邱 萍

(1.北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

1 概述

鐵路通信網(wǎng)是保證鐵路運輸正常、安全運行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和基本通信手段，是支撐鐵路信息化的重要載體。鐵路傳送網(wǎng)是通信網(wǎng)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，為鐵路各專業(yè)提供承載通道和網(wǎng)絡(luò)接入。鐵路傳送網(wǎng)經(jīng)過多年的建設(shè)和完善，已經(jīng)形成了覆蓋鐵路的統(tǒng)一、完整的專用傳送網(wǎng)，同時采用了通信領(lǐng)域最先進(jìn)、成熟的傳送技術(shù)。

2 鐵路通信傳送網(wǎng)現(xiàn)狀

鐵路傳送網(wǎng)以光傳送技術(shù)為主體，全路光傳送網(wǎng)分為骨干層、匯聚層和接入層3 層結(jié)構(gòu)，全面覆蓋業(yè)務(wù)匯聚點、樞紐節(jié)點、鐵路交匯點、車站等各類節(jié)點。

采用成熟、先進(jìn)的光傳送技術(shù)，選擇光傳送網(wǎng)（OTN）+基于SDH 的多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點（MSTP）或MSTP 技術(shù)，OTN 采用40 波100G/10G 混傳平臺，MSTP 采用10 Gbit/s、2.5 Gbit/s、 622 Mbit/s 設(shè)備組網(wǎng)，個別區(qū)段還使用155 Mbit/s 設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一般為環(huán)型網(wǎng)，條件允許時采用網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，條件不具備時采用線型結(jié)構(gòu)；按層級和業(yè)務(wù)需求的不同，系統(tǒng)容量從155 M 到4 000 Gbit/s 不等；充分利用系統(tǒng)冗余保護(hù)、傳送技術(shù)自身的保護(hù)機(jī)制、設(shè)備的冗余保護(hù)，為各類鐵路業(yè)務(wù)提供高可靠性的承載網(wǎng)；建立集中網(wǎng)管系統(tǒng)，提供靈活便捷的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和管理能力。

骨干層、匯聚層傳輸網(wǎng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不完善，網(wǎng)絡(luò)冗余保護(hù)能力不足，智能化水平不高，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理信息化手段不足。接入層技術(shù)應(yīng)用不適合寬帶數(shù)據(jù)綜合接入需要；系統(tǒng)容量不足，帶寬小，不能滿足多種應(yīng)用的需求；無法傳送高精度的時間同步信號。

3 鐵路通信傳送網(wǎng)承載業(yè)務(wù)

3.1 承載TDM業(yè)務(wù)

1）鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)（GSM-R）

根據(jù)GSM-R 系統(tǒng)中繼互聯(lián)、移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）信令網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，GSM-R 系統(tǒng)核心網(wǎng)之間需要骨干層傳輸網(wǎng)提供622 Mbit/s 或155 Mbit/s的通道；無線網(wǎng)每3 ～4 個基站組成1 個2 M 環(huán)，需占用匯聚層傳輸網(wǎng)2 Mbit/s 通道至基站控制器（BSC），占用接入層傳輸網(wǎng)2 Mbit/s 通道組環(huán)。

GSM-R 系 統(tǒng) 采 用 基 于IP 化 的Abis 接 口（Abis-IP），基站環(huán)組網(wǎng)由環(huán)網(wǎng)變?yōu)樾切芜B接，每套基站設(shè)備至BSC 的上聯(lián)端口為2 個快速以太網(wǎng)（FE）；Abis 接口IP 化后采用FE 接口，對傳輸鏈路的帶寬需求與采用非Abis-IP 相差不大，一個O2 基站至BSC 的通道小于500 kbit/s（不開Edge功能）。

2）調(diào)度通信業(yè)務(wù)

數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)按中國鐵路總公司（簡稱總公司）調(diào)度中心－鐵路局集團(tuán)公司調(diào)度所－站段分級組網(wǎng)。其中總公司調(diào)度中心至各鐵路局集團(tuán)公司調(diào)度所采用星狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，并有迂回路由；相鄰鐵路局集團(tuán)公司調(diào)度所間設(shè)置直達(dá)路由器，每個路局出口帶寬不大于20×2 M，占用骨干層傳輸網(wǎng)提供2 Mbit/s 的通道。

鐵路沿線每6 ～15 個車站組成一個2 M 環(huán)，占用匯聚層傳輸網(wǎng)2×2 Mbit/s 帶寬至調(diào)度所，占用匯聚層、接入層傳輸網(wǎng)2 Mbit/s 通道組環(huán)。

3.2 承載分組業(yè)務(wù)

1）客票業(yè)務(wù)

票務(wù)系統(tǒng)由總公司票務(wù)中心、區(qū)域中心、車站票務(wù)系統(tǒng)分級架構(gòu)。

骨干層傳輸網(wǎng)主要承載區(qū)域中心到總公司的票務(wù)業(yè)務(wù)。

接入層、匯聚層傳輸網(wǎng)提供各車站至原分局電算中心點對點或環(huán)形的組網(wǎng)通道，需要接入層傳輸網(wǎng)提供2 Mbit/s 通道，將各車站客票業(yè)務(wù)接入。

2）公安業(yè)務(wù)

鐵路公安信息網(wǎng)采用專線獨立組網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為公安局－公安處－派出所－警務(wù)區(qū)。專線電路要求為：鐵路公安局至所轄18 個鐵路公安局采用千兆以太網(wǎng)（GE）接口，鏈路帶寬不低于1 000 Mbit/s；18 個鐵路公安局至所轄鐵路公安處采用GE 接口，鏈路帶寬不低于1 000 Mbit/s；鐵路公安處至管轄內(nèi)所屬派出所采用FE 接口，鏈路帶寬為100 Mbit/s；各派出所至相關(guān)警務(wù)區(qū)采用FE 接口，鏈路帶寬為10 Mbit/s。

3）調(diào)度集中/ 列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（CTC/TDCS）業(yè)務(wù)

每個路局和相鄰路局之間、每個路局到總公司之間采用專線通道（2 個2 M），需骨干層傳輸網(wǎng)提供通道。

接入層傳輸網(wǎng)提供各車站至鐵路局調(diào)度所的環(huán)形組網(wǎng)通道，各車站信息與鐵路局調(diào)度所溝通，同時需要匯聚層傳輸網(wǎng)提供環(huán)形網(wǎng)的迂回通道；另外還需要接入層傳輸網(wǎng)提供至電務(wù)段和電務(wù)車間的監(jiān)控通道。

每4 ～5 個站組成1 個2 M 環(huán)，占用匯聚層傳輸網(wǎng)2 Mbit/s 通道和接入層傳輸網(wǎng)2 Mbit /s 通道，采用FE 接口。

4）防災(zāi)系統(tǒng)

相鄰鐵路局中心系統(tǒng)之間、車站至路局中心系統(tǒng)之間采用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)承載。

相鄰鐵路局中心系統(tǒng)之間通道帶寬不小于4 Mbit/s，維護(hù)管理單位監(jiān)測維護(hù)終端與鐵路局中心系統(tǒng)之間通道帶寬不小于4 Mbit/s，車站至鐵路局中心系統(tǒng)之間通道帶寬不小于4 Mbit/s。

風(fēng)雨雪及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控單元設(shè)置在鐵路沿線的通信機(jī)械室，與車站主備用帶寬不小于2 Mbit /s。

地震預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控單元設(shè)置在牽引變電所、分區(qū)所、AT 所、基站、中繼站、線路所、車站等處所，與車站主備用帶寬不小于2 Mbit /s。

3.3 智能鐵路業(yè)務(wù)需求

智能鐵路對承載網(wǎng)除上述對既有業(yè)務(wù)的承載外，還出現(xiàn)了一些新的需求變化：

1）鐵路業(yè)務(wù)逐步由電路域轉(zhuǎn)換為分組域進(jìn)行承載；

2）鐵路下一代寬帶移動通信系統(tǒng)的應(yīng)用；

3）視頻監(jiān)控實現(xiàn)全高清、全覆蓋和云存儲的架構(gòu)；

4）客貨運信息服務(wù)及票務(wù)等帶寬需求激增；

5）新一代智能牽引變電系統(tǒng)要求通信網(wǎng)提供超低延時的故障切換操控需求；

6）車地間圖像實時傳送；

7）車載信息、弓網(wǎng)信息、路況信息、大風(fēng)地震等災(zāi)害信息的實時傳送；

8）數(shù)據(jù)中心的建設(shè)實現(xiàn)未來數(shù)據(jù)的統(tǒng)一應(yīng)用、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一維護(hù)；

9）萬物互聯(lián)，需要網(wǎng)絡(luò)具備海量接入和高精度同步特性。

4 傳送技術(shù)研究

4.1 現(xiàn)有傳送技術(shù)

光傳送網(wǎng)（OTN）：OTN 技術(shù)是在同步數(shù)字體系（SDH）和波分復(fù)用（WDM）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，兼有兩種技術(shù)的優(yōu)點。一方面，它處理的基本對象是波長級業(yè)務(wù)，提供對更大顆粒的2.5 Gbit/s、10 Gbit/s、40 Gbit/s 和100 Gbit/s 業(yè)務(wù)的透明傳送支持；另一方面，它提供波長和子波長業(yè)務(wù)調(diào)度能力、改善了組網(wǎng)能力弱、保護(hù)能力弱等問題。OTN可在光層及電層實現(xiàn)波長及子波長業(yè)務(wù)的交叉調(diào)度，實現(xiàn)多業(yè)務(wù)的接入、保護(hù)和恢復(fù)、管理及維護(hù)，是承載大帶寬、多業(yè)務(wù)的理想傳送平臺。

分組增強(qiáng)型OTN：OTN 充分考慮了分組傳送技術(shù)和OTN 光傳送技術(shù)特點，將二者技術(shù)融合優(yōu)化后形成統(tǒng)一分組和光交換平臺，同時具備二層交換（Ethernet/MPLS）和一層交換（OTN/SDH）。其特點是采用OTN 接口作為PTN 的線路側(cè)；支持OTN 的信道化復(fù)用結(jié)構(gòu)；傳輸性能好，OTN 采用擾碼技術(shù)，安全性高；具備k 階光通道數(shù)據(jù)單元（ODUk）交叉和分組交換雙層調(diào)度能力；道化業(yè)務(wù)物理隔離、每個信道有獨立的調(diào)度器，避免信道間的相互影響；采用分層服務(wù)質(zhì)量（HQoS）+硬管道，保證業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量。

基于SDH 的多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點（MSTP）：基于SDH 平臺，同時實現(xiàn)TDM、ATM、以太網(wǎng)、IP等業(yè)務(wù)的接入處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務(wù)平臺；具有完善的保護(hù)方式，為業(yè)務(wù)提供端到端、固定帶寬傳送。

增強(qiáng)型MSTP：融合了TDM 和以太網(wǎng)的優(yōu)點，采用雙平面?zhèn)魉湍Ｊ?，分組平面和TDM 平面采用管道物理隔離的方式分隔開，在保證高安全級別業(yè)務(wù)安全性的同時，也提高了分組業(yè)務(wù)的傳輸效率。

分組傳送網(wǎng)（PTN）：PTN 以分組信息業(yè)務(wù)的傳送為核心，同時支持多業(yè)務(wù)傳送；采用二層交換或三層交換的分組架構(gòu)，不但能實現(xiàn)基于IP 的多業(yè)務(wù)的傳送、靈活的服務(wù)質(zhì)量（QoS）策略、豐富的廣播/組播業(yè)務(wù)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)端到端的隧道管理、端到端的運行、管理與維護(hù)（OAM），提供基于同步以太網(wǎng)、IEEE 1588v2 的高質(zhì)量同步與定時，以及快速的業(yè)務(wù)保護(hù)與恢復(fù)。

IP 無線接入網(wǎng)絡(luò)（IP RAN）：IP RAN 基于IP/多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，并且支持基于多協(xié)議標(biāo)記交換的傳送協(xié)議（MPLS-TP）。IP RAN 的關(guān)鍵技術(shù)主要包括分區(qū)域和多進(jìn)程技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)技術(shù)、QoS 技術(shù)、OAM 技術(shù)、時鐘同步技術(shù)等，與PTN 技術(shù)類似。由低成本路由器組網(wǎng)。

4.2 適用于接入層傳送技術(shù)

接入層技術(shù)比較如表1 所示。

表1 傳輸網(wǎng)技術(shù)制式比較表Tab.1 Comparison of features of transmission network technology

4.3 鐵路傳送網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用建議

骨干層傳輸網(wǎng)：OTN 更適用業(yè)務(wù)高帶寬的通道需求，提供大容量的傳送通道，節(jié)省光纖。

匯聚層傳輸網(wǎng)：OTN+MSTP、分組增強(qiáng)型OTN 適用于多種業(yè)務(wù)接入、高帶寬的通道需求及高精度時間要求。

接入層傳輸網(wǎng)：MSTP、PTN、IP RAN、增強(qiáng)型MSTP 均適用業(yè)務(wù)帶寬的通道需求，PTN、IP RAN、增強(qiáng)型MSTP 更適用全分組交換及高精度時間要求，從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化程度、保護(hù)切換時間和業(yè)務(wù)需求考慮，鐵路接入層傳輸網(wǎng)可選擇PTN、增強(qiáng)型MSTP。

5 鐵路傳送網(wǎng)技術(shù)發(fā)展

中國鐵路需要通過持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新，從而推動鐵路智能化、現(xiàn)代化水平的大幅提升，促進(jìn)國內(nèi)鐵路向智能鐵路轉(zhuǎn)型升級，使得國內(nèi)鐵路總體技術(shù)水平達(dá)到世界領(lǐng)先。鐵路通信傳送網(wǎng)作為實現(xiàn)智能鐵路的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)顯得尤為重要。

智能鐵路業(yè)務(wù)要求承載網(wǎng)具有IP 化、大帶寬、低時延、高密度接入、高可靠性、高安全性、智能控制、高精度時間同步的傳送、網(wǎng)絡(luò)易于維護(hù)等特性。因此下一代鐵路傳送網(wǎng)將具有以下特點：

1）網(wǎng)絡(luò)制式高度融合，傳輸速率越來越高，網(wǎng)絡(luò)容量越來越大；

2）接入密度大幅提升；

3）網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)可重構(gòu)的能力，提供智能服務(wù)；

4）高質(zhì)量業(yè)務(wù)保證，具有業(yè)務(wù)的QoS 保障和網(wǎng)絡(luò)的OAM 性能；

5）網(wǎng)絡(luò)實時性、可靠性、安全性更高；

6）高精度的時鐘/ 時間同步信號的應(yīng)用和傳送；

7）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可編程和按需調(diào)用、端到端業(yè)務(wù)應(yīng)用。

6 結(jié)束語

OTN、MSTP 等光傳送技術(shù)在鐵路通信網(wǎng)已經(jīng)得到了成熟、大規(guī)模的應(yīng)用。隨著數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)計算、云端業(yè)務(wù)等新的智能鐵路需求的廣泛應(yīng)用，大帶寬接口、大容量需求將是常態(tài)。傳送網(wǎng)面臨巨大的數(shù)據(jù)流、密集接入、數(shù)據(jù)動態(tài)變化和不可預(yù)知性的沖擊，目前光傳送網(wǎng)絡(luò)固定速率的接口、固定帶寬、光層的固定頻譜間隔、逐層分離式管控、靜態(tài)連接等特性在這種狀況下顯得效率低下。因此鐵路下一代傳送網(wǎng)應(yīng)向著業(yè)務(wù)自動部署、瞬時帶寬調(diào)整、開放式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、彈性管道、按需分配帶寬、扁平化、管控分離、高安全可靠性的方向發(fā)展。其價值體現(xiàn)在運維“易”，運營“細(xì)”，帶寬資源“零浪費”，帶寬價值“零殘留”，流量、距離自適應(yīng)等方面。