铁路通信传送网现状与技术发展

邱 萍

(1.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2.北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070)

1 概述

铁路通信网是保证铁路运输正常、安全运行的重要基础设施和基本通信手段，是支撑铁路信息化的重要载体。铁路传送网是通信网的基础网络，为铁路各专业提供承载通道和网络接入。铁路传送网经过多年的建设和完善，已经形成了覆盖铁路的统一、完整的专用传送网，同时采用了通信领域最先进、成熟的传送技术。

2 铁路通信传送网现状

铁路传送网以光传送技术为主体，全路光传送网分为骨干层、汇聚层和接入层3 层结构，全面覆盖业务汇聚点、枢纽节点、铁路交汇点、车站等各类节点。

采用成熟、先进的光传送技术，选择光传送网（OTN）+基于SDH 的多业务传送节点（MSTP）或MSTP 技术，OTN 采用40 波100G/10G 混传平台，MSTP 采用10 Gbit/s、2.5 Gbit/s、 622 Mbit/s 设备组网，个别区段还使用155 Mbit/s 设备。网络架构一般为环型网，条件允许时采用网状网结构，条件不具备时采用线型结构；按层级和业务需求的不同，系统容量从155 M 到4 000 Gbit/s 不等；充分利用系统冗余保护、传送技术自身的保护机制、设备的冗余保护，为各类铁路业务提供高可靠性的承载网；建立集中网管系统，提供灵活便捷的网络维护和管理能力。

骨干层、汇聚层传输网总体网络结构不完善，网络冗余保护能力不足，智能化水平不高，网络维护管理信息化手段不足。接入层技术应用不适合宽带数据综合接入需要；系统容量不足，带宽小，不能满足多种应用的需求；无法传送高精度的时间同步信号。

3 铁路通信传送网承载业务

3.1 承载TDM业务

1）铁路数字移动通信系统（GSM-R）

根据GSM-R 系统中继互联、移动业务交换中心（MSC）信令网网络规划，GSM-R 系统核心网之间需要骨干层传输网提供622 Mbit/s 或155 Mbit/s的通道；无线网每3 ～4 个基站组成1 个2 M 环，需占用汇聚层传输网2 Mbit/s 通道至基站控制器（BSC），占用接入层传输网2 Mbit/s 通道组环。

GSM-R 系 统 采 用 基 于IP 化 的Abis 接 口（Abis-IP），基站环组网由环网变为星形连接，每套基站设备至BSC 的上联端口为2 个快速以太网（FE）；Abis 接口IP 化后采用FE 接口，对传输链路的带宽需求与采用非Abis-IP 相差不大，一个O2 基站至BSC 的通道小于500 kbit/s（不开Edge功能）。

2）调度通信业务

数字调度通信系统按中国铁路总公司（简称总公司）调度中心－铁路局集团公司调度所－站段分级组网。其中总公司调度中心至各铁路局集团公司调度所采用星状复合结构，并有迂回路由；相邻铁路局集团公司调度所间设置直达路由器，每个路局出口带宽不大于20×2 M，占用骨干层传输网提供2 Mbit/s 的通道。

铁路沿线每6 ～15 个车站组成一个2 M 环，占用汇聚层传输网2×2 Mbit/s 带宽至调度所，占用汇聚层、接入层传输网2 Mbit/s 通道组环。

3.2 承载分组业务

1）客票业务

票务系统由总公司票务中心、区域中心、车站票务系统分级架构。

骨干层传输网主要承载区域中心到总公司的票务业务。

接入层、汇聚层传输网提供各车站至原分局电算中心点对点或环形的组网通道，需要接入层传输网提供2 Mbit/s 通道，将各车站客票业务接入。

2）公安业务

铁路公安信息网采用专线独立组网，其网络结构为公安局－公安处－派出所－警务区。专线电路要求为：铁路公安局至所辖18 个铁路公安局采用千兆以太网（GE）接口，链路带宽不低于1 000 Mbit/s；18 个铁路公安局至所辖铁路公安处采用GE 接口，链路带宽不低于1 000 Mbit/s；铁路公安处至管辖内所属派出所采用FE 接口，链路带宽为100 Mbit/s；各派出所至相关警务区采用FE 接口，链路带宽为10 Mbit/s。

3）调度集中/ 列车调度指挥系统（CTC/TDCS）业务

每个路局和相邻路局之间、每个路局到总公司之间采用专线通道（2 个2 M），需骨干层传输网提供通道。

接入层传输网提供各车站至铁路局调度所的环形组网通道，各车站信息与铁路局调度所沟通，同时需要汇聚层传输网提供环形网的迂回通道；另外还需要接入层传输网提供至电务段和电务车间的监控通道。

每4 ～5 个站组成1 个2 M 环，占用汇聚层传输网2 Mbit/s 通道和接入层传输网2 Mbit /s 通道，采用FE 接口。

4）防灾系统

相邻铁路局中心系统之间、车站至路局中心系统之间采用数据通信网承载。

相邻铁路局中心系统之间通道带宽不小于4 Mbit/s，维护管理单位监测维护终端与铁路局中心系统之间通道带宽不小于4 Mbit/s，车站至铁路局中心系统之间通道带宽不小于4 Mbit/s。

风雨雪及异物侵限监测系统的监控单元设置在铁路沿线的通信机械室，与车站主备用带宽不小于2 Mbit /s。

地震预警监测系统的监控单元设置在牵引变电所、分区所、AT 所、基站、中继站、线路所、车站等处所，与车站主备用带宽不小于2 Mbit /s。

3.3 智能铁路业务需求

智能铁路对承载网除上述对既有业务的承载外，还出现了一些新的需求变化：

1）铁路业务逐步由电路域转换为分组域进行承载；

2）铁路下一代宽带移动通信系统的应用；

3）视频监控实现全高清、全覆盖和云存储的架构；

4）客货运信息服务及票务等带宽需求激增；

5）新一代智能牵引变电系统要求通信网提供超低延时的故障切换操控需求；

6）车地间图像实时传送；

7）车载信息、弓网信息、路况信息、大风地震等灾害信息的实时传送；

8）数据中心的建设实现未来数据的统一应用、统一管理、统一维护；

9）万物互联，需要网络具备海量接入和高精度同步特性。

4 传送技术研究

4.1 现有传送技术

光传送网（OTN）：OTN 技术是在同步数字体系（SDH）和波分复用（WDM）技术的基础上发展起来的，兼有两种技术的优点。一方面，它处理的基本对象是波长级业务，提供对更大颗粒的2.5 Gbit/s、10 Gbit/s、40 Gbit/s 和100 Gbit/s 业务的透明传送支持；另一方面，它提供波长和子波长业务调度能力、改善了组网能力弱、保护能力弱等问题。OTN可在光层及电层实现波长及子波长业务的交叉调度，实现多业务的接入、保护和恢复、管理及维护，是承载大带宽、多业务的理想传送平台。

分组增强型OTN：OTN 充分考虑了分组传送技术和OTN 光传送技术特点，将二者技术融合优化后形成统一分组和光交换平台，同时具备二层交换（Ethernet/MPLS）和一层交换（OTN/SDH）。其特点是采用OTN 接口作为PTN 的线路侧；支持OTN 的信道化复用结构；传输性能好，OTN 采用扰码技术，安全性高；具备k 阶光通道数据单元（ODUk）交叉和分组交换双层调度能力；道化业务物理隔离、每个信道有独立的调度器，避免信道间的相互影响；采用分层服务质量（HQoS）+硬管道，保证业务服务质量。

基于SDH 的多业务传送节点（MSTP）：基于SDH 平台，同时实现TDM、ATM、以太网、IP等业务的接入处理和传送，提供统一网管的多业务平台；具有完善的保护方式，为业务提供端到端、固定带宽传送。

增强型MSTP：融合了TDM 和以太网的优点，采用双平面传送模式，分组平面和TDM 平面采用管道物理隔离的方式分隔开，在保证高安全级别业务安全性的同时，也提高了分组业务的传输效率。

分组传送网（PTN）：PTN 以分组信息业务的传送为核心，同时支持多业务传送；采用二层交换或三层交换的分组架构，不但能实现基于IP 的多业务的传送、灵活的服务质量（QoS）策略、丰富的广播/组播业务，而且能够实现端到端的隧道管理、端到端的运行、管理与维护（OAM），提供基于同步以太网、IEEE 1588v2 的高质量同步与定时，以及快速的业务保护与恢复。

IP 无线接入网络（IP RAN）：IP RAN 基于IP/多协议标签交换（MPLS）技术标准体系，并且支持基于多协议标记交换的传送协议（MPLS-TP）。IP RAN 的关键技术主要包括分区域和多进程技术、网络保护技术、QoS 技术、OAM 技术、时钟同步技术等，与PTN 技术类似。由低成本路由器组网。

4.2 适用于接入层传送技术

接入层技术比较如表1 所示。

表1 传输网技术制式比较表Tab.1 Comparison of features of transmission network technology

4.3 铁路传送网技术应用建议

骨干层传输网：OTN 更适用业务高带宽的通道需求，提供大容量的传送通道，节省光纤。

汇聚层传输网：OTN+MSTP、分组增强型OTN 适用于多种业务接入、高带宽的通道需求及高精度时间要求。

接入层传输网：MSTP、PTN、IP RAN、增强型MSTP 均适用业务带宽的通道需求，PTN、IP RAN、增强型MSTP 更适用全分组交换及高精度时间要求，从技术标准化程度、保护切换时间和业务需求考虑，铁路接入层传输网可选择PTN、增强型MSTP。

5 铁路传送网技术发展

中国铁路需要通过持续的技术创新，从而推动铁路智能化、现代化水平的大幅提升，促进国内铁路向智能铁路转型升级，使得国内铁路总体技术水平达到世界领先。铁路通信传送网作为实现智能铁路的基础网络显得尤为重要。

智能铁路业务要求承载网具有IP 化、大带宽、低时延、高密度接入、高可靠性、高安全性、智能控制、高精度时间同步的传送、网络易于维护等特性。因此下一代铁路传送网将具有以下特点：

1）网络制式高度融合，传输速率越来越高，网络容量越来越大；

2）接入密度大幅提升；

3）网络具有自适应可重构的能力，提供智能服务；

4）高质量业务保证，具有业务的QoS 保障和网络的OAM 性能；

5）网络实时性、可靠性、安全性更高；

6）高精度的时钟/ 时间同步信号的应用和传送；

7）实现网络可编程和按需调用、端到端业务应用。

6 结束语

OTN、MSTP 等光传送技术在铁路通信网已经得到了成熟、大规模的应用。随着数据中心、物联网、大数据计算、云端业务等新的智能铁路需求的广泛应用，大带宽接口、大容量需求将是常态。传送网面临巨大的数据流、密集接入、数据动态变化和不可预知性的冲击，目前光传送网络固定速率的接口、固定带宽、光层的固定频谱间隔、逐层分离式管控、静态连接等特性在这种状况下显得效率低下。因此铁路下一代传送网应向着业务自动部署、瞬时带宽调整、开放式网络架构、弹性管道、按需分配带宽、扁平化、管控分离、高安全可靠性的方向发展。其价值体现在运维“易”，运营“细”，带宽资源“零浪费”，带宽价值“零残留”，流量、距离自适应等方面。