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光通信傳輸技術在油氣田和長輸管線上的比較應用
【摘 要】本文結合工程實踐經驗,介紹了光通信傳輸網絡四種不同的技術(MSTP、SDH+ATM、OTN、RPR),綜合比較其優劣及應用,對油氣田和長輸管線上光通信系統建設傳輸制式的選擇提出一些建議,供大家參考。
【關鍵詞】MSTP多業務傳送節點 SDH同步數字體系 ATM異步轉移模式 OTN開放式通信網絡 RPR彈性分組環
一、光通信傳輸網絡四種不同技術的比較分析
1.業務承載能力
(1) OTN技術
采用基于TDM體制的復用技術,每路信號占用在時間上固定的比特位組,信道通過位置進行標識,有獨特的幀結構,可區分不同等級速率,并能在同一網絡中綜合不同的網絡傳輸協議,對實時性業務及非實時性業務都能提供相應承載,實現了從窄帶到寬帶的綜合業務傳輸。
傳輸設備可以直接提供工業標準的通信協議接口,而不需借助接入設備。
各種通信業務應用可直接接入OTN,無需接入設備,可以支持語音。圖像信號的多點廣播,采用數字圖像壓縮(M-JPEG和H.264)和圖像矩陣交換技術。
OTN設備簡單、組網靈活、集中維護方便,國內外地鐵工程中應用廣泛,其不足是設備獨家生產,售后服務對原設備廠商依賴大,兼容性差,與非OTN網絡連接能力較弱。
(2)ATM技術
ATM雖然可以承載實時性業務中的時分復用業務,但每一個節點的延時都要大于SDH傳輸制式,特別是故障時系統切換時間較SDH傳輸制式長(有時甚至以秒計),所以ATM技術一般不用于時分復用業務的承載。另外,ATM沒有低速率接口,需增加接入設備,設備價格高且協議復雜。對于視頻業務,由于其具有很高的突發度,而ATM恰恰能夠很好地支持具有突發性的可變比特率業務,并且其固有的設計已經充分考慮了業務QOS(服務質量)問題,因此可以實現承載。
然而對于非實時性業務的傳輸,ATM存在帶寬利用率較低的問題,且沒有音頻等低速接口,需設接入設備。
(3)SDH及基于SDH的多業務傳送平臺(MSTP)
SDH是最適合實時性業務中時分復用業務的承載技術,但無法解決實時性業務中視頻信號和實時性業務及非實時性業務中以太網的傳輸問題。SDH接口種類單一,僅具有PDH系列標準接口(E1/E3/STM-le)。傳輸窄帶業務(話音、數據、寬帶音頻)時,需增加接入設備(PCMD/l設備);無直接的視頻和LAN接口,需外部增加視頻CODEC和Ethernet路由器;對Ethernet業務,一般只提供ZMb/s的傳輸帶寬,存在性能瓶頸;對廣播音頻業務,僅提供3kHz的傳輸帶寬,難以滿足高保真的廣播效果;一般只提供點對點的通信信道,難以滿足大量共線式通信信道的要求。
同時SDH只能向用戶提供固定速率的信道,不能動態分配帶寬,不能進行統計復用,對總線型寬帶數據業務及圖像業務的支持困難。
MSTP克服了SDH設備中的一些不足,隨著技術不斷的發展成熟,越來越適合各種通業務的承載,但仍需增加接入設備。
(4)RPR
對于實時性時分復用業務,RPR技術雖然定義了協議,但需在實際中得到進一步驗證。
對于數據業務,RPR具備絕對的優勢,可根據用戶需求分配帶寬,支持空間復用技術和統計復用技術,在網絡正常運營的情況下,可使帶寬利用率相對SDH網絡提高3-4倍。RPR還可對數據業務進行優化,有效支持IP的突發特性。
對于有實時性要求的數據業務,RPR可以提供不同等級的服務和基于不同等級業務的環保護功能來保障數據業務的實時性,在保障實時性方面和故障倒換時間(16ms-50ms)上可與SDH技術媲美,而在帶寬利用率上比SDH傳輸數據業務大大提高。特別是它對視頻業務的承載,目前數據視頻監控市場的主流設備提供商,都將其系統構建在基于IP的MPEGZ編碼和壓縮技術,以及基于IP的視頻數據存儲、檢索和訪問控制技術上,這些系統所采用的攝像頭基本上都可以直接提供MPEGZ編碼及以太網數據端口,因此,由RPR技術來承載視頻監控系統,用戶數據能繼續保持以太網幀格式,省略復雜的映射過程,并對用戶分組進行嚴格的服務質量等級分類;并能提供嚴格的延時和抖動保障機制,視頻圖像清晰、畫面流暢,完全達到高速鐵路/公路監控圖像的要求。但業務接口同SDH、MSTP、ATM、IP一樣,必須借助于接入設備來提供低速數據接口。
2.帶寬利用率
OTN:開銷<2%,帶寬利用率較高。
ATM:開銷約為12.8%,帶寬利用率低。
SDH:開銷占3.7%,但由于其需預留保護帶寬,帶寬利用率較低。
RPR:開銷占3.7%,同時采用統計空間復用技術,使帶寬利用率大大提高。
3.環網保護能力、可靠性
OTN:采用雙環設計網絡,具有自愈保護功能,并且保護倒換時間小于50ms。
ATM:主要進行VC保護。
SDH及MSTP的網絡:具有強大的保護恢復能力,并且保護倒換時間小于50ms。
RPR:網絡具有強大的保護恢復能力,并且保護倒換時間小于50ms。
4.成熟度及發展前景
OTN:國內軌道交通領域已得到較多運用,但油田和長輸管線比較少,作為西門子的專利技術比較成熟,在專網需求方面能夠予以專屬研發和更新,發展速度較快。
ATM:技術、設備復雜,隨著IP技術的發展,IP質量保證問題的解決,對ATM技術應用帶來較大沖擊,其發展前景不好。
SDH及MSTP:SDH技術很成熟,有著廣泛的應用基礎;MSTP是在SDH基礎上發展起來的,目前還在不斷完善,功能越來越強。
RPR:目前還未得到較大規模的應用,需在實踐中進行驗證,但其技術先進,發展前景好。
二、光通信傳輸網絡在油氣田和長輸管線上的應用
通過上述對比可以看出,四種技術各有優劣,應用在油氣田和長輸管道上,應綜合考慮工程實際,合理優化,選擇適合油氣田和長輸管道傳輸技術發展方向的技術或技術組合,極大地提高效率,降低成本。
因此油氣田和長輸管線光通信傳輸網制式上的選擇可以是一個制式獨立組網,也可以是多種制式混和組網,應根據項業務量和業務種類來確定采用何種技術;一個制式單獨組網可以選擇OTN,也可以選擇MSTP;但由于目前MSTP技術對數據業務解決還存在一定局限性,可以采用MSTP與RPR或IP混合組網,由MSTP承載語音業務及低速數據業務,由RPR或IP來承載視頻和數據業務。
采用OTN傳輸制式一般組成一個自愈環,SDH傳輸制式組成單個或多個自愈環,采用ATM傳輸制式組成單環或多個環,MSTP傳輸制式組成單個或多個自愈環。一般SDH、MSTP組網方式,環網節點最多14個。
另外,對于實時性業務中的時分復用業務,SDH、OTN能提供非常好的解決方案;對于實時性業務中的數據業務,OTN、RPR、ATM的承載能力都比較強;對于非實時性業務,OTN、RPR都比較適合;對于業務接口能力,OTN能力最佳,可以直接提供豐富的通信協議接口,不需借助接入設備,而其他技術均需借助輔助設備。
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