PON+PTN技術在高速公路通信專網(wǎng)中的應用
2012-08-16 來源：中國論文網(wǎng)
引言
同步數(shù)字體系（SDH）從上世紀90年代中期進入實用化，在全球獲得了巨大的發(fā)展，SDH的出現(xiàn)被業(yè)界認為是光傳送網(wǎng)領域的一次革命。我國高速公路專用通信網(wǎng)的光傳送網(wǎng)主要采用SDH技術，隨著高速公路網(wǎng)密度加大和網(wǎng)格化及Internet快速發(fā)展，交通信息化快速提高，SDH網(wǎng)絡的固有缺點已不能適應新業(yè)務需求，高速公路光傳送網(wǎng)的升級和演進已提到議事日程。
1、高速公路SDH解決方案存在問題
高速公路SDH解決方案誕生之初主要是解決高速公路上的電話通信、監(jiān)控設備信息傳輸用的，主要提供E1、RS232、RS485等各類低速業(yè)務接口。后來隨著高速公路視頻監(jiān)控和收費業(yè)務的需要，以及MSTP技術的發(fā)展和成熟，又逐漸增加了以太網(wǎng)業(yè)務接口。目前的SDH設備在高速公路上主要是承載監(jiān)控業(yè)務、收費業(yè)務等各類IP業(yè)務，而傳統(tǒng)的電話業(yè)務反而只占用了很少的帶寬。隨著接入網(wǎng)向寬帶化、程控交換向軟交換方向發(fā)展，E1接口和各類低速度業(yè)務接口正逐漸被高速公路淘汰。
以SDH為核心的解決方案已經(jīng)在高速公路通信系統(tǒng)應用了10多年了，實踐經(jīng)驗證明，SDH承載技術能夠滿足高速公路基本業(yè)務的需要，為高速公路的通信、收費、監(jiān)控、運營管理等系統(tǒng)提供了穩(wěn)定可靠的傳輸通道。但隨著高速公路以視頻監(jiān)控業(yè)務為主的寬帶業(yè)務不斷增加，SDH這種以電路交換為核心的技術已經(jīng)越來越難以承載大量的寬帶業(yè)務，其主要表現(xiàn)有以下幾個方面：
1）傳輸效率比較低。SDH技術原本就是以傳輸固定速率和低帶寬的電路業(yè)務，以2M為基本顆粒，因此其承載10/100M以太網(wǎng)時需要將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分割成無數(shù)個2M顆粒，經(jīng)過層層的封裝和復雜的轉換過程才能在光纖上傳輸，因此其傳輸以太網(wǎng)效率非常低，在傳輸視頻業(yè)務時這種帶寬的浪費尤其嚴重，只有約50％左右的帶寬能夠用戶傳輸以太網(wǎng)業(yè)務。
2）升級擴容代價比較高。對于新增視頻監(jiān)控等高帶寬需求的以太網(wǎng)業(yè)務，SDH系統(tǒng)只有通過升級傳輸帶寬和增加以太網(wǎng)單板等方式實現(xiàn)，而SDH系統(tǒng)中成本最貴的就是光板和以太網(wǎng)板，因此其升級擴容代價比較高，且替換下來的設備和單板基本無用處。
3）對高速公路視頻監(jiān)控等以太網(wǎng)業(yè)務承載性不好。SDH只能對以太網(wǎng)業(yè)務提供有限的固定帶寬通道，而不能夠提供大容量寬帶、帶寬動態(tài)調整、多等級服務質量等業(yè)務，無法完全發(fā)揮以太網(wǎng)業(yè)務的特點。
4）無法解決最前端業(yè)務的接入。通信系統(tǒng)只能解決通信機房的業(yè)務，而高速公路沿途和收費站內(nèi)的各種監(jiān)控和收費業(yè)務只能通過其他設備接入到通信機房，因此傳統(tǒng)的通信解決方案不能解決高速公路外場的設備接入問題，隨著高速公路通信監(jiān)控收費網(wǎng)絡融合，這種問題會越來越突出。
2、PTN、PON技術簡介
2.1PTN技術
PTN（分組傳送網(wǎng)，Packet Transport Network）是一種光傳送網(wǎng)絡架構和具體技術。在IP業(yè)務和底層光傳輸媒質之間設置了一個層面，它針對分組業(yè)務流量的突發(fā)性和統(tǒng)計復用傳送的要求而設計，以分組業(yè)務為核心并支持多業(yè)務提供，具有更低的總體使用成本（TCO），同時秉承光傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)優(yōu)勢，包括高可用性和可靠性、高效的帶寬管理機制和流量工程、便捷的OAM和網(wǎng)管、可擴展、較高的安全性等。
PTN支持多種基于分組交換業(yè)務的雙向點對點連接通道，具有適合各種粗細顆粒業(yè)務、端到端的組網(wǎng)能力，提供了更加適合于IP業(yè)務特性的“柔性”傳輸管道；點對點連接通道的保護切換可以在50毫秒內(nèi)完成，可以實現(xiàn)傳輸級別的業(yè)務保護和恢復；繼承了SDH技術的操作、管理和維護機制，具有點對點連接的完整OAM，保證網(wǎng)絡具備保護切換、錯誤檢測和通道監(jiān)控能力；完成了與IP/MPLS（多協(xié)議標簽交換，multi-protocol label switching）多種方式的互連互通，無縫承載核心IP業(yè)務；網(wǎng)管系統(tǒng)可以控制連接信道的建立和設置，實現(xiàn)了業(yè)務QoS的區(qū)分和保證，靈活提供SLA（服務等級協(xié)議，Service-Level Agreement）等優(yōu)點。
另外，它可利用各種底層傳輸通道（如SDH/Ethernet/OTN）?？傊?，它具有完善的OAM機制、精確的故障定位和嚴格的業(yè)務隔離功能，最大限度地管理和利用光纖資源，保證了業(yè)務安全性，在結合GMPLS（通用多協(xié)議標志交換協(xié)議，Generalized Mul-tiprotocol Label Switching）后，可實現(xiàn)資源的自動配置及網(wǎng)狀網(wǎng)的高生存性。
PTN設備的接口速率除了傳統(tǒng)的2M、155M，主要是千兆以太和萬兆以太，因此可以明顯降低每Mbit的傳送成本，并且由于技術的進步，端口密度、設備容量體積比大大增加，而耗電量明顯降低。
2.2PON技術
PON（無源光網(wǎng)絡，Passive Optical Network）是指ODN（光配線網(wǎng)）中不含有任何電子器件及電子電源，ODN全部由光分路器（Splitter）等無源器件組成,不需要貴重的有源電子設備。一個無源光網(wǎng)絡包括一個安裝于中心控制站的光線路終端（OLT），一級一批配套的安裝于用戶場所的光網(wǎng)絡單元（ONU）。在OLT與ONU之間的ODN包含了光纖以及無源分光器或者耦合器。
PON網(wǎng)絡的突出優(yōu)點是消除了戶外的有源設備，所有的信號處理功能均在交換機和用戶宅內(nèi)設備完成。它的傳輸距離比有源光纖接入系統(tǒng)的短，覆蓋的范圍較小，但它造價低，無須另設機房，維護容易。
PON信號傳輸上下行采用不同的方式。在下行方向上，OLT將信號以廣播式發(fā)給所有的用戶，在上行方向上，各ONU采用時分多路訪問協(xié)議（TDMA）完成數(shù)據(jù)的回傳。
目前用于寬帶接入的PON技術主要有： EPON（以太無源光網(wǎng)絡）和GPON（igabit-Capable PON），EPON以其完善的標準和低成本接入，已成為市場的主流應用技術。
3、高速公路PTN＋PON解決方案概述
隨著通信技術的不斷發(fā)展，以分組傳送網(wǎng)PTN和無源光網(wǎng)絡PON為主的通信傳輸接入技術已經(jīng)非常成熟，正在市場中大量的應用，逐漸替代原有SDH網(wǎng)絡設備。在高速公路通信系統(tǒng)中，由于視頻監(jiān)控業(yè)務的逐漸增多，傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡已經(jīng)越來越難以滿足業(yè)務需要，而PTN和PON技術卻能夠很好地解決寬帶以太網(wǎng)業(yè)務的傳輸和接入中的問題，因此非常適合在高速公路中應用。
高速公路通信系統(tǒng)由干線光纖傳輸系統(tǒng)、綜合業(yè)務接入系統(tǒng)、遠端接入系統(tǒng)、程控交換系統(tǒng)等構成。其中干線光纖傳輸系統(tǒng)仍然采用現(xiàn)有的SDH設備，綜合業(yè)務接入系統(tǒng)采用內(nèi)置PTN的光纖傳輸設備和寬帶接入設備組成，遠端接入系統(tǒng)采用無源光網(wǎng)絡PON設備組成，并可將PON的局端設備內(nèi)置到ONU中。
1）干線光纖傳輸系統(tǒng)
采用傳統(tǒng)的SDH設備有利于和原有干線網(wǎng)絡的聯(lián)網(wǎng)和業(yè)務管理。
2）綜合業(yè)務接入系統(tǒng)
綜合業(yè)務接入系統(tǒng)主要由光網(wǎng)絡單元（ONU）和光線路終端設備構成（OLT）。接入網(wǎng)光傳輸系統(tǒng)采用新一代寬窄帶一體化綜合接入設備組建。在通信分中心設置一套局用型光線路終端設備，在各無人通信站站各設置一套用戶型光線路終端設備。
接入系統(tǒng)采用全分組光纖傳送技術－PTN技術的內(nèi)置傳輸組建成千兆光纖自愈環(huán)網(wǎng)，為接入網(wǎng)提供千兆PTN光纖網(wǎng)絡，為高速公路各類業(yè)務提供豐富的傳輸帶寬。
3）遠端接入系統(tǒng)
遠端接入系統(tǒng)采用無源光網(wǎng)絡PON系統(tǒng)設備組成，主要解決高速公路收費站和高速公路沿途的視頻、監(jiān)控數(shù)據(jù)等業(yè)務的傳輸和接入。PON系統(tǒng)由局端設備與多個用戶端設備之間通過無源的光纜、光分/合路器等組成的光分配網(wǎng)連接?，F(xiàn)在某些廠家可將PON系統(tǒng)的局端設備內(nèi)置到綜合業(yè)務接入網(wǎng)ONU或者OLT設備內(nèi)，使遠端接入系統(tǒng)與綜合業(yè)務接入系統(tǒng)融為一體，并能夠由一個網(wǎng)絡管理系統(tǒng)進行管理和維護，使得高速公路的通信網(wǎng)絡系統(tǒng)能夠延伸到外場各個監(jiān)控點，大大提高了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡的安全性和可靠性，并減輕了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的管理和維護壓力。遠端接入系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖如下圖2所示。
高速公路沿線監(jiān)控數(shù)據(jù)和收費站監(jiān)控收費數(shù)據(jù)采用EPON組網(wǎng)，外場監(jiān)控攝像機接入前端編碼器，多個編碼器通過一根EPON光纖接入到通信設備上，布線方便節(jié)省光纖資源。同時EPON設備可以接入IP報警電話方便公路報警。還可以傳輸可變信號板和氣象站等外場設備的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一個網(wǎng)絡全面接入各種外場設備，這樣整體提高了高速公路監(jiān)控網(wǎng)絡的安全性。
無源光網(wǎng)絡支持話音業(yè)務、數(shù)據(jù)業(yè)務和視頻業(yè)務三網(wǎng)合一的接入，提供良好的組播與動態(tài)帶寬調度能力，支持大帶寬的數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務、VoIP業(yè)務、IPTV、CATV視頻業(yè)務和L2VPN業(yè)務的開展，有效支撐廣播式與交互式的VOD/IPTV/SDTV/HDTV等新興高寬帶業(yè)務的接入需求，并提供良好的QoS與安全性保障。
4、高速公路PTN＋PON解決方案特點
本解決方案具有如下特點：
4.1技術先進、是高速公路通信網(wǎng)絡未來發(fā)展的一種趨勢
全IP傳輸網(wǎng)絡：從傳統(tǒng)SDH系統(tǒng)的接口IP、內(nèi)核電路交換升級到PTN系統(tǒng)的接口和內(nèi)核均IP化，實現(xiàn)了接入網(wǎng)的全IP傳輸，并且前端PON設備也是以IP方式接入，因此實現(xiàn)了整個通信系統(tǒng)的IP化傳輸和接入。
全光纖網(wǎng)絡傳輸：將光纖網(wǎng)絡以PON的方式延伸到了高速公路沿途監(jiān)控點，實現(xiàn)了高速公路整個網(wǎng)絡的全光纖傳輸。
全寬帶網(wǎng)絡：以IP為核心，實現(xiàn)了全網(wǎng)全寬帶，提供10/100M、1000M、10GE等各種寬帶接口，能對各種寬帶業(yè)務高效可靠的傳輸。
4.2全網(wǎng)統(tǒng)一管理，方便管理維護
全網(wǎng)所有設備都實現(xiàn)了統(tǒng)一的管理，特別是對外場設備也能夠進行管理和維護，提高了高速公路通信系統(tǒng)管理范圍，能夠極大方便高速公路得管理和維護。
4.3高效承載高速公路視頻監(jiān)控業(yè)務
PTN和PON系統(tǒng)天生就是為大容量的IP業(yè)務所服務的，因此能夠完全適應高速公路視頻監(jiān)控業(yè)務對傳送網(wǎng)絡的需要，特別是能夠提供視頻業(yè)務端到端的傳輸和管理、端口帶寬流量的智能控制等功能。
4.4網(wǎng)絡安全可靠
PTN網(wǎng)絡完全吸收了SDH系統(tǒng)的保護和安全性能，PON作為無源光網(wǎng)絡能夠保證核心無源設備不會發(fā)生任何故障，因此整個網(wǎng)絡具有高度的網(wǎng)絡安全性和可靠性，能夠持續(xù)穩(wěn)定地為高速公路提供各類業(yè)務傳送通道。
4.5系統(tǒng)功能強大，靈活提供各種業(yè)務，定制個性化業(yè)務
PTN系統(tǒng)設備交換能力強大，且能夠提供更多的以太網(wǎng)業(yè)務接口，特別是能夠傳送大容量業(yè)務，同時還能提供原SDH系統(tǒng)設備的所有業(yè)務接口。系統(tǒng)可以根據(jù)業(yè)務需要，對業(yè)務進行分級管理和傳送，根據(jù)不同的應用環(huán)境要求定制個性化的傳送方案。
4.6可與現(xiàn)有網(wǎng)絡無縫對接、融合
PTN系統(tǒng)能夠提供E1、STM-1、STM-4等電路和光纖接口，能夠和SDH系統(tǒng)實現(xiàn)對接，能夠和高速公路已有網(wǎng)絡設備實現(xiàn)互聯(lián)互通。
4.7節(jié)能環(huán)保
由于PTN設備降低了網(wǎng)絡的傳送成本，且設備本身體積比較小，耗電量相比SDH更低，PON設備采用無源器件，無需耗費能源，因此整個解決方案非常節(jié)能、綠色、環(huán)保，能夠有效降低運營成本。
5、結束語
通信技術發(fā)展日新月異，一種技術從發(fā)展成熟到市場應用，再到被新的技術取代，一般也就10來年的時間。SDH技術從成熟到大規(guī)模應用，目前已經(jīng)近20年的時間了，已經(jīng)大大超過了其生命周期。新的業(yè)務需求不斷推動新的承載技術發(fā)展，特別是各種業(yè)務都已經(jīng)逐漸IP化了，更需要適應以IP業(yè)務為主的新的承載技術應用到高速公路通信網(wǎng)絡中。PTN—包傳送網(wǎng)絡正是為解決IP業(yè)務傳輸高帶寬、高傳輸效率、高可靠性傳輸需要的一種技術，它作為SDH技術的升級，吸收了SDH系統(tǒng)的優(yōu)點和IP交換的優(yōu)點，具有廣泛的應用前景。
