通道，并在需要時對其進行保護和恢復。ASON的控制平面在智能光網絡的管理中需要對初始網絡資源，控制模塊的路由，接口，信令等初始參數進行配置，同時對三種連接的過程進行控制管理，同時對性能和故障進行管理和上報。

控制平面可以說是整個自動交換光網絡的核心部分，由一組通信實體和控制單元（OCC）組成，實現對連接的建立、釋放進行控制、監控以及維護等功能，從而完成路由控制、信令協議、資源管理以及其他的策略控制等任務。控制平面的控制節點由多個功能模塊組成，它們通過信令相互協調，形成一個統一的整體，完成呼叫和連接的建立與釋放，實現連接的自動化，并且能在連接出現故障時，進行快速而有效的恢復。ASON通過引入控制平面，使用接口、協議以及信令系統，可以動態地交換光網絡的拓撲信息、路由信息以及其他控制信息，實現光通路的動態建立和拆除，以及網絡資源的動態分配。

3.ASON網絡生存技術

ASON的網絡結構由傳送平面、控制平面和管理平面構成，其中控制平面的引入是ASON與傳統光網絡的最大不同之處，通過控制平面可以提供快速有效的配置連接來支持交換連接和軟永久連接，能夠對已經建立的呼叫重新配置修改連接，還可以執行自動恢復等功能。目前，ASON采用的生存技術可分為保護、集中恢復和分布恢復，其中，保護和集中恢復是傳統的光傳送網的功能，而分布式恢復則是ASON所特有的功能，一般情況下，保護動作完成的時間一般為幾十微秒左右，而恢復完成的時間，通常需要幾百微秒甚至到幾秒。

ASON中的恢復是動態建立的，在靈活性上有了較大的提高，特別是增強了網狀網恢復的實用性，使其優勢得到體現。在減少冗余資源的同時獲得理想的恢復速度，而且根據ASON中提供的眾多保護恢復類型，運營商可以劃分更多的業務等級提供給不同的用戶，從而增加運營收入。

4.ASON發展現狀和趨勢

隨著電信業務的發展，特別是數據業務對網絡帶寬越來越大的占用量，我們在使網絡變得智能化的同時，也要考慮網絡寬帶化的問題。對于應用于骨干層網絡ASON節點設備來說，能夠提供40Gbit/s的更大速率光接口就顯得非常有必要了。烽火通信作為國內主要的光通信設備供應商之一，已經在40G商用傳輸系統方面取得了重大突破，通過采用精確色散補償、拉曼化摻餌光纖放大器等技術，成功地實現了40Gbit/s光傳輸系統在G。652和G。655光纖上的560km無電再生無誤碼傳輸，解決了該系統在色散、非線性等方面的關鍵難題。

另一方面，交叉矩陣是ASON節點設備傳送平面的核心部分，在傳送平面硬件方面進行部分改進，例如交叉容量的提升和交叉矩陣的多播嚴格無阻塞特性。目前烽火通信FonsWeaver系列ASON產品已經全面支持40Gbit/s高速率光接口及基于BitSlice技術的多播嚴格無阻塞交叉矩陣，其最大交叉能力達到1280G。

隨著ASON技術的逐步成熟，未來幾年將進入實用化階段。ASON利用單一的控制平面，可以實現跨廠商、跨運營商管理域OTN/SDH傳送平面的統一控制，完成端到端的電路建立、保護和恢復，解決了端到端配置、保護和恢復、電路SLA等問題。可以相信，ASON網絡體系將為網絡運營商和服務商帶來新的業務增長點，創造巨大的市場機遇與經濟效益。

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篇5

關鍵詞　城市軌道交通，信息共享平臺，計算機控制，公共對象請求體系，組件對象模型/分布式組件對象模型

在城市軌道交通中，各業務子系統如SCADA(監控和數據采集)、EMCS(電力和機械控制系統)、FAS(防災報警系統)、ATC(列車自動控制)和AFC(自動售檢票)等雖然都不同程度地應用了計算機技術和網絡技術，但是每個系統的網絡結構、服務器和操作站等都各自獨立，是一個個的信息孤島(Infor-mation-island)。各系統間的聯絡比較困難且成本較高，難于實現信息互通、資源共享。在這種情況下，要實現城市軌道交通運營的協調統一管理，不得不加入人工干預，這樣就降低了可靠性、響應性和運營效率[1]。為此，應實現城市軌道交通各運行子系統的自動化以及總系統的協調調度自動化，從而提高運行管理和運營質量，降低運行成本。

隨著網絡技術的發展和實際的需要，這些孤立的系統要求集成運行，以實現信息共享，提高整個系統的效率。為此，亟待建設信息共享平臺。

本文通過分析整合城市軌道交通信息的功能需求和各個業務子系統的結構特征，提出了基于組件技術COM/CORBA(組件對象模型/公共對象請求體系)的城市軌道交通信息共享系統。

1 信息共享平臺的基本功能

城市軌道交通系統綜合信息的用戶大體可以分為政府決策人員、運輸企業管理人員、科研人員和乘客等。各種用戶對信息的需求雖有明顯的差異，但他們對細節數據的需求量很少，多數是對整個系統或某幾個系統的綜合信息的需求。這就要求信息共享平臺具備以下幾個方面的功能:

1)數據的抽取和初步處理

由于不同系統中采用的數據各不相同，因此必須經過數據轉換、重新組織和規范化后再存入數據倉庫中，然后形成統一格式的明細數據。因此，數據抽取將負責從不同的業務子系統中提出所需存儲的數據，并加以凈化、轉換，然后裝載到數據倉庫中;同時按照不同的匯總粒度計算出不同級別的綜合數據，并且加上相應的時間戳。

2)數據的集成與融合

由于歷史和技術的原因，城市軌道交通中每個業務子系統都有自己的數據庫管理系統以及建立在系統上的不同類型的數據庫。各個成員數據庫中的模式可能用不同的數據模型表達，此外還存在著由約束引起的差異和語義引起的差異。如何將成員數據庫中的數據按照統一的模式進行集成，是信息共享平臺最重要的研究內容，也是其最重要的功能。

3)數據存儲與組織

信息共享平臺將為不同的監控信息系統提供服務，而這些信息系統對數據的要求存在差異，因此，信息共享平臺在數據組織方面形成多級粒度存儲數據;同時依據數據存取的相關性形成多種分割。

4)輔助決策支持功能

每個專業系統數據庫都只對專業系統人員使用，實現的功能比較直接，所存儲的數據都是操作型的數據。這些都只是純粹的、零散的數據，與供決策部門、用戶及交通管理人員使用的知識型數據有一定程度的差別。信息共享平臺可以展示各種報表和圖形，使查詢系統性能大大提高。人工智能方法應用在知識獲取上，可以使各級決策部門和管理部門對歷年的運輸數據進行深入分析，為決策提供支持。

5)信息功能

對外實現數據共享是信息平臺的最終目的。它是各種用戶訪問平臺的門戶，是平臺提供服務的方式。為提高信息的質量，便于用戶主動地獲得所需的信息，不僅要采用傳統的信息模型(即用戶通過搜索固定的信息設備，從大量信息中篩選出所需的信息)，還要通過信息的深層次加工，通過各種信息傳播方式主動地提供用戶感興趣的信息。如用戶能通過移動設備實時查詢到動態的、最新的交通信息，或主動將用戶感興趣的信息放到互聯網上，實現信息的主動發送。這樣不僅節省了用戶的大量時間，而且可以避免重要的信息被遺漏。

為了將各個系統聯系在一起，還須分析城市軌道交通系統各個業務子系統的結構特征。

2 各業務子系統的結構特征

城市軌道交通業務子系統大體可分為SCADA、AFC、EMCS、FAS、ATC和基本骨干網。每個系統的構成都有各自的特征。

1)SCADA系統

目前SCADA系統發展方向是開放式監控系統，主要特征是采用互聯網、自律分布系統、OPC(OLEforProcessControl)、面向對象、組件及JAVA技術。核心技術是OPC技術[2]。OPC是一個工業標準，它定義了應用微軟操作系統在基于PC的客戶機之間交換自動化實時數據的方法。OPC規范以OLE/DCOM(對象連接與嵌入/分布式組件對象模型)為技術基礎，支持TCP/IP等網絡協議。其宗旨是在Microsoft分布式組件對象模型DCOM和ActiveX技術的基礎上開發的開放的和互操作標準。

SCADA系統中比較流行的組態軟件是Intellu-tion公司的組態軟件FIX，工業標準數據交換規約如DDE和ODBCSQL存取FIX采集數據的功能，操作系統一般為Windows或者UNIX，采用的數據庫系統通常為Sybase或SQLServer。它與外部系統通過光纖、光纖收發器和交換機等組成的以太網絡TCP/IP協議傳輸數據，通過OPC接口方便地對現場數據進行管理。

2)AFC系統

AFC系統集計算機、網絡通訊、自動控制、大型數據庫等多項技術于一體，技術含量高、設備復雜，智能化和信息化程度要求高。系統的監視、控制、管理核心是中央計算機系統。服務器通常采用UNIX操作系統、至少是Windows2000Server，數據庫系統為Oracle或Sybase。車站與中央計算機系統采用以太網實現信息的交換，傳輸媒介采用光纖，傳輸方式為OTN(開放傳輸網絡)或SDH(同步數字分級結構)，通信協議為TCP/IP。

3)EMCS系統

EMCS系統的數據采集、監控和人機界面采用組態開發軟件，采用現場總線的組態和設置來實現監控站和PLC(可編程邏輯控制器)之間的直接通信，實現不同系統之間的數據交換。該系統監控全線各車站的通風、冷水機組、屏蔽門、電梯、自動扶梯和照明等設備的運行狀態，接受各車站典型測試點的溫度、濕度、CO2濃度等環境參數，并提供事故報警。EMCS的控制中心與中央ATS(列車自動監控系統)接口，接收列車在隧道滯留的位置信息;與MCS(中央時鐘系統)接口，接收主時鐘信息，統一系統全線時鐘;與FAS留有接口，在發生災害時將環控系統切換到災害模式運行。雖然監控工作站與管理中心的網絡拓撲結構存在C-Bus、Genuis總線、雙環網及令牌網等多個類型，但是一般車站局域網采用以太網，通信協議采用TCP/IP協議，傳輸介質為光纜，車站局域網與EMCS廣域網通過通信轉換接口連接。也就是說，系統與外部系統通信一般都是基于TCP/IP協議的以太網方式。

4)FAS系統

FAS為二級監控系統，由設置在控制中心的圖形監視PC機和火災自動報警系統以及聯系這兩者的通信環網構成。其通信網絡采用FAS專用的光纖網絡，并為了提高傳輸的可靠性采用站間跳接方式組成雙環拓撲結構的對等式環網。控制中心配置監控主機和備用機，一般都是高性能的PC機或工業級計算機。操作系統一般都采用Windows。防災中心通過局域網和其他系統進行信息交換。

5)ATS系統

ATS系統是整個城市軌道交通系統的運營核心，負責監視和控制線路中所有列車的運行狀態。ATS系統由一個位于控制中心的遠程監控系統以及每個車站的現場設備組成，采用基于工作站或工控機的計算機設備，冗余的ATS服務器，通用的監控工作站，冗余的通信接口，冗余的雙以太網，采用UNIX或WindowsNT以上的操作系統[3]。

由上述分析可知，各個子系統運行在不同的硬件和操作系統平臺的環境下，且可能采用不同的語言和軟件技術。所以，信息共享平臺應采用分布式組件技術和開放式數據庫互連技術等進行構建。

3 信息共享平臺的總體構建設想

綜合監控系統信息共享平臺是整個城市軌道交通系統的信息樞紐。根據現場實際情況，為了充分發揮平臺的功能和便于系統的管理、維護，信息共享平臺系統分為中央級與車站級兩層管理模式。

中央級信息共享平臺位于綜合監控中心，直接與各個業務子系統的監控中心及車站級信息共享平臺相聯系，所涉及的交通信息資源來自各個子系統的監控中心和車站級信息共享平臺。該層次的數據粒度比較粗，信息資源是較高層次的，一般屬于決策支持的信息。細節性數據主要由車站級信息共享平臺來組織、存儲、處理和挖掘。

車站級信息共享平臺的位置非常重要，它集成了各監控系統的車站級的信息，無縫地將各個信息系統連接在一起，實現信息共享，使全站的各個系統成為有機整體，并為新建系統提供開放的接口。車站級信息共享平臺通過網絡的連接設備與中央級信息共享系統互通信息，把收集到的車站中的實時信息傳送到中央級信息共享平臺，并從中央級信息共享平臺的集成數據庫中讀取本系統所需的數據，接收中央級信息共享平臺的指令和請求。車站級信息共享平臺樞紐的作用如圖1所示。

4 信息共享平臺的設計

4.1 信息共享平臺的結構設計

在現場的系統環境中，由于涉及到UNIX和Windows不同的操作系統，而COM/DCOM一般不能運行在非Windows操作平臺之上，所以僅僅考慮這一點，采用CORBA技術是理想的選擇。CORBA雖然互操作性和開放性非常好，可以跨語言、跨平臺操作，但是它不是完整的體系結構，許多開發都需要從底層做起，基礎成本高。基于CORBA的系統建設和維護較為復雜。同時，城市軌道交通系統業務子系統采用OPC接口，且以OLE/DCOM為技術基礎。同時COM/DCOM技術成熟，基于Windows的絕大多數開發環境都支持它的開發。因此，為了實現原有系統的無縫連接，采用DCOM技術是必要的。基于上述分析，在構建信息共享平臺時，考慮采用CORBA與DCOM相結合的技術。在非Win-dows操作系統中采用CORBA技術，而在Windows系統中采用COM/DCOM技術，以減少系統開發的工作量。

OMG(國際對象管理組織)已經了DCOM/CORBA互操作規范，描述了COM/DCOM和COR-BA之間的通信機制。COM/DCOM和CORBA有一個非常重要的共同特征，都依賴于接口，這為COM/DCOM和CORBA服務器提供了外部的入口點，在大多數情況下，可以直接做CORBA接口和COM/DCOM自定義接口之間的映射[4]。這種映射的實現需要一個橋。橋負責聯系處于不同分布式對象標準下的服務器對象和客戶，可以在有這兩種標準的環境下運行，并且要理解這些標準的消息格式。在創建橋時，必須擁有同時支持COM/DCOM和CORBA的環境，包括操作系統、編程語言和網絡環境等。現在大多數計算機上都使用界面友好的Windows系統，所以系統的操作系統可以采用高版本的Windows系統。而VisualBasic不支持CORBA技術，在系統開發時不能采用VB編程語言。

根據以上原則，設計出一個完整的城市軌道交通綜合監控系統信息共享平臺，如圖2所示。

4.2 據庫模式的設計

數據庫模式可以采用四層模式結構，包括局部概念模式、局部輸出模式、輸入模式和聯邦模式等。局部概念模式為各成員數據庫原有的概念模式;輸出模式是各成員數據庫提供的共享模式，也是相應的成員數據庫概念模式的子集;輸入模式與聯邦模式一一對應，是其它成員數據庫的輸出模式變換集成后的模式信息。聯邦模式由本地數據庫模式和相應的輸入模式匯集而成[6]。

其中，平臺接口對應著局部概念模式和局部輸出模式，局部數據源接口對應著輸入模式，數據管理子層包含了聯邦模式。在進行系統設計時，可將模式集成與查詢分解的功能進行了組件化設計，并按一定的調度順序進行調用。把這些組件部署在中間件的組件池內，組件間也可以通過接口完成通信。局部數據字典保存所有成員數據庫系統的集成信息，如局部數據庫的數據庫類型信息、配置信息、數據模式信息、參與集成的表的信息等。該字典配置在客戶機中，對于要加入的新建系統，服務器端可以保持不變，只進行局部數據字典的開發，從而使系統具有很好的擴展性。

4.3 數據庫組織方案

城市軌道交通管理機構按照職能從低到高可以分為基層操作管理、中層管理和高層管理。基層管理一般為操作性的，可以在各個業務子系統中直接進行;中層管理除了一些業務處理外，還包括簡單的分析進而做出一些系統內部的簡單決策，所以只要能查詢和了解到本系統的信息即可;高層管理是站在整個系統的角度，所做決策一般是戰略性的，不僅需要了解整個系統全面的信息，而且還需要參考與本系統相關的其他系統的信息，所以高層管理數據庫的組織方案應該滿足這些有差別的需求。

一般可以以一種大型的數據庫管理系統為基礎，采用“自底向上”的建設方法組織數據庫。首先從各個子系統中抽取部分其它系統可能訪問到的數據，與決策需要的粒度比較大的數據組合起來，建立幾個數據集市，然后在此基礎上再次進行數據抽取建立全局的數據倉庫。而大部分細節性的數據將直接存儲在各個成員數據庫。當需要查詢到這些數據時，可以通過全局數據字典方便地查找。

4.4 系統功能模塊的構成

根據系統的功能，其功能模塊可作如下設計:

(1)數據抽取模塊:由于各個成員數據庫的類型各異，而后續做的集成工作是面向主題的，和現存操作型的數據相差較大，故需進行必要的處理。同時去除各個成員數據庫中同一主題的重復信息。

(2)查詢處理模塊:將接收到的查詢請求先進行語法檢查，然后將查詢分解成為對應成員數據庫的子查詢;查詢優化則建立一個存取策略，確定查詢涉及到的成員數據庫、訪問策略等。

(3)模式集成信息管理模塊:實現輸出模式與集成模式之間的相互映射及轉換，消除不同成員數據庫的模式沖突。

(4)語義沖突處理模塊:解決成員數據庫中由于數據語義上的沖突(包括數據及類的命名等)而存在的沖突，以提供一個全局數據信息統一的命名。

(5)局部成員模塊:接收來自查詢處理模塊的查詢命令，傳遞給成員數據庫執行查詢命令，然后響應查詢結果并傳遞給查詢處理模塊。

(6)數據字典模塊:存儲數據庫及系統當前的配置信息，包括異構成員數據庫的模式結構信息、語義約束、語法規則的定義等，以及不同模式之間的映射關系，不同語義、語法之間的轉換規則等[6]。

(7)橋接組件:描述COM和CORBA之間的通信機制，主要是使COM系統中的客戶能夠按照本系統的訪問機制去訪問CORBA中的對象。

(8)信息模塊:承擔著平臺與外界的物理連接，數據傳輸，信息等功能。它作為共用信息數據庫的基礎數據信息的應用服務體現，為最終用戶的使用和增值業務提供基本的各個系統狀況信息。輸出的設備可以是大屏幕顯示器、可變信息板、互聯網、車載機信息顯示、個人移動設備等。

(9)應用服務模塊:處理業務邏輯與事務對象或組件，實現集成環境中全局事務的一致性并發控制與恢復機制，保證全局事務的原子性、可串行性、可持續性和隔離性等[6]。

總之，為了實現信息共享平臺建設的目標，要以現場的各個系統的結構特征為基礎，同時要兼顧到平臺的靈活性和可擴展性;要充分利用組件技術、面向對象技術和數據庫的強大功能，建立盡可能通用的信息共享平臺，實現城市軌道交通的綜合控制。

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