OTN在电力通信中的应用

OTN在电力通信中的应用

白昊东

内蒙古电力通信公司

内蒙古呼和浩特 010000

摘要：随着电网向智能化和数字化方向的逐步发展，采集数据越来越多，电网企业正在建设越来越多的数据中心来存储及处理这些数据。随着电网对通信带宽需求的不断增长，光传送网(OTN)在电力通信中的应用日益深入。

关键词：OTN；电力通信；应用

电力行业发展迅速，随着电力工程和电力系统的不断建设，电力系统的管理将会产生大量的电力信息，这给电力系统的管理带来了巨大的压力。因此，电力通信在电力行业的发展中发挥了重要作用。随着OTN技术在电力通信中的应用，在提高电力通信信息数字化的同时，也是供电企业电力通信未来发展主要趋势。

一、OTN技术概述

1、概念。OTN技术即光传送网，是将波分复用技术作为基础，并在光层组织网络的传送网，将成为下一代最主要的传送网。其跨越了传统电域与光域，并成为了管理电域与光域的统一标准。波长级业务是OTN技术处理的基本对象，这个工作将传统网推向了真正的多波长光网络阶段。因OTN技术结合了光域和电域的优点，将会成为传送宽带大颗粒业务的最优技术。

2、特点。OTN作为一种将电力通信技术和信息技术有效结合的电力信息传递方法，能更好地优化其WDM的扩展性，减少因距离较远而出现的能源损耗问题。对于OTN技术特点，可从光域和电域方面对其分析。光域是经OTN技术更好地划分等级，将电力通信系统的光域划分为不同层次，这样能让相应信息按不同光段得以传输，更好地控制其管理成本。从电域角度上看，通过OTN技术能有效保留以往的功能，提高其技术水平。

二、OTN在电力通信中的应用问题

1、OTN长距离传输。在公网电信行业，单跨光缆长度通常不超过80km，每隔80km以下设置光缆站，放大光信号，光信号能传输数千米，仍保持可接受的光功率及光信噪比(OSNR)。相比之下，电力行业的单跨光缆要长得多，我国特高压输电线路单跨光缆长度超过80km较常见。

输电线路光缆衰减的典型值为0.19输电0.25dB/km，由于长距离光缆衰减，到达接收机光信号无法正确识别，因此用长距离光缆建设OTN系统存在诸多困难。为解决这一问题，采用掺铒光纤功率放大器放大光信号，但受光纤非线性效应支配，入纤光功率不应太大。若在发送端应用前向拉曼放大器，则光信号的放大过程分布在光缆起始端一小段距离内，能对抗衰减，还能避免在某个光纤截面注入过高光功率。利用预放掺铒光纤放大器对光信号进行放大较有效，但光放大器在微弱光信号中引入的放大器自发辐射(ASE)噪声会劣化OSNR，导致增益受限。后向拉曼放大器将光信号的放大过程分布在电缆末端的一小段距离内，而不仅仅是在接收端放大。后向遥泵放大器由遥泵泵浦源、遥泵增益单元(掺铒光纤)组成，将遥泵泵浦源置于接收端，将遥泵增益单元置于离接收端有一段距离的位置，使光信号未到达光缆末端(未衰减到最弱)被放大，能提高增益、改善OSNR效果。

2、雷电导致OPGW承载的偏振复用OTN系统闪断。在电网公司自有光缆中，光纤复合架空地线(OPGW)光缆占多数，因此国内电网公司建设的OTN专网广泛使用了电力OPGW光缆。OPGW设在输电线路最高处，起到引雷作用。OPGW光缆由金属绞线包裹，金属绞线在光缆外圈呈螺旋状。当雷电击中OPGW附近时，OPGW光缆外圈金属绞线中会有脉冲冲击雷电流，幅值104～105A。根据麦克斯韦方程组，金属绞线巨大的电流变化会产生平行于光纤轴向的强磁场。根据法拉第磁致旋光效应，这种强磁场会引起光信号的偏振态(SOP)的高速旋转。

实验室环境下，测试商用OTN设备跟踪SOP旋转能力。先构建一条完整的单波100Gb/s OTN系统，在一端下支路并挂误码表，另一端环回。在合波后光纤链路上的串联SOP扰偏仪，能将光信号SOP周期性偏转，并能人工设置其最大偏转速度。逐渐增大SOP扰偏仪偏转速度，直到误码表达到误码临界，此时合波后光信号的偏转速度反映了被测OTN设备跟踪SOP旋转的能力。另外，相干OTN接收机采用自适应滤波器来对抗光的线性效应，如色度色散、、偏振模色散、偏振相关衰减、SOP旋转等。自适应滤波器采用最小均方差来跟踪信号的变化，经改善该跟踪算法以解决这一问题。

3、业务需求与OTN设备功能组合的匹配。近年来，OTN专网增量业务需求主要来源之一是新建数据中心，这类业务具有以下特点，即通道数量多、通道带宽需求逐渐增长。安全分区的要求使各业务被拆分为多条通道，各分区有独立通道，对支路端口需求大。

当前，传统OTN是电网公司的普遍建设，不包括分组光传送网(POTN)功能，开通吉比特以太网(GE)通道，需捆绑完整的光通路数据单元(ODU)，开通10 GE通道需捆绑完整的ODU。即使业务流量未达到通道捆绑分配带宽，实际上也会占用为通道捆绑分配的带宽。假设某业务初始带宽需求为3Gb/s，逐渐增长至10Gb/s，若初始提供一个10GE信道，长时间利用率将小于50%，挤压宝贵的线路带宽；若初始提供3个GE信道捆绑使用，虽然利用率好，但当带宽需求增长时，扩容其通道较困难。相比之下，POTN特性使通道带宽捆绑更灵活，如10GE通道无需捆绑完整的ODU，初始开通时捆绑较小容器，在后期易于调整为更大容器，从而缓解了带宽利用率及通道扩容便利性间矛盾。为适应上述业务需求特点，要考虑相应的OTN规划建设，规划设计中多预留支路端口，建设中考虑配置POTN功能。

三、OTN技术在电力通信中的应用

1、组网结构应用。电力通信领域，OTN技术采用核心、汇聚、接入的组网结构，能保证电力通信网核心层安全性及运维性。此外，为满足大容量数据业务应对能力，可在原组网结构中增设虚容器，提高承载效率，增加了OTN技术灵活性，而且拓展了业务范围，充分完成了业务调度及网络保护工作。另外，为提高组网模式可靠性，可在节点处对网络抗断线能力集中处理，这对工作人员提出了更高要求。在电力通信组网结构中应用OTN技术，能加强组网效果，建立规范性结构，为网络安全稳定提供支持。

2、端口传输应用。OTN技术在电力通信中的应用，可经组网模式实现端口间的高效运行，与传统技术相比，OTN技术具有不可替代的数据安全稳定性。在实际应用中，根据业务对象调整OTN组网模式，以满足不同业务需求，使OTN技术具有良好组网灵活性，促进了该技术在电力通信中的广泛性。为实现该技术在电力通信领域的良好应用，工作人员可将组网模式搭建在汇聚层及骨干层，能为电力通信提供稳定通道，还可经电域与光域联动保证信号传输稳定性。此外，OTN技术还能借助其它光层实现对重要业务的优先处理，确保了电力通信网络的传输顺序及速度。

3、光网保护应用。光网络经保护及恢复，保证了电力通信网络运行中数据传输可靠灵活性，OTN技术在电力通信网络应用中，通常提供线性、环形保护。根据电力通信网络的不同波长，提供不同线性保护，线性保护适用于源端桥接和光耦合器的同时传输，主要分为电层、光层保护，在这种模式下，先要确保电力通信网的双发选收功能正常。此外，在一比一保护下，能保护电力系统收发两端，因此可使源端桥经工作通道形成满足光域和电域保护通道，但由于该模式增加了电力通信网络的不稳定性，因此需经指令协调保护通道，以提高网络资源利用率。电力通信网络通过光线完成业务传输，通过环形保护解决由于发/受段桥接问题造成的信息堵塞，该保护能实现业务信息的综合调制，保证了业务双发服务，实现了电力通信网络的保护。

总之，科技的快速发展与社会经济水平的稳步提高，促进了智能电网的全面发展，在此背景下，电力通信系统也得到了不断改进及完善。传统电力通信技术无法满足当前电力通信系统大容量、高传输率的业务需求，而OTN技术弥补了传统通信技术的不足，为新社会需求下电力通信系统的转型升级提供了技术支持，所以在电力通信中引入OTN技术是大势所趋。

参考文献：

[1]何志勇.OTN技术在电力通信中的应用[J].数字通信世界，2016(01):30-33.

[2]岳江生.OTN技术在电力通信中的应用研究[J].通信电源技术，2020，37(11):163-165.