朱祎

摘要：地鐵的通信系統(tǒng)是地鐵安全運營的可靠保障，而OTN系統(tǒng)是地鐵通信系統(tǒng)的重點和難點，本文主要闡述了南京地鐵城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)的相關內(nèi)容，淺析了OTN（開放傳輸網(wǎng)絡）的相關技術，僅供參考。

關鍵詞：軌道交通；通信傳輸；OTN系統(tǒng)

一、城市軌道交通傳輸系統(tǒng)概述

目前城市軌道交通傳輸系統(tǒng)承載的業(yè)務主要有：專用電話系統(tǒng)、專用無線系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、導乘系統(tǒng)等等。城市軌道交通交通傳輸承載的業(yè)務以TDM業(yè)務和以太網(wǎng)業(yè)務為主。其中TDM業(yè)務一直沿襲了傳統(tǒng)的2Mb/s中繼業(yè)務。以太網(wǎng)業(yè)務增長迅猛，對傳輸系統(tǒng)的帶寬提出了越來越高的要求。目前，城市軌道交通使用的傳輸制式有MSTP和OTN（開放傳輸網(wǎng)絡），下文僅介紹專用網(wǎng)最常用的傳輸技術——開放傳輸網(wǎng)絡（OTN）。

開放傳輸網(wǎng)絡（Open Transport Network，OTN）是以光纖為傳輸介質(zhì)的多業(yè)務接入和傳輸系統(tǒng)，是專門為了滿足工業(yè)環(huán)境中遇到的需求而誕生的。OTN采用雙環(huán)通路，具有更高的網(wǎng)絡可用性，并將各種不同服務類型集成到一個單一的網(wǎng)絡。

OTN是一種為專網(wǎng)開發(fā)的傳輸制式，做為西門子的專利技術，現(xiàn)已經(jīng)比較成熟。它是一種企業(yè)內(nèi)部規(guī)范，是一種非標準的系統(tǒng)，傳輸制式非國際標準化，很難在公網(wǎng)中得以廣泛應用，但特別適合在業(yè)務種類齊全而數(shù)量不多的地鐵專用網(wǎng)中使用，而且還可以根據(jù)用戶需求開發(fā)各種專用接口電路板。目前OTN已廣泛應用于鐵路、地鐵、輕軌 、礦區(qū)、機場、管道運輸?shù)葓龊稀?/p>

二、南京地鐵OTN系統(tǒng)

（一）OTN幀結構

OTN 家族系列里目前有四個成員，即帶寬分別為36.864Mb/s（OTN-36）、147.456Mb/s（OTN-150）、589.824Mb/s（OTN-600）和2359.296 Mb/s （OTN-2500）的系統(tǒng)。為了與SDH兼容，西門子還推出了OTN-X3M系列，包括622.08Mb/s（OTN-X3M-622） 、2488.32Mb/s（OTN-X3M-2500） 和10Gbps（OTN-X3M-10G）。

環(huán)中OTN節(jié)點間的通信采用時分多路復用技術（TDM），允許多個用戶共享環(huán)的傳輸媒介。TDM將時間域分成重復的周期，稱之為幀。幀可進一步細分為時隙。TDM幀同時在主環(huán)和次環(huán)中傳播。

OTN的幀長31.25 ?s，為電話通信幀125 ?s的四分之一。OTN-36、OTN-150、OTN-600和OTN-2500的TDM幀分別包含1152比特、4608比特、 18432比特、73728比特，其開銷特性如表1所示。

表1 OTN幀開銷

出于尋址考慮，OTN的TDM幀分為384個信道組或位組，可在主干網(wǎng)并行傳輸位組的每個位。每個信道組的位數(shù)取決于帶寬形式。位地址由信道組號（0-383）和組內(nèi)位號組成（0-11， 0-47或0-191）。

OTN采用異步復用的方式，各種速率的業(yè)務直接進入TDM。高效率的復用提高了OTN帶寬利用率。

（二）OTN網(wǎng)絡組成部分

一個OTN網(wǎng)絡必須由光纖、OTN節(jié)點、OTN公用邏輯卡、OTN接口卡和網(wǎng)絡管理系統(tǒng)等五個主要部分組成，如圖1所示。

1.光纖

OTN采用光纖作為傳輸介質(zhì)，為傳輸系統(tǒng)進行可靠通信提供了保證。在地鐵、輕軌正線區(qū)段沿左右線隧道邊墻電纜支架或電纜槽各敷設一條光纜，連接各節(jié)點機，形成環(huán)狀。城市軌道交通傳輸系統(tǒng)使用的光纖有多模光纖50/125、65/125和單模光纖9/125等三種光纖。

2.OTN節(jié)點

OTN有兩種兼容的節(jié)點類型，可容納4個接口模塊的N215節(jié)點或8個接口模塊的N22節(jié)點。OTN-X3M使用可容納8個接口模塊的N42節(jié)點。所有模塊均為插入式單元，其前端面板形成OTN節(jié)點前端面板。

每個節(jié)點都是一個潛在的網(wǎng)絡同步主節(jié)點，即每個節(jié)點均能產(chǎn)生的幀，剩余的網(wǎng)絡節(jié)點與之同步。當激活的主節(jié)點退出，則立即由另一個節(jié)點接管其功能。即使在雙重錯誤情況下，出現(xiàn)兩個獨立的網(wǎng)絡，也會各有一個節(jié)點自動接管兩個網(wǎng)絡的主節(jié)點任務。

3.OTN公用邏輯卡

公用模塊包括光電轉(zhuǎn)換模塊（OTR1、OTR2）、光環(huán)形適配卡（ORA）和電源模塊（PSU）。

兩個光電模塊（OTR1、OTR2）分別插在ORA卡上，合稱公用邏輯卡BORA（寬帶光纖環(huán)適配器）。OTR1模塊位于OTR2模塊下方，分別接主環(huán)光纜和次環(huán)光纜。公用邏輯卡實現(xiàn)時分多路復用（TDM），完成兩個OTR模塊與所有接口卡之間的輸入/輸出，ORA將從OTR上收到的信息傳送給適當?shù)慕涌诳ㄉ?，并把來自接口卡上的信息傳送到光纖模塊OTR上以供傳輸。同時ORA卡還可完成與NCC之間的輸入/輸出，當某一節(jié)點的ORA卡與NCC相連時，這個ORA卡則通過以太接口與NCC進行通信，當其他節(jié)點的ORA卡與NCC相連時，這個ORA卡則通過光纖環(huán)與NCC進行通信。另外ORA能夠讀出節(jié)點機的狀態(tài)和控制數(shù)據(jù)，對光纖環(huán)進行管理的功能。

電源模塊（PSU）共有兩種：一種是每個節(jié)點機都有的用于產(chǎn)生公用邏輯卡和所有接口卡所需電壓（+5V、+12V、-12V）的電源模塊。另一種是為裝有語音通信的電話終端用戶的節(jié)點機提供-48V的電源模塊，若使用的是模擬電話，則此電源帶有鈴流發(fā)生器，若使用的是數(shù)字電話，則不帶有鈴流發(fā)生器。

4.OTN接口卡

所有用戶設備均通過相應的接口模塊連接到OTN系統(tǒng)。OTN的所有插槽和接口卡的尺寸都是統(tǒng)一的，任何接口卡都可插入任意槽里。所有的用戶設備都經(jīng)過接口卡與OTN系統(tǒng)相連。接口卡完成信息和數(shù)字信號的互換，并將數(shù)字信號插入到繞環(huán)傳輸?shù)腡DM幀中以及從TDM幀中恢復出數(shù)字信號。這些接口卡都可以帶電插撥。多種接口卡模塊可用于語音、數(shù)據(jù)、LAN、控制和視頻等連接。OTN接口卡為用戶提供廣泛的接口模塊，如E1、LAN、視頻接口、RS232、RS422等。

5.網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，稱之OMS（OTN管理系統(tǒng)）

OTN網(wǎng)絡由OMS進行系統(tǒng)中央故障報告。OMS監(jiān)視網(wǎng)絡，并接收不同節(jié)點和接口模塊的運行數(shù)據(jù)告警信息指示錯誤種類和位置，使告警信息發(fā)生后即可進行錯誤定位和排除。

（三）傳輸網(wǎng)絡拓撲結構

傳輸網(wǎng)絡拓樸可分為邏輯拓樸和物理拓樸，邏輯拓樸描述信息在網(wǎng)上傳送的路徑，物理拓樸則描述如何安排節(jié)點和介質(zhì)及它們之間的連接。

OTN網(wǎng)絡的邏輯拓樸主要采用雙環(huán)結構。雙環(huán)結構具有對故障最優(yōu)的恢復能力，是最完美的一種邏輯拓樸。在雙環(huán)結構中，光纖線路是閉合的，線路一斷開，系統(tǒng)就通過環(huán)回方式響應這種變化，并指示故障情況，OTN系統(tǒng)會自動糾正網(wǎng)絡中不同類型的錯誤，保證系統(tǒng)的高可靠性和高可用性。正常情況下，所有連接設備的數(shù)據(jù)信息經(jīng)主環(huán)傳送，次環(huán)處于備用狀態(tài)；緊急情況下，備用的次環(huán)可以部分或完全地接管所有的數(shù)據(jù)傳輸。

一般來說，城市軌道交通的車站物理上呈鏈型結構分布，控制中心、每個車站及車輛段都有傳輸節(jié)點。為了避免順站環(huán)接首尾距離過長損耗太大，節(jié)省對光纜的投資，南京地鐵的傳輸系統(tǒng)采用跳站回環(huán)的方式進行連接成邏輯雙環(huán)結構，并采用主備環(huán)保護方式確保業(yè)務通道的可靠性。

（四）系統(tǒng)的可靠性

OTN-X3M 簡單一體化的結構設計，以及使用的元件和制造工藝經(jīng)全球廣泛地鐵用戶的使用，證明了極高的可靠性。系統(tǒng)內(nèi)控制中心、車輛段、各車站的設備，關鍵部件進行熱備份，充分保證設備的安全、可靠運行。OTN-X3M 是模塊化結構設計的。所有設備（包括節(jié)點箱、接口板卡、電源、電纜、光收發(fā)器等）都是采用統(tǒng)一的和工藝和規(guī)格設計生產(chǎn)， 任何一個部分出現(xiàn)損壞或故障， 只要用相應的新的組件替代就可以了，不會影響到與之相連的其他組件。所有 OTN 上運行的業(yè)務都是以 OTN 雙纖自愈環(huán)為載體。所有信息都處于環(huán)路保護之下。