劉 磊，付江偉，高 璐

（1.南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局天津分局，天津300393；2.南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局，北京100038）

隨著信息通信技術(shù)飛快發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的日益成熟，利用光傳送系統(tǒng)進(jìn)行各種信息、信號(hào)、指令等數(shù)據(jù)的大容量快速交換已經(jīng)成為各個(gè)行業(yè)即時(shí)信息通信和自動(dòng)化控制信號(hào)傳送的重要手段。

南水北調(diào)中線建管局天津分局（以下簡(jiǎn)稱天津分局）主要擔(dān)負(fù)著向保定地區(qū)、雄安新區(qū)、廊坊地區(qū)和天津市等受水區(qū)域安全輸水的重要任務(wù)。當(dāng)前光傳送系統(tǒng)主要承載著語(yǔ)音電路、數(shù)據(jù)通信電路（內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)、視頻監(jiān)控及門禁、安防、動(dòng)環(huán)、消防聯(lián)網(wǎng)、辦公業(yè)務(wù)）、控制指令電路（閘控專網(wǎng)）、安全監(jiān)測(cè)電路等一系列信息通信和自動(dòng)化控制業(yè)務(wù)。因此，傳送設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的安全合理、邏輯與物理資源的分配利用成為天津分局信息自動(dòng)化業(yè)務(wù)運(yùn)行及應(yīng)用的重要保障。

1 光傳送系統(tǒng)現(xiàn)狀及特點(diǎn)分析

1.1 MSTP網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

天津分局MSTP網(wǎng)絡(luò)由1個(gè)STM-64雙纖雙向復(fù)用段骨干環(huán)和3個(gè)STM-16雙纖雙向復(fù)用段區(qū)域環(huán)組成，西黑山所轄劉莊分水口由于其地理位置特殊，目前納入河北分局STM-4的區(qū)域環(huán)范圍內(nèi)。天津分局骨干環(huán)用以匯聚和調(diào)度業(yè)務(wù)電路，區(qū)域環(huán)用以接入各業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的各類電路。

1.2 MSTP網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

MSTP（Multi-Service Transfer Platform）是指基于SDH 平臺(tái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)TDM、ATM、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)的接入、處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。

天津干線工程段在應(yīng)用MSTP網(wǎng)絡(luò)方面有以下特點(diǎn)。

1.2.1 業(yè)務(wù)分布

天津干線工程各現(xiàn)地站業(yè)務(wù)需匯聚至所屬管理處進(jìn)行電路調(diào)度，落地業(yè)務(wù)直接傳送至上層設(shè)備，需傳送至分局處理的則由管理處傳送至分局。各管理處之間和各現(xiàn)地站之間的互通業(yè)務(wù)極少，屬于典型的集中型業(yè)務(wù)分布，符合南水北調(diào)“集中控制、統(tǒng)一調(diào)度、分級(jí)管理”的要求。

1.2.2 自愈保護(hù)

式中,αij是粒子i與粒子j之間的最大排斥力,rij=ri-rj,rij=|rij|,r^ij=rij/|rij|,rc為截?cái)喟霃?耗散力 正比于粒子間的相對(duì)速度,從而將能量從體系中移走.而隨機(jī)力FiRj則相應(yīng)地將能量注入體系,共同作用的結(jié)果是作為調(diào)溫器,保證系統(tǒng)的(角)動(dòng)量守恒以對(duì)應(yīng)于正則系綜的統(tǒng)計(jì)力學(xué)性質(zhì).之間必須滿足一定的關(guān)系,可分別表示為

天津干線工程的骨干傳送環(huán)與區(qū)域傳送環(huán)均采用復(fù)用段保護(hù)環(huán)（MSP）的組網(wǎng)方式。這種組網(wǎng)方式和相對(duì)于子網(wǎng)連接保護(hù)（SNCP）方式相比，可重復(fù)利用節(jié)點(diǎn)間時(shí)隙，且保護(hù)通道在空閑時(shí)，也可配置額外業(yè)務(wù)以增加帶寬。

復(fù)用段保護(hù)可保證環(huán)網(wǎng)內(nèi)一處斷纖時(shí)，所有業(yè)務(wù)在50 ms之內(nèi)切換至保護(hù)通道，所承載的各類應(yīng)用電路基本感受不到瞬斷帶來(lái)的影響（見圖1）。環(huán)網(wǎng)內(nèi)多處同時(shí)斷纖時(shí)，只要有業(yè)務(wù)互通的相鄰網(wǎng)元之間未中斷，仍可保證應(yīng)用業(yè)務(wù)正常傳送（見圖2）。

圖1 一處斷纖時(shí)業(yè)務(wù)狀態(tài)及電路通斷狀態(tài)

圖2 兩處及多處斷纖時(shí)業(yè)務(wù)狀態(tài)及電路通斷狀態(tài)

MSP保護(hù)方式因其倒換動(dòng)作需要執(zhí)行APS協(xié)議，受協(xié)議字節(jié)所限，環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)不能大于16，且需要主控單元和交叉連接單元配合動(dòng)作，相比于子網(wǎng)連接保護(hù)（SNCP）倒換時(shí)間要長(zhǎng)，對(duì)設(shè)備性能要求較高。同時(shí)倒換態(tài)的業(yè)務(wù)較為復(fù)雜，不利于快速分析和調(diào)整。

1.2.3 業(yè)務(wù)接口

MSTP設(shè)備擁有豐富的接口類型，可接入傳統(tǒng)的PDH業(yè)務(wù)和SDH光支路業(yè)務(wù)，如E1、E3、E4、STM-1等，也可根據(jù)需求配置諸如ATM異步接口板、POS/CPOS接口板、以太網(wǎng)接口板等。當(dāng)前天津分局語(yǔ)音業(yè)務(wù)使用E1接口，內(nèi)網(wǎng)專網(wǎng)均使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的光電接口。因此當(dāng)前MSTP設(shè)備可滿足天津干線工程各類電路的接入和傳送。

1.2.4 網(wǎng)絡(luò)管理

MSTP保留了SDH強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理能力，擁有豐富的開銷字節(jié)用于運(yùn)維和管理。同時(shí)華為公司配套的網(wǎng)管系統(tǒng)經(jīng)過(guò)20年的升級(jí)和完善，有著界面圖形化、操作便捷化，功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，可方便快捷地調(diào)度電路和定位故障。

天津分局在機(jī)關(guān)網(wǎng)絡(luò)管理中心部署了華為U2000網(wǎng)管，在各管理處網(wǎng)管室部署了綜合網(wǎng)管系統(tǒng)，極大地方便了故障的排查處理工作、邏輯電路的調(diào)度工作和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控工作。

1.3 線路資源現(xiàn)狀

天津分局轄區(qū)內(nèi)主要輸水方式為地下箱涵，隨著箱涵開挖的建設(shè)，在其左右岸各敷設(shè)內(nèi)徑33 mm的硅芯管道2孔，互為主備。左右岸主用管道中各穿放1條24芯通信光纜用于連接傳送網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備。

1.4 線路資源特點(diǎn)

1.4.1 線路特點(diǎn)

天津分局轄區(qū)內(nèi)管道建設(shè)采用直埋方式，在永久征地范圍內(nèi)設(shè)置人（手）孔用于小范圍檢修。該建設(shè)方式符合地方“三線入地”的發(fā)展要求，不僅未對(duì)沿線村鎮(zhèn)風(fēng)貌造成影響，而且在一定程度上減少了人為和自然環(huán)境的破壞風(fēng)險(xiǎn)。由于沿管線路由大多屬于非永久征地，且農(nóng)田占比較高，存在耕地行為破壞的風(fēng)險(xiǎn)，而且未設(shè)置永久檢修孔，更換和搶修非常困難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2014年末通水至今，天津分局沿線光纜遭人為和動(dòng)物破壞導(dǎo)致24芯全阻達(dá)12次，而維修方式受客觀條件所限，只能選擇斷點(diǎn)接續(xù)。隨著接頭數(shù)量越來(lái)越多，中繼段性能指標(biāo)明顯下降，且目前還存在小芯數(shù)內(nèi)斷無(wú)法修復(fù)的情況。

1.4.2 纖芯資源

天津分局干線光纜共2條，分別在箱涵左右岸采用線性敷設(shè)的形式，型號(hào)為GYTA-24 B1.3，單條芯數(shù)為24芯。目前存在多個(gè)MSTP環(huán)網(wǎng)共用一條中繼段的現(xiàn)象，一旦單條光纜全阻，將會(huì)導(dǎo)致多個(gè)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)倒換，雖然可以滿足正常業(yè)務(wù)需求的使用，但對(duì)環(huán)網(wǎng)倒換態(tài)的時(shí)隙分析和故障定位搶修工作還是有一定的影響（見圖3）。

纖芯資源方面，線性光纜敷設(shè)有著由發(fā)起端開始，纖芯數(shù)量逐級(jí)減少的特點(diǎn)，這就導(dǎo)致了干線光纜纖芯數(shù)量等于節(jié)點(diǎn)需求的總和。在設(shè)計(jì)階段，一旦對(duì)需求的測(cè)算有所偏差，就可能會(huì)出現(xiàn)部分節(jié)點(diǎn)資源過(guò)剩，部分節(jié)點(diǎn)無(wú)纖可用的情況。目前天津干線工程左右岸24芯光纜的1～6芯均固定分配給骨干環(huán)組網(wǎng)，再加之區(qū)域環(huán)占用、光纜監(jiān)測(cè)占用、組網(wǎng)跳接占用，資源冗余量較小。

就目前的纖芯資源需求來(lái)看，基本可滿足天津干線工程的傳送要求，但考慮到當(dāng)前主流通信方式基本都采用光傳送，因此在未來(lái)5～10年內(nèi)，隨著各種擴(kuò)容和智能化業(yè)務(wù)的增加，纖芯資源在數(shù)量上還存在一定的壓力。

圖3 共用中繼段現(xiàn)象示意

2 光傳送系統(tǒng)未來(lái)優(yōu)化方式

2.1 傳送方式

網(wǎng)絡(luò)IP化由于協(xié)議成熟、信令簡(jiǎn)化、節(jié)點(diǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，已經(jīng)被越來(lái)越多的行業(yè)所認(rèn)可。光纖入戶、無(wú)線數(shù)據(jù)通信的成功運(yùn)營(yíng)則進(jìn)一步證明了IP技術(shù)的綜合承載能力。而波分復(fù)用技術(shù)的成熟，也使得這種長(zhǎng)距離、純透?jìng)鳌⒁渍{(diào)度、易維護(hù)的傳輸技術(shù)大受青睞。因此采用IP OVER WDM/OTN的傳送方式，成為天津干線工程一種可能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化方案。利用波分設(shè)備直接承載應(yīng)用電路，可減少SDH、ATM和IP等各層間的功能重疊，省略打包、解包的環(huán)節(jié)，減少設(shè)備操作、維護(hù)和管理費(fèi)用。目前各電信運(yùn)營(yíng)商、大型油田、國(guó)網(wǎng)公司和部分專用通信單位均已建成并投入使用波分復(fù)用系統(tǒng)。

2.2 組網(wǎng)方式

波分復(fù)用系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可充分發(fā)揮天津干線工程的線性特點(diǎn)，利用左右岸光纜資源，建立自己的通信干線。如果按照線性組網(wǎng)，天津干線工程各站點(diǎn)機(jī)房之間距離均在20 km以內(nèi)，基本可忽略長(zhǎng)途傳輸中色散和衰耗的影響，也無(wú)需配置各種放大單元，在一定程度上可降低優(yōu)化成本。

波分復(fù)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全性高，如果配置OLP光線路保護(hù)方式，只要不是同一中繼段的左右岸光纜同時(shí)中斷，則無(wú)論干線有多少處光纜同時(shí)中斷，業(yè)務(wù)均不受影響。該系統(tǒng)易于維護(hù)，哪里中斷哪里告警，其他網(wǎng)元不受任何影響，維護(hù)界面清晰明了，便于故障定位和快速修復(fù)（見圖4）。

如果發(fā)生單節(jié)點(diǎn)設(shè)備失效，則會(huì)阻斷后續(xù)所有節(jié)點(diǎn)的通信，具有較大安全隱患。因此需要提前布放跳接光纖，一旦單點(diǎn)失效，立刻利用跳接光纖將失效節(jié)點(diǎn)的上下游設(shè)備進(jìn)行臨時(shí)連接，保證干線其他節(jié)點(diǎn)的正常通信（見圖5）。

圖4 波分OLP組網(wǎng)單方向示意

圖5 節(jié)點(diǎn)失效后的臨時(shí)恢復(fù)措施示意

2.3 光纜資源

埋設(shè)光纜作為國(guó)家提倡的一種線路資源敷設(shè)方式，目前已基本普及，并且隨著城鎮(zhèn)、城鄉(xiāng)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的需求逐漸增多，越來(lái)越多的架空線路將切改為地下敷設(shè)。由于南水北調(diào)工程天津干線的實(shí)際情況和當(dāng)前存在的檢修更換問(wèn)題，埋設(shè)方式仍然不是解決問(wèn)題的最佳方式?？紤]到輸水箱涵具有全年溫差小、流態(tài)較為穩(wěn)定等特點(diǎn)，在箱涵內(nèi)穿放水下光纜成為了當(dāng)前環(huán)境條件下的一種較為可行的優(yōu)化方案。

我國(guó)在1993年建成第一條海底光纜，即中日國(guó)際海纜，如今已擁有青島、上海、汕頭三個(gè)國(guó)際海底光纜入境點(diǎn)。海底光纜作為推進(jìn)“一帶一路”的一項(xiàng)重要建設(shè)內(nèi)容，其技術(shù)已趨于成熟并已具備多項(xiàng)成功案例。而天津干線工程箱涵內(nèi)的水下環(huán)境遠(yuǎn)不如海底復(fù)雜，因此當(dāng)前海纜技術(shù)基本可適應(yīng)天津干線工程的水下環(huán)境。

利用天津干線工程單孔檢修的時(shí)機(jī)，逐段鋪設(shè)48芯以上的光纜。采用在流速較緩的箱涵頂板倒角處固定金屬管孔、在管孔內(nèi)穿放水下光纜和檢修帶絲的處理方式。由于沿線通氣孔間距均在2 km左右，考慮到檢修更換的難易程度，光纜配盤不宜過(guò)長(zhǎng)，可在每個(gè)通氣孔內(nèi)較為安全和便于操作的位置設(shè)置接頭。

3 結(jié)語(yǔ)

光傳送系統(tǒng)在南水北調(diào)中線天津干線工程的應(yīng)用，基本滿足了各應(yīng)用系統(tǒng)的需求，也有力地保障了各應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行，進(jìn)而為安全輸水工作貢獻(xiàn)力量。天津分局始終堅(jiān)持以問(wèn)題為導(dǎo)向，通過(guò)對(duì)光傳送系統(tǒng)的現(xiàn)狀和特點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障和問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際環(huán)境條件和未來(lái)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，提出了對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步優(yōu)化的思路。今后，天津分局將堅(jiān)持“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”的工作總思路，本著對(duì)現(xiàn)有資源充分消化利用的原則，在保證組網(wǎng)規(guī)劃科學(xué)、運(yùn)行安全穩(wěn)定、技術(shù)成熟先進(jìn)的前提下，以最小的投資來(lái)優(yōu)化和建設(shè)最適合的光傳送系統(tǒng)。