传输网络的保护叠加在铁路通信中的应用

任 明

（国家能源集团包神集团神朔铁路 陕西 榆林 719306）

1 引言

在各类网络通信技术朝着多维度、多样化方向发展的大背景下，传输网络中的信息安全防护方式也在随着通信技术的发展朝着多种保护技术叠加的形式所转变。信息保护叠加技术也逐渐成为承载传输网络中信息安全保护任务的主要技术方案。在铁路通信系统中，OTN网络的使用越来越普及，其与SDH的嵌套使用也是铁路传输网络中所广泛采用的方式。当在OTN网络与SDH网络在铁路通信中组合使用时，其传输网络所采用的信息安全的防护方式便是将以上两类网络各自的信息保护方式予以叠加，即采用保护叠加的方式来保障铁路通信的安全。而保护叠加技术的使用中涉及许多通信技术的应用[1]，各层网络保护优先级的确定也是信息保护叠加技术在铁道传输网络中的应用一个重要技术点，只有通过对不同优先级的保护进行延时倒换，方能保证对各类网络中数据保护叠加工作有条不紊地进行。

2 保护叠加技术构成及种类

2.1 保护叠加技术的内涵

一个功能全面的传输网络系统往往需要多种通信技术来实现其各种功能，其涵盖WDM IP、SDH、MPLS等多种技术的多类组合方式。各技术都有其各自的生存性技术[2]，为保障各类技术层之间信息传输安全性和稳定性，便需要基于一致的IP地址，叠加各类通信技术的信息保护技术，从而实现保护的叠加。在整个网络传输系统中各技术层和其对应信息保护技术的组合方式也是多样，其可以是各类通信技术间层层嵌套的结构，也可以是有明确上下连接关系的通信结构，同时也可以对各技术层间的组合设定规范，从而以最大限度地保证网络传输的功能，保障信息传输的安全性。

2.2 保护叠加技术的种类

在铁路信息传输网络的搭建中，根据SDH网络和OTN网络这两类网络各自信息保护的承载关系，即保护叠加技术在两类网络中应用方式的差异，其可被分为两种类型。第一种保护叠加的形式是将SDH网络保护和OTN网络保护以嵌套的方式进行组合，SDH网络信息安全防护通道均由OTN网络所承载。另一种保护叠加的形式是将SDH网络保护和OTN网络保护以相交的方式相组合[3]。在这种保护叠加的架构中，SDH只有一条线路上的网络保护与OTN网络保护结构相关联，与OTN网络不涉及其他的链路的承载关系，这种传输网络的保护叠加架构相对简单。

在搭建多重网络保护叠加的架构时，需要对各种技术层的网络保护设定优先级，以免在所叠加的保护同步响应时，传输网络的信息通信任务因倒换工作紊乱而受到影响。因此需要在多重保护叠加的网络系统中添加倒换延时机制，在发现网络通信任务异常时不立刻执行保护倒换，而是经过一定延时后，根据所设定的各层保护的优先级，首先执行优先级较高的保护操作，随后依次执行次优先级的保护操作。由此保证保护叠加机制中各层保护有条不紊地实现其功能。

2.3 保护叠加技术的优势

信息保护叠加技术逐渐成为多维度、多层级的信息传输网络中承载传输网络中信息安全保护任务的主要技术方案。从多重保护叠加结构的体系构成来说，其通过相互关联各单层通信保护来构建网络通信的安全防护保障，充分利用各技术层网络保护的优势有效避免网络通信受信号波动的干扰，稳固提升了通信传输的稳定性。同时，多重的安全保护机制具有较高的容错能力，可以在信息传输网络存在一定故障的情况下保障通信信息安全可靠的传输，因此保护叠加技术可以有效提高网络的可靠性。

在保护叠加机构搭建中，各层网络保护技术可以根据实际的安全性要求进行灵活的嵌套或组合，其可以采用多层嵌套的方式来实现网络的安全防护，对于安全等级要求较低的网络则可以采用单层套用的方式进行通信保护，因此保护叠加技术在实际的网络传输系统中的应用具有较高的灵活性，可以满足不同网络类型对信息安全防护的要求。

3 传输网络的保护叠加技术在铁路通信中的应用

3.1 嵌套式保护

在嵌套式信息保护叠加技术中，根据传输系统中信息点的个数可分为二纤叠加覆盖技术和四纤叠加覆盖技术，其中二纤保护传输体系在其信息传输结构中具有3个信息点，而四纤叠加覆盖技术中是由多个信息点所构成的传输网络结构。针对这两类嵌套式保护技术具体分析如下。

3.1.1 二纤叠加覆盖技术

在二纤保护传输体系中，当通信系统接收传输信号时，纤维传输结构会进行通信信息的对接，进而实现信号代码的重组，依据二纤固有的结构建立双向环形叠加保护。多个传输信号根据这一机制相互连接到一起，具有相同的网络结构，从而构成信号传输的保护叠加。二纤保护传输体系频谱分析图见图1。

图1 二纤叠加覆盖频谱分析图

在铁路信息传输网络的信号通信中，设所传输的信号为20-150，当通信系统进行第一个信息号“20”的传输时，纤导结构内的光路信号便信号代码结构进行重组，当信号结构重组完成后，后续的传输信号便开始按照现有的信号结构进行传递。即剩余的21-150这些信号，其信号的网络结构都将与第一个信号“20”的网络结构一致，从而实现各单结构信号的连接。根据上述分析可以看出，在利用二纤结构进行传输信号的保护调节时，其不仅可以进行信号强度的调节，也能利用信号光路的统一实现信号的保护叠加，从而在满足铁路网络信号通信要求的基础上实现信息传递的安全性和稳定性。

3.1.2 四纤叠加覆盖技术

四纤叠加覆盖技术与二纤结构相比具有更多的信息传输点[4]，其在实际的铁路传输网络的信号传递中的应用也更为广泛，其根据OTN网络的设备的具体要求将不同类型的信号进行分组处理，并实现通信设备间的相互关联，从而展开设备间信号高效稳定的传输。

四纤双向RMSP保护嵌套OLP保护是在实际的铁路传输网络中常用的嵌套式保护方法[5]。以A、B、D 3点网络通信设备的组网为例，其具体的结构图见图2。如图2中所示，各网络设备间由两条STM-64链路相连接，其皆在OTN中实现网址的承载，虽然各链路具有不同的波长但其承载光路是在相同的光纤上，其所叠加的不同层级的保护操作由OTN网络负责统一的倒换，从而实现保护叠加操作有条不紊进行。

图2 四纤双向保护组网图

在具体的信号传输中，四纤保护传输体系首次根据信号的结构对信号进行分类，将相同结构的信号进行相互的关联，并构建相同的信号光路。然后将分类好的信号信息进行分层的传递，对信息量较多、信号强度稳定的通信信息予以优先的传递。其次，对可辨识的信号进行传递，对于难以辨别的模糊信号予以最后传递。四纤保护传输体系与二纤结构相比具有对信号进行分类分级处理的能力，因此能够在信号波动较大的情况下进行信息的传输，在铁路传输网络系统的信号传递中四纤结构比二纤结构具有更高的安全性和稳定性。

3.2 嵌套瞬时性保护恢复

嵌套瞬时性保护恢复技术是嵌套式信息保护叠加技术的进一步发展，它能够凭借外部嵌套对传输中可能受到干扰的信号予以延时，等到外部扰动消除时，再进行通信信号的传递，以保证数据传输的安全性和稳定性。

以铁路传输网络的中信号传输为例，当使用嵌套瞬时性保护恢复技术进行通信数据叠加保护时，铁路信息传输网络会根据所传输信号通信光路环境的优良与否来决定信号传输的先后顺序，对于光路传输环境通畅的数据传输网络会优先传输，而对于传输光路中有信号干扰或信号阻塞的情况时，嵌套瞬时性保护恢复技术会对所传输信号进行延时处理，当检测到传输光路恢复通畅时再进行延时数据的传递。通过采用延时传输的方式对通信系统中的不稳定性予以规避，以主动避让的方式防止信号在传输线路中出现阻塞。

3.3 跨系统叠加保护

在进行铁路传输网络搭建时，所采用的信息保护结构主要是将SDH网络保护和OTN网络保护以相交的方式相组合。在这种保护叠加的架构中，SDH只有一条线路上的网络保护与OTN网络保护结构相关联，与OTN网络不涉及其他的链路的承载关系。跨系统叠加保护主要分为两类，跨区域交叉保护和跨区域隔离保护。

3.3.1 跨区域交叉保护

跨区域交叉保护在铁道传输网络的搭建中主要指的是OTN网络和SDH网络通过光路复用的方式进行保护叠加。以跨区域交叉保护方式进行数据传输时，OTN首先将为获得的信号构建相应的通信传输链，同时采用SDH光路进行数据传输的备用保障。当传输光路中因有信号干扰或信号阻塞的情况而无法进行信息传送时，SDH复用光路将在外部构建一个信号保护屏障，这一数据保护屏障可以兼容原有信号的传输，从而减少通信数据在传输过程中所受到的外部扰动。

这种跨系统叠加保护的方式主要应用在所处地势复杂的铁路线路的信号传输保障，以避免铁路信号传输受地形等外部情况干扰而造成数据传输质量的降低。跨区域交叉保护技术在实际铁路传输网络中应用时，首先需要基于一般的移动网络进行构建，将通信传输信号分为多段进行传输，搭建OTN铁道传输网络的框架，为所分割的每段传输信号分配相应的通信代码。在进行通信数据传递时，根据传输地域的差异将对每段信号的通信代码进行更换。当传输信号途径地势偏远信号强度较弱的地区时，SDH光路将从通信结构的外侧进行数据信号强度的调节，进而保障传输信号在各个地域传输的稳定性。跨区域交叉保护技术主要使信号干扰强度较低的情况下具有较好的信号稳定作用，而对于高强度的信号扰动，此种保护叠加技术仍具有一定的局限性。

3.3.2 跨区域隔离保护

当OTN网络和SDH光纤隔离保护技术分别负责铁路通信结构的内部通信安全的保障和外部信号传输稳定性的保证时，这种跨系统叠加保护方式便是跨区域隔离保护。此种传输网络信息保护技术主要针对在铁路信号传输中，多个通信信息同步传输时其间的相互干扰所造成的数据传递不稳定，同时SDH光纤隔离可以有效地保障铁道信号在不同的地域和地势下传输的稳定性，使得数据在传输光路出现故障或阻塞时可以实现快速恢复，以保证信号持续性的传输。

现以需要承担5条铁路信号的通信电缆信号传输为例，当多组铁路信号需要在同一线缆中实现数据的传输时常常会出现不同铁路信息间信号的干扰，从而当传递大于两条的铁路信号时，信号在光路中传输的不稳定性便会增高甚至会出现信号中断的情况。在铁道传输网络搭建中，往往采用跨区域隔离保护技术来解决这一问题，通过展开各区域铁路信号传输的调节，从而实现网络信息安全防护和保护叠加。在实施跨区域隔离保护技术时，需要将铁路信息传输的光路分为独立的5个虚拟传输路径，每个信号传输路径负责一条铁道线路的信息传递，以防止多条线路信息同步传输时所导致的信号之间的干扰。此外，SDH光纤采用交叉保护来保障外部信号通信的稳定性。当通信线缆同时传输两条及两条的以上的线路信息时，网络传输系统在所搭建的虚拟通信环境下，实现多条虚拟信号传输光路的相互叠加，构建跨越系统的通信连接结构，进而避免各铁道线路信号在传输过程中的互相干扰。同时，当出现多个相似或相同信号传输时，SDH光纤隔离保护技术会以较快的速度实现虚拟光路传输渠道的构建，以保证外部信号传输的稳定性和可靠性。因此，当同一区域需要进行多条铁路调度工作时，采用跨区域隔离保护技术进行铁道传输网络信号传输的安全防护，可以有效避免多路信号传递所出现的传输瘫痪和电波干扰等问题。

3.4 结构式叠加保护

在现代铁路信息通信中，往往采用多个子网与单个主网相配合的结构进行数据的接收和传输，其间各子网和主网的信号传输保护便构成了结构式信息保护叠加。在这种铁道传输网络结构中，多个子网主要负责各类信息的接收，而主网络主要用来进行线路信息的传输。当各个子网络接收到各类外部数据之后，通过保护叠加技术对各类型数据进行调整，随后通过主网络将数据信号进行有序的传输。这种铁路传输网络即可按照子网络和主网络的类型进行结构的划分，也可将网络结构分为数据保护叠加部分和通信信号传输部分。在此类网络结构中，各子网络可以进行铁路数据信号的同步传输，根据各类信息的形式进行对应的编码，并对数据的信号强度和质量进行判断，以避免数据保护叠加过程中的信号干扰。

现以结构式叠加保护技术在铁路传输网络中的应用为例，来展开对结构式叠加保护技术的讨论。传统的铁路信息传输网络一般以传递铁路路线运输信息为主，而对路线的日常信号传输和路段的信息传输重视程度较低，因为在进行多种类型数据传输时往往会给传输线缆造成过大的传输压力，同时也会造成信号间的相互干扰。在以结构式叠加保护技术为基础所构建的铁道数据传输网络中，铁路信号传输系统的子网络将铁道日常信息、路段信息和路线运输信息进行统一的收集，并对数据进行叠加保护调整，在主网络中进行数据的依次传输，以路线运输信息为最高优先级，其他两类信息为次优先级，在保证铁路信息传输效率和可靠性的情况下又保证了铁道数据信号的全面性。

4 结语

随着铁路传输网络朝着多类网络技术叠加使用的方向发展，OTN网络在道路信息传输中的应用越来越普及，铁路传输网络中的信息安全防护方式也在随着通信技术的发展朝着多种保护技术叠加的形式转变。信息保护叠加技术在铁道传输网络中的应用形式和方案也逐渐丰富，无论是跨系统的保护相交还是同系统的保护叠加技术在铁路信息安全防护中都有着广泛的应用。本文将信息保护叠加技术在铁道信息保护中的应用分为四大类，并对各类保护叠加技术的具体应用方案进行了分析和讨论，根据其各自的特点强调了其主要的应用场景，希望能为铁路传输网络中保护叠加技术的使用提供技术层面的参考。