钱瑛 芮小峰 吴博科
（常州供电公司 213003）
摘要：随着智能电网的发展，电力通信业务化、宽带化的发展趋势越来越明显。电力通信网络承载业务带宽和业务种类也不断增加，使得现有通信技术中的电网已逐渐不能满足需求，技术的引入为电力通信技术提供更有效和更可靠的支持。然而，对光传送网（OTN）技术的引入，也促进了传统的链型和环形网络结构向网状化演进。
关键词：电力通信 光传送网 应用分析
1 概况
电力通信网是电力行业专用的通信网，是实现电网自动化、信息化、智能化的基础性支撑手段，涉及到了电网运行的各个环节⑴。电力通信同时涉及到了电力和通信两大行业，在应用上有电力行业的特色，在技术上又受到通信行业技术发展的推动。电力通信主要的技术手段先后经历了电力线载波、微波技术到光纤通信的发展过程。光纤通信在传输损耗、抗干扰能力、传输容量等方面有着其他传输技术无法比拟的优势，现阶段已成为电力通信最主要的技术手段。OTN是在目前全光组网的关键技术不成熟的背景下，基于现有的光电技术，而提出的传送网组网技术。在子网内部实现全光处理通过波分复用实现大容量传输，在子网边界处进行光电混合处理能提供各种业务的适配接入。
2 OTN分层结构
OTN网络层次自上而下分为三层，涵盖了光和电两个不同的处理领域。
2.1光信道层
光信道层，为不同业务信号提供端到端的透明光传输。这一层中有划分了三个电域子层，分别是光信道净荷单元、光信道数据单元和光信道传输单元。这样划分的目的是为了适应不同速率的多种业务的接入，同时每层网络都加入幵销字节，提高网络监测与操作维护管理能力。光信道层应实现的功能如下：不同业务信号的适配、光信道的建立、光信道层开销的处理、提供光信道的监视功能和实现光信道层业务的保护与恢复，另外OTN的电交叉也是基于本层光信道传输单元的实现。
2.2 光复用段层
光复用段层为多波长信号提供网络连接功能，保证多波长信号的完整传输。该层网络的功能包括：多波长复用及复用段层开销的处理，实现复用段的监视和保护等管理功能。
2.3光传输段层
光传输段层为光复用段的信号在不同类型的光媒介上提供传输功能。光传输段层应具备的功能如下：处理本层开销、产生/提取光监控信道、提供光信道到物理传输媒介的适配等，另外对光放大器和中继器的监控也在本层实现。
3 OTN的交叉连接技术与设备形态
(1) OTN终端复用设备
OTN终端复用设备是在波分复用设备基础上增加了满足结构标准的物理和逻辑接口，如图1所示，不包括虚线框的电交叉和光交叉部分。仅实现业务上/下和光信号的传输。
（2）电交叉连接设备
与同步数字系列的电交叉连接设备相似，OTN的电交叉设备采用光一电一光的处理方式，完成光数据单元的电路交叉功能，具有良好的业务适配性，还可为OTN网络提供灵活的电路调度和可靠的电层保护功能，但在节点容量较大的网络中存在调度容量不足的缺陷。如图所示，仅包虚线框的光数据单元电交叉部分。
(3) OTN分插复用设备
OTN光分插复用设备完成基于波长级的业务调度，和电交叉相比，调度容量更大，满足大规模网络的交叉调度需求。无需光电转换可实现光层的灵活组网、光信号的复用放大等。支持多个光方向的交叉调度，目前最多可支持9个光方向，每个方向支持40波、80波或者更多的传输容量。如图1所示，仅包含虚线框的光信道层光交叉部分。
（4）OTN光电混合交叉连接设备
OTN光电混合交叉连接设备能够同时提供电层和光层交叉调度能力。两者配合可以优势互补，同时避免各自的不足。但是设备成本较高，阻碍了它的应用的推广。如图1所示，仅包含虚线框的光数据单元电交叉和光信道层光交叉两部分。
由上述分析可知，选择何种OTN设备类型，需要综合考虑网络交叉容量、设备成本、组网方式和物理条件等因素的影响。通过不同设备组网，可以满足不同的业务需求，下一节将会详细分析基于不同设备的组网方式。
4 OTN在电力骨干通信网中的应用分析
4.1 OTN与现有网络的关系
(1)OTN与同步数字系列（SDH）
SDH技术己在电力通信网中得到广泛应用，它所具有的基于虚容器粒度的带宽调度机制，非常适用于小颗粒时分复用模式语音业务和生产控制类业务的承载SDK还将在电力通信系统中发挥重要作用。但是对于大容量的数据类业务，SDH技术在带宽容器太小、适配和承载效率等方面明显不足。OTN建设的初期，承载大颗粒业务，SDH主要用于小颗粒业务传送，因此OTN网络与SDH网络通常是客户一服务关系，对于2.5Gbit/s以下小颗粒业务的调度和保护通常在SDH网络上实现。但是随着OTN技术的发展，已经可以支持1Gbit/s颗粒业务的调度和保护，SDH会逐渐被OTN所取代。
(2)OTN与波分复用(WDM)
WDM技术采用多个光波道复用的方式，扩容线路传输容量，是目前光纤通信系统中大容量骨干传输网应用的主要技术。单纯的WDM网络特点是传输容量大、组网能力差、网络管理和监视能力薄弱，采用单纯的WDM技术构建大容量传输网络，虽然能够提供充足的传输容量，但无法提供灵活的业务传送与调度，无法实现网络的高可靠性和维护性，存在着一定的功能缺陷。而OTN构筑在WDM系统之上，具有J结构物理和逻辑接口、光层交叉、电层交叉等技术，提高了WDM的各方面性能，弥补了WDM的缺陷。因此，WDM网络可通过增加设备功能，逐步升级改造为OTM网络。
4.2 OTN的网络定位
OTN最大的优势是具有大颗粒交叉调度能力，可满足大容量的交叉调度和传输的需求，因此首先被考虑使用在核心骨干层。但是随着OTN技术的发展，国际电信联盟为其定义了1Gbit/s交叉颗粒，OTN也可以提供较小的交叉需求，因而OTN的应用范围得到了扩展，向更低的网络层次下沉，未来可实现直接由OTN＋接入层构建整个传输网结构。就电力系统而言，目前主要还是应用于骨干层网络。
4.3 OTN组网方案
OTN可采用不同设备组网，可采用以下几种方案：
(1) 采用OTN设备组网。
光学触控模组设备只是在WDM设备上增加支持逻辑接口。可以在光层实现信号的处理，如放大、传输等。
本方案优点：组网成本最低；实现简单，通过升级设备板卡即可实现，是WDM网络向OTN网络演进的最直接方式；增强了光层的处理和功能。
缺点：不具备交叉连接功能，仅能为业务信号提供传送功能。
(2) 采用OTN电交叉设备组网。
基于OTN电交叉的网络，业务通过逻辑接口规定的封装规程映射，可在电层实现基于光数据单元颗粒的交叉调度，在光层实现信号的传送。
本方案优点：电交叉组网同时支持不同大小的颗粒（根据K不同，可支持1Gbit/s、2.5Gbit/s、10Gbit/s等）交叉调度，提供Gbit/s级别以上的较大容量传输，具有基于光数据单元的多种保护方式，支持电层组织网状网。可在实现信号3R功能，难一跨段距离不受限制。
缺点：成本较OTN设备要高；电层交叉调度容量有限。
(3)釆用OTN光分插复用设备组网。
基于光交叉的OTN网络，业务通过逻辑接口规定的封装规程映射，可在光层实现基于波长级别的交叉调度和信号传送。
本方案优点：可幵通波长级别的端到端业务的交叉调度，调度容量比电交叉更大；可在光层实现业务的直通，不需经过电层处理；光交叉可实现灵活组网，支持网状网；提供光通道、复用段等多种光层保护方式。
缺点：存在波长一致性约束问题，需要采取措施避免资源冲突；长距离传输会产生信号衰耗和色散，需要增加光放大器和色散补偿，但是又会增加噪声累积，需要保证信噪比，但跨段距离较短；光交叉设备成本比电交叉设备高。
(4)采用光电混合交叉设备组网。
通过光电混合交叉设备组网，既有电层处理的优势，又有光层处理的好处。可支持多种业务的适配，可进行电层和光层的联合调度。
本方案优点：光电联合调度更加灵活、多样，多业务适应能力更强；支持大容量传输，组网方式更加合理，支持网状网；支持光层、电层多种保护方式，可靠性更高；可利用电层功能，实现光信号再生，提高单跨段传输距离。
缺点：两层交叉设备更复杂，组网成本最高，光层存在波长资源冲突问题等。
综上所述，选择合适的组网模式时，应当考虑系统容量、功能需求、网络结构、组网成本等多种因素，综合各方面的要求选择合适的方案。
5 结束语
信息通信技术是智能电网的重要支撑手段，通信网络是智能电网信息传输的基础平台，沟通了电力系统的各个环节。智能电网的建设必须要有效、可靠、高速的通信技术的保证。作为下一代骨干传送网，具有光层和电层两个层面的大颗粒调度交叉、大容量传输、组网、保护、监视以及管理与维护的能力，会逐步取代传统和的位置。
参考文献
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[2]丁慧霞，汪洋，张杰，等电力OTN骨干通信网组网策略研究[J].2012年电力通信管理暨智能电网通信技术论坛论文集2013.
[3]赵峰刘建明，张永军等光传送技术在电力系统中的应用研究[J].电力系统通信,2009，30（8）:1-5.
作者简介
钱瑛（1977—），女，江苏张家港人，本科，高级工程师，主要从事电力系统通信运维管理工作。
芮小峰（1773—），男，江苏常州人，本科，工程师，主要从事电力系统通信工程管理工作 。
吴博科（1983—），男，江苏常州人，硕士研究生，工程师，主要从事电力系统通信运维管理工作。
论文作者:钱瑛,芮小峰,吴博科
论文发表刊物:《电力设备》2016年第7期
论文发表时间:2016/7/1
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