轨道交通中通信传输系统技术研究

科技创新导报2013 NO.29Science and Technology Innovation Herald创新技术

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald13在轨道交通通信系统中,传输系统是提

供控制中心至车站、停车场、车辆段及相互

之间地铁信息传输的骨干网络，是组建通信

网的基础。光纤通信是以光波为载频、光纤

为传输媒质的一种通信方式。

1 OTN传输原理及特点

光纤通信工作频率范围为f=105～107

GHz，对应的波长范围为λ=0.3～3×10-6cm。

光纤传输具有衰减小、频带宽、不受电磁波干

扰、重量轻、保密性好等一系列优点主要用于国家及省市级的主干通信网络。

OTN（Open Transport Network）

开放式传输网络，它是一种可以面向多种业

务的，包括语音，数据，以太网和视频等，不

依赖于用户数据的物理层光纤传输系统。

从OTN的概念可以看出OTN的特点及具

备的优势，OTN采用光纤传输，所以具备

光纤传输的特点，高宽带，低损耗，抗电磁

干扰强，保密性强等优势。它的宽带从过去

的155 Mb/s上升到现在的2.5 Gb/s（相

当于SMT-16）。OTN在传输方面主要采用TDM传输，所以它又具备TDM传输的

优势。对数据采用一步复用，在这一点上比

SDH要更加简洁。

光传输网作为地铁通信网的基础，为了

保证畅通必须具备相应的保护倒换手段，

保护倒换分为光环路由倒换和业务保护倒

换，光环路由倒换的时间一般小于50ms。

OTN的网络拓扑结构有很多种，点对

点结构，环形结构，星形结构，链环形结构

等。现在南京地铁一号线主要采用环形拓

扑结构。地铁1号线及南延线OTN 网络采

用双环路结构，使用并行光纤工作，结合

每个节点的控制法则，使网络具备了自愈能

力。在发生故障时由于系统可以自动重新配

置光纤传送路由，所以系统仍然可以正常工

作。

通过探测光损失或同步丢失，节点可以

立即查知所有的故障，每个节点都能决定把

它的入口光纤和另一个环路的出口光纤连

接起来，如此就形成了新的逻辑环路。还有

一种可能：所有的节点决定切换到另一个环

路上进行传输，这种机制能够确保或者所

有的节点都切换到另一个环路上或者其中

的两个决定在同一时刻构成回环。根据各节

点自己的输入状态或从其他节点接收的信

息，由每个节点独立决定完成重新配置工

作。

正常情况下主环用于数据的传输，备环

的作用主要是在主环无故障的情况下和主

环同步数据，监控主环的数据。当主环有光

纤断开或节点故障时，主环的传输可以切

换到备环或者形成回环，这种优势也使得

OTN的传输具有更高的安全性。

综上所述，OTN传输可以使得多用户

以不同的速率同时发送数据，实现实时业

务，而且这种传输是一种物理层的光传输，

与用户数据无关，便于后续设备的维护，安

全性较高。所以OTN传输现在已经应用在

工业生产的很多领域，如地铁，铁路，高速

公路，煤矿及电力等。

2 OTN核心传输模块-宽带光纤环适配

器

OTN每个节点可拥有一个核心网

卡BORA或者互为备份的两个核心网卡轨道交通中通信传输系统技术研究

沈娟娟(南京地铁运营有限责任公司)

摘 要：OTN传输正在快速的向着高容量，高速率，更高可靠性的方向发展。OTN在轨道交通通信这样庞大且需要承载多种业务的通信系统中得到广泛应用。随着轨道通信线路的不断扩增,OTN光传输网络的互联成为了整个传输系统的关键节点。本文主要从OTN光传输网的互联的结构及可靠性几个方面讨论。在今后随着轨道交通线路的不断扩展，通信设备也要求具备更高的性能和可靠性，而OTN设备的不断发展和完善为地铁通信系统将来的扩容和发展提供了坚实的保障。关键词：OTN 光传输网的互联 可靠性中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2013)10(b)-0013-02

图1 OTN跨环连接示意图

图2 ULM板卡实现OTN-X3M网络与OTN600网络基于光口互联的示意图

Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.科技创新导报2013 NO.29Science and Technology Innovation Herald创新技术

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald14BORA，BORA（Broadband Optical

Ring Adapter）的作用主要是从相应的接

口板卡和相应的光收发器接收到的数据以

TDM（时分复用）的方式将这些数据组成

相应结构的帧在光纤中进行传输。

每个BORA卡配有两个可热插拔SFP

（小封装可插拔）模块的TRM，光学收发

器模块（TRM）将光学信号从OTN环转换

为相应的电信号，反之亦然。收发器模块有

M（多模）、I（内路）、S1 或S2（短距离）和

L1或L2（长距离）可根据实际的工程情况进

行选用。

两个网卡可以安装在一个节点中，以便

提高该节点的可用性。两个卡可以像惯用

OTN中两个节点一样，以光纤方式串联连

接。一次只有一个网卡处于活动状态，第二

个卡则处于热备用模式。通过底板安装在

同一节点中的两个网卡之间的直接点对点

连接，允许网卡通过心跳信号彼此监控。心

跳信号丢失会导致第二个网卡接管并创建

报警。备用网卡不断更新，以便使用当前节

点和网络细节实现任何接管。

OTN光传输网的互联

OTN的网络拓扑结构有很多种，点对

点结构，环形结构，星形结构，链环形结构

等。南

京地铁一号线及南延线主要采用环形

拓扑结构，使得控制中心、车站、车辆段及

停车场之间的数据在光传输环网中进行传

输。随着轨道交通的飞速发展，线路的不

断扩建，线路与线路延生线为了保持网络的

统一管理和业务的无缝连接，那么就需要

OTN光传输网之间的互联，利用原有的网

管不仅可以实现统一对传输网络的配置、

管理、维护，而且节约了经济成本和维护成

本。

（1）菊花链网络

在菊花链网络中，许多子网串接在一

起。其中一个子网(M)是整个网络的主子

网。子网S1与M同步。同样地，子网S2与S1

同步，子网S3与S2同步。这样，所有的子网

都与主子网同步。

（2）网状网络

在网状网络中，子网通过各种路径互联

在一起。同样，网状网络也有一个主环(M)，

所有的子网(S1,S2和S3)与之同步。

（3）星型网络

星型网络包括一个中心环，卫星环与之

相连。卫星环(S1,S2和S3)受控于中心环，

该中心环是网络的主子网。

3 OTN光传输网互联的冗余配置

由于OTN光传输网互联的相切节点是

两环数据业务和管理业务互通的关键网关

节点，互联的关键网关节点的安全与可靠性

直接影响相连环网的通信。在轨道通信系

统中，为了提高安全性和可靠性，因此业务

互通的关键网关节点必须考虑冗余配置。关键网关相切节点的冗余配置通常有两种形

式：Single node和Dual node，如图1所

示。

（1）Single node：单节点双卡的冗余

机制，节点提供两个网卡插槽，两个插槽能

同时装入网卡，其中一个网卡用作另一个网

卡的冗余/备份卡，两个卡可以像惯用OTN

中两个节点一样，以光纤方式串联连接。一

次只有一个网卡处于活动状态，第二个卡

则处于热备用模式。通过底板安装在同一

节点中的两个网卡之间的直接点对点连接，

允许网卡通过心跳信号彼此监控。心跳信

号丢失会导致第二个网卡接管并创建报警。

备用网卡不断更新，以便使用当前节点和网

络细节实现任何接管。它的优势在于两块

BORA ULM 板卡一块为主卡，一块为从

卡，两块板卡数据完全同步，同时采用心跳

机制互相监控，一旦主卡出现故障，从卡可

以马上监测到此状态，并接替主卡的工作

实现对整个节点的管理和控制，并且此节点

上配置的业务不会丢失。

（2）Dual node：双节点的冗余机制，

两个环网有两个相切节点，每个相切节点含

有一块BORA ULM。当主用相切节点中的

ULM板卡出现故障时，从相切节点的ULM

板卡接替主卡的工作实现对整个节点的管

理和控制。它的优势在于当含有ULM板卡

的主用相切节点出现断电或故障时，从相切

节点的ULM板卡接替主卡的工作实现对整

个节点的管理和控制，从而不会影响两个

环网的正常通信。

（3）综上所述，网关相切节点冗余配

置两种方案各有利弊，Single node方式

和Dual node方式的优势在于提高了关键

网关节点的安全与可靠性，保障相连环网的

通信。

4 OTN光传输网的典型案例

南京地铁1号线采用西门子公司的

OTN-600，并且采用跳跃式的光纤连接

方式组成一个环网。1号线南延线采用西门

子公司的OTN-X3M-2500，为了实现与原

有OTN600网络无缝衔接和统一管理的要

求，采用西门子公司配置的BORA ULM板

卡的OTN-X3M-2500设备。

BORA ULM卡实际是一个带有4光口

的网络控制卡，它是OTN通用连接模块，正

是由于有了此卡，极大的丰富了OTN设备

组网结构和灵活性，如两环相切、环路下挂

支路等，此板卡在功能上完全可以取代标

准的BORA-X3M卡。

1号线各个站点通过放置节点NODE

（OTN-600）连接成一个OTN-600环

网，南延线各个站点通过放置节点NODE

(OTN-X3M-2500)连接成一个OTN-

X3M-2500环网，通过在控制中心新建的

一个OTN-X3M节点中冗余配置了最新的

BORA ULM模块，用于将原有OTN600通过光接口无缝的接入新建的OTN-X3M

网络中，互通带宽600M。此相切节点是两

环数据业务和管理业务互通的网关节点，为

了提高安全性和可靠性，有必要做冗余配

置考虑，采用Single node的方式，即在网

关节点中配置双BORA ULM 板卡，活动

的卡通过NSM42模块上点亮的LED指示。

这两块BORA ULM 板卡一块为主卡，一

块为从卡，两块板卡数据完全同步，同时采

用心跳机制互相监控，一旦主卡出现故障，

从卡可以马上监测到此状态，在保证业务不

丢失的情况下，接替主卡的工作实现对整个

节点的管理和控制。如图2所示。

同时，随着网络规模的扩大，网络会变

得越来越复杂，那么一个有效的网络管理系

统是必须的。OMS（OTN Management

System）可管理一个OTN环或几个OTN

环。

OTN集成传输、接入和视频编解码设

备，并提供传输、接入和视频编解码设备

的统一网管系统。统一网管系统能对上述

设备的各个板卡以及各个端口进行综合管

理：故障管理、配置管理、性能管理和安全

管理等，系统运行管理和维护非常方便。

OTN网络管理系统设计提供一个用户友好

界面来管理OTN网络。网管包括硬件配置

模块（硬件管理），通过网络创建不同的服

务（连接管理），监控并记录所有的发生的

故障。

整个网络（南延OTN-X3M网络和一

号线OTN600网络）可以利用原有的网管

实现统一配置、管理、维护，利用BORA

ULM卡汇接起来的多个网络可以利用一套

OMS网管系统实现对整个网络的维护和管

理，这样不但可以降低网络的造价，同时还

可以提高整个网络管理的高效性。

5 结语

OTN传输正在快速的向着高容量，高

速率，更高可靠性的方向发展。对于地铁通

信这样庞大且需要承载多种业务的通信系

统来讲很适合。在今后随着地铁线路的不

断扩展，其通信设备也要求具备更高的性能

和可靠性，而OTN设备的不断发展和完善

为地铁通信系统将来的扩容和发展提供了

坚实的保障。

参考文献

[１] 刘国辉．光传送网原理与技术[M]．北