导语：OTN（开放式传输网络Open Transport Network）利用最新的光纤技术建立的一种传输系统。
前言 随着信息时代的到来，新业务和新技术的迅速推广应用，通信业务种类、数量及用户需求的剧增，通信网络性能变得更强，规模更广。干线传输系统设备也日益更新。从电缆传输到光缆传输，从模拟设备到数字设备，从PCM、PDH到SDH、DWDM和OTN（开放式传输网络）设备。对于许多延伸性的网络，如地铁、轻轨、机场、配电网络、石化工厂和化工车间等，常常采用混合通信的系统环境，在这些情况下，OTN是一种非常理想的解决方案。 由于城市地铁、轻轨一般长度为10～20Km，沿线经10～20个车站，多数通信集中在控制中心OCC和车站（车辆段）之间进行，要求有多种类型的语音通信、时钟系统、广播系统、视频监控、无线系统、电力监控、列车监控、自动售检票、闸机系统等，利用OTN把这些服务结合成一体，构成一种高速度、易管理没有距离限制的光纤网络。下面对OTN系统进行具体介绍。 OTN的含义和特点 OTN（开放式传输网络Open Transport Network）利用最新的光纤技术建立的一种传输系统。它采用双环路方式，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、LAN、视频和任何其他特殊的服务需求。如图1所示： OTN的名字显示了其系统内涵： Open 利用接口模块，它能处理几乎所有的已有物理接口标准，以及特殊环境中的各种具体的通信协议。 Transport:由于OTN的主要操作都是在OSI模型的物理层中，它对高层的各种协议都是透明的传输。因此它能完全透明的传输各种不同类型的信息（如语音、数据、数字视频和LAN），且具有极高的可靠性。 Network：它采用了光纤技术，这也是未来的网络体系基础，传输距离几乎没有限制，是混合环境中最理想的解决方案。当然由于OTN监控的可靠性和灵活性，它也可很好地应用于网络中的某一项特定服务，如交换机（PBX）之间2M口的互连。 另外，OTN还可以通过简单的增加接口卡实现从一种环境移植到另一环境中，能够适应快速发展的通信需求，能在未来的长期内使用，比较适合长远投资的规划。
OTN的组成 OTN目前有3个版本：OTN-36，OTN-150和OTN-600，分别提供36Mb/s、150Mb/s和600 Mb/s的3种带宽，OTN版本之间可平滑升级。目前地铁中比较流行采用的是OTN-150版本。 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节点机、为进入系统提供的接口卡和网络控制中心（NCC）。 光纤主干网在地铁、轻轨正线区段沿左右线隧道边墙电缆支架或电缆槽各敷设一条光缆，连接各节点机，形成环状，由于地铁、轻轨各站站间一般2Km左右，光缆盘长应按两站间距离确定，中间不允许有接头。光纤主干网可使用3种光纤，即多模光纤50/125、65/125和单模光纤9/125。光传输机可采用LED、CD-Laser和激光形式，可工作在820nm、1310nm、1550nm3个波长，另外带宽也有36Mb/s、150 Mb/s和600 Mb/s三种选择。因此OTN有多种选择，可适用于不同环境和投资。目前地铁、轻轨系统中采用的大多为150Mb带宽、1310nm波长的激光光源和单模光纤组成的OTN网。 OTN节点机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。正常运行时，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，以便监视系统的可用性。紧急情况下，次环能部分或全部接管所有数据的传输。为系统提高高的可靠性和可用性。 OTN节点机由公用模块和8个标准接口模块插槽构成。公用模块包括光电转换模块（OTR1、OTR2），光环形适配卡（ORA）和电源模块（PSU）。通常还配一个铃流发生器（RG）供电话系统使用。8个接口插槽可插入不同的接口卡。如图2所示表明了其具体构成。
两个光电模块（OTR1、OTR2）分别插在ORA卡上，合称公用逻辑卡，OTR1模块位于OTR2模块下方，分别接主环光缆和次环光缆。公用逻辑卡实现时分多路复用（TDM），完成两个OTR模块与所有接口卡之间的输入/输出，ORA将从OTR上收到的信息传送给适当的接口卡上，并把来自接口卡上的信息传送到光纤模块OTR上以供传输。同时ORA卡还可完成与NCC之间的输入/输出，当某一节点的ORA卡与NCC相连时，这个ORA卡则通过以太接口与NCC进行通信，当其他节点的ORA卡与NCC相连时，这个ORA卡则通过光纤环与NCC进行通信。另外ORA能够读出节点机的状态和控制数据，对光纤环进行管理的功能。 电源模块（PSU）共有两种：一种是每个节点机都有的用于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。另一种是为装有语音通信的电话终端用户的节点机提供-48V的电源模块，若使用的是模拟电话，则此电源带有铃流发生器，若使用的是数字电话，则不带有铃流发生器。 OTN的所有插槽和接口卡的尺寸都是统一的，任何接口卡都可插入任意槽里。所有的用户设备都经过接口卡与OTN系统相连。接口卡完成信息和数字信号的互换，并将数字信号插入到绕环传输的TDM帧中以及从TDM帧中恢复出数字信号。这些接口卡都可以带电插拨。多种接口卡模块可用于语音、数据、LAN、控制和视频等连接。 工作原理 在光纤环上的各OTN节点间的通信采用时分多路复用（TDM）技术，使得在环上的多个用户共享传输介质。时分复用时，时间被分成重复的帧，帧长为31.25μs（即电话通信帧长125μs的1/4），这些帧再被分成时隙，所有的时隙长度都是1bit，设备能根据其信号传输的需要被分配几个时隙来满足传输速率的要求，因此OTN能提供众多的、满足不同需要的通用和专用接口卡，为满足用户新的需要奠定了技术基础。 OTN系统对于用户设备和其他通信系统是完全透明的，即末端设备不必知道OTN是否正在传送信息，它为一个连接分配许多时分复用帧比特，建立永久性虚拟电路，允许是常比特率或变比特率，将通信业务有效地复用在高速的介质上，分配的比特数依需要的带宽而定。 任何传输系统都可能由于某种原因而发生故障，如光缆断开，光收发机故障等都能造成系统故障，甚至不能工作。OTN网的双环结构具有并行的光纤，在每个节点机上带有控制算法，为网络提供了独特的“热备用”和自修复能力。在故障状态下，由于其自动的光纤传输路径重构能力，使得系统能继续工作。根据入射光的损失或传输同步的丢失，节点能立即检测到所有的故障，每个节点能决定将输入光纤上的数据回送到另一个环上的输出光纤，以这种方式形成一个新的逻辑环，该逻辑环将两次通过末端的节点。 当正常运行时，数据在主环上传输，次环备用并保持同步.当主环的光纤断开时,OTN网的传输自动切换到次环上，从而继续保持系统正常工作；当主/次环光纤都断开时，与断开点想邻的的两个节点自动将输出光纤上的信息回送到同一节点上的另一环上的输入光纤，从而形成回环，使系统继续保持工作，并将故障段隔离，保证了系统的可用性，同时也为系统提供了高可靠性；当节点机出现故障时，与该节点机相邻的两节点机自动将输出光纤上的信息回送到同一节点上的另一环上的输入光纤，从而形成回环，并隔离该节点机，使其他节点系统继续保持工作，等待该故障节点机修好后，再切换到主环工作. 网络的拓朴结构 网络拓朴可分为逻辑拓朴和物理拓朴，逻辑拓朴描述信息在网上传送的路径，物理拓朴则描述如何安排节点和介质及它们之间的连接。 逻辑拓朴有双环结构和和菊花链结构，而双环结构具有对故障最优的恢复能力，是最完美的一种逻辑拓朴。在双环结构中，光纤线路是闭合的，线路一断开，系统就通过环回方式响应这种变化，并指示故障情况，OTN系统会自动纠正网络中不同类型的错误，保证系统的高可靠性和高可用性。 物理拓朴结构有4种：点到点、环结构、星型和总线型。网络的物理拓朴对整个系统的造价和可用性有着重要影响，由于OTN具有灵活的组网方式，使得用户可根据实际环境和投资决定采用哪种拓朴结构，并可从一种拓朴类型灵活的转换成另一种拓朴类型。 广州地铁采用环形网，不仅节省了对光缆的投资，而且双环网对故障的自动修复能力，保证为广州地铁通信系统提供高可靠性和可用性的传输主干网络。 几种传输技术的应用比较 目前，在城市轨道交通通信系统中主要使用以下4种技术： PDH（准同步数字传输系统） SDH（同步数字传输系统） OTN（开放式传输网络） 各传输系统的技术特点与应用 PDH（准同步数字传输系统） PDH具有多年发展史，技术非常成熟，且比较稳定，广泛应用于早期的光纤数字网，但随着通信技术的快速发展和用户需求的不断增长，已无法完全适应通信业务的发展需求。主要有以下缺点： 传输容量小；数字信号速率和帧结构不一，各厂家自行开发光接口；构成光传输网络时，必须使用、复用设备、PCM D/I设备组成，必须有两套网管设备对传输网络和接入设备进行管理，设备结构复杂冗余。 因此，目前，在构成通信传输网络系统时，已很少采用该技术方式。 SDH（同步数字传输系统） SDH是20世纪90年代初的产物，基于TDM传输原理，有非常成熟的ITU-T标准和产品。且技术先进，组网灵活，扩容升级方便，网络可靠性强，具有标准的光接口和完全开放的国际传输标准，便于测试和维护。但在轨道交通中仍有以下缺陷： 接口种类单一，仅有PDH系列标准接口；传输窄带业务时，需增加接入设备（PCM D/I）；无直接的视频和LAN接口，需外部增加视频和经太网路由器等；SDH、PCM、视频和以太网需用不同的网络设备进行管理等。 虽然SDH对于城市轨道有以下缺陷，但由于在公网和铁路通信系统中的成熟应用及良好的业务支持能力，仍在城市轨道交通中得以广泛应用。一般组网方式可以通过SDH加视频专网和以太网的组合传输方式，这样需要增加相应的光缆芯数，但大大降低了对SDH传输系统带宽要求。SDH传输系统在上海地铁和明珠线中被广泛采用。 OTN（开放式传输网络） OTN是德国西门子ATEA公司开发的面向专网应用的开放式传输网络。它基于TDM传输体制，但帧结构是非标准的，具有设备简单、网络可靠、组网灵活、扩容升级方便等优点。但OTN是一种企业内部规范，是一种非标准的系统，传输制式非国际标准化，很难在公网中得以广泛应用，但特别适于专网的应用，特别是城市轨道交通这样的一个封闭网络。广州地铁、开津轻轨通信系统都采用该技术。 工程应用 OTN是针对那些大型的专网用户，需传送各种混合的业务（如语音、LAN、数据和视频等）的最佳结构化和集成化的解决方案。适合于地铁、轻轨、机场、管道运输系统、采矿业、自动化工业厂区、军队、有线电视网络和石油化工企业等复杂的采用混合通信的系统环境。 该系统已应用到广州地铁一号线和二号线，目前在天津轻轨中也得到了采用。利用该网络组成了通信、信号、电力监控、BAS系统和自动售检票系统等通信和控制系统。由于统一采用了ONT网，一方面避免了各系立成网，节省了投资，方便了维护；另一方面，由于OTN网的高可靠性和高可用性及其杰出的自修复能力，使得各系统可以把传输部分看做是“透明的”，避免了各系统自成网络时的相互干扰，为地铁通信和控制系统提供了可靠安全的信息传输路径，为各系统的正常运行奠定了基础。
OTN的组成 OTN目前有3个版本：OTN-36，OTN-150和OTN-600，分别提供36Mb/s、150Mb/s和600 Mb/s的3种带宽，OTN版本之间可平滑升级。目前地铁中比较流行采用的是OTN-150版本。 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节点机、为进入系统提供的接口卡和网络控制中心（NCC）。 光纤主干网在地铁、轻轨正线区段沿左右线隧道边墙电缆支架或电缆槽各敷设一条光缆，连接各节点机，形成环状，由于地铁、轻轨各站站间一般2Km左右，光缆盘长应按两站间距离确定，中间不允许有接头。光纤主干网可使用3种光纤，即多模光纤50/125、65/125和单模光纤9/125。光传输机可采用LED、CD-Laser和激光形式，可工作在820nm、1310nm、1550nm3个波长，另外带宽也有36Mb/s、150 Mb/s和600 Mb/s三种选择。因此OTN有多种选择，可适用于不同环境和投资。目前地铁、轻轨系统中采用的大多为150Mb带宽、1310nm波长的激光光源和单模光纤组成的OTN网。 OTN节点机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。正常运行时，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，以便监视系统的可用性。紧急情况下，次环能部分或全部接管所有数据的传输。为系统提高高的可靠性和可用性。 OTN节点机由公用模块和8个标准接口模块插槽构成。公用模块包括光电转换模块（OTR1、OTR2），光环形适配卡（ORA）和电源模块（PSU）。通常还配一个铃流发生器（RG）供电话系统使用。8个接口插槽可插入不同的接口卡。如图2所示表明了其具体构成。 两个光电模块（OTR1、OTR2）分别插在ORA卡上，合称公用逻辑卡，OTR1模块位于OTR2模块下方，分别接主环光缆和次环光缆。公用逻辑卡实现时分多路复用（TDM），完成两个OTR模块与所有接口卡之间的输入/输出，ORA将从OTR上收到的信息传送给适当的接口卡上，并把来自接口卡上的信息传送到光纤模块OTR上以供传输。同时ORA卡还可完成与NCC之间的输入/输出，当某一节点的ORA卡与NCC相连时，这个ORA卡则通过以太接口与NCC进行通信，当其他节点的ORA卡与NCC相连时，这个ORA卡则通过光纤环与NCC进行通信。另外ORA能够读出节点机的状态和控制数据，对光纤环进行管理的功能。 电源模块（PSU）共有两种：一种是每个节点机都有的用于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。另一种是为装有语音通信的电话终端用户的节点机提供-48V的电源模块，若使用的是模拟电话，则此电源带有铃流发生器，若使用的是数字电话，则不带有铃流发生器。 OTN的所有插槽和接口卡的尺寸都是统一的，任何接口卡都可插入任意槽里。所有的用户设备都经过接口卡与OTN系统相连。接口卡完成信息和数字信号的互换，并将数字信号插入到绕环传输的TDM帧中以及从TDM帧中恢复出数字信号。这些接口卡都可以带电插拨。多种接口卡模块可用于语音、数据、LAN、控制和视频等连接。 工作原理 在光纤环上的各OTN节点间的通信采用时分多路复用（TDM）技术，使得在环上的多个用户共享传输介质。时分复用时，时间被分成重复的帧，帧长为31.25μs（即电话通信帧长125μs的1/4），这些帧再被分成时隙，所有的时隙长度都是1bit，设备能根据其信号传输的需要被分配几个时隙来满足传输速率的要求，因此OTN能提供众多的、满足不同需要的通用和专用接口卡，为满足用户新的需要奠定了技术基础。 OTN系统对于用户设备和其他通信系统是完全透明的，即末端设备不必知道OTN是否正在传送信息，它为一个连接分配许多时分复用帧比特，建立永久性虚拟电路，允许是常比特率或变比特率，将通信业务有效地复用在高速的介质上，分配的比特数依需要的带宽而定。 任何传输系统都可能由于某种原因而发生故障，如光缆断开，光收发机故障等都能造成系统故障，甚至不能工作。OTN网的双环结构具有并行的光纤，在每个节点机上带有控制算法，为网络提供了独特的“热备用”和自修复能力。在故障状态下，由于其自动的光纤传输路径重构能力，使得系统能继续工作。根据入射光的损失或传输同步的丢失，节点能立即检测到所有的故障，每个节点能决定将输入光纤上的数据回送到另一个环上的输出光纤，以这种方式形成一个新的逻辑环，该逻辑环将两次通过末端的节点。 当正常运行时，数据在主环上传输，次环备用并保持同步.当主环的光纤断开时,OTN网的传输自动切换到次环上，从而继续保持系统正常工作；当主/次环光纤都断开时，与断开点想邻的的两个节点自动将输出光纤上的信息回送到同一节点上的另一环上的输入光纤，从而形成回环，使系统继续保持工作，并将故障段隔离，保证了系统的可用性，同时也为系统提供了高可靠性；当节点机出现故障时，与该节点机相邻的两节点机自动将输出光纤上的信息回送到同一节点上的另一环上的输入光纤，从而形成回环，并隔离该节点机，使其他节点系统继续保持工作，等待该故障节点机修好后，再切换到主环工作. 网络的拓朴结构 网络拓朴可分为逻辑拓朴和物理拓朴，逻辑拓朴描述信息在网上传送的路径，物理拓朴则描述如何安排节点和介质及它们之间的连接。 逻辑拓朴有双环结构和和菊花链结构，而双环结构具有对故障最优的恢复能力，是最完美的一种逻辑拓朴。在双环结构中，光纤线路是闭合的，线路一断开，系统就通过环回方式响应这种变化，并指示故障情况，OTN系统会自动纠正网络中不同类型的错误，保证系统的高可靠性和高可用性。 物理拓朴结构有4种：点到点、环结构、星型和总线型。网络的物理拓朴对整个系统的造价和可用性有着重要影响，由于OTN具有灵活的组网方式，使得用户可根据实际环境和投资决定采用哪种拓朴结构，并可从一种拓朴类型灵活的转换成另一种拓朴类型。 广州地铁采用环形网，不仅节省了对光缆的投资，而且双环网对故障的自动修复能力，保证为广州地铁通信系统提供高可靠性和可用性的传输主干网络。 几种传输技术的应用比较 目前，在城市轨道交通通信系统中主要使用以下4种技术： PDH（准同步数字传输系统） SDH（同步数字传输系统） OTN（开放式传输网络） 各传输系统的技术特点与应用 PDH（准同步数字传输系统） PDH具有多年发展史，技术非常成熟，且比较稳定，广泛应用于早期的光纤数字网，但随着通信技术的快速发展和用户需求的不断增长，已无法完全适应通信业务的发展需求。主要有以下缺点： 传输容量小；数字信号速率和帧结构不一，各厂家自行开发光接口；构成光传输网络时，必须使用、复用设备、PCM D/I设备组成，必须有两套网管设备对传输网络和接入设备进行管理，设备结构复杂冗余。 因此，目前，在构成通信传输网络系统时，已很少采用该技术方式。 SDH（同步数字传输系统） SDH是20世纪90年代初的产物，基于TDM传输原理，有非常成熟的ITU-T标准和产品。且技术先进，组网灵活，扩容升级方便，网络可靠性强，具有标准的光接口和完全开放的国际传输标准，便于测试和维护。但在轨道交通中仍有以下缺陷： 接口种类单一，仅有PDH系列标准接口；传输窄带业务时，需增加接入设备（PCM D/I）；无直接的视频和LAN接口，需外部增加视频和经太网路由器等；SDH、PCM、视频和以太网需用不同的网络设备进行管理等。 虽然SDH对于城市轨道有以下缺陷，但由于在公网和铁路通信系统中的成熟应用及良好的业务支持能力，仍在城市轨道交通中得以广泛应用。一般组网方式可以通过SDH加视频专网和以太网的组合传输方式，这样需要增加相应的光缆芯数，但大大降低了对SDH传输系统带宽要求。SDH传输系统在上海地铁和明珠线中被广泛采用。 OTN（开放式传输网络） OTN是德国西门子ATEA公司开发的面向专网应用的开放式传输网络。它基于TDM传输体制，但帧结构是非标准的，具有设备简单、网络可靠、组网灵活、扩容升级方便等优点。但OTN是一种企业内部规范，是一种非标准的系统，传输制式非国际标准化，很难在公网中得以广泛应用，但特别适于专网的应用，特别是城市轨道交通这样的一个封闭网络。广州地铁、开津轻轨通信系统都采用该技术。 工程应用 OTN是针对那些大型的专网用户，需传送各种混合的业务（如语音、LAN、数据和视频等）的最佳结构化和集成化的解决方案。适合于地铁、轻轨、机场、管道运输系统、采矿业、自动化工业厂区、军队、有线电视网络和石油化工企业等复杂的采用混合通信的系统环境。 该系统已应用到广州地铁一号线和二号线，目前在天津轻轨中也得到了采用。利用该网络组成了通信、信号、电力监控、BAS系统和自动售检票系统等通信和控制系统。由于统一采用了ONT网，一方面避免了各系立成网，节省了投资，方便了维护；另一方面，由于OTN网的高可靠性和高可用性及其杰出的自修复能力，使得各系统可以把传输部分看做是“透明的”，避免了各系统自成网络时的相互干扰，为地铁通信和控制系统提供了可靠安全的信息传输路径，为各系统的正常运行奠定了基础。