高速公路通信专网建设技术方案思考.docx

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高速公路通信专网建设技术方案思考

湖南省高速公路通信专网建设技术方案思考

来源：

互联网  发布时间：

2009-12-08

一、       湖南省高速公路业务需求分析

1.1高速公路业务需求

1.1.1高速公路业务分析

高速公路机电系统主要分为收费系统、监控系统、通信系统三个部分，其中通信系统是收费系统、监控系统的传输承载平台。

主要承载的业务有：

语音、收费数据、收费图像、监控图像、监控数据、OA办公自动化数据、会议电视数据、呼叫中心数据、交通信息服务数据等业务。

高速公路的机电业务特点是：

安全性要求高、业务种类繁多，每种业务的颗粒小，要求传输网络成熟、稳定，数据传输要采用面向连接的传输方式，并且具备灵活的业务调度能力。

1.1.2各种业务的带宽需求分析

高速公路机电系统的各种业务的带宽需求如下：

语音，2M；收费数据，4M；监控数据，2M；图像，16M（4路，各路中心到省）；办公自动化：

10M；会议电视：

8M；呼叫中心：

2M；交通信息服务数据：

8M（备用）。

目前，湖南省高速公路专网的带宽计算如下。

1、主干环网固定分配带宽计算：

不考虑其他路由，按主干环汇聚49个分中心信息计算固定带宽分配最大值。

a.中期（备用省中心实施前）：

最大固定分配带宽＝（2×2M+3×2M）×49+1×2M×2＝494M

b.远期（备用省中心实施后）：

最大固定分配带宽＝（2×2M+3×2M）×49+（2×2M+3×2M）×49+6×2M+1×2M×2＝996M。

2、干线网非固定分配带宽计算：

按省中心最大图像显示路数50，并且在同一时刻各种业务流量达到峰值计算。

a.中期（备用省中心实施前）：

最大非固定分配带宽＝50×4M+（2M+2M+4M+2M+2M+8M）×49＝1180M

b.远期（备用省中心实施后）：

最大非固定分配带宽＝50×4M+（2M+2M+4M+2M+2M+8M）×49+（2M+2M）×49＝1376M

按照上述需求计算，接入网的带宽需求，200M可以满足接入网需求。

干线带宽需求：

中期干线带宽需求为：

1.63G，远期干线带宽需求为：

2.3G。

1.1.3带宽选择

通过上述业务分析和带宽计算，湖南省高速传输网络主干路由的传输带宽为10G，末端路由的传输带宽为2.5G，接入网带宽为622M。

1.2信息化需求

目前，全国各省交通厅都在建设交通信息化网络，山西省、河北省、山东省、浙江省、江苏省等11个省份都开始了信息化示范工程的建设，部分省信息化网络的传输平台采用了在高速现有传输专网基础上建设，速率是核心层10G，汇聚层2.5G，接入层622M，采用SDH技术。

1.3总结

纵上所述，湖南省高速通信专网核心环网带宽选择10G，汇聚环网带宽选择2.5G，接入网带宽选择622M，可以满足现有机电业务的传输和后期交通信息化发展的需求。

二、       技术体制分析

2.1SDH、MSTP技术

SDH是应用最广泛的传送网技术，SDH系统以及基于SDH技术的多业务传送平台（MSTP）可采用环形、星形、树形、网孔等方式灵活组网；支持二/四纤、通道/复用段保护，网络运行安全可靠；系统的网管功能强大，能够实现链路的端到端管理；具有国际统一的标准接口，方便不同厂家的设备互联。

现阶段全国高速公路专网系统均按照SDH技术规划和建设。

SDH技术特点非常符合高速公路专网的需求和对安全性、稳定性要求极高的其他专网系统。

2.2WDM技术

WDM（WavelengthDivisionMultiplexing）波分复用系统可增加单光纤下的传输容量，该技术是在一根指定的光纤中，多路复用单个光纤载波的光谱间距，可以在较少的光纤数量下实现大容量的数据传输。

WDM技术又分为CWDM和DWDM，目前运营商的建网一般为DWDM，CWDM系统是成本与性能折中的产物（也就是说成本的降低是以牺牲性能实现的）。

WDM系统的特点是：

大容量、高速率、通过光放大器而非REG延伸传输距离，是一种点到点传输技术。

WDM系统主要优势是传输容量大，劣势比较明显：

（1）、业务调度不灵活。

不具备电交叉调度能力，难以对业务进行灵活调度，为业务设置好波长后，若要进行调整，须中断业务。

（2）、组网能力差。

为点到点的技术，而非一种组网技术，仅适用于简单的网络结构，在网络结构复杂时，一个站点将涉及多段配线架间的跳纤，维护难度大、维护成本高。

（3）、保护机制不完善。

不像SDH一样具备完善可靠的保护、倒换机制。

（4）、采用非随路的带外OSC（光信道监控），无法对通道进行精确的管理，所以网管能力非常差。

2.3OTN技术

WDM通过在一根光纤中同时传输几十个乃至上百个光波长而极大地提高了传输容量，但它的缺点也十分突出，如组网不够灵活，业务调度困难，难以对光波长进行调度，采用非随路的带外光监控信道不能对光复用通路进行全面而精细的检测，不具备像SDH一样可靠的保护倒换机制等等，从而达不到网络可运营、可管理的需求。

而SDH虽然具有分插复用能力灵活、OAM能力强大，保护倒换机制成熟可靠的优点，但它为单通道系统，无法适应迅猛发展的数据通信业务，不适合作为长途骨干网技术，只适合作为本地网技术。

OTN就是为了克服WDM与SDH的不足而产生的一种新的光传输技术。

它不仅具有WDM传输容量大的优点，而且还具有SDH可运营、可管理的能力。

从某种程度上来说，OTN是SDH与WDM技术的整合，是光传送网发展的方向。

由于OTN技术正在逐步取代WDM技术，所以IPOVERWDM也正在逐步发展为IPOVEROTN。

OTN相对WDM的优势很大，OTN技术在提供与WDM同样充足带宽的前提下，具备和SDH一样的组网能力，具有可扩展性强、客户信号的完全透明传送、灵活的光电交叉、多级串联连接监视、强大的前向纠错能力等特点，在骨干层面将希望成为下一代的统一传送平台。

OTN技术说明见附件2，IPOVERWDM分析见附件3。

2.4ASON技术

自动交换光网络（ASON）通常又被称为智能光网络，融合了传送与交换两大通信领域的技术特色，在数据传送方面兼容SDH、MSTP（多业务传送平台）映射、复用与接口技术，继承了SDH/MSTP无差错、无时延数据传输等技术优势；在网络控制方面借鉴了数据通信领域中的成熟技术，通过OSPF、RSVP等路由协议与信令，实现了网络智能化控制。

2.5技术比选

2.5.1干线传输系统

干线传输系统是在省中心和各路段中心之间构建起来的基础业务传送平台，为各种业务系统提供传输通道。

SDH/MSTP技术在干线传输系统组网方面有着其它技术无法逾越的优势，具备超强多业务接入和处理能力、网络自愈能力强、具有灵活业务调度、灵活组网和扩展能力。

并且SDH/MSTP向ASON智能光网络技术的演进是光传送网的一次具有里程碑意义的重大突破，被广泛认为是下一代光网络的主流技术，是高速公路通信专网技术的首选。

结合湖南省高速公路干线传输网的现状，同时更着眼于未来通信业务和技术发展的需要，规划采用ASON（自动交换光网络）技术构建全省高速公路骨干传输平台，连接省中心和各路段，实现大容量、高安全性的业务承载。

2.5.2接入网系统

综合业务接入系统实现话音、低速率数据、2M数据、以太网数据的接入，具备综合业务处理和传送能力。

综合业务接入系统由光传输设备和接入设备组成，应与干线传输系统技术体制相适应，方便业务的互联互通，实现网络资源的充分利用。

三、       湖南省高速公路专网现状及后期发展考虑

3.1接入网系统现状

本地接入网系统由SDH传输设备和综合业务接入设备组成。

光纤线路终端（OLT）设在有人通信站，通过V5接口与程控数字交换机连接，提供PDH、子速率、以太网、模拟音频等多种业务接口，具备综合接入能力。

本地接入网内置光传输设备采用隔站相连的方式组成复用段保护环或通道保护环，按照STM-4系统容量设置，后期可以平滑升级为STM-16。

3.2干线传输系统现状

现有干线传输系统采用基于SDH/MSTP（多业务传输平台）设备组建，省中心以及已建路中心站点基本处于满配置状态。

随着智能光网络设备的逐步安装，各路中心、省中心为主干节点引入大容量智能光网络节点设备，现有干线ADM节点设备可作为扩展子架使用，实现干线传输系统的网状组网，到2030年全省共规划49个路中心和2个省中心（一主一备），速率等级为STM-16，后期可以平滑升级为STM-64。

3.3后期发展考虑

3.3.1技术发展方向

SDH/MSTP系统向ASON技术平滑升级。

网络架构由目前的分层次的环形网络向扁平型的网孔状网络发展，形成多路由的网络保护能力。

3.3.2传输系统容量考虑

随着业务需求的发展，在原有传输系统的容量逐渐不能满足业务需求发展时，可以采用以下三种扩容方案。

方案一，在原有SDH/MSTP平台系统的基础上，进行系统的平滑升级。

接入网系统容量具备从STM-4升级到STM-16的能力。

干线系统的容量可以具备从STM-16升级到STM-64的能力，并且原有SDH传输系统还支持内置波分技术，可以持续升级到100G。

这种方案具备以下优势：

（1）系统扩容升级潜力大。

原传输系统在SDH技术下可以升级到STM-64，如果采用内置波分技术，采用DWDM系统通过级联可以做到40波，单波2.5G，采用CWDM系统可以做到8波，单波2.5G。

（2）投资成本最低，充分保护原有投资。

与新建一个平台系统比较，这种升级方案成本最低，效果最好。

原有的传输设备可以继续使用（或者作为扩展子架使用），做到最大限度的保护原有投资。

（3）升级方案简单易行，保证数据业务传输不中断，实现平滑升级。

原有SDH传输系统升级非常简单，只增加相应的SDH光接口板单板即可实现系统升级。

当原有SDH设备子架满配置时，也可以通过扩展子架技术（光口级联）实现系统升级。

（4）保证全省统一网管。

在原有传输系统上平滑升级，实现技术的向下兼容，可以继续保证全省集中、统一网管。

（5）实现后期维护工作顺利衔接。

管理、维护人员对原有系统设计方案、设备和相关技术非常熟悉，而系统升级只是单板升级或者增加，可以保证后期的维护工作顺利衔接。

面对未来不可预见的爆炸式业务增长，在业务容量可能超出100G的情况下，可以采用方案二进行系统升级。

方案二是方案一的补充和延续。

方案二，利用铺设好的大容量的光缆，通过新建传输平台来实现系统容量扩容。

这种方案可以保证不可预见的大容量数据传输，并且加强数据传输安全性，做到设备的主备用保护，实现智能保护倒换。

方案具备以下优势：

（1）系统扩容安全性高，数据传输业务不中断，可以保证原有系统的正常运行。

未来的新增业务与原有业务在不同的光纤中和不同的传输平台中传输，或者根据业务等级将不同的业务分配在不同的传输平台（光纤）中进行传输。

例如，将收费数据、语音、低速率等高级别业务在原有系统中进行物理隔离单独传输，而对于新增的大量IT业务整体打包在另外的传输平台中进行传输。

（2）通过新建平台，实现设备的主备用保护，提高系统安全性。

可以通过新建的传输平台系统与原有传输平台系统做设备级的主备用保护，实现系统出现故障时的智能自动倒换。

提高整个系统的安全性、稳定性。

保证重要数据的实时传输。

（3）系统升级统一规划，分步实施，有序进行。

对于业主而言，初期业务量没有爆炸增长情况下，可以在2根光纤上先实施开通基于SDH/MSTP的多业务传送平台，对语音、数据、视频业务进行传输，后期随着业务的爆炸增长，在SDH/MSTP升级扩容无法满足需求的情况下，可以利用另外的光纤建设一套新的传送平台，开通新增的业务。

（4）可以有效避免项目初期的盲目投资，价格低，易实施。

对于光缆资源充分或者有敷设光缆条件的业主而言，这是最为经济有效的扩充系统容量的解决方案。

投资是随着业务的增长逐步增加的，初期只铺设光缆，后期根据需要才建设新平台。

光缆采用的是广泛使用的G.652单模光缆，价格低廉实惠。

（5）后期的技术选择和发展余地大。

如今的通信和信息化技术发展非常迅猛、日新月异。

新平台的选型可以随着技术的发展选择最先进、稳定的技术。

如今SDH/MSTP技术在向ASON过渡，而WDM技术在向OTN和基于ASON的OTN技术发展，本地传输网技术也在向PTN技术发展。

所以，对于业主而言，可以一直跟踪技术发展，在新建网络时，选择最稳定、先进的传输技术，并且通信设备价格会随着技术发展和应用的成熟、广泛而逐步降低，业主可以将主动权掌握在自己手里。

方案三，对于无法方便铺设光缆的企业而言，如一些服务供应商（如电信运营商）而言，其光纤资源非常有限，在无法铺设光缆的情况下，只有尽可能的提高光纤的传输容量，就可能会采用将光纤中的波长充分使用的方案，也就是采用波分复用技术WDM。

但是，该方案有以下几个问题：

（1）设备投资大。

即使是新建WDM系统，也必须叠加SDH设备，才能实现业务的调度。

并且单WDM系统而言，单站点投资就非常昂贵，WDM单站点投资是目前SDH设备的3～4倍。

在目前大容量业务需求不明确的前提下，就在每个站点增加WDM设备，造价较高，增加了大量初期投资。

（2）技术风险大。

目前由于WDM系统的组网能力差，不具备相应的保护机制等问题，WDM技术正在向OTN技术发展，新建的波分网络一般采用OTN技术组建。

目前如果采用WDM技术建网，则面临新建的系统的技术迅速落伍问题以及后期维护困难的尴尬局面。

而如果采用OTN技术建网，则投资成本巨大。

（3）网管能力弱，系统故障点增加，维护难度增大。

新建WDM系统将增加系统复杂度，并且目前的WDM系统网管能力弱，随着故障点的增加，给后期的网络管理和维护增加难度。

如果新建WDM采用OTN技术，那么将造成天价投资。

（4）光缆问题造成的投资增长。

采用传统的G.652光纤只能开通粗波分复用，如果要开通密集波分复用系统必须采用G.655非零色散位移光纤（特种光纤），传统常规的G.652光纤的衰减和色散特性均无法适应波分复用技术要求。

而铺设G.655光缆的价格比传统的G.652光缆的价格高出一倍以上，对于已经建立起将近2000公里基于G.652光纤的高速公路通信网而言，重新敷设G.655光缆的费用将会是天价投资。

通过对上述三种方案的比选，对于高速公路业主而言，由于铺设光缆的管道资源丰富，因此采用方案一结合方案二的思路是最佳传输容量扩容解决方案。

这样可以做到，在系统带宽没有突破100G的情况下，采用SDH设备平滑扩容升级的方案（即方案一）。

如果出现爆炸式的业务增长，可以利用已有的光缆资源新建传输平台系统实现升级，对方案一进行有效的补充和延续（即方案二）。

湖南省高速公路监控中心

2009年11月20日

附件1：

投资分析

1、采用SDH技术。

a、本地网，本地网目前采用622M速率，如果升级为2.5G速率，单站点点成本大概14万（环形组网）。

b、骨干网，核心骨干网10G速率单站点成本在300万（组网孔网），末端路由的骨干节点成本100万（组网孔网）。

全省49个干线节点，总成本5000万。

2、采用波分复用技术成本分析。

a、本地网，以CWDM为例，按照OTM站型配置，单套成本8万（2.5G）。

由于CWDM只能做点到点组网传输，所以以一个10个站点的本地网为例，单站点成本80万。

并且随着网络的复杂度和站点数量的增加，投资成本还要大幅增加。

b、骨干网，如果采用DWDM技术，按照OTM站型配置，单套成本80万（2.5G），同样由于DWDM也只能做点到点组网传输，按照湖南省远期规划，共49个分中心。

那么单站点成本80万×49＝3920万，全网49个站点，骨干网总投资3920万×49＝19亿。

附件2：

OTN技术优势

OTN技术作为一种新型组网技术，相对已有的WDM组网技术，其主要优势如下。

（1）多种客户信号封装和透明传输

    支持多种帧结构的直接封装接入和透明传输。

例如：

SDH、ATM、以太网。

基于ITU-TG.709的OTN帧结构可以支持多种客户信号的映射和透明传输，如SDH、ATM、以太网等。

目前对SDH和ATM可实现标准封装和透明传送，但对不同速率的以太网的支持有所差异。

ITU-TG.sup43为10GE业务实现不同程度的透明传输提供了补充建议，而对于GE、40GE、100GE以太网和专网业务光纤通道（FC）以及接入网业务吉比特无源光网络（GPON）等，其到OTN帧中标准化的映射方式目前正在讨论之中。

（2）大颗粒的带宽复用、交叉和配置

    支持2.5G或10G波长的复用、交叉和配置。

OTN目前定义的电层带宽颗粒为光通路数据单元（ODUk,k=1,2,3），即ODU1（2.5Gbit/s）、ODU2（10Gbit/s）和ODU3（40Gbit/s），光层的带宽颗粒为波长，相对于SDH的VC-12/VC-4的调度颗粒，OTN复用、交叉和配置的颗粒明显要大很多，对高带宽数据客户业务的适配和传送效率显著提升。

（3）强大的开销和维护管理能力

    提供了可以进行网管的开销管理能力。

OTN提供了和SDH类似的开销管理能力，OTN光通路（OCh）层的OTN帧结构大大增强了OCh层的数字监视能力。

另外OTN还提供6层嵌套串联连接监视（TCM）功能，这样使得OTN组网时，采用端到端和多个分段同时进行性能监视的方式成为可能。

（4）增强了组网和保护能力

    具备了组网能力，可以组成链性和环形的网络架构。

通过OTN帧结构、ODUk交叉和多维度可重构光分插复用器（ROADM）的引入，大大增强了光传送网的组网能力，改变了目前基于SDHVC-12/VC-4调度带宽和WDM点到点提供大容量传送带宽的现状。

而采用前向纠错（FEC）技术，显著增加了光层传输的距离。

另外，OTN将提供更为灵活的基于电层和光层的业务保护功能，如基于ODUk层的光子网连接保护（SNCP）和共享环网保护、基于光层的光通道或复用段保护等。

OTN设备进展及分类

在OTN技术层面里，各个设备厂家的实现能力和设备进展情况不一致。

国内情况如下：

烽火只能做最简单的OTN设备，中兴可以做到第二类，华为可以做到第三类。

中国电信和华为合作主笔、其他厂家参与编写的《OTN网络对节点设备总体要求》中，对OTN设备进行了明确分类，功能由弱到强依次为：

（1）第一类——具有OTN接口的OTN设备。

封装格式按照ITU-T的G.709协议进行封装。

OTN设备的基本要求，主流的厂家提供的波分设备都能满足此要求。

（2）第二类——OTN电交叉设备

类似于现在的SDH交叉设备，OTN电交叉设备完成ODUk级别的电路交叉功能，为OTN网络提供灵活的电路调度和保护能力。

（3）三类——OTN光电混合交叉设备

与OCh交叉设备（ROADM或PXC）相结合，同时提供ODUk电层和OCh光层调度能力，波长级别的业务可以直接通过OCh交叉，其它需要调度的业务经过ODUk交叉，两者配合可以优势互补，又同时规避各自的劣势。

各设备形态发展过程如下，华为是率先全面支持上述所有OTN技术要求的厂家。

不仅如此，华为公司的OTN系列设备还引入了控制平面，具备基于波分的ASON功能。

附件3：

IPOVERWDM分析

通过IPoverWDM方式组网，节省了SDH层的投资，使得网络层次变得清晰、简单，降低了整体运维成本。

但IPoverWDM方案也存在一定的局限性。

由于没有了SDH层对业务的可靠保护，对业务进行保护的重担落在了WDM层上。

虽然在IP层也可通过双平面设计并引入快速恢复技术，但实现难度较高，成本较高，技术性与经济性无法得到保障。

传统WDM由于本身的技术限制，本质上只是一种点对点的大容量传输技术，在网络扩展能力、业务保护能力、业务的监控与维护等方面也存在种种不足。

采用IPoverWDM建网模式难以满足业务对传送网的新需求，必须探索新的传送模式，且这种传送模式应该是结合了SDH和波分各自的优势，既具有波分的大容量传输能力，又具有SDH的高效的保护、灵活的调度和完善的管理维护能力，即IPoverOTN。