黄河下游光纤通信技术及布局分析

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1黄河下游建设光纤通信网的必要性和重要性

河南省郑州市桃花峪以下的黄河河段为黄河下游，河道长度约800km，流域面积约2.3万km2，占全流域面积的3%。黄河下游在华北平原形成高耸的“悬河”，从古至今一直是中华民族的心腹之患，威胁着25万km2地区内的人民生命和财产安全。黄河下游约800km河道，共有各类堤防工程长度约2000km，险工、控导护滩、防护坝等工程500多处，坝、垛和护岸上万道，引黄和分泄洪涵闸100多座，全靠长1340km的人工大堤为屏障，约束黄河免于改道。南北大堤也成了南北河流的分水岭，堤北为海河水系，堤南为淮河水系。1.1黄河下游建设光纤通信网的必要性。黄河下游河南省、山东省的基层单位和信息系统采集点大多分布在黄河两岸及滩区，点多、面广、人少、分散偏僻、远离行政自然村，并且大都处在行政区域边缘，对公网运营商来说，移动、联通、电信均有盲区。黄河下游属于“地上悬河”，横贯河南省、山东省重要大中型政治、经济城市群，一旦发生洪水，黄河下游将面临着极大的防洪抢险压力，稍有疏忽，将可能造成不可估量的损失。在面临防洪抢险等应急突发事件时，指挥调度及决策会商信息的及时上传下达，对避免或减少人民生命财产损失起着非常关键的作用。1.2黄河下游建设光纤通信网的重要性。目前，信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，也是我国实现工业化、现代化的关键环节。水利信息化是国家以信息化改造和提升传统产业思路在水利行业的具体体现，是带动水利现代化的重要措施之一。治黄信息化建设，必须跟上国家信息化发展的步伐，既要充分考虑治黄事业对通信传输安全性、可靠性的特殊要求，又要充分和合理利用公网资源，加强光纤通信建设，从而推进工程运行管理、业务管理和政务管理的信息化，保障水利工程的安全运行。因此，光纤通信、“TD-LTE”数字移动通信系统建设成为解决黄河下游通信问题的必然选择。

2黄河下游沿黄河堤防光纤通信环网的布局设计

对于黄河下游的光纤通信，组建黄河沿河两岸基层单位及信息采集点的黄河信息高速公路，在黄河下游沁河口至黄河入海口采用沿黄河光纤环网的组网方式，沿河构建4个10G的主干层光纤环网、30个2.5G区段接入层以及支线接入层，连接大堤两岸的基层单位和信息采集点，为沿河基层河务段、涵闸以及信息采集点等提供满足治黄信息化建设需求的宽带接入。沿河构建的光纤环网连接近1500个光缆通信站点，能满足黄河下游沁河口-入海口沿河约1500个基层单位和信息采集点的宽带通信接入。在大堤两岸沿河铺设光缆近7000km，其中主干光缆1600km，区段光缆2200km，支线接入光缆3000km。这能满足黄河下游沿河近600个基层单位和近1000个信息采集站点的宽带通信接入，实现十、百、千的带宽的接入目标（基层单位10～20M，县到市到省100M，省局至黄委1000M），将有效解决黄河下游基层单位防洪工程通信传输问题，同时满足新时期抢险应急指挥、水文信息采集，以及基层单位对防洪工程运行管理、防汛管理职责履行时对黄河通信的需求［1］。2.1建设黄河下游沿河光纤环网的目标。在整合和利用现有黄河防汛通信网络资源的基础上，本着“公专结合、优势互补”的原则，采用光纤传输技术，发展黄河通信高速公路，发展目标是建成一个安全可靠、满足需求、覆盖黄河下游沁河口-入海口沿河两岸基层单位及信息采集点的黄河信息高速公路，解决下游沿线约1500个基层单位和信息采集点的宽带信息传输问题，实现重要信息互联与传输的光纤化，关键工程管理的可视化。通信传输带宽目标为十-百-千的接入标准，即为基层单位提供10～20M的信息接入能力，县到市到省提供100M的信息接入能力，省局至黄委提供1000M的信息接入能力，全面提高黄河通信网络对治黄事业各项工作的通信保障能力、服务水平及信息传输安全。2.2黄河下游沿河通信网与光纤环网的布局。根据各项应用业务的通信需求及光传输技术的设计规范，黄河下游沿河通信网与光纤环网的布局可分为两个层面，即主干传输层和信息综合接入层（主要包含沿河区段接入和支线接入），沿黄河大堤两岸采用光缆方式满足沿河基层单位及信息采集点的接入需求。黄河下游沿河通信网与光纤环网的布局如图1所示。第一，沿河主干传输层采用10G传输设备组网。可在沿河大堤上组建4个10G光纤环，主干光纤环路上连接30个基层单位，设置有33个光纤骨干节点，实现跨河光缆的连接和区段接入层的光纤环就近接入主干传输层，并通过多处跨河桥梁架设光缆连接黄河南北两岸光纤主干网，形成多个8字光纤环网，提高黄河下游光纤宽带网运行的安全性和可靠性。第二，沿河区段接入层负责将沿河基层管理单位接入主干传输层，区段光纤环网接入层采用2.5G传输设备组成30个光纤自愈环，环路上连接沿河200多个基层单位。第三，支线接入层主要负责将沿河300多个基层管理单位和近1000个信息采集站点接入沿河区段接入层，通过光缆，采用点对点的接入方式［2］。2.3通信节点的选择原则。沿河主干传输层通信节点的选择原则：具有一定规模的管理单位、微波站所在地或具有一定数量无线传输设备的枢纽站，交通便利、供电条件较好、传输距离适中的单位；对于相交节点，要选择在横跨黄河大桥附近，便于跨河光缆的连接。总之，主干传输层通信节点的选择应具有运行可靠、便于管理、维护方便等特点。沿河区段接入层通信节点的选择原则：沿河管理单位、水文站、闸管所、抢险队以及重要的闸门，通信传输距离分配合理。支线接入层通信节点的选择原则：滩区内的基层管理单位和闸门，易于光缆敷设，安全可靠便于维护的地点。根据需求进行分析，考虑到沿河主干传输层的带宽需求约6.9Gb/s，主干光纤环网电路保护需要不断提高，加之各类自动化系统对通信传输的可靠性、传输速率和传输带宽要求越来越高，部分沿河两岸大堤的区段接入数据也要汇入主干通道传输，推荐主干传输层采用容量为10Gb/s的光通信传输系统。考虑到沿河区段接入层带宽需求约1.7Gb/s，推荐其采用通信容量为2.5Gb/s的光通信传输系统，自愈环采用复用段共享保护环（MS-SPRing）和二纤通道保护方式；通信设备重要的插板如交叉单元板、电源单元板及时钟单元板，均按照冗余方式配置，设备支路板卡采用“1∶N”保护方式；物理路由保护采用不同物理路由的光缆形成物理光环路。光缆线路路由应选择地质稳固、地形平坦、高差较小、土质较好、石方量较小、不易塌陷和冲刷的地段，避开可能因自然或人为因素造成危害的地段；路由选择应充分考虑线路稳固、运行安全、施工及维护方便及投资经济的原则。根据黄河下游两岸的地理环境以及通信站点的分布情况，主干传输层和区段接入层的光缆线路路由选择在沿黄河下游两岸的标准化堤防上，敷设位置为标准化堤防背河的路肩上。支线接入层光缆线路路由选择沿黄河滩区内的乡村道路进行光缆敷设，减少因线路施工对耕地、林木等的影响，避免不必要的工程投资。为保证光传输系统的安全性和可靠性，干线光缆环和区段光缆环可以采用同缆不同纤的方式，以充分利用光纤资源，节约投资资金。2.4光缆敷设方式的选择。由于选择光缆线路路由的不同，光缆敷设方式也有所区别。光纤环网中主干传输层和区段接入层的光缆采用管道敷设方式和直埋敷设方式，充分利用黄河下游沿河两岸现有的资源。其中，管道敷设方式主要用于光缆经过的闸门和过路口地段。综合考虑后，暂估3/4为直埋敷设方式，1/4为管道敷设方式。支线接入层的光缆，主要途经黄河滩区，易采用直埋或架空的敷设方式。这主要是因为黄河滩区地处偏僻，人们生产活动较少，对光缆工程建设及今后的运行维护影响较小。2.5系统传输设备配置。该系统的传输设备主要为三种，即沿河主干传输层中的10G节点设备，沿河区段接入层中的2.5G节点设备及支线接入层中的ONU设备。其中，10G节点设备又分为交叉点设备和非交叉点设备，交叉点设备主要用于跨河光缆的设备连接。2.5G节点设备分为OLT设备和非OLT设备，OLT设备用于连接支线中的ONU设备。通信电源是保障黄河光纤环网长期可靠运行的必备设施，根据各站通信设备负荷进行配置，整流模块采用N+1冗余方式配置，蓄电池组采用1+1配置。沿河主干传输层站点配置300AH以上容量，每只为2V的蓄电池组；沿河区段接入层站点配置200AH以上容量，每只为2V的蓄电池组；支线接入层站点配置100AH容量，每只为12V的蓄电池组，各站均配置开关电源设备各一套。

3结语

黄河安危，事关大局。建立从桃花峪到黄河入海口的黄河南北两岸的主干光纤和部分沿河区段业务接入层及支线接入层，实现了黄河下游大堤沿线管理机构的宽带通信网络传输。近期，水利部党组作出了“水利工程补短板，水利行业强监管”的决策部署。这就迫切需要黄委会加强信息化建设，即加强通信传输网络建设，打破治黄信息化的发展瓶颈，为治黄事业提供最基本的通信信息化基础保障，为实现中央提出的“以水利信息化带动水利现代化”的战略目标奠定基础。总之，随着光通信技术的快速发展，光纤通信也将具有更广阔的发展前景和发展潜力。

参考文献：

［1］陈基业.通信系统中光纤技术的特点及其发展分析［J］.广东科技，2011（8）：26-27.

［2］李彬，赵静娟.现代光纤通信传输技术的应用探讨［J］.通信技术，2013（3）：14-15，18.

作者:蔡捷 袁卫宁 单位:黄河水利委员会信息中心