OTN传输网在轨道交通的应用和维护.docx

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OTN传输网在轨道交通的应用和维护

毕业设计（论文）

OTN传输网在轨道交通的应用和维护

教学点：

专业：

姓名：

学号：

指导教师：

教育学院

毕业设计（论文）承诺书与版权使用授权书

本人所呈交的毕业论文是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果。

除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

本毕业论文是本人在读期间所完成的学业的组成部分，同意学校将本论文的部分或全部内容编入有关书籍、数据库保存，并向有关学术部门和国家相关教育主管部门呈交复印件、电子文档，允许采用复制、印刷等方式将论文文本提供给读者查阅和借阅。

论文作者签名：

_______________________年_______月______日

指导教师签名：

_______________________年_______月______日

北京交通大学

毕业设计（论文）成绩评议

年级

2019

层次

专升本

专业

通信工程

姓名

题目

OTN传输网在轨道交通的应用和维护

指

导

教

师

评

阅

意

见

成绩评定：

指导教师：

年月日

答

辩

小

组

意

见

答辩小组负责人：

年月日

毕业设计（论文）任务书

本任务书下达给：

2019级通信工程专业学生

设计（论文）题目：

OTN传输网在轨道交通的应用和维护

一、毕业设计（论文）基本内容

5G通信网在5G运营指挥发挥了重要的作用。

高速5G对通信网络所能承载的业务要求不断增多，如IP数据网、5G综合视频监控等。

导致了5G通信骨干传送网的带宽、大颗粒业务需求量急剧增加，对网络传输带宽的要求也不断提高。

光传送网（OTN）技术是在同步数字体系（SDH）和波分复用（WDM）技术上逐步发展完善起来的，它有两种技术的共同优点，安全性也有很大提高。

本毕业设计要求掌握OTN技术的基本原理、帧结构、网络结构；熟悉华为OTN设备的基本功能及其实现；针对华为传输设备的日常维护问题和常见故障处理提出建议和处理意见。

二、基本要求

（1）资料查询与分析：

通过现场调研、实习，利用图书馆及电子资源等对搜集的资料、参考文献进行整理和分析。

（2）论文结合工作岗位经历完成，通过论文的写作，培养理论联系实际的工作作风和严谨的工作态度。

培养综合应用、独立分析和解决实际问题的能力，培养创新意识和创新能力。

（3）内容要理论结合实际，结合OTN传输系统的维护，对现场维护有一定的指导意义。

论文要层次清楚，结构合理，观点正确，论据充分，条理清楚，文字通顺，格式符合北京交通大学本科论文写作规范要求。

三、重点研究的问题

（1）OTN传输技术基本原理的研究学习；

（2）华为OTN传输设备的应用；

（3）结合日常故障处理和维护工作经验，重点解决华为OTN设备在日常维护过程中的注意事项和常见故障的处理为以后的维护工作提供借鉴。

四、主要技术指标

传输速率：

10Gbit/s；

工作波长：

1550nm。

五、其他要说明的问题

无

下达任务日期：

2021年1月14日

要求完成日期：

2021年4月5日

指导教师：

开题报告

题目：

OTN传输网在轨道交通的应用和维护

学生姓名：

学号：

2021年月日

一、文献综述

OTN（OpticalTransportNetwork）光传送网，也称为光导传输网络，它含有完整的光层和电层结构体系，以波分复用技术为基础，具有传送、复用、交换、监控以及管理功能，在光的传输下实现网络信息的传送，是具有现代化特征的骨干传送网。

OTN技术是通过SDH和WDM技术得以延伸发展完善的，兼有SDH和WDM的优点，满足当下5G通信网的发展需求。

随着现代通信技术的发展，OTN逐渐成为传输骨干层采用的主要技术。

5G通信网的建设也开始以OTN技术为主要发展方向，目前主要运用在骨干层和汇聚层，承载着保障高速公共事业交通运输安全运行大重要业务，是高速5G安全运行的重要组成部分。

二、选题的目的和意义

OTN是一种先进的光纤组网技术，其可以采用WDM、光纤通信等技术实现资源的共享，利用光电交叉设备实现信息传输，既可以保证光纤传输的长距离，也可以为5G干线传输网提供一个接口丰富、调度灵活、安全性高、OAM管理完善的通信频道，因此OTN技术一经使用，便在各个领域得到了广泛普及，随着OTN技术的研发，其将会引入流量汇聚、端口汇聚技术，这些均可以为数据、视频、语言提供一个高质量的带宽服务。

加强对OTN的应用和维护保证传输网安全有效的运行有着非常重大的意义。

三、研究方案（框架）

1、文献研究法：

通过图书馆、互联网、电子资源数据库等途径查阅大量文献，理解OTN原理、维护等相关知识，理清OTN传输网的发展脉络及研究现状，学习有关理论知识，获取OTN传输网相关研究信息，为设计提供思路和参照。

2、实验研究法：

通过实际工作中测试的数据，选取有参考的部分进行数据分析。

3、现场调研法：

通过对工作中出现故障，进行分析和处理，整理出相应故障的处理方法。

    通过研究和实验使OTN传输网维护管理的水平得到了提高，减少故障的发生，降低系统的维护成本保证5G的安全运行。

四、进度计划

2021.1.9—2021.1.17确定题目。

2021.1.18—2021.1.25完成开题报告、目录提纲。

2021.1.26—2021.3.20撰写论文初稿并提交。

2021.3.21—22021.3.30论文中期检查，初次查重并修改。

2021.4.1—2021.4.10修改完成三稿，准备答辩PPT。

2021.4.11-2021.4.20形成论文定稿，并提交论文打印稿。

五、指导教师意见

通过

指导教师：

2021年1月23日

中期报告

题目：

OTN传输网在轨道交通的应用和维护

学生姓名：

学号：

一、进展情况

1.完成开题报告，并通过了指导教师和论文开题答辩小组的审查。

2.通过收集和整理资料，参考部分收集的资料，对论文命题有了初步的理解和认识。

3.经过文献的研究和工作中的实践研究，对论文命题有了较为全面的理解后，结合前人的研究成果，完成论文初稿的撰写。

4.完善论文，准备论文答辩。

二、指导教师意见

指导教师：

年月日

结题验收

一、完成日期

二、完成质量

三、存在问题

四、结论

指导教师：

年月日

中文摘要

摘要：

OTN是在波分复用技术基础上、在光层组织网络的传送，简称光传送网，是新一代的大带宽传送网解决方案并向下兼容。

OTN技术兼备了SDH、和DWDM的优势，作为光传送网络的主流技术，已经成为传送网重要发展方向。

OTN技术是面向大容量数据传输和保护的网络技术，在承载大颗粒的带宽业务、维护管理能力以及组网灵活性等方面优势明显，满足当代5G通信网的发展需求。

本文着重通过现场设备的学习、归纳，利用5G设备维护规定、参考文献进行整理和分析，研究学习了OTN技术的基本原理、帧结构、组网结构、提供的保护等；熟悉华为OTN设备的基本功能及其实现；结合日常故障处理和维护工作经验，针对华为OTN设备的日常维护过程中的注意事项和常见故障处理提出建议和处理意见。

通过研究和实验使OTN传输网维护管理的水平得到了提高，减少故障的发生，降低系统的维护成本，保证5G的安全运行。

关键词：

OTN，SDH，5G，发展

交通运输，轨道交通，安全

ABSTRACT

ABSTRACT:

OTNisbasedonthewavelengthdivisionmultiplexingtechnologyandorganizesthetransmissionofthenetworkattheopticallayer,referredtoastheopticaltransportnetwork,isanewgenerationoflarge-bandwidthtransportnetworksolutionsandisdownwardcompatible.OTNtechnologycombinestheadvantagesofSDHandDWDM.Asthemainstreamtechnologyofopticaltransportnetworks,ithasbecomeanimportantdevelopmentdirectionfortransportnetworks.OTNtechnologyisanetworktechnologyforlarge-capacitydatatransmissionandprotection.Ithasobviousadvantagesincarryinglarge-particlebandwidthservices,maintenanceandmanagementcapabilities,andnetworkingflexibility,andmeetsthedevelopmentneedsofcontemporaryrailwaycommunicationnetworks.Thisarticlefocusesonlearningandsummarizingon-siteequipment,sortingoutandanalyzingrailwayequipmentmaintenanceregulationsandreferences,studyingthebasicprinciplesofOTNtechnology,framestructure,networkingstructure,protectionprovided,etc.;familiarwiththebasicsofHuaweiOTNequipmentFunctionsandtheirrealization;combinedwithdailytroubleshootingandmaintenanceworkexperience,putforwardsuggestionsandhandlingopinionsfortheprecautionsandcommontroubleshootingduringthedailymaintenanceofHuaweiOTNequipment.Throughresearchandexperiments,thelevelofmaintenanceandmanagementoftheOTNtransmissionnetworkhasbeenimproved,reducingtheoccurrenceoffailures,reducingthemaintenancecostofthesystem,andensuringthesafeoperationoftherailway.

KEYWORDS：

OTN，SDH，Railway，Development

1绪论

OTN传送网是在波分复用技术的基础上，在通过多波长光波进行网络组织的传输网络，是现在服务供应商主要采用的传输技术。

OTN技术作为全新的、主流的光传输网技术，在现有的传输网络的优势和特点的基础上，又开拓了新的优势和特点。

目前，OTN技术作为传输和保护大容量业务最佳的技术，它的组网方案、通道保护类型、设备选择、IP层与OTN层关系及OTN网络与其他网络关系是OTN技术实际应用中的关键问题所在。

根据OTN技术的网络结构分层，包括多通道光传输层、光复用段层和光传输段层三个层面。

为了解决信号的监控和管理问题，光通道层又可分成光通道传输单元（OTUk）和光通道数据单元（ODUk）两个子层，类似于SDH技术中的段层和通道层。

本文对OTN进行介绍的对比，通过对OTN应用和保护原理进行分析，详细阐述了0TN技术的原理、OTN与SDH和DWDM对比、保护的实现、以及在5G通信网络中的应用，对本课题的研究和总结对未来相关工作提供参考和指导。

2OTN介绍

2.1OTN概述

OTN的中文含义为光传送网，是新一代的传输技术，他以波分复用技术为基础原理并向下兼容光路域和电路域。

他因为有着大带宽、传输透明化、向下兼容、稳定性高、对线路适应性强等特点，不仅在商用网络广泛应用，近年来5G也加快OTN的组网来适应新时代5G要求，保证大通道畅通。

OTN传输技术是新一代的传输技术解决方案，它包含了SDH的复用、业务管理方便等特点，也包含了DWDM的大带宽透明传输等特点。

在未来5G业务大容量、低延迟、IP化的发展，OTN是最完美的解决方案。

2.2OTN与SDH和DWDM的技术对比

2.2.1OTN与SDH对比

SDH是现在常用的一种复用数字传输技术，它通过业务的接入之后一级一级的复用到指定高级帧上进行传输。

在5G通信中比较常用的是通过同轴电缆传输2M业务。

用户可以开展各重业务，调度电话、4G、CTC、TDCS等行车业务，也可以承载语音、会议视频、监控视频等其他业务，引起组网的方式和业务的保护机制这些业务的质量得到很好的保证。

（1）帧结构对比

SDH帧的结构如图1，把一个帧可以看成一个矩形，它宽有9行，它长有（261+9）×N个字节组成，每帧共有9×270×N个字节，每字节为8bit。

帧周期为125μs，即每秒传输8000帧。

对于STM-1而言，传输速率为9×（261+9）×8×8000=155.520Mb/s。

字节发送顺序为：

由上往下逐行发送，每行先左后右。

图1SDH帧的结构

OTN中TUk帧的帧结构如图2，帧的长度不是随着传输数据量而改变，它的每一帧的大小和长度是固定不变的。

也不因OTU1、OTU2、OTU3、OTU4等级的变化而变化。

当传输的数据量变大时，它会让传输间隔变短但是每一帧的大小不会改变只是密度增加了。

图2TUk帧的结构

（2）映射复用对比

SDH复用的原理是基于时分复用，两个相邻的帧之间间隔相同都是125us，但是两个帧之间的大小不一样格式有的时候也不同。

速率快的SDH信号都是速率低的SDH信号通过时分复用和插入字节而成的。

OTN的复用可以说是SDH复用的升级版，它不仅基于时分复用的原理而且还加上了波分复用的原理。

因为它每一个帧都是一样地通过改变两个帧之间的间隔来增大系统容量，同时不同波长的信号可以再同一根光纤上并行传输的带宽非常地大。

我国SDH传输网技术2Mbit／s作为最小的传输单位，并选用AU-4作为复用我国的SDH复用3种复用速率。

一个139.264Mit／s可被复用成一个STM-1（155.520Mbit／s）；63个2.048Mbit／s可被复用成一个STM-1；3个34.368Mbit／s也能复用成一个STM-1。

图3SDH的复用

2.2.2OTN与DWDM对比

原理不同：

DWDM技术利用不同波长的光信号在同一根光纤上传输有效的利用了光纤线路的资源也有传输衰耗低的特点。

OTN技术采用的是电网络和全光网络的结合，使SDH的OAM技术融入进传统的WDM技术中，OTN具备光交叉能力，既提高了业务调度的灵活性，又增加了网络的安全性；OTN也具备电交叉能力，并且OTN有自己特殊的帧结构，那就是传输速率为2.5Gbits的ODU1和传输速率10Gbits颗粒的ODU2，也有专门为数据业务服务的ODUE1和ODUE2。

功能不同：

DWDM能够在一根纤芯上对不同波长的业务进行组合和传输，可以在一根纤芯上传递多种信号，可以大大地节省了纤芯资源。

OTN不仅可以实现DWDM的功能更能在光路域和电路域中实现业务的传输、连接、复用、路由、监控。

结构不同：

DWDM系统本质是点对点系统，而且组网方式有限。

DWDM和OTN从结构方面对比，DWDM分为集成式和开放式两种，集成式要求接入的终端的光信号满足G.692标准的光源，而开放式则是在通常使用的G.957波长标准的光接口，通过在合波器的前面和分波器的后面加入波长转移单元OTU的方法，使得转换成G.692波长标准的光接口。

OTN的结构分为电路层、光通道层、光复用段层、光传输段层以及物理媒介层。

2.3OTN技术优势

随着科技的不断进步，为5G交通的发展提供了便利，动车和高铁的运营也更加便捷。

随着旅客高速公共事业交通运输安全运行的不断增多，5G干线更加的繁忙，传统的波分技术已经不能满足现有的5G通信网的高负荷运转，也难以为5G运营的后续发展创造条件，因此一种可以为运营者和客户提供安全、有效、高效、组网能力强、调度能力强高、管理性强的技术——OTN技术应运而生。

OTN技术最大的优点是完全向后兼容，他集SDH与WDM的优点于一身，既可以实现像WDM一样的大容量带宽，又可以像SDH一样运营和管理。

不仅管理功能完善，可以实现通信协议的完全透明，而且可以运用灵活的组网方式，为大颗粒业务提供保护和恢复，同时具备完善的性能和故障监测能力。

OTN技术综合了SDH和WDM的优点，集传输和交换能力于一体，其主要优势如下：

2.3.1完善的标准

经过科技的发展，OTN技术早已吸取SDH和WDM的技术的经验，OTN技术的关键技术已经非常成熟，也有了新的标准体系，因为OTN具有统一的技术标准，所以厂家设备在OTN层面可以更加方便地实现相互联系、相互沟通。

2.3.2多种客户信号封装和透明传输

OTN在处理信号时是根据波长进行处理的，可以支持不同协议规则下的信号透明传输，如SDH信号、100MGE信号和10000MGE信号等。

在OTN技术的特点，被传送的信号本质不发生改变只改变其信号间隔，而且因为采用的是异步映射的方式，能够保证在传输客户信号的时候是透明的，这就是多种客服信号封装和透明传输。

2.3.3大颗粒调度和保护恢复

在大颗粒带宽的交叉、复用和配置下，OTN技术提供的3种交叉颗粒，分别是ODU1、ODU2和ODU3它们对应的SDH传输速率为VC-12（STM-16）、VC-4（STM-64）和独有的40Gbits，在这两个技术的运用下不仅提高了传输的带宽而且也方便了管理提高了系统运行效率。

在OTN技术大颗粒、大容量交叉传输的基础上，高速率的信号也可以实现交叉设备被可以处理更多的交叉信号，有效的传输大容量的业务，可以大大地降低设备的运营成本，延长光传输距离。

同时又通过引入更高效的智能控制平台，能够有效地运用光交叉技术，既可以提高光传送网的保护恢复能力，当他在传输业务受到外界干扰时，可以迅速地恢复原状，也可以改善网络业务的调度能力。

2.3.4完善的性能和故障监测能力

OTN具备完善的开销管理系统维护功能，因为可以对开销进行管理和监测当发生故障时可以通过相应的功能对故障进行定位和对业务进行倒换。

在通常情况下，OTN技术可以在光层和电层实现，这两个层次完善的性能检测和故障管理能力。

如果在拓扑方面分层的话，OTN技术可以分为三个层面，即光传送层、光复用层和光信道层。

因为在DWDM中引入了OTN接口，所以能够实时监测传输的性能，当发生故障时能阔快速准确地对故障定位和备用线路的倒换不影响业务的传送。

OTN有六级连接监视功能，对当前多运营商、多子网的复杂的环境提供分级分段的管理，使得OTN技术更加规范，为后续的维护提供了更有力的保障。

3OTN组网

3.1OTN的拓扑结构

OTN设备之间根据其需要选择合适的拓扑结构主要有下面4种：

（1）点到点组网结构：

一般应用于骨干级OTN上，在两个地点架设OTN设备通过光缆连接，如果距离过长会在合适的地点加装光房大站保证其传输距离。

（2）链型组网结构：

链型组网就像公共事业交通运输车头和车厢一样一节一节的串下去，OTN设备一个一个地串下去各个站点设备都可以相互通信但是这样的缺点也明显就是只要线路中断就会影响各个站点。

（3）星型组网结构：

一个核心节点下挂其他的站点，各个站点的数据传输都需要经过核心节点在转发到相应的站点，下挂站点无法直接联系。

这样做的好处是效率高但是缺点也很多需要大容量和处理效率高的OTN设备，但是核心站点设备出现故障整个网络都会瘫痪所以应用星型组网的OTN很少。

（4）环形组网结构：

就是OADM设备相互之间程环状连接起来，没有OTM设备这样做的好处是任意中间出现断点信号都可以通过另一个方向迂回过去不会影响业务。

这也是5GOTN组网常用环型组网的原因，实际应用中各个线路的OTN都程环装连接不仅保护本条线路而且也保护其他线路的通道安全。

（5）网状组网结构：

网状组网可以看成设备组网就像一张网一样相互间都直接或者间接地连接在一起，也就是环形组网的高级版。

它的优点是系统的保护性强，但是因为其组网复杂组网成本较高在5G应用的不是太多。

3.2OTN和SDH组网

OTN可以有效地解决SDH传输带宽有限的缺点和DWDM电路域的交叉问题，但是实际的应用中OTN设备没有对SDH和DWDM设备进行替代。

尤其是5G通信因为其设备主要以2M作为连接终端设备的方式，业务量不是特别大成本也非常的高所以现行阶段OTN结合SDH组网作为主要的组网方式，SDH作为5G数字调度通信、接入网、客票、4G业务的接入和保护，OTN作为SDH的保护环保证整条环网通信不中断。

3.2.1OTN和SDH组网方式

SDH设备与OTN设备的连接一般在区域的核心机房在5G就是区域中心的传输机房，一般SDH设备会扩容出一个高速率的光板通过尾纤连接OTN设备。

通过网管终端进行数据配置分配业务传输的信道也就是在第多少波上传输，一般核心机房接入多个方向的环路作为保护，各个环相互保护确保业务的正流通。

一般OTN设备局里较远都需要配置光放设备或加装光放板，业务也不一定通过核心机房进行接入其他站点同时具有OTN和SDH设备机房都可以进行业务接入但是管内一般只有一处业务进行接入。

3.2.2信号处理流程

一般SDH信号向OTN信号进行复用都是2M信号复用成ODU1或者ODU2信号，复用的流程是2M信号依次复用成VC12、VC4之后进行交叉复用成高速率的信号STM-16或者STM-64也就是速率是2.5G/bits和10G/bits的信号，汇入OTN设备后进行交叉处理成ODU1和ODU2的信号进入OTN网络进行传输。

当SDH业务中断需要OTN保护环把业务下发到指定站SDH设备上时，OTN把承载业务的摸一个波中进行业务分解成ODU1或ODU2信号再经过交叉成SDH信号后传送到SDH业务网中，根据SDH的环保护信号流把SDH信号传输到指定SDH设备中转换成2M信号到终端设备。

4OTN提供的保护

4.1OTN的线性保护技术

4.1.1基于单个光通道的1+1保护

对于单个光通道的1+1保护，一般采用并行发送系统选择接收，是对通信线路和传输设备进行保护，所以称为1+1保护。

想要实现1+1保护必须要对放大器、复用解调器、光缆等进行备份。

如果需要保护传输设备还要对业务配置进行备份。

从业务信号的发送就是发送两条一样的信号，接收到根据信号的优良程度选择较优的一个。

这种保护不需要复杂的信号传输与