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海淀分局备案编号电力OTN网络波道配置方案研究--《华北电力大学》2015年硕士论文
电力OTN网络波道配置方案研究
【摘要】：在电力行业中,为了保证电网运行的可靠、安全,电力通信网作为电网信息交换的枢纽,是电网的建设重点之一。随着社会的发展,电力行业信息化、数字化的发展,电力通信网将承载大量的IP业务。IP方式承载的业务往往需要较高带宽,业务的颗粒度较大,现有的电力通信网带宽将成为电网发展的瓶颈,OTN作为海量业务带宽的新型传输技术,以其良好的网络操作、维护及管理(Operations, Administration and Maintenance, OAM)功能等特点,越来越受到人们的重视。因此,需要在现有电力通信网络资源基础上构建大容量OTN骨干光传送网。电力通信网络建设过程中,波道配置方案是建设的重要环节。由于电力通信网承载的业务需求日益增长,而目前网络的可用资源有限。因此,如何在有限资源网络中为业务选择合适的路由和分配优化的波长成为波道配置方案设计过程中最重要的环节。该论文首先对目前电力通信网络现状进行了介绍,论证了它的不足及存在的问题,还对路由选择和波长分配算法也进行了详细的介绍。然后以某省级区域电力通信网为例,对业务断面划分与业务需求进行了分析,结合该区域电力通信网的现状及存在问题,设计出实用的波道配置方案。最后该论文还设计了一种基于链路保护的备用波道LP-ILP静态业务路由选择波长分配算法,为了验证其实用性,采用了不同的网络拓扑结构,在仿真过程中,通过与传统的FAR固定备选路由算法进行对比,证明了该算法的优越性,该算法可节省网络波长资源,使资源利用率提高。
【关键词】：
【学位授予单位】：华北电力大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2015【分类号】：TN929.1;TM73【目录】：
摘要5-6Abstract6-9第1章 绪论9-13 1.1 研究背景及意义9-10 1.2 OTN技术的国内外研究现状及其在电网中的应用分析10-11 1.3 本文的主要工作内容和结构安排11-13
1.3.1 本文的主要工作内容11
1.3.2 本文的结构安排11-13第2章 电力通信网现状及波长路由分配算法概述13-23 2.1 电力通信网现状13-14
2.1.1 电力通信网介绍13
2.1.2 电力骨干通信网现状及存在问题13-14 2.2 路由和波长分配算法概述14-22
2.2.1 RWA的概念和分类15
2.2.2 静态路由和波长分配算法15-18
2.2.3 动态路由和波长分配算法18-22 2.3 本章小结22-23第3章 区域电网波道配置方案设计23-42 3.1 电力OTN业务需求分析23-24
3.1.1 电力业务分类23
3.1.2 电力业务颗粒度分析23-24 3.2 业务数据流量分析与网络断面划分及类型24-27
3.2.1 业务数据流量分析24-25
3.2.2 网络断面划分及类型分析25-27 3.3 区域电力光传输网波道配置步骤设计27-28 3.4 区域电力光传输网波道配置方案设计28-36
3.4.1 网络断面划分28-30
3.4.2 业务带宽规划30-33
3.4.3 波道配置原则33-35
3.4.4 波道配置路由选择方法35-36 3.5 波道配置方案结果及分析36-41 3.6 本章小结41-42第4章 备用波道路由选择波长分配算法研究42-51 4.1 算法引出42-43 4.2 相关算法分析概述43-44 4.3 算法模型描述44-45 4.4 算法权重设定45 4.5 算法实现45-47 4.6 仿真实验与分析47-50
4.6.1 仿真环境设定47
4.6.2 链路保护策略性能实验与分析47-48
4.6.3 算法性能实验与分析48-50 4.7 本章小结50-51第5章 总结与展望51-52参考文献52-55攻读硕士期间发表的论文和专利55-56致谢56
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OTN目前看来是光传输网演进的下一步骤，提供了大容量、高速率的传输，更大的交叉颗粒解决了SDH交叉颗粒小的缺点，更加适合应用于大容量的传输环境。
OTN的光交叉提供波长级别的交叉连接，实现业务的光域路由，对于较为稳定的干线应用是很合适的。
OTN的电矩阵实现类似于SDH点交叉的功能，实现子波长业务的交叉，当然提供了一定的业务灵活性。
但是对于OTN这样以ODUk作为交叉颗粒的传输网络，多用于大容量的干线传输，业务相对稳定，使用光交叉完成波长级的业务路由其实是很好的契合了OTN交叉颗粒大的特征。如果用电矩阵虽然增加了灵活性，但是功耗大，成本高是不争的现实。
总感觉，光交叉对于OTN是更加合适的，电矩阵应该应用于更低速率的汇聚，甚至接入层面。而并不是如此高速率的OTN交叉。
经验539 分贝0 家园币169 在线时间：36 小时最后登录：帖子：精华：0注册时间：UID：241091
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OTN发展的方向不仅是干线大容量，灵活的传输载体，同时要兼顾未来全光网络的需求，所以小颗粒业务直接通过电交叉进入大颗粒干线传输，是必需的要求！
经验2182 分贝0 家园币3635 在线时间：549 小时最后登录：帖子：精华：1注册时间：UID：682800
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总的说来，光层交叉和电层交叉各有优势：
光层交叉，优势是方便对光波道的远程调度，较少跳纤，如ROADM，但如不配合ASON，保护方式不丰富；启用ASON后，可实现自愈保护，但维护难度加大；
电层交叉，优势在于保护方式多样化，小颗粒业务调度非常方便；
今后的GE就像现在的2M一样，是标准的业务颗粒，如果只有光层调度的话，不太方便！
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原帖由 飞天猪 于
22:29 发表
OTN发展的方向不仅是干线大容量，灵活的传输载体，同时要兼顾未来全光网络的需求，所以小颗粒业务直接通过电交叉进入大颗粒干线传输，是必需的要求！
小颗粒业务经过点交叉进入大颗粒干线传输，这个观点我是十分认同的。
以后的发展方向是：小颗粒业务电交叉，大颗粒业务光交叉。
但目前几百TB级的电交叉很吓人啊。
确实像楼上所说，以后GE,业务就像现在的2M了。但以后在接入就要动辄TB级的交叉，成本很恐怖啊！
经验2051 分贝0 家园币17319 在线时间：189 小时最后登录：帖子：精华：1注册时间：UID：66777
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并不同意楼主的观点，光交叉虽然好，但是带来的革命性创新并不多。对于光的本质属性--波长并不能进行调整，同时WSS引入了时延、PMD代价、OADM穿通代价等，一个纯光的网络走不了多大。40G、100G在光交叉中也是很吃力的。
电交叉目前的发展有些畸形了，各个厂家要么做大容量T级别的交叉，要么做SDH/OTN/PACKET的混合交叉，具体怎么走大家的思路并不一致。
任何的技术都必须依托于市场的，无论是固网还是移动网，存在着大规模的GE业务，短期内全部升级为10GE端口直接上OCH的代价比较高，因此电交叉使用的必要性还是有的。
经验276 分贝0 家园币250 在线时间：102 小时最后登录：帖子：精华：0注册时间：UID：671586
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原帖由 jackyin0804 于
04:55 发表
并不同意楼主的观点，光交叉虽然好，但是带来的革命性创新并不多。对于光的本质属性--波长并不能进行调整，同时WSS引入了时延、PMD代价、OADM穿通代价等，一个纯光的网络走不了多大。40G、100G在光交叉中也是很吃力的
jackyin的观点很好，我也一直认为，光交叉目前的现状只能进行波长级的交叉，并不能对一个波长的内部信号进行交叉等处理。所以认为光交叉应该用于高速率、业务稳定的干线传输，而需要对波长内的子信号提取与插入的还要使用电矩阵。这样光交叉负责干线、电矩阵负责边缘接入、业务整合的形式是我认为比较合理的OTN组网方式。
经验3 分贝0 家园币6 在线时间：2 小时最后登录：帖子：精华：0注册时间：UID：699983
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我很有同感，不过你要是看了英飞郎的DTN设备也许就不这么说了~原帖由 falazure 于
09:38 发表
jackyin的观点很好，我也一直认为，光交叉目前的现状只能进行波长级的交叉，并不能对一个波长的内部信号进行交叉等处理。所以认为光交叉应该用于高速率、业务稳定的干线传输，而需要对波长内的子信号提取与插入的 ...
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为什么？英飞郎的DTN设备？
经验13 分贝0 家园币232 在线时间：14 小时最后登录：帖子：精华：0注册时间：UID：79590
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如能光电混合交叉就OK了。光交叉目前更多的用于光ODF，本地网应用场景会更多吧？干线业务上的几年也不动，不需要灵活调度，本地网的业务要求灵活性还是很高的。在国内，光交叉还用得不多，对光缆等线路性能指标要求高吧。
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现在又觉得OTN的电交叉是不是有点鸡肋啊，怎么说交叉颗粒都是ODU-X，最小的ODU-0也是1G大小，而且不能更小了，以目前的观点PTN+OTN的配合使用，让PTN完成电域的交叉就好了，毕竟一些大的PTN设备也能完成大容量的汇聚功能。这样岂不是效率很高，又避免了OTN电交叉与PTN电交叉的重复开发建设。也使运营商在选用电交叉的时候少了到底是用OTN电交叉呢？还是用PTN电交叉的顾虑。
而且感觉先用完PTN电交叉，在使用大颗粒的OTN电交叉确实比较浪费啊。
经验1974 分贝1089 家园币2210 在线时间：974 小时最后登录：帖子：精华：1注册时间：UID：182715
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如果光交叉的技术和成本能跟电领域的进度相近的话，我认为大家是可以选择光交叉。
对于光波信道头的识别，告警的插入，这个东东还是太贵了。而现在的OTN仅仅是看作一个Sonet的升级罢了， 如果运营商说我光纤多，不考虑复用效率，还很难说服他们买设备。
不过楼上几位都提到了，交叉是否需要T比特的却是很有意思的一个论题。
名剑俱坏，英雄安在，繁华几时相交代？
想兴衰，苦为怀；
东家方起西家败，世态有如云变改。
成，也是天地哀；
败，也是天地哀。
经验276 分贝0 家园币250 在线时间：102 小时最后登录：帖子：精华：0注册时间：UID：671586
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Tbit的交叉容量，其交叉颗粒包括ODU1,2,3,4.ODU4的颗粒都已经是100G，用电的子波长交换去交叉100G的数据，从容量角度讲和用光交叉交叉波长信号没有什么区别。可是耗能更大，需要的处理更多，能够增加的优势只有所谓的电交叉的灵活性，当交叉颗粒到达如此大的颗粒的时候这样的灵活性是否真的有意呢？
经验447 分贝0 家园币867 在线时间：286 小时最后登录：帖子：精华：0注册时间：UID：569057
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很有道理啊
原帖由 飞天猪 于
22:29 发表
OTN发展的方向不仅是干线大容量，灵活的传输载体，同时要兼顾未来全光网络的需求，所以小颗粒业务直接通过电交叉进入大颗粒干线传输，是必需的要求！
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　　摘要：随着智能电网的发展，电力通信业务化、宽带化的发展趋势越来越明显。电力通信网络承载业务带宽和业务种类也不断增加，使得现有通信技术中的电网已逐渐不能满足需求，技术的引入为电力通信技术提供更有效和更可靠的支持。然而，对光传送网（OTN）技术的引入，也促进了传统的链型和环形网络结构向网状化演进。
　　关键词：电力通信& 光传送网&& 应用分析&
　　1 概况
　　电力通信网是电力行业专用的通信网，是实现电网自动化、信息化、智能化的基础性支撑手段，涉及到了电网运行的各个环节⑴。电力通信同时涉及到了电力和通信两大行业，在应用上有电力行业的特色，在技术上又受到通信行业技术发展的推动。电力通信主要的技术手段先后经历了电力线载波、微波技术到光纤通信的发展过程。光纤通信在传输损耗、抗干扰能力、传输容量等方面有着其他传输技术无法比拟的优势，现阶段已成为电力通信最主要的技术手段。OTN是在目前全光组网的关键技术不成熟的背景下，基于现有的光电技术，而提出的传送网组网技术。在子网内部实现全光处理通过波分复用实现大容量传输，在子网边界处进行光电混合处理能提供各种业务的适配接入。
　　2& OTN分层结构
　　OTN网络层次自上而下分为三层，涵盖了光和电两个不同的处理领域。
　　2.1光信道层
　　光信道层，为不同业务信号提供端到端的透明光传输。这一层中有划分了三个电域子层，分别是光信道净荷单元、光信道数据单元和光信道传输单元。这样划分的目的是为了适应不同速率的多种业务的接入，同时每层网络都加入销字节，提高网络监测与操作维护管理能力。光信道层应实现的功能如下：不同业务信号的适配、光信道的建立、光信道层开销的处理、提供光信道的监视功能和实现光信道层业务的保护与恢复，另外OTN的电交叉也是基于本层光信道传输单元的实现。
　　2.2 光复用段层
　　光复用段层为多波长信号提供网络连接功能，保证多波长信号的完整传输。该层网络的功能包括：多波长复用及复用段层开销的处理，实现复用段的监视和保护等管理功能。
　　2.3光传输段层
　　光传输段层为光复用段的信号在不同类型的光媒介上提供传输功能。光传输段层应具备的功能如下：处理本层开销、产生/提取光监控信道、提供光信道到物理传输媒介的适配等，另外对光放大器和中继器的监控也在本层实现。
　　3 OTN的交叉连接技术与设备形态
　　(1) OTN终端复用设备
　　OTN终端复用设备是在波分复用设备基础上增加了满足结构标准的物理和逻辑接口，如图1所示，不包括虚线框的电交叉和光交叉部分。仅实现业务上/下和光信号的传输。
　　（2）电交叉连接设备
　　与同步数字系列的电交叉连接设备相似，OTN的电交叉设备采用光一电一光的处理方式，完成光数据单元的电路交叉功能，具有良好的业务适配性，还可为OTN网络提供灵活的电路调度和可靠的电层保护功能，但在节点容量较大的网络中存在调度容量不足的缺陷。如图所示，仅包虚线框的光数据单元电交叉部分。
　　(3) OTN分插复用设备
　　OTN光分插复用设备完成基于波长级的业务调度，和电交叉相比，调度容量更大，满足大规模网络的交叉调度需求。无需光电转换可实现光层的灵活组网、光信号的复用放大等。支持多个光方向的交叉调度，目前最多可支持9个光方向，每个方向支持40波、80波或者更多的传输容量。如图1所示，仅包含虚线框的光信道层光交叉部分。
　　（4）OTN光电混合交叉连接设备
　　OTN光电混合交叉连接设备能够同时提供电层和光层交叉调度能力。两者配合可以优势互补，同时避免各自的不足。但是设备成本较高，阻碍了它的应用的推广。如图1所示，仅包含虚线框的光数据单元电交叉和光信道层光交叉两部分。
　　由上述分析可知，选择何种OTN设备类型，需要综合考虑网络交叉容量、设备成本、组网方式和物理条件等因素的影响。通过不同设备组网，可以满足不同的业务需求，下一节将会详细分析基于不同设备的组网方式。
　　4 OTN在电力骨干通信网中的应用分析
　　4.1 OTN与现有网络的关系
　　(1)OTN与同步数字系列（SDH）
　　SDH技术己在电力通信网中得到广泛应用，它所具有的基于虚容器粒度的带宽调度机制，非常适用于小颗粒时分复用模式语音业务和生产控制类业务的承载SDK还将在电力通信系统中发挥重要作用。但是对于大容量的数据类业务，SDH技术在带宽容器太小、适配和承载效率等方面明显不足。OTN建设的初期，承载大颗粒业务，SDH主要用于小颗粒业务传送，因此OTN网络与SDH网络通常是客户一服务关系，对于2.5Gbit/s以下小颗粒业务的调度和保护通常在SDH网络上实现。但是随着OTN技术的发展，已经可以支持1Gbit/s颗粒业务的调度和保护，SDH会逐渐被OTN所取代。
　　(2)OTN与波分复用(WDM)
　　WDM技术采用多个光波道复用的方式，扩容线路传输容量，是目前光纤通信系统中大容量骨干传输网应用的主要技术。单纯的WDM网络特点是传输容量大、组网能力差、网络管理和监视能力薄弱，采用单纯的WDM技术构建大容量传输网络，虽然能够提供充足的传输容量，但无法提供灵活的业务传送与调度，无法实现网络的高可靠性和维护性，存在着一定的功能缺陷。而OTN构筑在WDM系统之上，具有J结构物理和逻辑接口、光层交叉、电层交叉等技术，提高了WDM的各方面性能，弥补了WDM的缺陷。因此，WDM网络可通过增加设备功能，逐步升级改造为OTM网络。
　　4.2 OTN的网络定位
　　OTN最大的优势是具有大颗粒交叉调度能力，可满足大容量的交叉调度和传输的需求，因此首先被考虑使用在核心骨干层。但是随着OTN技术的发展，国际电信联盟为其定义了1Gbit/s交叉颗粒，OTN也可以提供较小的交叉需求，因而OTN的应用范围得到了扩展，向更低的网络层次下沉，未来可实现直接由OTN＋接入层构建整个传输网结构。就电力系统而言，目前主要还是应用于骨干层网络。
　　4.3 OTN组网方案
　　OTN可采用不同设备组网，可采用以下几种方案：
　　(1) 采用OTN设备组网。
　　光学触控模组设备只是在WDM设备上增加支持逻辑接口。可以在光层实现信号的处理，如放大、传输等。
　　本方案优点：组网成本最低；实现简单，通过升级设备板卡即可实现，是WDM网络向OTN网络演进的最直接方式；增强了光层的处理和功能。
　　缺点：不具备交叉连接功能，仅能为业务信号提供传送功能。
　　(2) 采用OTN电交叉设备组网。
　　基于OTN电交叉的网络，业务通过逻辑接口规定的封装规程映射，可在电层实现基于光数据单元颗粒的交叉调度，在光层实现信号的传送。
　　本方案优点：电交叉组网同时支持不同大小的颗粒（根据K不同，可支持1Gbit/s、2.5Gbit/s、10Gbit/s等）交叉调度，提供Gbit/s级别以上的较大容量传输，具有基于光数据单元的多种保护方式，支持电层组织网状网。可在实现信号3R功能，难一跨段距离不受限制。
　　缺点：成本较OTN设备要高；电层交叉调度容量有限。
　　(3)用OTN光分插复用设备组网。
　　基于光交叉的OTN网络，业务通过逻辑接口规定的封装规程映射，可在光层实现基于波长级别的交叉调度和信号传送。
　　本方案优点：可通波长级别的端到端业务的交叉调度，调度容量比电交叉更大；可在光层实现业务的直通，不需经过电层处理；光交叉可实现灵活组网，支持网状网；提供光通道、复用段等多种光层保护方式。
　　缺点：存在波长一致性约束问题，需要采取措施避免资源冲突；长距离传输会产生信号衰耗和色散，需要增加光放大器和色散补偿，但是又会增加噪声累积，需要保证信噪比，但跨段距离较短；光交叉设备成本比电交叉设备高。
　　(4)采用光电混合交叉设备组网。
　　通过光电混合交叉设备组网，既有电层处理的优势，又有光层处理的好处。可支持多种业务的适配，可进行电层和光层的联合调度。
　　本方案优点：光电联合调度更加灵活、多样，多业务适应能力更强；支持大容量传输，组网方式更加合理，支持网状网；支持光层、电层多种保护方式，可靠性更高；可利用电层功能，实现光信号再生，提高单跨段传输距离。
　　缺点：两层交叉设备更复杂，组网成本最高，光层存在波长资源冲突问题等。
　　综上所述，选择合适的组网模式时，应当考虑系统容量、功能需求、网络结构、组网成本等多种因素，综合各方面的要求选择合适的方案。
　　5 结束语
　　信息通信技术是智能电网的重要支撑手段，通信网络是智能电网信息传输的基础平台，沟通了电力系统的各个环节。智能电网的建设必须要有效、可靠、高速的通信技术的保证。作为下一代骨干传送网，具有光层和电层两个层面的大颗粒调度交叉、大容量传输、组网、保护、监视以及管理与维护的能力，会逐步取代传统和的位置。
　　参考文献
　　[1]张淑娥等电力系统通信技术[M]北京：中国电力出版社，2009
　　[2]丁慧霞，汪洋，张杰，等电力OTN骨干通信网组网策略研究[J].2012年电力通信管理暨智能电网通信技术论坛论文集2013.
　　[3]赵峰刘建明，张永军等光传送技术在电力系统中的应用研究[J].电力系统通信,）:1-5.
　　作者简介
　　钱瑛（1977&），女，江苏张家港人，本科，高级工程师，主要从事电力系统通信运维管理工作。
　　芮小峰（1773&），男，江苏常州人，本科，工程师，主要从事电力系统通信工程管理工作 。
　　吴博科（1983&），男，江苏常州人，硕士研究生，工程师，主要从事电力系统通信运维管理工作。
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