客运专线传输系统组网结构分析

■ 胡新

客运专线传输系统组网结构分析

■ 胡新

客运专线传输系统是各业务网的基础承载网络，其可靠性直接关系到各业务网的可靠性，进而影响客运专线的运营安全。因此，高可靠性、高效率的传输系统是确保客运专线运营安全的重要基础保障。

1 客运专线传输系统业务需求分析

根据业务性质不同客运专线传输系统电路业务主要分为以下两大类.

（1）实时性或可靠性要求较高的业务。包括调度通信、GSM-R系统、CTC、微机监测、电力SCADA系统、牵引变SCADA、防灾、电子客票、公安等保障铁路运营安全的通信业务，要求独立组网和高度可靠的实时传送通道，同时对外提供多种业务接口。

（2）基于传输控制协议/因特网互联协议（TCP/ IP），以计算机网络为主，对可靠性或实时性要求相对不高的业务。主要有综合视频监控、会议电视、低速率接入、动力环境监控、综合维修、动车管理等不直接影响行车安全的业务。

2 现有客专线传输系统基本架构

现有客专线传输系统利用新建不同物理径路的2条光缆组成骨干层、汇聚层（可与骨干层合设）、接入层。

（1）骨干层、汇聚层传输系统。完成各主干节点间的各类业务连接/调配，同时作为整个网络与既有系统的互联层。现有骨干层、汇聚层利用客运专线2条光缆中的各2芯构建1+1线性复用段保护链；主要承载业务有数据网通道（包括综合视频监控系统、会议电视系统、旅客服务系统、经营管理信息系统、应急通信系统）、运营调度系统、CTC、调度通信系统、GSM-R系统、票务数据等所需的通道。

（2）接入层传输系统。完成接入节点业务的接入、汇聚和转接，将来自区间接入层的业务汇聚到骨干层、汇聚层。现有接入层利用客运专线2条光缆中的各2芯构建保护环，主要承载的业务有数据网通道、CTC、GSM-R系统、调度通信系统、SCADA系统、应急通信、综合视频监控、直放站监测、微机监测、区间防灾系统等所需的2 Mb/s通道、低速数据通道、音频通道及10M/100M以太网通道等。

3 客运专线传输系统组网结构分析

3.1 接入层传输系统

接入层利用不同物理径路2条光缆中的各2芯构建同步数字传输系统，通常设置奇数基站（包括信号中继站）环、偶数基站（包括信号中继站）环和牵引供电专业环。

3.1.1 接入层组网方式

（1）光纤环回方式一。各环以双缆中的1条作为主用光纤，另1条作为备用，构建光纤迂回环路。光纤环回方式一的网络结构见图1。

（2）光纤环回方式二。各环以双缆中的1条作为主用光纤，另1条作为备用，构建光纤迂回环路。光纤环回方式二的网络结构见图2。

（3）利用上层传输通道环回方式。各环以双缆中1条作为主用光纤，利用上层传输系统车站间传输通道迂回环路。利用上层传输通道环回方式的网络结构见图3。

3.1.2 接入层组网结构分析

（1）可靠性分析。光纤迂回方式一及方式二均采用不同物理径路的2条光纤，将其分别作为传输系统环路的主、备径路，可靠性相同。利用上层传输通道环回方式采用上层传输通道构建环回，增加了2端车站上层传输设备障碍风险，但利用上层传输保护功能降低了线路障碍风险，尤其是上层传输保护功能实现跨线路保护能力时，降低线路障碍风险尤为显著。考虑到上层传输设备设置在车站机房，发生设备障碍时，相对于线路障碍具有较高的风险控制能力，因此利用上层传输通道环回方式比光纤迂回方式一和方式二总体上的可靠性高。

（2）光纤使用效率。光纤迂回方式一和方式二使用不同物理径路2条光缆中各2芯组网，光纤占用数量一致。光纤迂回方式一需对其中1条光缆在沿线每个业务节点进行分歧引出，另1条光纤需在2端车站分歧引出，造成2条光缆资源运用不对称。光纤迂回方式二的2条光缆分别交替分歧引出，2条光缆资源运用对称，资源运用效率高。利用上层传输通道环回方式利用上层传输系统提供的环回通道，节省2芯光纤资源，虽然占用了上层传输系统资源，但从光纤资源稀缺性方面，扩容增加传输通道相对容易。因此，利用上层传输通道环回方式资源运用效率最高。

图1 光纤环回方式一的网络结构示意

图2 光纤环回方式二的网络结构示意

图3 利用上层传输通道环回方式的网络结构示意

（3）应急处置能力。设备障碍情况下应急处置能力主要取决于设备可靠性及备件相应支持能力，光纤迂回方式一和方式二与利用上层传输通道环回方式的应急处置能力相同，以光缆障碍为例，对其应急处置能力进行比较。光纤迂回方式一的2条光缆分歧引出点不均衡，当主缆出现障碍时，备用缆不能就近接入替代；光纤迂回方式二的2条光缆分歧引出点分布平衡，1条光缆出现障碍时，另1条光缆可就近接入替代，应急处置能力较强；利用上层传输通道环回方式采用上层传输通道环回，可充分利用上层传输系统的各种保护功能，应急处置能力最高。

3.1.3 电路保护方式分析

接入层环网电路保护方式主要分为通道保护和2纤复用段环保护。通道保护是对被保护电路设置1条径路的备用通道，并在支路端口侧双发选收实现障碍时自动切换，其有效带宽等于传输系统带宽。2纤复用段保护是将传输系统带宽后一半作为前一半的公共保护通道，有效带宽为传输系统带宽的50%，发生障碍时在2端线路端口进行自动环回，实现电路切换。两者保护能力一致，均具备抗单点线路中断能力。

从有效带宽方面，可以看出通道保护带宽利用效率更高，但分析接入层承载业务网络电路运用特点发现，接入层承载的业务网络绝大多数均以环型方式组网，例如基站环、SCADA环等。因此，每相邻2个业务接入节点间电路需求基本一致，造成接入层传输环网相邻各网元间电路分布十分均匀。以一个N点（N≥2）的业务网模型进行分析。

假设某业务环网具有N个节点（N≥2），业务网相邻节点间通过K带宽电路相连。计算可得总电路数=N-1。

在通道保护方式下，主用电路总带宽=（N-1）×K×1（1表示采用就近短径路经过的传输段数量）；保护通道利用反向迂回径路，则保护通道总带宽=（N-1）×K×（N-1）（N-1表示采用反向长径路经过的传输段数量）；总带宽数量=主用电路总带宽+保护通道总带宽=（N-1）×N×K。

在2纤复用段保护方式下，主用电路总带宽=（N-1）×K；各条电路共用1条保护时隙，则保护通道总带宽= N×K；保护通道总带宽=（2N-1）×K。

由此可见，当N≥3时，通道保护方式的带宽利用效率不具优势，而随着N的增加，带宽利用将成倍增加。在铁路客运专线接入层中，业务网节点数量均远大于3，因此采用2纤复用段保护具有明显的带宽利用效率优势。此外，2纤复用段保护的环保护功能在系统开通时统一设置，不需要对每条电路逐一配置保护通道，维护方便。

3.2 骨干层、汇聚层传输系统

客运专线的骨干层、汇聚层有合设与分设2种方式。目前分设方式电路运用均采用骨干层、汇聚层分担方式，可简单地将汇聚层传输系统看成具备完整骨干传输系统功能的第二平面，在此不再对汇聚层组网结构进行分析。

3.2.1 骨干层组网方式

（1）利用本线光缆组网1+1保护链（方式一）。骨干层利用不同物理径路2条光缆中的各2芯构建1+1复用段保护链传输系统。方式一的网络结构见图4。

（2）利用本线光缆组网1+1保护环（方式二）。骨干层利用不同物理径路2条光缆中的各4芯构建1+1复用段保护环传输系统。方式二的网络结构见图5。

（3）利用本线光缆及上层全路骨干传输网组网1+1保护环（方式三）。骨干层利用不同物理径路2条光缆中的各2芯，并利用上层全路骨干传输系统通道构建1+1复用段保护环传输系统。方式三的网络结构见图6。

3.2.2 骨干层组网结构分析

骨干层组网方式中，除了方式二多占用4纤本线光纤资源外，其余方式光纤资源占用相同。在此从系统可靠性角度对比分析3种方式的骨干层组网结构（见表1）。

图4 方式一的网络结构示意

图5 方式二的网络结构示意

图6 方式三的网络结构示意

表1 骨干层组网结构

3.2.3 双平面组网方式研究

通过对比分析可以看出，无论采用何种方式均无法解决网元单节点障碍情况下的本网元业务中断风险。解决中断风险可采用骨干层双平面组网方式（见图7）。在电路设计时，将同类电路运用及区间接入层保护通道平均分布到2套系统中，从而实现任意单网元节点障碍时，最少有一半电路具备业务承载能力。

图7 骨干层双平面组网方式示意

4 结论

通过上述分析，从提高客运专线传输网络基础承载可靠性角度出发，组网结构及保护方式首选方案如下。

（1）接入层。利用上层传输通道环回方式组建2纤复用段保护环。

（2）骨干层。双平面结构和每个平面利用本线光缆及上层全路骨干传输网组建1+1复用段保护环。

胡新：北京铁路通信技术中心，高级工程师，北京，100038

责任编辑 葛化一