前言
隨著信息時(shí)代的到來(lái)，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(lèi)、數(shù)量及用戶(hù)需求的劇增,，通信網(wǎng)絡(luò)性能變得更強(qiáng),，規(guī)模更廣,。干線(xiàn)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(kāi)放式傳輸網(wǎng)絡(luò)）設(shè)備,。對(duì)于許多延伸性的網(wǎng)絡(luò)，如地鐵,、輕軌,、機(jī)場(chǎng)、配電網(wǎng)絡(luò),、石化工廠(chǎng)和化工車(chē)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(zhǎng)度為10～20Km,，沿線(xiàn)經(jīng)10～20個(gè)車(chē)站,，多數(shù)通信集中在控制中心OCC和車(chē)站（車(chē)輛段）之間進(jìn)行，要求有多種類(lèi)型的語(yǔ)音通信,、時(shí)鐘系統(tǒng),、廣播系統(tǒng)、視頻監(jiān)控,、無(wú)線(xiàn)系統(tǒng),、電力監(jiān)控、列車(chē)監(jiān)控,、自動(dòng)售檢票,、閘機(jī)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(méi)有距離限制的光纖網(wǎng)絡(luò)。下面對(duì)OTN系統(tǒng)進(jìn)行具體介紹,。
OTN的含義和特點(diǎn)
OTN（開(kāi)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(gè)網(wǎng)絡(luò)里綜合了不同類(lèi)型的服務(wù),，由此,，它能實(shí)現(xiàn)幾乎所有的傳送任務(wù)，滿(mǎn)足諸如語(yǔ)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(duì)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(lèi)型的信息（如語(yǔ)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(lái)的網(wǎng)絡(luò)體系基礎(chǔ),，傳輸距離幾乎沒(méi)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(xiàng)特定服務(wù),，如交換機(jī)（PBX）之間2M口的互連。
另外,，OTN還可以通過(guò)簡(jiǎn)單的增加接口卡實(shí)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(lái)的長(zhǎng)期內(nèi)使用,，比較適合長(zhǎng)遠(yuǎn)投資的規(guī)劃,。 
OTN的組成
OTN目前有3個(gè)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(jí),。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(gè)主要系統(tǒng)部件組成，包括光纖主干網(wǎng),、OTN節(jié)點(diǎn)機(jī),、為進(jìn)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(xiàn)區(qū)段沿左右線(xiàn)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(diǎn)機(jī),，形成環(huán)狀，由于地鐵,、輕軌各站站間一般2Km左右,，光纜盤(pán)長(zhǎng)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(jī)可采用LED,、CD-Laser和激光形式，可工作在820nm,、1310nm,、1550nm3個(gè)波長(zhǎng)，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(zhǎng)的激光光源和單模光纖組成的OTN網(wǎng),。
OTN節(jié)點(diǎn)機(jī)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接方式互連并形成2個(gè)方向相反的環(huán),，分別稱(chēng)為主環(huán)和次環(huán)。正常運(yùn)行時(shí),，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(diǎn)機(jī)由公用模塊和8個(gè)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(gè)鈴流發(fā)生器（RG）供電話(huà)系統(tǒng)使用。8個(gè)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(gè)光電模塊（OTR1、OTR2）分別插在ORA卡上，合稱(chēng)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(shí)現(xiàn)時(shí)分多路復(fù)用（TDM）,，完成兩個(gè)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?lái)自接口卡上的信息傳送到光纖模塊OTR上以供傳輸,。同時(shí)ORA卡還可完成與NCC之間的輸入/輸出,，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)的ORA卡與NCC相連時(shí)，這個(gè)ORA卡則通過(guò)以太接口與NCC進(jìn)行通信,，當(dāng)其他節(jié)點(diǎn)的ORA卡與NCC相連時(shí),，這個(gè)ORA卡則通過(guò)光纖環(huán)與NCC進(jìn)行通信。另外ORA能夠讀出節(jié)點(diǎn)機(jī)的狀態(tài)和控制數(shù)據(jù),，對(duì)光纖環(huán)進(jìn)行管理的功能,。
電源模塊（PSU）共有兩種：一種是每個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)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(yǔ)音通信的電話(huà)終端用戶(hù)的節(jié)點(diǎn)機(jī)提供-48V的電源模塊,，若使用的是模擬電話(huà),，則此電源帶有鈴流發(fā)生器，若使用的是數(shù)字電話(huà),，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(hù)設(shè)備都經(jīng)過(guò)接口卡與OTN系統(tǒng)相連,。接口卡完成信息和數(shù)字信號(hào)的互換，并將數(shù)字信號(hào)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(hào),。這些接口卡都可以帶電插撥,。多種接口卡模塊可用于語(yǔ)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(diǎn)間的通信采用時(shí)分多路復(fù)用（TDM）技術(shù),，使得在環(huán)上的多個(gè)用戶(hù)共享傳輸介質(zhì),。時(shí)分復(fù)用時(shí)，時(shí)間被分成重復(fù)的幀,，幀長(zhǎng)為31.25μs（即電話(huà)通信幀長(zhǎng)125μs的1/4）,，這些幀再被分成時(shí)隙，所有的時(shí)隙長(zhǎng)度都是1bit，設(shè)備能根據(jù)其信號(hào)傳輸?shù)男枰环峙鋷讉€(gè)時(shí)隙來(lái)滿(mǎn)足傳輸速率的要求,，因此OTN能提供眾多的,、滿(mǎn)足不同需要的通用和專(zhuān)用接口卡，為滿(mǎn)足用戶(hù)新的需要奠定了技術(shù)基礎(chǔ),。
OTN系統(tǒng)對(duì)于用戶(hù)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(gè)連接分配許多時(shí)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?cái)?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(kāi),，光收發(fā)機(jī)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(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)上帶有控制算法,，為網(wǎng)絡(luò)提供了獨(dú)特的“熱備用”和自修復(fù)能力。在故障狀態(tài)下,，由于其自動(dòng)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(diǎn)能立即檢測(cè)到所有的故障,，每個(gè)節(jié)點(diǎn)能決定將輸入光纖上的數(shù)據(jù)回送到另一個(gè)環(huán)上的輸出光纖，以這種方式形成一個(gè)新的邏輯環(huán),，該邏輯環(huán)將兩次通過(guò)末端的節(jié)點(diǎn),。
當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)，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(kāi)時(shí),OTN網(wǎng)的傳輸自動(dòng)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(kāi)時(shí),，與斷開(kāi)點(diǎn)想鄰的的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)將輸出光纖上的信息回送到同一節(jié)點(diǎn)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(shí)也為系統(tǒng)提供了高可靠性,；當(dāng)節(jié)點(diǎn)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),，與該節(jié)點(diǎn)機(jī)相鄰的兩節(jié)點(diǎn)機(jī)自動(dòng)將輸出光纖上的信息回送到同一節(jié)點(diǎn)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(diǎn)機(jī),，使其他節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)繼續(xù)保持工作,，等待該故障節(jié)點(diǎn)機(jī)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(diǎn)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(duì)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(xiàn)路是閉合的,，線(xiàn)路一斷開(kāi)，系統(tǒng)就通過(guò)環(huán)回方式響應(yīng)這種變化,，并指示故障情況,，OTN系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)糾正網(wǎng)絡(luò)中不同類(lèi)型的錯(cuò)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(diǎn)到點(diǎn),、環(huán)結(jié)構(gòu)、星型和總線(xiàn)型,。網(wǎng)絡(luò)的物理拓樸對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)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(hù)可根據(jù)實(shí)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(lèi)型靈活的轉(zhuǎn)換成另一種拓樸類(lèi)型。
廣州地鐵采用環(huán)形網(wǎng),，不僅節(jié)省了對(duì)光纜的投資,，而且雙環(huán)網(wǎng)對(duì)故障的自動(dòng)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(kāi)放式傳輸網(wǎng)絡(luò)）
各傳輸系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)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(hù)需求的不斷增長(zhǎng),，已無(wú)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(diǎn)：
傳輸容量小,；數(shù)字信號(hào)速率和幀結(jié)構(gòu)不一,，各廠(chǎng)家自行開(kāi)發(fā)光接口,；構(gòu)成光傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須使用光端機(jī),、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(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)和接入設(shè)備進(jìn)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(shí),，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(jìn),，組網(wǎng)靈活,，擴(kuò)容升級(jí)方便，網(wǎng)絡(luò)可靠性強(qiáng),，具有標(biāo)準(zhǔn)的光接口和完全開(kāi)放的國(guó)際傳輸標(biāo)準(zhǔn),，便于測(cè)試和維護(hù)。但在軌道交通中仍有以下缺陷：
接口種類(lèi)單一,，僅有PDH系列標(biāo)準(zhǔn)接口,；傳輸窄帶業(yè)務(wù)時(shí)，需增加接入設(shè)備（PCM D/I）,；無(wú)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(jìn)行管理等。
雖然SDH對(duì)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(guò)SDH加視頻專(zhuān)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(duì)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(xiàn)中被廣泛采用,。
OTN（開(kāi)放式傳輸網(wǎng)絡(luò)）
OTN是德國(guó)西門(mén)子ATEA公司開(kāi)發(fā)的面向?qū)＞W(wǎng)應(yīng)用的開(kāi)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(jiǎn)單,、網(wǎng)絡(luò)可靠,、組網(wǎng)靈活、擴(kuò)容升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn),。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(guó)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(zhuān)網(wǎng)的應(yīng)用，特別是城市軌道交通這樣的一個(gè)封閉網(wǎng)絡(luò),。廣州地鐵,、開(kāi)津輕軌通信系統(tǒng)都采用該技術(shù)。
工程應(yīng)用
OTN是針對(duì)那些大型的專(zhuān)網(wǎng)用戶(hù),，需傳送各種混合的業(yè)務(wù)（如語(yǔ)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(jī)場(chǎng),、管道運(yùn)輸系統(tǒng),、采礦業(yè)、自動(dòng)化工業(yè)廠(chǎng)區(qū),、軍隊(duì),、有線(xiàn)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(hào)線(xiàn)和二號(hào)線(xiàn),，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(hào),、電力監(jiān)控,、BAS系統(tǒng)和自動(dòng)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(dú)立成網(wǎng)，節(jié)省了投資,，方便了維護(hù),；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(shí)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(yùn)行奠定了基礎(chǔ),。
