開放傳輸網路
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開放傳輸網路(Open Transmission Network,OTN)
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什麼是開放傳輸網路[1]
開放傳輸網路是一種基於光纖技術建立的傳輸系統，可在廣闊的地域上快速、可靠傳輸語音、數據、視頻等不同類型的信息，只要符合其相關標準設計介面卡的設備都可毫無限制地互聯，是一種靈活的支持多協議的開放式傳輸網。
開放傳輸網路的特點[2]
OTN(開放的傳輸網路)是使用光纖傳輸技術的同步專網。它採用了時分復用技術，屬於同步傳輸體系，但其幀結構與傳統的SDH不同，幀的長度為31．25μs，幀速率為32000幀／秒。OTN的主要特點如下：
(1)採用一次復用機制，提高了設備的可靠性。即直接將數字音／視頻、高／低速數據復用到OTN幀中傳輸，占用開銷比特數很少(不到2％)。
(2)可綜合不同的網路傳輸協議，在傳輸節點中直接集成了音頻、視頻、數據等多種介面，不再需要配置其他介面設備。OTN節點設備可以直接提供的介面類型有：POTS、RS-232／RS-422／RS-485、2W／4WE&M、2B+D、30B+D、E1、STM-1、STM-4、10M／100M／1000M乙太網、視頻及寬頻廣播(15kHz)等介面。
(3)能夠支持點到點、點到多點及匯流排等類型的連接。
(4)可以通過軟體控制按需分配帶寬，提高網路帶寬資源的利用率。
(5)目前OTN所具有的網路等級有36Mbit／s、150Mbit／s、600Mbit／s及2500Mbit／s。為了與其他系統互聯，新推出了基於E1、E3、STM-1的系統互聯的標準電介面。
(6)視頻監控圖像在控制中心的切換，可以通過對視頻通道的建立與拆除來完成，省去了中心視頻切換矩陣設備。
(7)網路結構簡單，自愈能力強，保護時間小於50ms。
(8)網路易於擴充升級，節點和介面擴充升級不會影響網路的正常工作；網路擴展帶寬，只需更換光傳輸介面卡，其他設備可以不換。
(9)網路管理能力強，具有自我診斷能力，對網路中任何故障均能進行告警。網管終端可以在網路中的任何一個傳輸節點接入，對全網進行管理。
由於OTN具有以上優點，能夠完全滿足軌道交通各種信息傳輸的要求，在國內早期的軌道交通工程中應用較多。
但OTN亦存在一些不足之處，如幀結構、數字比特率系列、光路不符合國際標準。以及存在OTN技術的特有性、廠商的唯一性和國產化等問題。
開放傳輸網路系統[3]
在20世紀90年代，專門針對傳輸系統要求傳輸信息類型多、各種業務要求傳輸速率大、整個傳輸網路的整體容量要求有限的特點，通信公司研製了開放式信息傳輸網路(OpenTransferNetwork，OTN)，由於其靈活、方便以及經濟的特點，因此在軌道交通傳輸系統中得到了廣泛應用。
(1)OTN系統的概述
OTN系統是控制中心與車站及車輛段、車站與車站之間信息傳送、交換的重要手段，是城軌通信網的骨幹網路，是組建城軌通信網的基礎。
OTN系統由節點機箱、介面模塊、寬頻光纖環適配器和網路管理系統組成。
a．節點機箱：是OTN系統完成接入和傳輸的基本設備，所有的介面模塊和光收發器都在節點箱中完成信息交換和傳輸的工作。
b．介面模塊：介面模塊是各種應用子系統接入OTN系統，以及實現應用系統之間相互聯繫的重要設備。
c．寬頻光纖環適配器：作為節點機箱中主要部件，其主要是將各種業務模塊的信息置入光信號。
d．網路管理系統：基於WINDOWSNT的網路管理系統(OMS)，通過圖形化的界面使操作者易於理解，易於操作。
OTN是一種靈活和支持多協議的開放式網路，它根據語音、數據、視頻等業務的相關標準設計了介面卡，從而使符合這些標準的設備可以通過OTN毫無限制地直接相連。它能直接接入普通電話機、數據終端設備、影像設備，還可以與交換機用戶電路或者2Mbit／s的口口連接。此外它還提供帶寬達15kHz的音頻接VI，在網路方面支持10／100Mbit／s乙太網的接入。這些介面模塊的類型及數量可以根據用戶靈活配置。
由於OTN的一卡到位的特點，它很適合於專用通信網的傳輸。OTN網採用雙光纖環路結構，具有自愈能力，可靠性很高。
(2)OTN系統的功能
OTN開放傳輸網路，是利用最新的光纖技術建立的一種傳輸系統。它採用了雙環路方式，具有更高的網路可用性，而且在一個網路里綜合了不同類型的服務，由此，它能實現幾乎所有的傳送任務，滿足諸如語音、數據、廣播、視頻和任何其他特殊的服務需求。
OTN首先是一個開放的系統，利用標準的工業介面，它能與具有標準介面的所有業務相連，此外，還能定製特定環境中使用的特殊通信協議的介面。它的傳輸是工作在OSI模型的最低層(物理層)，可完全透明地傳輸各種不同類型的信息(例如語音、數據、數字視頻)，而且具有極高的可用性。OTN網路採用了光纖技術，傳輸距離幾乎沒有限制。事實上，OTN系統可以覆蓋超過上千公裡的範圍，為遠距離多業務傳輸提供了理想的解決方案。
OTN能夠建立全職工的連接，如電腦與電腦，電腦與外圍設備，電話機與用戶交換機，交換機與交換機，區域網與區域網以及攝像機與監視器之間等等。它保證為用戶提供可靠的和實時的通信連接。在節點發生故障或對設備進行更改或擴展時，網路將會自動恢復正常運行，確保網路的最大的可用性。在任何時候，用戶設備都可以立即訪問網路，以不同的速率實時地收發數據。
模塊化的設計使得OTN能夠隨著新的需求和服務同步發展。只要簡單地添加介面模塊，就可以很輕鬆地線上進行擴容，這使OTN系統能夠游刃有餘地滿足來來若幹年的發展需要。
OTN的網路管理由軟體來實現。OMS(OTNManagementSystem)管理軟體運行於普通的PC機上，基於windowsNT／2000，並通過網線與OTN系統相連。通過0MS，不僅可以實現集中網路配置、監視和維護等功能，還能管理多個OTN網路。
OTN家族目前有三個成員可以滿足不同的帶寬需要，它們是150Mbit／s、600Mbit／s、2500Mbit／s這三種版本。
每種版本都可以升級到更高帶寬的版本。
OTN功能如下：
①系統
a．硬體體系，快速的啟動；
b．冗餘保護，自動重新配置(50～120ms)；
c．自動故障提示(在OMS和各種模塊上顯示)；
d．通用節點，可互換使用；
e．帶寬可靈活分配；
f．光信號發送探測，及時發現光傳輸故障；
g．一步復用，降低時延，並能承載各種不同速率的業務；
h．保護眼睛機制；
i．資料庫的信息可從OMS下載至系統，也可在OMS備份。
②介面
a．標準介面，可直接連接外圍設備；
b．介面種類眾多(數據、語音、視頻)；
c．支持熱插拔；
d．每個介面模塊可直接顯示工作狀態。
③網管
a．性能管理；
b．配置管理；
e．帶寬管理；
d．告警管理；
e．日誌資料庫管理；
f．安全管理；
g．可移動性管理。
(3)OTN系統的可靠性
OTN簡單一體化的結構設計，以及使用的元件和製造工藝經全球廣泛場城軌用戶使用，證明瞭極高的可靠性。系統內控制中心、車輛段、車站的設備、關鍵部件進行熱備份，充分保證設備安全、可靠地運行。
OTN是模塊化結構設計的。所有設備包括節點箱、介面板、電源、電纜、光收發器等都是採用統一的規格設計生產，任何一個部分出現損壞或故障，只要用相應的新組件代替就可以了，不會影響到與之相連的其他組件。比如，某個節點箱發生故障，那麼，只要替換掉該節點箱就可以了，原先安裝在節點箱上的介面板都可以繼續應用到新的節點箱中。
OTN是即插即用的。如果需要增加或者替換一塊板卡，只需要把板卡上的開關關閉。將原有板卡從機箱上取下，然後插入新的板卡，打開電源，系統就可以識別新的板卡。整個過程中不需要關閉節點箱，也不會影響其他板卡的正常工作。OTN具有自動重配置功能。當系統發生故障時，系統會自動進行重新配置，以確保整個網路的可用性。
(4)OTN系統的網路結構
OTN傳輸系統除了傳輸其他通信子系統所需的語音、數據、圖像等各種信息外，還要為電力監控(SCADA)、自動售票(AFC)、自動列車監控(ATS)、防災報警(FAS)、設備監控系統(BAS)等系統提供透明傳輸。
如圖1所示，OTN集成了各種業務介面，所以，OTN的網路結構異常簡單，整個網路僅僅只有一層，即在OTN上支持所有的業務。
傳輸系統的光纖環路是採用雙環結構，在城軌中傳輸路由由架設在軌道兩邊的光纜組成環路網路。如圖2所示，這些光纖構成了兩個互為反向迴圈的環路。TDM數據幀在一個環網上不斷地傳遞，這些幀包含了節點間通信數據。
圖2中順時針方向傳輸數據的為主環，逆時針方向傳輸數據的為次(副)環。在正常工作時，所有數據都在主環上沿順時針方向傳送，而副環處於備用狀態，副環工作和主環同步，並時刻監視主環的工作狀態。在緊急情況下根據需要，它可以部分和全部代替主環所有數據的傳送任務。
採用雙環網路結構可以在發生故障或網路配置變化時自動恢復正常工作。在實際城軌項目中，各個車站的分佈往往是鏈狀的。為了形成環路，採用跳轉連接的方式，從而構成一個環路，如圖3所示。
