高速铁路通信传输网组网方案研究和优化思考

■ 赵运海

因高速铁路具有高安全性、高速度、高计划性、集中调度的特点，相比普速铁路来讲，对通信通道种类、数量的需求越来越多，如高速铁路调度指挥、应急处理、运行监测和控制等各项信息传送均需通过通信传输网进行传输，通信传输网的组网方案直接决定各项信息传送的可靠性和稳定性。我国高速铁路通信传输网络从设计源头和相对普速铁路相比，比较完善且具有较高的稳定可靠性，也为高速铁路调度指挥、信息化需求等提供了稳定可靠的通信通道。通过总结近几年来高速铁路通信传输网络维护和运用的问题，高速铁路通信传输网络仍具有一定的优化空间。通过对相关高速铁路传输网组网结构、承载业务和存在问题的研究分析，提出了高速铁路通信传输网组网优化的思路和方案。

1 高速铁路通信传输网组网结构

某高铁线路通信传输网组网见图1。

1.1 骨干及中继层分析

骨干及本地中继层采用10 Gb/s的传输系统，在部分车站（部分车站和线路所未设）设有1台10 Gb/s的传输设备，构成两纤“1+1”复用段保护环。主要承载跨局骨干通道和局管内较大车站间的局内通道。同时承载了铁路局、站段至各接入层网元的保护通道。

1.2 接入层组网分析

接入层采用622 Mb/s的传输系统，在车站、基站、牵引变电等处所各设1台622 Mb/s的传输设备。接入层在任两个车站间都组成三个两纤复用段622M保护环，分别为奇数基站环、偶数基站环、牵引电力环。因接入层在各网元间有大量的业务落上下，因此复用段保护环更加适合接入层承载的业务需求。这样不仅提高了接入层的资源利用率，同时也便于业务的配置和管理。

2 高速铁路通信传输网承载业务分析

高速铁路通信传输网直接承载主要包括通信、信号、供电、信息、公安、工务等专业将近20项业务，可靠性均要求较高，具体见表1。

通过对以上承载的业务进行分析，将承载业务组网的类型分为点对点汇聚型、串联汇聚型、串联抽头环型、串联环回型4种。

图1 某高速铁路通信传输网组网示意

表1 高速铁路通信传输网承载的业务

（1）点对点汇聚型。主要包括通信专业的接入网、数据网（核心节点至汇聚节点），信息专业的铁路计算机网、客票，信号专业的RBC，公安专业的公安信息联网（派出所至公安处）等系统的组网（见图2）。

此类业务要求的可靠性高，一般为2M接口和155M以上的POS接口，局端至各现场至少两条以上电路。要求两条电路为不同径路，在具备条件的同时应为不同设备的传输系统承载。

（2）串联汇聚型。主要包括供电专业的电力SCADA、牵引SCADA、故标，工务专业的防灾安全监控等系统的组网（见图3）。

图2 点对点汇聚型

此类业务要求的可靠性高，一般为2个FE接口，且在中心起汇聚功能，节约局端FE端口。要求现场至局端为不同径路，在局端为不同传输设备承载，在现场车站或基站为不同传输设备板卡承载。

（3）串联抽头环型。主要包括信号专业的CTC、微机监测等系统（见图4）。

此类业务要求的可靠性高，一般为2M接口，在数量大的车站增加至局端电路。要求局端至车站或基站的电路为不同径路，局端为不同传输设备承载，在现场车站或基站具备条件时由不同传输设备承载。

（4）串联环回型。主要包括通信专业的调度通信、应急通信、GSM-R（BSC至BTS间）、动环监控，信号专业的道岔融雪，公安专业的公安信息联网（派出所至警务区及警务区间）等系统的组网（见图5）。

此类电路要求的可靠性高，局端至环首尾站两条电路必须为不同径路。在局端为不同传输设备承载，有条件的处所还应使某站至上、下行站的两条电路分担在不同传输系统承载。

3 高速铁路通信传输网组网分析

3.1 承载业务的流向分析

通过以上的业务分析，不管汇聚型还是环回型的业务，均使用两条以上通道，且业务源点均为各基站、车站或牵引处所，业务宿点均为铁路局所在地或较大车站所在地。为确保传输电路的可靠性，特别是杜绝单点传输设备障碍，造成大面积传输通道中断，要求业务宿点至各业务源点的业务承载在不同径路、不同传输设备（承载业务的源点为接入层设备除外）提供的传输通道上。

以A站至基站17的业务为例，A站至基站17的两条路径分别为（见图6）：第一条径路：A站622M—B站622M—基站11—基站13—基站15—基站17；第二条径路（为保护电路或迂回电路）：A站10G—B站10G—C站10G—C站622M—基站19—基站17。

3.2 通信传输组网存在问题分析

图3 串联汇聚型

图4 串联抽头环型

图5 串联环回型

图6 承载的业务流向示意

高速铁路通信传输系统按以上所述组网和电路的配置，极大提高了其承载电路的可靠性，杜绝了单站传输设备故障引起传输系统承载的业务面积性中断的现象。但是仍存在以下几个需考虑的问题。

（1）骨干及本地中继层除承载骨干电路外，承载了大量接入层至较大车站的传输通道；接入层不仅承载了接入层电路，同时也承担了中继层的功能，使接入层通道占用率大大提高且不同区段极不平衡。如距离铁路局（落地业务较多处所）越近的接入层利用率越高，反之越低；以北京铁路局京广高铁为例，假设A站为北京，按3个接入层622M保护环平均利用率统计，AB站间利用率52%，EF站利用率39.7%，MN站利用率19.9%。

（2）在有的车站或线路所仅安装1套接入层622M设备，无骨干层或中继层的10G传输设备。车站622M设备如果出现故障，会引起本站调度、CTC通道全部中断，直接影响行车（见图7）。

（3）数据网使用的电路一般为155M以上颗粒，接入层无法满足，只能在骨干及中继层上的1套传输系统上承载，降低了数据网所用电路的安全系数和数据网所承载业务的可靠性。

（4）各车站的高频开关电源为单套，如果某车站高频开关电源故障，依旧会造成整条线路承载的通信业务中断。如图6中的B站电源障碍，影响设备用电时，C站及以后的传输系统上承载的所有业务均中断。

4 高速铁路通信传输网组网和优化的思考

通过对既有高速铁路通信传输网组网和承载业务的分析，在高速铁路传输网网络结构、保护机制比较完善的基础上，为进一步提高高速铁路通信传输网的可靠性，以防止某车站全部业务通道中断、部分区段业务通道中断、某项业务通道全部中断等方面为出发点，为铁路运输生产提供稳定、可靠、畅通的通信手段，对高速铁路通信传输网，建议在以下几个方面进一步开展优化工作。

（1）根据业务量的需要，在骨干层和接入层间增加中继层（见图8），或提高接入层的链路带宽（见图9）。优化后虽然增加了投资，但是达到了如下效果：①接入层、中继层、骨干层承载的业务流向更加清晰，更加便于维护管理，车站级以上的电路均承载在中继层2.5G和骨干层10G中的1个2.5G带宽中，接入层只承载车站级以下的电路；②提高了整条线传输资源的容量，可将车站级以上包括数据网电路的所有业务实现异网元级保护，进一步提高传输系统承载业务的可靠性；③释放了接入层的资源，解决了瓶颈处资源紧张的问题。

图7 单台设备承载业务示意

图8 增加中继层后传输网示意

（2）在高速铁路车站所在地均要设置独立的中继层和接入层传输设备，以使车站使用的重要行车通信业务等所用电路分担在不同的传输设备，环回通道由其他传输系统承载，确保业务通道双网元、双径路承载，提高相关重要业务的可靠性。如以CTC通道为例，A站—B站CTC通道由骨干层10G系统承载，B站—C站的CTC通道由接入层622M系统承载，C站—D站CTC通道再由10G系统承载，在D站—A站的环回通道由非本条线的其他传输系统承载（见图10）。

（3）充分利用局干传输网进行调整优化。在局干所在处所，将原经过接入层至业务汇聚点的径路调整至由局干环至业务汇聚点（见图11），取得了以下效果：①充分利用局干网既有资源，节约了设备投资；②提高了传输系统承载业务的可靠性，能够避免高铁线上车站断电影响面积性中断的隐患，如在B站接入局干环，可避免A站、B站电源障碍后影响B站以后所有传输通道中断现象；③释放了接入层资源，解决了瓶颈处资源紧张的问题。

（4）结合骨干传输网的改造，充分利用骨干传输网提供迂回保护通道，进一步提高高速铁路传输网络承载业务的安全可靠性（见图12）。

利用骨干环或局干环为高速铁路传输网提供622M以上保护通道，对数字调度、GSM-R、CTC、MSC至RBC、牵引供电、防灾安全监控等行车通信业务使用通道做SNCP保护（具备条件时可全部进行保护），以使高速铁路传输系统承载的业务在实现不同径路光缆承载和不同网元的基础上，又增加了一条路由，实现高速铁路传输网上承载的通道电路经第三路由的自动保护，达到高速铁路上车站通信机械室电源供电和双条光缆中断业务不受影响的效果。且此种方式简单灵活，特别适合对已开通的传输网实施保护工作。

如以AB站奇数基站环为例，BSC设在H站，基站1、3、5、7、9为一个基站环。

图9 增加接入层带宽后传输网示意

图10 在D站—A站的环回通道由非本条线传输系统承载示意

图11 业务汇聚点由局干环承载后示意

未利用骨干环保护通道前，H站至基站环2M电路径路见图13。如果B站—H站间的任何一车站电源供电或两条光缆中断，BSC至此基站环的电路全部中断，此基站环的GSM-R业务全部中断。

利用骨干环保护通道后（将BSC至基站环头的2M电路或BSC至基站环尾的2M电路中任何一条进行SNCP保护即可，以将BSC至基站环尾的2M电路保护），H站至基站环2M电路径路见图14。

图12 利用骨干传输网提供迂回保护通道示意

图13 未利用骨干环保护通道前H站至基站环2M电路径路

图14 利用骨干环保护通道后H站至基站环2M电路径路

如果B站—H站间（不含H站）的任何一车站的电源供电或两条光缆中断，可自动切换至骨干环的保护通道中，使BSC至基站1的2M电路不会中断，保证GSM-R业务的畅通。

5 结束语

通过以上对相关高速铁路通信传输网组网结构、承载业务和存在问题的研究，以防止某车站全部业务通道中断、部分区段业务通道中断、某项业务通道全部中断等方面为主要出发点，提出高速铁路通信传输网络优化的思路和方案。通信网络优化是一项长期的维护工作，优化的内容和方案应结合各类实际运用条件确定，并应随着通信传输网络的变化而变化，最大条件地确保通信传输网和承载的业务具备多路由传输，以使通信网络以“通”为目标，为铁路运输生产提供稳定、可靠、畅通的通信手段。