开放传输网络
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开放传输网络(Open Transmission Network,OTN)
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什么是开放传输网络[1]
开放传输网络是一种基于光纤技术建立的传输系统，可在广阔的地域上快速、可靠传输语音、数据、视频等不同类型的信息，只要符合其相关标准设计接口卡的设备都可毫无限制地互联，是一种灵活的支持多协议的开放式传输网。
开放传输网络的特点[2]
OTN(开放的传输网络)是使用光纤传输技术的同步专网。它采用了时分复用技术，属于同步传输体系，但其帧结构与传统的SDH不同，帧的长度为31．25μs，帧速率为32000帧／秒。OTN的主要特点如下：
(1)采用一次复用机制，提高了设备的可靠性。即直接将数字音／视频、高／低速数据复用到OTN帧中传输，占用开销比特数很少(不到2％)。
(2)可综合不同的网络传输协议，在传输节点中直接集成了音频、视频、数据等多种接口，不再需要配置其他接口设备。OTN节点设备可以直接提供的接口类型有：POTS、RS-232／RS-422／RS-485、2W／4WE&M、2B+D、30B+D、E1、STM-1、STM-4、10M／100M／1000M以太网、视频及宽带广播(15kHz)等接口。
(3)能够支持点到点、点到多点及总线等类型的连接。
(4)可以通过软件控制按需分配带宽，提高网络带宽资源的利用率。
(5)目前OTN所具有的网络等级有36Mbit／s、150Mbit／s、600Mbit／s及2500Mbit／s。为了与其他系统互联，新推出了基于E1、E3、STM-1的系统互联的标准电接口。
(6)视频监控图像在控制中心的切换，可以通过对视频通道的建立与拆除来完成，省去了中心视频切换矩阵设备。
(7)网络结构简单，自愈能力强，保护时间小于50ms。
(8)网络易于扩充升级，节点和接口扩充升级不会影响网络的正常工作；网络扩展带宽，只需更换光传输接口卡，其他设备可以不换。
(9)网络管理能力强，具有自我诊断能力，对网络中任何故障均能进行告警。网管终端可以在网络中的任何一个传输节点接入，对全网进行管理。
由于OTN具有以上优点，能够完全满足轨道交通各种信息传输的要求，在国内早期的轨道交通工程中应用较多。
但OTN亦存在一些不足之处，如帧结构、数字比特率系列、光路不符合国际标准。以及存在OTN技术的特有性、厂商的唯一性和国产化等问题。
开放传输网络系统[3]
在20世纪90年代，专门针对传输系统要求传输信息类型多、各种业务要求传输速率大、整个传输网络的整体容量要求有限的特点，通信公司研制了开放式信息传输网络(OpenTransferNetwork，OTN)，由于其灵活、方便以及经济的特点，因此在轨道交通传输系统中得到了广泛应用。
(1)OTN系统的概述
OTN系统是控制中心与车站及车辆段、车站与车站之间信息传送、交换的重要手段，是城轨通信网的骨干网络，是组建城轨通信网的基础。
OTN系统由节点机箱、接口模块、宽带光纤环适配器和网络管理系统组成。
a．节点机箱：是OTN系统完成接入和传输的基本设备，所有的接口模块和光收发器都在节点箱中完成信息交换和传输的工作。
b．接口模块：接口模块是各种应用子系统接入OTN系统，以及实现应用系统之间相互联系的重要设备。
c．宽带光纤环适配器：作为节点机箱中主要部件，其主要是将各种业务模块的信息置入光信号。
d．网络管理系统：基于WINDOWSNT的网络管理系统(OMS)，通过图形化的界面使操作者易于理解，易于操作。
OTN是一种灵活和支持多协议的开放式网络，它根据语音、数据、视频等业务的相关标准设计了接口卡，从而使符合这些标准的设备可以通过OTN毫无限制地直接相连。它能直接接入普通电话机、数据终端设备、影像设备，还可以与交换机用户电路或者2Mbit／s的口口连接。此外它还提供带宽达15kHz的音频接VI，在网络方面支持10／100Mbit／s以太网的接入。这些接口模块的类型及数量可以根据用户灵活配置。
由于OTN的一卡到位的特点，它很适合于专用通信网的传输。OTN网采用双光纤环路结构，具有自愈能力，可靠性很高。
(2)OTN系统的功能
OTN开放传输网络，是利用最新的光纤技术建立的一种传输系统。它采用了双环路方式，具有更高的网络可用性，而且在一个网络里综合了不同类型的服务，由此，它能实现几乎所有的传送任务，满足诸如语音、数据、广播、视频和任何其他特殊的服务需求。
OTN首先是一个开放的系统，利用标准的工业接口，它能与具有标准接口的所有业务相连，此外，还能定制特定环境中使用的特殊通信协议的接口。它的传输是工作在OSI模型的最低层(物理层)，可完全透明地传输各种不同类型的信息(例如语音、数据、数字视频)，而且具有极高的可用性。OTN网络采用了光纤技术，传输距离几乎没有限制。事实上，OTN系统可以覆盖超过上千公里的范围，为远距离多业务传输提供了理想的解决方案。
OTN能够建立全职工的连接，如计算机与计算机，计算机与外围设备，电话机与用户交换机，交换机与交换机，局域网与局域网以及摄像机与监视器之间等等。它保证为用户提供可靠的和实时的通信连接。在节点发生故障或对设备进行更改或扩展时，网络将会自动恢复正常运行，确保网络的最大的可用性。在任何时候，用户设备都可以立即访问网络，以不同的速率实时地收发数据。
模块化的设计使得OTN能够随着新的需求和服务同步发展。只要简单地添加接口模块，就可以很轻松地在线进行扩容，这使OTN系统能够游刃有余地满足来来若干年的发展需要。
OTN的网络管理由软件来实现。OMS(OTNManagementSystem)管理软件运行于普通的PC机上，基于windowsNT／2000，并通过网线与OTN系统相连。通过0MS，不仅可以实现集中网络配置、监视和维护等功能，还能管理多个OTN网络。
OTN家族目前有三个成员可以满足不同的带宽需要，它们是150Mbit／s、600Mbit／s、2500Mbit／s这三种版本。
每种版本都可以升级到更高带宽的版本。
OTN功能如下：
①系统
a．硬件体系，快速的启动；
b．冗余保护，自动重新配置(50～120ms)；
c．自动故障提示(在OMS和各种模块上显示)；
d．通用节点，可互换使用；
e．带宽可灵活分配；
f．光信号发送探测，及时发现光传输故障；
g．一步复用，降低时延，并能承载各种不同速率的业务；
h．保护眼睛机制；
i．数据库的信息可从OMS下载至系统，也可在OMS备份。
②接口
a．标准接口，可直接连接外围设备；
b．接口种类众多(数据、语音、视频)；
c．支持热插拔；
d．每个接口模块可直接显示工作状态。
③网管
a．性能管理；
b．配置管理；
e．带宽管理；
d．告警管理；
e．日志数据库管理；
f．安全管理；
g．可移动性管理。
(3)OTN系统的可靠性
OTN简单一体化的结构设计，以及使用的元件和制造工艺经全球广泛场城轨用户使用，证明了极高的可靠性。系统内控制中心、车辆段、车站的设备、关键部件进行热备份，充分保证设备安全、可靠地运行。
OTN是模块化结构设计的。所有设备包括节点箱、接口板、电源、电缆、光收发器等都是采用统一的规格设计生产，任何一个部分出现损坏或故障，只要用相应的新组件代替就可以了，不会影响到与之相连的其他组件。比如，某个节点箱发生故障，那么，只要替换掉该节点箱就可以了，原先安装在节点箱上的接口板都可以继续应用到新的节点箱中。
OTN是即插即用的。如果需要增加或者替换一块板卡，只需要把板卡上的开关关闭。将原有板卡从机箱上取下，然后插入新的板卡，打开电源，系统就可以识别新的板卡。整个过程中不需要关闭节点箱，也不会影响其他板卡的正常工作。OTN具有自动重配置功能。当系统发生故障时，系统会自动进行重新配置，以确保整个网络的可用性。
(4)OTN系统的网络结构
OTN传输系统除了传输其他通信子系统所需的语音、数据、图像等各种信息外，还要为电力监控(SCADA)、自动售票(AFC)、自动列车监控(ATS)、防灾报警(FAS)、设备监控系统(BAS)等系统提供透明传输。
如图1所示，OTN集成了各种业务接口，所以，OTN的网络结构异常简单，整个网络仅仅只有一层，即在OTN上支持所有的业务。
传输系统的光纤环路是采用双环结构，在城轨中传输路由由架设在轨道两边的光缆组成环路网络。如图2所示，这些光纤构成了两个互为反向循环的环路。TDM数据帧在一个环网上不断地传递，这些帧包含了节点间通信数据。
图2中顺时针方向传输数据的为主环，逆时针方向传输数据的为次(副)环。在正常工作时，所有数据都在主环上沿顺时针方向传送，而副环处于备用状态，副环工作和主环同步，并时刻监视主环的工作状态。在紧急情况下根据需要，它可以部分和全部代替主环所有数据的传送任务。
采用双环网络结构可以在发生故障或网络配置变化时自动恢复正常工作。在实际城轨项目中，各个车站的分布往往是链状的。为了形成环路，采用跳转连接的方式，从而构成一个环路，如图3所示。
