PON+PTN技術(shù)在高速公路通信專網(wǎng)中的應(yīng)用
引言
同步數(shù)字體系（SDH）從上世紀(jì)90年代中期進(jìn)入實(shí)用化，在全球獲得了巨大的發(fā)展，SDH的出現(xiàn)被業(yè)界認(rèn)為是光傳送網(wǎng)領(lǐng)域的一次革命。我國(guó)高速公路專用通信網(wǎng)的光傳送網(wǎng)主要采用SDH技術(shù)，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(luò)的固有缺點(diǎn)已不能適應(yīng)新業(yè)務(wù)需求，高速公路光傳送網(wǎng)的升級(jí)和演進(jìn)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(shè)備信息傳輸用的，主要提供E1、RS232、RS485等各類低速業(yè)務(wù)接口。后來隨著高速公路視頻監(jiān)控和收費(fèi)業(yè)務(wù)的需要，以及MSTP技術(shù)的發(fā)展和成熟，又逐漸增加了以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接口。目前的SDH設(shè)備在高速公路上主要是承載監(jiān)控業(yè)務(wù)、收費(fèi)業(yè)務(wù)等各類IP業(yè)務(wù)，而傳統(tǒng)的電話業(yè)務(wù)反而只占用了很少的帶寬。隨著接入網(wǎng)向?qū)拵Щ?、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(wù)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(yīng)用了10多年了，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，SDH承載技術(shù)能夠滿足高速公路基本業(yè)務(wù)的需要，為高速公路的通信、收費(fèi)、監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)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(wù)為主的寬帶業(yè)務(wù)不斷增加，SDH這種以電路交換為核心的技術(shù)已經(jīng)越來越難以承載大量的寬帶業(yè)務(wù)，其主要表現(xiàn)有以下幾個(gè)方面：
1）傳輸效率比較低。SDH技術(shù)原本就是以傳輸固定速率和低帶寬的電路業(yè)務(wù)，以2M為基本顆粒，因此其承載10/100M以太網(wǎng)時(shí)需要將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分割成無數(shù)個(gè)2M顆粒，經(jīng)過層層的封裝和復(fù)雜的轉(zhuǎn)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(wù)時(shí)這種帶寬的浪費(fèi)尤其嚴(yán)重，只有約50％左右的帶寬能夠用戶傳輸以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。
2）升級(jí)擴(kuò)容代價(jià)比較高。對(duì)于新增視頻監(jiān)控等高帶寬需求的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，SDH系統(tǒng)只有通過升級(jí)傳輸帶寬和增加以太網(wǎng)單板等方式實(shí)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(jí)擴(kuò)容代價(jià)比較高，且替換下來的設(shè)備和單板基本無用處。
3）對(duì)高速公路視頻監(jiān)控等以太網(wǎng)業(yè)務(wù)承載性不好。SDH只能對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)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(dòng)態(tài)調(diào)整、多等級(jí)服務(wù)質(zhì)量等業(yè)務(wù)，無法完全發(fā)揮以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)。
4）無法解決最前端業(yè)務(wù)的接入。通信系統(tǒng)只能解決通信機(jī)房的業(yè)務(wù)，而高速公路沿途和收費(fèi)站內(nèi)的各種監(jiān)控和收費(fèi)業(yè)務(wù)只能通過其他設(shè)備接入到通信機(jī)房，因此傳統(tǒng)的通信解決方案不能解決高速公路外場(chǎng)的設(shè)備接入問題，隨著高速公路通信監(jiān)控收費(fèi)網(wǎng)絡(luò)融合，這種問題會(huì)越來越突出。
2、PTN、PON技術(shù)簡(jiǎn)介
2.1PTN技術(shù)
PTN（分組傳送網(wǎng)，Packet Transport Network）是一種光傳送網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和具體技術(shù)。在IP業(yè)務(wù)和底層光傳輸媒質(zhì)之間設(shè)置了一個(gè)層面，它針對(duì)分組業(yè)務(wù)流量的突發(fā)性和統(tǒng)計(jì)復(fù)用傳送的要求而設(shè)計(jì)，以分組業(yè)務(wù)為核心并支持多業(yè)務(wù)提供，具有更低的總體使用成本（TCO），同時(shí)秉承光傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)優(yōu)勢(shì)，包括高可用性和可靠性、高效的帶寬管理機(jī)制和流量工程、便捷的OAM和網(wǎng)管、可擴(kuò)展、較高的安全性等。
PTN支持多種基于分組交換業(yè)務(wù)的雙向點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接通道，具有適合各種粗細(xì)顆粒業(yè)務(wù)、端到端的組網(wǎng)能力，提供了更加適合于IP業(yè)務(wù)特性的“柔性”傳輸管道；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接通道的保護(hù)切換可以在50毫秒內(nèi)完成，可以實(shí)現(xiàn)傳輸級(jí)別的業(yè)務(wù)保護(hù)和恢復(fù)；繼承了SDH技術(shù)的操作、管理和維護(hù)機(jī)制，具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的完整OAM，保證網(wǎng)絡(luò)具備保護(hù)切換、錯(cuò)誤檢測(cè)和通道監(jiān)控能力；完成了與IP/MPLS（多協(xié)議標(biāo)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(wù)；網(wǎng)管系統(tǒng)可以控制連接信道的建立和設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)QoS的區(qū)分和保證，靈活提供SLA（服務(wù)等級(jí)協(xié)議，Service-Level Agreement）等優(yōu)點(diǎn)。
另外，它可利用各種底層傳輸通道（如SDH/Ethernet/OTN）。總之，它具有完善的OAM機(jī)制、精確的故障定位和嚴(yán)格的業(yè)務(wù)隔離功能，最大限度地管理和利用光纖資源，保證了業(yè)務(wù)安全性，在結(jié)合GMPLS（通用多協(xié)議標(biāo)志交換協(xié)議，Generalized Mul-tiprotocol Label Switching）后，可實(shí)現(xiàn)資源的自動(dòng)配置及網(wǎng)狀網(wǎng)的高生存性。
PTN設(shè)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(shù)的進(jìn)步，端口密度、設(shè)備容量體積比大大增加，而耗電量明顯降低。
2.2PON技術(shù)
PON（無源光網(wǎng)絡(luò)，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(shè)備。一個(gè)無源光網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)安裝于中心控制站的光線路終端（OLT），一級(jí)一批配套的安裝于用戶場(chǎng)所的光網(wǎng)絡(luò)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(luò)的突出優(yōu)點(diǎn)是消除了戶外的有源設(shè)備，所有的信號(hào)處理功能均在交換機(jī)和用戶宅內(nèi)設(shè)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(jià)低，無須另設(shè)機(jī)房，維護(hù)容易。
PON信號(hào)傳輸上下行采用不同的方式。在下行方向上，OLT將信號(hào)以廣播式發(fā)給所有的用戶，在上行方向上，各ONU采用時(shí)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(shù)主要有： EPON（以太無源光網(wǎng)絡(luò)）和GPON（igabit-Capable PON），EPON以其完善的標(biāo)準(zhǔn)和低成本接入，已成為市場(chǎng)的主流應(yīng)用技術(shù)。
3、高速公路PTN＋PON解決方案概述
隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，以分組傳送網(wǎng)PTN和無源光網(wǎng)絡(luò)PON為主的通信傳輸接入技術(shù)已經(jīng)非常成熟，正在市場(chǎng)中大量的應(yīng)用，逐漸替代原有SDH網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在高速公路通信系統(tǒng)中，由于視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的逐漸增多，傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)越來越難以滿足業(yè)務(wù)需要，而PTN和PON技術(shù)卻能夠很好地解決寬帶以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的傳輸和接入中的問題，因此非常適合在高速公路中應(yīng)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(wù)接入系統(tǒng)、遠(yuǎn)端接入系統(tǒng)、程控交換系統(tǒng)等構(gòu)成。其中干線光纖傳輸系統(tǒng)仍然采用現(xiàn)有的SDH設(shè)備，綜合業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)采用內(nèi)置PTN的光纖傳輸設(shè)備和寬帶接入設(shè)備組成，遠(yuǎn)端接入系統(tǒng)采用無源光網(wǎng)絡(luò)PON設(shè)備組成，并可將PON的局端設(shè)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(shè)備有利于和原有干線網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)和業(yè)務(wù)管理。
2）綜合業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)
綜合業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)主要由光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）和光線路終端設(shè)備構(gòu)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(shè)備組建。在通信分中心設(shè)置一套局用型光線路終端設(shè)備，在各無人通信站站各設(shè)置一套用戶型光線路終端設(shè)備。
接入系統(tǒng)采用全分組光纖傳送技術(shù)－PTN技術(shù)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(luò)，為高速公路各類業(yè)務(wù)提供豐富的傳輸帶寬。
3）遠(yuǎn)端接入系統(tǒng)
遠(yuǎn)端接入系統(tǒng)采用無源光網(wǎng)絡(luò)PON系統(tǒng)設(shè)備組成，主要解決高速公路收費(fèi)站和高速公路沿途的視頻、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的傳輸和接入。PON系統(tǒng)由局端設(shè)備與多個(gè)用戶端設(shè)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(shè)備內(nèi)置到綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)ONU或者OLT設(shè)備內(nèi)，使遠(yuǎn)端接入系統(tǒng)與綜合業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)融為一體，并能夠由一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行管理和維護(hù)，使得高速公路的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠延伸到外場(chǎng)各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，大大提高了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(hù)壓力。遠(yuǎn)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?cái)?shù)據(jù)和收費(fèi)站監(jiān)控收費(fèi)數(shù)據(jù)采用EPON組網(wǎng)，外場(chǎng)監(jiān)控?cái)z像機(jī)接入前端編碼器，多個(gè)編碼器通過一根EPON光纖接入到通信設(shè)備上，布線方便節(jié)省光纖資源。同時(shí)EPON設(shè)備可以接入IP報(bào)警電話方便公路報(bào)警。還可以傳輸可變信號(hào)板和氣象站等外場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)全面接入各種外場(chǎng)設(shè)備，這樣整體提高了高速公路監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的安全性。
無源光網(wǎng)絡(luò)支持話音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)三網(wǎng)合一的接入，提供良好的組播與動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)度能力，支持大帶寬的數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)、VoIP業(yè)務(wù)、IPTV、CATV視頻業(yè)務(wù)和L2VPN業(yè)務(wù)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(wù)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(diǎn)
本解決方案具有如下特點(diǎn)：
4.1技術(shù)先進(jìn)、是高速公路通信網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展的一種趨勢(shì)
全I(xiàn)P傳輸網(wǎng)絡(luò)：從傳統(tǒng)SDH系統(tǒng)的接口IP、內(nèi)核電路交換升級(jí)到PTN系統(tǒng)的接口和內(nèi)核均IP化，實(shí)現(xiàn)了接入網(wǎng)的全I(xiàn)P傳輸，并且前端PON設(shè)備也是以IP方式接入，因此實(shí)現(xiàn)了整個(gè)通信系統(tǒng)的IP化傳輸和接入。
全光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸：將光纖網(wǎng)絡(luò)以PON的方式延伸到了高速公路沿途監(jiān)控點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高速公路整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全光纖傳輸。
全寬帶網(wǎng)絡(luò)：以IP為核心，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)全寬帶，提供10/100M、1000M、10GE等各種寬帶接口，能對(duì)各種寬帶業(yè)務(wù)高效可靠的傳輸。
4.2全網(wǎng)統(tǒng)一管理，方便管理維護(hù)
全網(wǎng)所有設(shè)備都實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的管理，特別是對(duì)外場(chǎng)設(shè)備也能夠進(jìn)行管理和維護(hù)，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(hù)。
4.3高效承載高速公路視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)
PTN和PON系統(tǒng)天生就是為大容量的IP業(yè)務(wù)所服務(wù)的，因此能夠完全適應(yīng)高速公路視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)對(duì)傳送網(wǎng)絡(luò)的需要，特別是能夠提供視頻業(yè)務(wù)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(luò)安全可靠
PTN網(wǎng)絡(luò)完全吸收了SDH系統(tǒng)的保護(hù)和安全性能，PON作為無源光網(wǎng)絡(luò)能夠保證核心無源設(shè)備不會(huì)發(fā)生任何故障，因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有高度的網(wǎng)絡(luò)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(wù)傳送通道。
4.5系統(tǒng)功能強(qiáng)大，靈活提供各種業(yè)務(wù)，定制個(gè)性化業(yè)務(wù)
PTN系統(tǒng)設(shè)備交換能力強(qiáng)大，且能夠提供更多的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接口，特別是能夠傳送大容量業(yè)務(wù)，同時(shí)還能提供原SDH系統(tǒng)設(shè)備的所有業(yè)務(wù)接口。系統(tǒng)可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要，對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分級(jí)管理和傳送，根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境要求定制個(gè)性化的傳送方案。
4.6可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)無縫對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)接，能夠和高速公路已有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。
4.7節(jié)能環(huán)保
由于PTN設(shè)備降低了網(wǎng)絡(luò)的傳送成本，且設(shè)備本身體積比較小，耗電量相比SDH更低，PON設(shè)備采用無源器件，無需耗費(fèi)能源，因此整個(gè)解決方案非常節(jié)能、綠色、環(huán)保，能夠有效降低運(yùn)營(yíng)成本。
5、結(jié)束語(yǔ)
通信技術(shù)發(fā)展日新月異，一種技術(shù)從發(fā)展成熟到市場(chǎng)應(yīng)用，再到被新的技術(shù)取代，一般也就10來年的時(shí)間。SDH技術(shù)從成熟到大規(guī)模應(yīng)用，目前已經(jīng)近20年的時(shí)間了，已經(jīng)大大超過了其生命周期。新的業(yè)務(wù)需求不斷推動(dòng)新的承載技術(shù)發(fā)展，特別是各種業(yè)務(wù)都已經(jīng)逐漸IP化了，更需要適應(yīng)以IP業(yè)務(wù)為主的新的承載技術(shù)應(yīng)用到高速公路通信網(wǎng)絡(luò)中。PTN—包傳送網(wǎng)絡(luò)正是為解決IP業(yè)務(wù)傳輸高帶寬、高傳輸效率、高可靠性傳輸需要的一種技術(shù)，它作為SDH技術(shù)的升級(jí)，吸收了SDH系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和IP交換的優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
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