一、大型供水工程的光缆敷设方式
大型供水工程一般主要由压力供水管道、输水隧洞、调蓄水库、加压泵站及调压池等水工建筑物组成,按照现阶段水利行业新要求,需要采集的数据包括流量、水位、水质、管压、安全监测及视频等,还需要对全线闸阀进行远程控制,数据量大,且对通信传输可靠性要求很高,因此,一般需要沿输水管线敷设光缆,光缆敷设方式主要有以下四种:架空杆路、直埋和管道敷设、隧洞吊挂。
架空杆路:施工较容易,但存在永久征地问题,需要与当地相关部门就赔偿和临时征地问题进行沟通,存在大量协调工作。再者,光缆长期暴露在外界自然环境中,易受地质灾害等不确定因素影响。
直埋与管道敷设:在输水线路压力管道段可以采用此方法,不存在永久征地问题,需要与供水管道施工同步进行,对施工质量和工艺要求较高。
隧洞吊挂:在输水隧洞段可采用此方法,施工较便利,但存在光缆掉落和钉固件腐蚀等风险。若采用海底光缆钉固在配水隧洞顶部左右两侧,可长期稳定使用。海底光缆层级结构复杂,建设成本较高。
结合敷设线路其它管线等基础设施现状,综合考虑可靠行、安全性、施工维护便利、投资等方面因素, 大型供水工程光缆敷设一般在压力管道段采用沿输水管道同沟敷设管道光缆方式,在输水隧洞段采用沿洞顶吊挂方式敷设。
二、大型供水工程光缆类型比选
常用的光缆类型主要有GYTS架空光缆、GYTA53直埋光缆、ADSS沿电力线架空光缆、水下光缆及海底光缆等。
在压力管道段可选用GYTA53直埋光缆或GYTS架空光缆,当采用GYTS架空光缆地埋敷设时,应穿硅芯管,考虑到后期维护方便,可采用GYTS架空光缆穿硅芯管敷设。
在输水隧洞段可采用沿洞顶吊挂水下光缆或海底光缆敷设方式,与水下光缆相比,海底光缆主要有以下优势:
(1)海底光缆可有效延伸通信线路使用寿命。
海底光缆的结构稳定密度大,抗拉抗磨,使用寿命可达25年。水下光缆的密度小,相比海底光缆抗拉性差,易变形,使用寿命20年。
(2)使用海底光缆可以有效减少光缆接续点,减少线路中断的风险。
水下接续点是光缆线路中断的主要原因,水下光缆段长最长达到6km,海底光缆段长可达30km,相同长度下水下光缆接续点比海底光缆多5倍。大型供水工程输水隧洞一般长几十到上百公里,如果采用水下光缆,工程建成通水后,由于隧洞内接续点太多,将大大降低通信传输的可靠性,且维修维护极不方便,若采取海底光缆方式,全线光缆接续和成端均在支洞口机房内完成,极大程度降低光缆中断风险的同时方便后期运行维护,维护人员可在支洞机房内完成业务割接。
三、大型供水工程通信组网技术比选
在考虑网络基本技术体制时,应结合当前需求和长远发展目标,使其既能满足现有和将来一段时期业务的需求,又能符合信息技术发展的趋势。
目前常用的组网方案有:以太网组网方案、OTN组网方案、SDH组网方案、MSTP组网方案、租用公网方案等。下面分别就各种技术的优缺点进行简要分析:
(1)以太网组网方案
以太网组网采用CSMA/CD协议,是目前广泛使用的组网方案,技术成熟,带宽可达10G,最大无中继传输距离40km。以太网组网可采用环网方式,也可采用星型组网方式,若采用环网组网方式,每张物理网络占用4芯光纤。
(2)OTN组网方案
OTN是以波分复用技术为基础、在光域内实现业务信号的传送、复用、路由选择和监控,并保证其性能指标和生存性。它的出发点是子网内全光透明,而在子网边界采用O/E和E/O技术。OTN可以支持多种上层业务或协议,如SDH、ATM、以太网、IP等,是适应各种通信网络演进的理想基础传送网络。OTN技术是对SDH和DWDM技术的传统优势进行了更为有效的继承和组合,既可以像DWDM网络那样提供超大容量的带宽,又可以像SDH传输网那样可运营、可管理。并考虑了大颗粒传送和端到端维护等新的需求,将业务信号的处理和传送分别在电域和光域内进行,同时扩展了与业务传送需求相适应的组网功能。
(3)SDH组网方案
SDH是一种基于时分复用的同步数字技术,SDH采用块状的帧结构来承载信息,整个帧结构分成段开销区、STM-N净负荷区和管理单元指针(AUPTR)区三个区域。SDH传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三个步骤。之后将不同的网络层次的业务通过VC级联的方式映射到SDH电路的各个时隙中,由SDH网络提供完全透明的传输通道完成业务数据的传输。
(4)MSTP组网方案
MSTP是基于SDH平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务接入、处理和传送,提供统一网关的多业务节点。将传统的SDH复用器、数字交叉连接器(DXC)、WAM终端、网络二层交换机和IP边缘路由器等多个独立的设备集成为一个网络设备,进行统一控制和管理。有助于实现从电路交换网向分组网的过渡,也是城域网主流技术之一。
(5)租用公网方案
租用公网,可以根据工程实际情况,选择不同的运营商租用公网方案,组网灵活,带宽调整方便。不需要单独建设,需要每年租赁,费用较高。
(6)综合比选
各种组网方案优劣点对比见表1:
表1 传输组网技术比较表
SDH体制可从高速信号中直接下低速信号,省去了多级复用/解复用过程,这种功能的实现是通过指针机理来完成的,指针功能的实现增加了系统的复杂性,且软件的大量使用对系统安全性的影响较大,使系统容易受到计算机病毒的侵害。
OTN底层采用波分复用技术,成倍提高了传输网络的光纤利用率,为后续业务开展接入提供更大利用空间。但OTN组网技术投资较大,技术较复杂。
以太网组网方式是应用较为广泛的组网技术,技术成熟、可靠性强、性价比高、网络管理维护方便。
MSTP组网方式技术成熟,同时已有新技术替代,不适用后期平滑升级。
租用公网方式技术成熟,配置灵活,不受地域距离影响,可靠性高,有专人维护。
综合比较之下,一般在现地监控站点与现地管理站之间采用以太网组网,若还有工程上级管理单位且管理单位离工程较远,此时,在现地管理站与上级管理单位之间宜租用公网,当通信带宽需求非常大时,通常在10G以上,宜采用OTN组网技术。
四、结语
大型供水工程通信组网设计要结合工程实际,综合考虑技术可行性、链路可靠性、施工难易度、维护方便性、投资性价比等因素,选择合适的通信组网技术。