前言
隨著信息時代的到來，新業(yè)務(wù)和新技術(shù)的迅速推廣應(yīng)用，通信業(yè)務(wù)種類、數(shù)量及用戶需求的劇增，通信網(wǎng)絡(luò)性能變得更強，規(guī)模更廣。干線傳輸系統(tǒng)設(shè)備也日益更新。從電纜傳輸?shù)焦饫|傳輸，從模擬設(shè)備到數(shù)字設(shè)備，從PCM、PDH到SDH、DWDM和OTN（開放式傳輸網(wǎng)絡(luò)）設(shè)備。對于許多延伸性的網(wǎng)絡(luò)，如地鐵、輕軌、機場、配電網(wǎng)絡(luò)、石化工廠和化工車間等，常常采用混合通信的系統(tǒng)環(huán)境，在這些情況下，OTN是一種非常理想的解決方案。
由于城市地鐵、輕軌一般長度為10～20Km，沿線經(jīng)10～20個車站，多數(shù)通信集中在控制中心OCC和車站（車輛段）之間進行，要求有多種類型的語音通信、時鐘系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、無線系統(tǒng)、電力監(jiān)控、列車監(jiān)控、自動售檢票、閘機系統(tǒng)等，利用OTN把這些服務(wù)結(jié)合成一體，構(gòu)成一種高速度、易管理沒有距離限制的光纖網(wǎng)絡(luò)。下面對OTN系統(tǒng)進行具體介紹。
OTN的含義和特點
OTN（開放式傳輸網(wǎng)絡(luò)Open Transport Network）利用最新的光纖技術(shù)建立的一種傳輸系統(tǒng)。它采用雙環(huán)路方式，具有更高的網(wǎng)絡(luò)可用性，而且在一個網(wǎng)絡(luò)里綜合了不同類型的服務(wù)，由此，它能實現(xiàn)幾乎所有的傳送任務(wù)，滿足諸如語音、數(shù)據(jù)、LAN、視頻和任何其他特殊的服務(wù)需求。
OTN的名字顯示了其系統(tǒng)內(nèi)涵：
Open 利用接口模塊，它能處理幾乎所有的已有物理接口標(biāo)準(zhǔn)，以及特殊環(huán)境中的各種具體的通信協(xié)議。
Transport:由于OTN的主要操作都是在OSI模型的物理層中，它對高層的各種協(xié)議都是透明的傳輸。因此它能完全透明的傳輸各種不同類型的信息（如語音、數(shù)據(jù)、數(shù)字視頻和LAN），且具有極高的可靠性。
Network：它采用了光纖技術(shù)，這也是未來的網(wǎng)絡(luò)體系基礎(chǔ)，傳輸距離幾乎沒有限制，是混合環(huán)境中最理想的解決方案。當(dāng)然由于OTN監(jiān)控的可靠性和靈活性，它也可很好地應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中的某一項特定服務(wù)，如交換機（PBX）之間2M口的互連。
另外，OTN還可以通過簡單的增加接口卡實現(xiàn)從一種環(huán)境移植到另一環(huán)境中，能夠適應(yīng)快速發(fā)展的通信需求，能在未來的長期內(nèi)使用，比較適合長遠(yuǎn)投資的規(guī)劃。 
OTN的組成
OTN目前有3個版本：OTN-36，OTN-150和OTN-600，分別提供36Mb/s、150Mb/s和600 Mb/s的3種帶寬，OTN版本之間可平滑升級。目前地鐵中比較流行采用的是OTN-150版本。
OTN網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)由4個主要系統(tǒng)部件組成，包括光纖主干網(wǎng)、OTN節(jié)點機、為進入系統(tǒng)提供的接口卡和網(wǎng)絡(luò)控制中心（NCC）。
光纖主干網(wǎng)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(shè)一條光纜，連接各節(jié)點機，形成環(huán)狀，由于地鐵、輕軌各站站間一般2Km左右，光纜盤長應(yīng)按兩站間距離確定，中間不允許有接頭。光纖主干網(wǎng)可使用3種光纖，即多模光纖50/125、65/125和單模光纖9/125。光傳輸機可采用LED、CD-Laser和激光形式，可工作在820nm、1310nm、1550nm3個波長，另外帶寬也有36Mb/s、150 Mb/s和600 Mb/s三種選擇。因此OTN有多種選擇，可適用于不同環(huán)境和投資。目前地鐵、輕軌系統(tǒng)中采用的大多為150Mb帶寬、1310nm波長的激光光源和單模光纖組成的OTN網(wǎng)。
OTN節(jié)點機采用點對點鏈接方式互連并形成2個方向相反的環(huán)，分別稱為主環(huán)和次環(huán)。正常運行時，與OTN相連設(shè)備的數(shù)據(jù)被發(fā)送到主環(huán)上，次環(huán)處于備用狀態(tài)并與主環(huán)保持同步，以便監(jiān)視系統(tǒng)的可用性。緊急情況下，次環(huán)能部分或全部接管所有數(shù)據(jù)的傳輸。為系統(tǒng)提高高的可靠性和可用性。
OTN節(jié)點機由公用模塊和8個標(biāo)準(zhǔn)接口模塊插槽構(gòu)成。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）。通常還配一個鈴流發(fā)生器（RG）供電話系統(tǒng)使用。8個接口插槽可插入不同的接口卡。如圖2所示表明了其具體構(gòu)成。 
兩個光電模塊（OTR1、OTR2）分別插在ORA卡上，合稱公用邏輯卡，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(fù)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(dāng)?shù)慕涌诳ㄉ希褋碜越涌诳ㄉ系男畔魉偷焦饫w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(dāng)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(dāng)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。
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(shè)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(fù)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。
工作原理
在光纖環(huán)上的各OTN節(jié)點間的通信采用時分多路復(fù)用（TDM）技術(shù)，使得在環(huán)上的多個用戶共享傳輸介質(zhì)。時分復(fù)用時，時間被分成重復(fù)的幀，幀長為31.25μs（即電話通信幀長125μs的1/4），這些幀再被分成時隙，所有的時隙長度都是1bit，設(shè)備能根據(jù)其信號傳輸?shù)男枰环峙鋷讉€時隙來滿足傳輸速率的要求，因此OTN能提供眾多的、滿足不同需要的通用和專用接口卡，為滿足用戶新的需要奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
OTN系統(tǒng)對于用戶設(shè)備和其他通信系統(tǒng)是完全透明的，即末端設(shè)備不必知道OTN是否正在傳送信息，它為一個連接分配許多時分復(fù)用幀比特，建立永久性虛擬電路，允許是常比特率或變比特率，將通信業(yè)務(wù)有效地復(fù)用在高速的介質(zhì)上，分配的比特數(shù)依需要的帶寬而定。
任何傳輸系統(tǒng)都可能由于某種原因而發(fā)生故障，如光纜斷開，光收發(fā)機故障等都能造成系統(tǒng)故障，甚至不能工作。OTN網(wǎng)的雙環(huán)結(jié)構(gòu)具有并行的光纖，在每個節(jié)點機上帶有控制算法，為網(wǎng)絡(luò)提供了獨特的“熱備用”和自修復(fù)能力。在故障狀態(tài)下，由于其自動的光纖傳輸路徑重構(gòu)能力，使得系統(tǒng)能繼續(xù)工作。根據(jù)入射光的損失或傳輸同步的丟失，節(jié)點能立即檢測到所有的故障，每個節(jié)點能決定將輸入光纖上的數(shù)據(jù)回送到另一個環(huán)上的輸出光纖，以這種方式形成一個新的邏輯環(huán)，該邏輯環(huán)將兩次通過末端的節(jié)點。
當(dāng)正常運行時，數(shù)據(jù)在主環(huán)上傳輸，次環(huán)備用并保持同步.當(dāng)主環(huán)的光纖斷開時,OTN網(wǎng)的傳輸自動切換到次環(huán)上，從而繼續(xù)保持系統(tǒng)正常工作；當(dāng)主/次環(huán)光纖都斷開時，與斷開點想鄰的的兩個節(jié)點自動將輸出光纖上的信息回送到同一節(jié)點上的另一環(huán)上的輸入光纖，從而形成回環(huán)，使系統(tǒng)繼續(xù)保持工作，并將故障段隔離，保證了系統(tǒng)的可用性，同時也為系統(tǒng)提供了高可靠性；當(dāng)節(jié)點機出現(xiàn)故障時，與該節(jié)點機相鄰的兩節(jié)點機自動將輸出光纖上的信息回送到同一節(jié)點上的另一環(huán)上的輸入光纖，從而形成回環(huán)，并隔離該節(jié)點機，使其他節(jié)點系統(tǒng)繼續(xù)保持工作，等待該故障節(jié)點機修好后，再切換到主環(huán)工作.
網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)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。
邏輯拓樸有雙環(huán)結(jié)構(gòu)和和菊花鏈結(jié)構(gòu)，而雙環(huán)結(jié)構(gòu)具有對故障最優(yōu)的恢復(fù)能力，是最完美的一種邏輯拓樸。在雙環(huán)結(jié)構(gòu)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(yīng)這種變化，并指示故障情況，OTN系統(tǒng)會自動糾正網(wǎng)絡(luò)中不同類型的錯誤，保證系統(tǒng)的高可靠性和高可用性。
物理拓樸結(jié)構(gòu)有4種：點到點、環(huán)結(jié)構(gòu)、星型和總線型。網(wǎng)絡(luò)的物理拓樸對整個系統(tǒng)的造價和可用性有著重要影響，由于OTN具有靈活的組網(wǎng)方式，使得用戶可根據(jù)實際環(huán)境和投資決定采用哪種拓樸結(jié)構(gòu)，并可從一種拓樸類型靈活的轉(zhuǎn)換成另一種拓樸類型。
廣州地鐵采用環(huán)形網(wǎng)，不僅節(jié)省了對光纜的投資，而且雙環(huán)網(wǎng)對故障的自動修復(fù)能力，保證為廣州地鐵通信系統(tǒng)提供高可靠性和可用性的傳輸主干網(wǎng)絡(luò)。
幾種傳輸技術(shù)的應(yīng)用比較
目前，在城市軌道交通通信系統(tǒng)中主要使用以下4種技術(shù)：
PDH（準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)）
SDH（同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)）
OTN（開放式傳輸網(wǎng)絡(luò)）
各傳輸系統(tǒng)的技術(shù)特點與應(yīng)用
PDH（準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)）
PDH具有多年發(fā)展史，技術(shù)非常成熟，且比較穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于早期的光纖數(shù)字網(wǎng)，但隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展和用戶需求的不斷增長，已無法完全適應(yīng)通信業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。主要有以下缺點：
傳輸容量小；數(shù)字信號速率和幀結(jié)構(gòu)不一，各廠家自行開發(fā)光接口；構(gòu)成光傳輸網(wǎng)絡(luò)時，必須使用光端機、復(fù)用設(shè)備、PCM D/I設(shè)備組成，必須有兩套網(wǎng)管設(shè)備對傳輸網(wǎng)絡(luò)和接入設(shè)備進行管理，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜冗余。
因此，目前，在構(gòu)成通信傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，已很少采用該技術(shù)方式。
SDH（同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)）
SDH是20世紀(jì)90年代初的產(chǎn)物，基于TDM傳輸原理，有非常成熟的ITU-T標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品。且技術(shù)先進，組網(wǎng)靈活，擴容升級方便，網(wǎng)絡(luò)可靠性強，具有標(biāo)準(zhǔn)的光接口和完全開放的國際傳輸標(biāo)準(zhǔn)，便于測試和維護。但在軌道交通中仍有以下缺陷：
接口種類單一，僅有PDH系列標(biāo)準(zhǔn)接口；傳輸窄帶業(yè)務(wù)時，需增加接入設(shè)備（PCM D/I）；無直接的視頻和LAN接口，需外部增加視頻和經(jīng)太網(wǎng)路由器等；SDH、PCM、視頻和以太網(wǎng)需用不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行管理等。
雖然SDH對于城市軌道有以下缺陷，但由于在公網(wǎng)和鐵路通信系統(tǒng)中的成熟應(yīng)用及良好的業(yè)務(wù)支持能力，仍在城市軌道交通中得以廣泛應(yīng)用。一般組網(wǎng)方式可以通過SDH加視頻專網(wǎng)和以太網(wǎng)的組合傳輸方式，這樣需要增加相應(yīng)的光纜芯數(shù)，但大大降低了對SDH傳輸系統(tǒng)帶寬要求。SDH傳輸系統(tǒng)在上海地鐵和明珠線中被廣泛采用。
OTN（開放式傳輸網(wǎng)絡(luò)）
OTN是德國西門子ATEA公司開發(fā)的面向?qū)＞W(wǎng)應(yīng)用的開放式傳輸網(wǎng)絡(luò)。它基于TDM傳輸體制，但幀結(jié)構(gòu)是非標(biāo)準(zhǔn)的，具有設(shè)備簡單、網(wǎng)絡(luò)可靠、組網(wǎng)靈活、擴容升級方便等優(yōu)點。但OTN是一種企業(yè)內(nèi)部規(guī)范，是一種非標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，傳輸制式非國際標(biāo)準(zhǔn)化，很難在公網(wǎng)中得以廣泛應(yīng)用，但特別適于專網(wǎng)的應(yīng)用，特別是城市軌道交通這樣的一個封閉網(wǎng)絡(luò)。廣州地鐵、開津輕軌通信系統(tǒng)都采用該技術(shù)。
工程應(yīng)用
OTN是針對那些大型的專網(wǎng)用戶，需傳送各種混合的業(yè)務(wù)（如語音、LAN、數(shù)據(jù)和視頻等）的最佳結(jié)構(gòu)化和集成化的解決方案。適合于地鐵、輕軌、機場、管道運輸系統(tǒng)、采礦業(yè)、自動化工業(yè)廠區(qū)、軍隊、有線電視網(wǎng)絡(luò)和石油化工企業(yè)等復(fù)雜的采用混合通信的系統(tǒng)環(huán)境。
該系統(tǒng)已應(yīng)用到廣州地鐵一號線和二號線，目前在天津輕軌中也得到了采用。利用該網(wǎng)絡(luò)組成了通信、信號、電力監(jiān)控、BAS系統(tǒng)和自動售檢票系統(tǒng)等通信和控制系統(tǒng)。由于統(tǒng)一采用了ONT網(wǎng)，一方面避免了各系統(tǒng)獨立成網(wǎng)，節(jié)省了投資，方便了維護；另一方面，由于OTN網(wǎng)的高可靠性和高可用性及其杰出的自修復(fù)能力，使得各系統(tǒng)可以把傳輸部分看做是“透明的”，避免了各系統(tǒng)自成網(wǎng)絡(luò)時的相互干擾，為地鐵通信和控制系統(tǒng)提供了可靠安全的信息傳輸路徑，為各系統(tǒng)的正常運行奠定了基礎(chǔ)。
