■ 白莉 时庆飞 阚绍忠 李践实
通信传输系统在客运专线、高速铁路中发挥着重要作用,承载通信专业的数字调度、GSM-R铁路无线移动通信、数据网、综合视频、会议电视等业务;承载信号、信息、防灾、牵引供电、电力等专业业务;承载CTCS-2级列控系统和基于GSM-R无线通信系统的CTCS-3级列控系统。因此,应高度重视优化铁路通信传输网结构,为铁路通信提供一个安全可靠、结构合理、符合未来发展需要的传输系统。
通信技术进步促进铁路运输效率提高,在铁路历史发展过程中,先进的通信技术被不断采用。100多年来,我国铁路通信技术发生了巨大变化。随着铁路行业业务的不断增加,作为铁路通信承载系统的铁路通信传输系统也随之发展,以满足铁路业务和带宽需要。
我国铁路长途通信由模拟通信的明线载波3路和12路通信、电缆12路通信、同轴电缆300路和960路通信到数字电缆PCM通信,直至数字准同步PDH 8M、34M、140M通信及光同步数字传输SDH 155M、622M、2.5G、10G通信,以及发展到现在的基于光系统的DWDM、SDH(MSTP)通信,铁路长途通信得到了长足的发展。
我国客运专线通信传输系统承载GSM-R无线通信系统、CTCS列控系统、防灾安全监控系统、视频监控系统等,对网络的安全性要求较高,更强调网络结构保护。
根据高速铁路设计规范,通信传输系统应采用层次化结构,由骨干层、中继层和接入层组成。高速铁路骨干层应与中继层合并设计。通信传输系统网络结构宜采用两层网络结构,即骨干层和汇聚接入层。
通信传输系统应具备以下功能:
(1)能够承载客运专线各种业务信息内容,满足传输容量要求,并预留一定扩展余量。
(2)综合考虑铁路通信传输网承载的信息类型,采用合理的传输制式解决不同业务的承载需求,最大程度利用带宽资源和提高传输效率。
(3)为提高系统可靠性,对网内传输的各种信息进行环路保护。
(4)具有自诊断功能,可进行故障管理、性能监视、系统管理、配置管理,并具有集中告警维护、统一管理的网络管理功能。
客运专线、高速铁路通信传输系统承载通信专业的业务,也承载信息、信号、牵引供电、电力、防灾等业务(见表1)。
客运专线通信传输系统中的防灾、数据网、综合视频、牵引供电SCADA、电力 SCADA占用带宽较大,其业务带宽需求分析见表2。
郑西客运专线通信传输系统采用两层网结构,骨干层利用不同物理径路的2条32芯光缆中的各2芯构建STM-64 MSTP(1+1)光同步数字通信传输系统。接入层设基于MSTP的SDH 622 Mb/s多业务通信传输系统,在区间组成奇数基站环、偶数基站环、牵引变电专业加中继站环。业务分配在2条光缆上。郑西客运专线通信传输系统组网见图1。
京石武客运专线通信传输系统采用两层网结构,骨干层利用不同物理径路的2条32芯光缆中的各2芯构建STM-64 MSTP(1+1)光同步数字通信传输系统。接入层设基于MSTP的SDH 622 Mb/s多业务通信传输系统,为提高GSM-R网络系统可靠性,GSM-R网络区间点传输及接入系统按间隔接入不同的保护环考虑,在新设干线光缆中采用6芯构成3个SDH 622 Mb/s二纤通道保护环,即奇数基站环、偶数基站环、牵引变电专业加中继站环。业务分配在2条光缆上。京石武客运专线通信传输系统组网见图2。
表1 专业业务种类需求分析
表2 业务带宽需求分析
骨干(本地中继)层利用不同物理径路的2条32芯(或24芯)光缆中的各2芯构建STM-16 MSTP(1+1)以上光同步数字通信传输系统。在沿线车站设STM-16 MSTP以上光同步数字传输设备。
6.2.1 三种组网方案
接入层在区间根据实际情况可组2个环或3个环。2个环为奇数基站加中继站加牵引变电等环、偶数基站加中继站加牵引变电等环;3个环为奇数基站环、偶数基站环、牵引变电专业加中继站环。下面采用区间3个环分析三种组网方案。
方案1:区间采用单缆,业务用另1条缆环回保护(见图3)。接入层采用STM-4 MSTP设备开通SDH 622 Mb/s光同步数字传输及接入网系统。奇数基站环、偶数基站环、牵引变电专业加中继站环串接于1条光缆中,利用1条32芯光缆中的3×2芯开通3套SDH 622 Mb/s光同步数字通信传输系统,再利用另1条32芯光缆中的3×2芯与车站STM-4 MSTP设备共同组建3套二纤通道保护环。
方案2:区间采用双缆,业务用光纤环回保护(见图4)。接入层采用STM-4 MSTP设备开通SDH 622 Mb/s光同步数字传输及接入网系统。根据现场实际情况,基站、信号中继站、牵引变电所(亭)分别串接于不同物理径路的2条光缆中。利用2条32芯光缆中的3×2芯构建SDH 622 Mb/s同步数字通信传输系统,分别与车站STM-4 MSTP设备组建3套二纤通道保护环。
图1 郑西客运专线通信传输系统组网示意图
图2 京石武客运专线通信传输系统组网示意图
图3 区间采用单缆,业务用另1条缆环回保护方案
图4 区间采用双缆,业务用光纤环回保护方案
图5 区间共享光纤虚拟路径保护方案
方案3:区间共享光纤虚拟路径保护(见图5)。共享光纤虚拟路径保护技术可将1根物理光纤等效为多根逻辑光纤,在1根光纤中可同时支持多种保护方式,保护级别可按VC-12或VC-4级别设置,实现业务分类保护和复杂网络保护,适合于光缆资源匮乏、光接口板紧张的业务模型。接入层车站设备采用STM-16 MSTP设备,利用1条32芯光缆中2芯开通SDH 2.5 Gb/s通信传输系统,区间基站、信号中继站、牵引变电所(亭)采用STM-4 MSTP设备,利用另1条32芯光缆中3×2芯开通3套SDH 622 Mb/s通信传输系统。利用车站层开通的SDH 2.5 Gb/s通信传输系统,采用共享光纤虚拟路径保护技术将SDH 2.5 Gb/s通信传输系统的4个622 Mb/s通道在逻辑上划分为4个独立的SDH 622 Mb/s通信传输系统,其中3个与站间3个SDH 622 Mb/s链型通信传输系统分别互连,组建3个虚拟的SDH 622 Mb/s光纤通道保护环,剩余的1个622 Mb/s通道与SDH 10 Gb/s通信传输系统中虚拟出的1个622 Mb/s通道互连,组建1个虚拟的SDH 622 Mb/s光纤通道保护环。
6.2.2 三种方案比较
方案1:组网直接用光纤环回,安全性高;保证了1条缆性能优良,方便维护,过轨数量少;另1条缆频繁破口、频繁过轨,性能下降。当线路一侧因地震或其他自然灾害出现2个以上区间光缆故障时,将导致中断通信,影响行车安全。
方案2:组网直接用光纤环回,奇偶数基站业务承载在2条光缆上,安全性高;2条光缆均出现频繁破口、频繁过轨现象,性能下降。
方案3:2.5Gb/s光路承载4条虚拟通道,一旦发生故障,安全性降低;节省光纤,节省光口数量和占用的槽位;网络结构复杂,维护管理工作量大。
通信传输系统网络宜采用骨干层和汇聚接入层结构。骨干层采用SDH 10 Gb/s以上速率系统,汇聚接入层采用S D H 622 Mb/s以上速率系统,其均采用基于SDH的多业务传送节点(MSTP)设备,同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送,提供统一网络的多业务平台。
(1)骨干通信传输系统采用基于MSTP的STM-64以上传输设备,设备采用1+1配置。利用敷设于铁路两侧的干线光缆构成1+1复用段多业务通信传输系统。
(2)骨干网应考虑全程全网的需求,容量应兼顾本线、本局、其他线、其他局主用电路和迂回保护电路的需求,兼顾骨干及局干传送网的组网需求。
(3)客运专线的骨干网可考虑利用既有铁路的骨干传输(DWDM、SDH)网作迂回保护,也可与既有骨干传输网组成一个传输环,增加客运专线骨干传输网的可靠性。
(4)随着新技术的不断成熟,骨干网可考虑MSTP或DWDM网与新技术网络并网使用。
(1)接入网通信传输系统采用基于MSTP的STM-4以上传输设备。
(2) 在自然条件好、地震烈度等级低的地区优先采用方案1,直接用光纤环回,安全性较高,保证了1条缆性能优良、过轨数量少,方便维护。
(3)在自然条件差、地震烈度等级高的地区,优先采用方案2,安全性高。
(4)接入层区间优先采用3个环方案,即奇数基站环、偶数基站环、牵引变电专业加中继站环。
近年来,ASON、OTN、PTN等新传输技术不断涌现,OTN有可能成为未来主要光传送网技术。OTN可同时实现原SDH层(安全与调度)和波分层(大容量远距离传送)的功能,使调度和传送合一,其基于大颗粒管理和调度,效率更高。随着ASON控制平面标准,以及OTN在智能化方面的标准完善,2个技术将会完美结合,最终实现基于OTN传输平台真正意义上的ASON网络。随着不断研究与探索,铁路通信传输系统未来可考虑利用多种技术组网,使网络更加安全可靠、结构合理、功能强大。
[1] TB 10621—2009 高速铁路设计规范(试行)[S]
[2] 北京中铁建电气化设计研究院. 郑西客专四电集成方案,2008
[3] 北京中铁建电气化设计研究院. 京石武客专四电集成方案,2011