论文部分内容阅读
【摘 要】 诚实轨道交通在现代城市公共交通中的地位日益显著。但如何保障轨道交通的安全、可靠运行是一个复杂的信息运用和管理过程。
本文的重点是介绍开放式传输网络OTN，OTN是以先进的光纤通信技术为基础的传输系统。它以双环结构为特征，具有较高的网络可靠性，能将不同类型的通信服务综合于一个网络，它几乎可以满足所有的如语音、数据、LAN（局域网）、视频的传输需求和任何专门需求的服务。本文详细介绍OTN技术的含义、特点结构和传输。
【关键词】 城市轨道交通；通信；传输；OTN
绪论：世界上轨道交通很早就作为公共交通在城市中出现，随着科学技术和城市化的发展，大运量的轨道交通在现代大城市中越来越起着重要的作用。如何保障轨道交通的安全、可靠运行是一个复杂的信息运用和管理过程。轨道交通运输是一个完整的大系统，它的各个部分都离不开通信，通信主要是完成各种信息的传输。通信在轨道系统运输中起着神经系统和网络的作用。具体的说，它主要完成以下三个方面的任务：
1、保证指挥列车运行的各种调度命令信息的传输
2、为旅客提供各种服务的通信
3、为设备维修及运营管理提供通信条件
为了确保列车高效、安全地运营和可靠地传递语音、文字、数据以及图像等各种信息，必须建立一个高可靠性、易扩充、组网灵活的轨道交通通信系统。随着计算机技术、网络技术和通信技术的迅速发展，轨道交通通信技术也经历了从简单到复杂、从模拟到数字的演变，出现了许多新技术和新产品，开放式网络传输平台（OTN）就是其中之一。
一、轨道交通通信传输系统和配置要求
传输系统是轨道交通通信系统中的骨干系统，各种信息都依靠传输系统进行传递，所有这些信息都是为列车正常运行服务的，其中一些信息如果中断会影响到列车的运行，甚至会威胁到行车安全。因此传输系统应是一个实时、透明、无阻塞、可靠性高的系统，且当出现紧急情况时，本系统应能迅速及时地为防灾救援和事故的指挥提供通信联络。当本系统发生故障时，应具有降级使用功能和对重要通道的备用手段，以保证系统基本功能。
二、开放式传输网络
通信技术发展至今， 每个人都对光纤的优点表示认可。光纤在很长的距离上能提供非常大的带宽。
三、OTN技术的含义及其特点
OTN即开放式传输网络（Open Transport Network）， 是以先进的光纤通信技术为基础的传输系统。它以双环结构为特征， 具有较高的网络可靠性， 能将不同类型的通信服务综合于一个网络， 它几乎可以满足所有的如语音、数据、LAN（局域网）、视频的传输需求和任何专门需求的服务。
OTN， 正如其名字的含义一样， 具有以下特点：
开放：OTN能通过使用不同类型的模块适用于现有绝大多数物理接口标准， 也适用于特定環境中特殊的通信协议。
传输：OTN能携带不同类型的信息， 如语音、数据、数字视频和Lan等， 在高可靠性下完全透明地通过网络。
网络：OTN是以在未来的网络基础结构中距离不受条件限制的光纤技术为基础的， 是混合环境中理想的解决方案。
保险：OTN具有投资的保险性， 在今天所谓的“ 信息时代” ， 通信基础结构必须成功地处理快速成变化的需求（如视频应用等）。
适应：OTN具有良好的系统适应性， 它是针对接口卡的扩展、新工业标准和为出现的特殊需求和标准更新提供特殊接口的理想平台。
四、OTN的结构
1、OTN的版本
OTN有三种带宽制式，分别为：36.864Mb/s（OTN-36），147.456Mb/s（OTN-150）和589.824Mb/s（OTN-600），在OTN版本之间可以平滑的升级。
2、OTN的组成
OTN网络体系结构由4个主要系统部件组成， 包括光纤主干网、OTN节点、接口卡和网络控制中心（NCC）。OTN节点采用点对点链接方式互连并形成2个方向相反的环， 分别称为主环和次环。正常运作时， 与OTN相连设备的数据被发送到主环上， 次环处于备用状态并与主环保持同步。在紧急情况下， 次环能部分或完全承担数据传输的任务
3、公用模块
包括光环形适配卡ORA、电源PSU、和光-电模块OTR1、OTR2。这些模块是OTN中最重要的模块，下面简要介绍。
（1）光环形适配卡ORA
在OTN-10型节点中， 光-电模块OTR1、OTR2插在ORA卡上， 合称为公用逻辑卡， OTR1模块位于OTR2模块的下方。
ORA卡完成与两个OTR模块及所有接口卡之间的输入/输出， 将从光-电模块上收到的信息传送给适当的接口卡以及将接口卡的信息传送回光电模块上。
ORA卡能够对光纤环进行管理。它实现帧生成， 双环的启动和同步， 确定主节点和激活一个或两个弹性缓冲区， 故障情况下的节点重组， 将差错指示传送相邻节点， 运行模式设置（如环形或链状）， 网络拓扑设置（如双环或菊花链）等功能。
（2）电源模块：
插在第8个接口卡的右面， 共有两种：一种是每个节点都有的、产生公用逻辑卡和所有接口卡所需电压（+5V，+12V，-12V）的电源模块， 另一种是-48V电源模块， 它带有或不带有铃流发生器（RG）。
4、影响节点配置的因素
在OTN网络结构体系中最重要的要素是光纤主干网基础结构。OTN节点的最终配置受以下因素的影响：
（1）传输介质的影响：
OTN可用不同类型的光纤， 有多模光纤50/125、多模光纤62.5/125、单模光纤9/125等。在选择光缆类型时要在光缆成本、光缆特性方面进行权衡。多模光纤衰减系数一般高于单模光纤，多模光纤熔接时只要求包层对准， 比单模光纤要求芯-芯对准相对容易， 对熔接机的要求也比单模光纤低。 （2）节点间距离的影响：
节点间有许多连接器连的是短光纤， 如0.3m 、3m长， 多模光纤的有效带宽足以满足这么短的距离， 而使用多模光纤连接器（ST）更便宜， 同时设备也可使用更便宜的光源如LED光源。选择的光纤类型受所选带宽版本的影响。
光纤的色散和衰减系数越小越好。从光纤的色散特性和全程衰减角度考虑， 对于长距离只能选择单模光纤。
（3）拓扑的影响：
网络的拓朴能对网络的最终配置有重要的影响。
五、OTN的传输
1、访问方式和传输编码
（1）访问方式
在光纤环上，OTN 节点间的通信以时分复用为基础， 访问方案允许环上众多用户共享传输介质。时分复用时， 时间被分成重复的被称作“ 帧” 的时间段， 这些帧再被分成时隙。在OTN中， 所有时隙长度都是1bit， 设备可通过分配给它们的时隙进行通信。
为提高效率和使延迟最小，OTN分配给某一特定连接的比特在帧上不必是连续的， 在大多数情况下， 是均匀地展开在帧上。对于某些连接类型， 分配给连接的是帧比特组或脉冲串， 一个连接可能有几个这样的组、这些组也同样均匀地展开在帧上， 这种分配方法主要用于需要更大带宽的连接。
（2）传输编码
OTN不同版本采用不同的编码， 这种线路编码方案可导致更高的线传输速度。表7列出了使用的编码和对应的线速度。
2、系统额外开销带宽
许多帧比特用于维护系统同步的系统功能、节点与NCC之间通信和节点间的通信。OTN允许NCC与节点通信时交换监控和状态信息， 也可下载和存储网络设置， 其中网络设置包括连接的带宽分配、所期望的接口类型和接口状态（即不激活或激活）， 这些内容都已在数据库中准备好。节点与NCC的通信为NCC软件提供节点及其接口状态信息， 例如， 设备老化（属预防性的）、环回、节点中的卡类型等等。节点间通信用于光纤切换、环回功能以及用于光收发器OTR发送端的内置眼保护安全装置。
3、连接类型
今天的网络采用了许多种典型的连接， 而OTN通过采用适当的接口能够支持任何一种典型连接， 如点对点、多点、多站。
（1）点对点：
在点对点连接中， 设备成对进行通信， 例如电话与交换机（PBX）或终端设备与主机的连接。在OTN中， 只要这些接口卡不放在同一节点中， 就可在相同接口模块的任何一对端口之间随意地建立连接。
（2）對点：
在多点连接中， 许多设备以总线拓扑（如以太网）或环拓扑（如令牌环网）连到同一条“线”上， 到介质的访问由访问协议控制，LAN是这种多点连接典型的例子。可在位于不同节点任意接口槽处任意数目的相同接口模块间建立这种类型的连接。
（3）多站：
在多站连接中， 送到介质上的数据被分散到许多特定区域。在公共广播系统中仅仅是单工的，在一些数据采集系统是双工的， 返回的数据例如由一个轮询方案来控制。这种连接可以一个主卡与其他节点的许多子卡间建立， 每个节点只能有一个这种类型的（主卡或子卡）， 并且在同一个节点中的相同类型的两块卡间不能建立连接。
六、OTN技术在城市轨道交通通信中的应用
1、地铁对通信传输网络的要求
地铁作为一个大容量、快捷的城市轨道交通系统，需确保旅客的旅行安全，为此各类监控、广播、防灾报警功能均需齐备，运营管理的调度系统需十分的可靠，其通信传输网络应有以下功能：
能传输车站实时监控图像，为控制中心人员提供直观的车站情况信息。
能传输广播信号，向车站播音。
能为运营调度系统提供专用通道。
能为防灾报警、铁路信号提供通道。
能为自动化售检票系统、电力监控系统提供通道。
为通信网管系统提供通道。
其传输网络本身安全可靠。
2、OTN 网络对地铁通信传输的适应性及其应用
OTN网络对地铁通信传输的适应性如下：
1、其图像传输卡将车站摄像机摄取的可视信号压缩成数字信号传送至控制中心，其传输带宽可在帧结构中直接确定，不必专门设置图像光端机及专用光纤系统。
2、 广播传输卡可传输控制中心至各车站的低失真广播信号，不必专门设置宽带的具有屏蔽性能的音频四芯组电缆传输广播信号。
3、其它各种音频、数据接口卡能广泛适用于地铁不同业务信号的传输要求。
4、其双环网络具有十分强大的网络自愈功能，网络自身安全可靠。
参考文献：
[1] 吴论麒主编.城市轨道交通信号与通信系统.北京：中国铁道出版社，1998年10月
[2] 张延翔.城市轨道交通通信传输系统.北京：铁道通信信号，2002年7月
[3] 殷锡金.城市轨道交通通信信号.北京：中国铁道出版社，2000年
[4] 龚小聪.地铁传输系统方案探讨.北京：都市快轨交通，2005年2月
[5] 李天佑.OTN网络在地铁通信传输中的应用.北京：电信技术，1998年12月
本文的重点是介绍开放式传输网络OTN，OTN是以先进的光纤通信技术为基础的传输系统。它以双环结构为特征，具有较高的网络可靠性，能将不同类型的通信服务综合于一个网络，它几乎可以满足所有的如语音、数据、LAN（局域网）、视频的传输需求和任何专门需求的服务。本文详细介绍OTN技术的含义、特点结构和传输。
【关键词】 城市轨道交通；通信；传输；OTN
绪论：世界上轨道交通很早就作为公共交通在城市中出现，随着科学技术和城市化的发展，大运量的轨道交通在现代大城市中越来越起着重要的作用。如何保障轨道交通的安全、可靠运行是一个复杂的信息运用和管理过程。轨道交通运输是一个完整的大系统，它的各个部分都离不开通信，通信主要是完成各种信息的传输。通信在轨道系统运输中起着神经系统和网络的作用。具体的说，它主要完成以下三个方面的任务：
1、保证指挥列车运行的各种调度命令信息的传输
2、为旅客提供各种服务的通信
3、为设备维修及运营管理提供通信条件
为了确保列车高效、安全地运营和可靠地传递语音、文字、数据以及图像等各种信息，必须建立一个高可靠性、易扩充、组网灵活的轨道交通通信系统。随着计算机技术、网络技术和通信技术的迅速发展，轨道交通通信技术也经历了从简单到复杂、从模拟到数字的演变，出现了许多新技术和新产品，开放式网络传输平台（OTN）就是其中之一。
一、轨道交通通信传输系统和配置要求
传输系统是轨道交通通信系统中的骨干系统，各种信息都依靠传输系统进行传递，所有这些信息都是为列车正常运行服务的，其中一些信息如果中断会影响到列车的运行，甚至会威胁到行车安全。因此传输系统应是一个实时、透明、无阻塞、可靠性高的系统，且当出现紧急情况时，本系统应能迅速及时地为防灾救援和事故的指挥提供通信联络。当本系统发生故障时，应具有降级使用功能和对重要通道的备用手段，以保证系统基本功能。
二、开放式传输网络
通信技术发展至今， 每个人都对光纤的优点表示认可。光纤在很长的距离上能提供非常大的带宽。
三、OTN技术的含义及其特点
OTN即开放式传输网络（Open Transport Network）， 是以先进的光纤通信技术为基础的传输系统。它以双环结构为特征， 具有较高的网络可靠性， 能将不同类型的通信服务综合于一个网络， 它几乎可以满足所有的如语音、数据、LAN（局域网）、视频的传输需求和任何专门需求的服务。
OTN， 正如其名字的含义一样， 具有以下特点：
开放：OTN能通过使用不同类型的模块适用于现有绝大多数物理接口标准， 也适用于特定環境中特殊的通信协议。
传输：OTN能携带不同类型的信息， 如语音、数据、数字视频和Lan等， 在高可靠性下完全透明地通过网络。
网络：OTN是以在未来的网络基础结构中距离不受条件限制的光纤技术为基础的， 是混合环境中理想的解决方案。
保险：OTN具有投资的保险性， 在今天所谓的“ 信息时代” ， 通信基础结构必须成功地处理快速成变化的需求（如视频应用等）。
适应：OTN具有良好的系统适应性， 它是针对接口卡的扩展、新工业标准和为出现的特殊需求和标准更新提供特殊接口的理想平台。
四、OTN的结构
1、OTN的版本
OTN有三种带宽制式，分别为：36.864Mb/s（OTN-36），147.456Mb/s（OTN-150）和589.824Mb/s（OTN-600），在OTN版本之间可以平滑的升级。
2、OTN的组成
OTN网络体系结构由4个主要系统部件组成， 包括光纤主干网、OTN节点、接口卡和网络控制中心（NCC）。OTN节点采用点对点链接方式互连并形成2个方向相反的环， 分别称为主环和次环。正常运作时， 与OTN相连设备的数据被发送到主环上， 次环处于备用状态并与主环保持同步。在紧急情况下， 次环能部分或完全承担数据传输的任务
3、公用模块
包括光环形适配卡ORA、电源PSU、和光-电模块OTR1、OTR2。这些模块是OTN中最重要的模块，下面简要介绍。
（1）光环形适配卡ORA
在OTN-10型节点中， 光-电模块OTR1、OTR2插在ORA卡上， 合称为公用逻辑卡， OTR1模块位于OTR2模块的下方。
ORA卡完成与两个OTR模块及所有接口卡之间的输入/输出， 将从光-电模块上收到的信息传送给适当的接口卡以及将接口卡的信息传送回光电模块上。
ORA卡能够对光纤环进行管理。它实现帧生成， 双环的启动和同步， 确定主节点和激活一个或两个弹性缓冲区， 故障情况下的节点重组， 将差错指示传送相邻节点， 运行模式设置（如环形或链状）， 网络拓扑设置（如双环或菊花链）等功能。
（2）电源模块：
插在第8个接口卡的右面， 共有两种：一种是每个节点都有的、产生公用逻辑卡和所有接口卡所需电压（+5V，+12V，-12V）的电源模块， 另一种是-48V电源模块， 它带有或不带有铃流发生器（RG）。
4、影响节点配置的因素
在OTN网络结构体系中最重要的要素是光纤主干网基础结构。OTN节点的最终配置受以下因素的影响：
（1）传输介质的影响：
OTN可用不同类型的光纤， 有多模光纤50/125、多模光纤62.5/125、单模光纤9/125等。在选择光缆类型时要在光缆成本、光缆特性方面进行权衡。多模光纤衰减系数一般高于单模光纤，多模光纤熔接时只要求包层对准， 比单模光纤要求芯-芯对准相对容易， 对熔接机的要求也比单模光纤低。 （2）节点间距离的影响：
节点间有许多连接器连的是短光纤， 如0.3m 、3m长， 多模光纤的有效带宽足以满足这么短的距离， 而使用多模光纤连接器（ST）更便宜， 同时设备也可使用更便宜的光源如LED光源。选择的光纤类型受所选带宽版本的影响。
光纤的色散和衰减系数越小越好。从光纤的色散特性和全程衰减角度考虑， 对于长距离只能选择单模光纤。
（3）拓扑的影响：
网络的拓朴能对网络的最终配置有重要的影响。
五、OTN的传输
1、访问方式和传输编码
（1）访问方式
在光纤环上，OTN 节点间的通信以时分复用为基础， 访问方案允许环上众多用户共享传输介质。时分复用时， 时间被分成重复的被称作“ 帧” 的时间段， 这些帧再被分成时隙。在OTN中， 所有时隙长度都是1bit， 设备可通过分配给它们的时隙进行通信。
为提高效率和使延迟最小，OTN分配给某一特定连接的比特在帧上不必是连续的， 在大多数情况下， 是均匀地展开在帧上。对于某些连接类型， 分配给连接的是帧比特组或脉冲串， 一个连接可能有几个这样的组、这些组也同样均匀地展开在帧上， 这种分配方法主要用于需要更大带宽的连接。
（2）传输编码
OTN不同版本采用不同的编码， 这种线路编码方案可导致更高的线传输速度。表7列出了使用的编码和对应的线速度。
2、系统额外开销带宽
许多帧比特用于维护系统同步的系统功能、节点与NCC之间通信和节点间的通信。OTN允许NCC与节点通信时交换监控和状态信息， 也可下载和存储网络设置， 其中网络设置包括连接的带宽分配、所期望的接口类型和接口状态（即不激活或激活）， 这些内容都已在数据库中准备好。节点与NCC的通信为NCC软件提供节点及其接口状态信息， 例如， 设备老化（属预防性的）、环回、节点中的卡类型等等。节点间通信用于光纤切换、环回功能以及用于光收发器OTR发送端的内置眼保护安全装置。
3、连接类型
今天的网络采用了许多种典型的连接， 而OTN通过采用适当的接口能够支持任何一种典型连接， 如点对点、多点、多站。
（1）点对点：
在点对点连接中， 设备成对进行通信， 例如电话与交换机（PBX）或终端设备与主机的连接。在OTN中， 只要这些接口卡不放在同一节点中， 就可在相同接口模块的任何一对端口之间随意地建立连接。
（2）對点：
在多点连接中， 许多设备以总线拓扑（如以太网）或环拓扑（如令牌环网）连到同一条“线”上， 到介质的访问由访问协议控制，LAN是这种多点连接典型的例子。可在位于不同节点任意接口槽处任意数目的相同接口模块间建立这种类型的连接。
（3）多站：
在多站连接中， 送到介质上的数据被分散到许多特定区域。在公共广播系统中仅仅是单工的，在一些数据采集系统是双工的， 返回的数据例如由一个轮询方案来控制。这种连接可以一个主卡与其他节点的许多子卡间建立， 每个节点只能有一个这种类型的（主卡或子卡）， 并且在同一个节点中的相同类型的两块卡间不能建立连接。
六、OTN技术在城市轨道交通通信中的应用
1、地铁对通信传输网络的要求
地铁作为一个大容量、快捷的城市轨道交通系统，需确保旅客的旅行安全，为此各类监控、广播、防灾报警功能均需齐备，运营管理的调度系统需十分的可靠，其通信传输网络应有以下功能：
能传输车站实时监控图像，为控制中心人员提供直观的车站情况信息。
能传输广播信号，向车站播音。
能为运营调度系统提供专用通道。
能为防灾报警、铁路信号提供通道。
能为自动化售检票系统、电力监控系统提供通道。
为通信网管系统提供通道。
其传输网络本身安全可靠。
2、OTN 网络对地铁通信传输的适应性及其应用
OTN网络对地铁通信传输的适应性如下：
1、其图像传输卡将车站摄像机摄取的可视信号压缩成数字信号传送至控制中心，其传输带宽可在帧结构中直接确定，不必专门设置图像光端机及专用光纤系统。
2、 广播传输卡可传输控制中心至各车站的低失真广播信号，不必专门设置宽带的具有屏蔽性能的音频四芯组电缆传输广播信号。
3、其它各种音频、数据接口卡能广泛适用于地铁不同业务信号的传输要求。
4、其双环网络具有十分强大的网络自愈功能，网络自身安全可靠。
参考文献：
[1] 吴论麒主编.城市轨道交通信号与通信系统.北京：中国铁道出版社，1998年10月
[2] 张延翔.城市轨道交通通信传输系统.北京：铁道通信信号，2002年7月
[3] 殷锡金.城市轨道交通通信信号.北京：中国铁道出版社，2000年
[4] 龚小聪.地铁传输系统方案探讨.北京：都市快轨交通，2005年2月
[5] 李天佑.OTN网络在地铁通信传输中的应用.北京：电信技术，1998年12月