利用PTN搭建铁路视频监控系统网络传输通道

尹鹏，李双良

（1.中国铁路兰州局集团有限公司 电务部，甘肃 兰州 730000；2.天津瑞利通科技有限公司，天津 300392）

0 引言

铁路作为国家客货运输的大动脉，铁路安全被视为重中之重。在列车、线路或者站台、卸货场等场所出现突发情况时，铁路管理人员可通过监控摄像头及时获得相关信息，并通过相关系统及时作出应对。因此，为保证对车辆、人员等的实时监控和应急处理，高速、安全的网络传输通道必不可少。

在现阶段，铁路搭建视频监控的网络传输通道主要采用交换机、收发器、无源光纤网络（PON）或视频光端机进行组网，利用光纤形成树形、链形网络［1］。随着通信技术的发展，上述组网方式的弊端也逐步显现出来，例如：因设备交换容量和接口数量不足导致的传输卡顿、无法扩容等问题；因技术局限性导致的无法管理、无法保护等问题［2］。

铁路视频监控系统的搭建主要分属于信息系统和通信系统两大方面。其中，当信息系统作为承载网络时，主要是在车站范围内进行布设，如候车大厅、广场、重要道路、卡口及办公区域等，其特点是范围大、点位多、组网多样［3］；当通信系统作为承载网络时，主要是在铁路沿线基站、机房之间的区域进行布设，其特点是距离长、点位多，基本采用链形或环形组网。

在此，提出一种利用分组传送网（PTN）技术搭建铁路视频监控系统网络传输通道的解决方案。

1 PTN技术

1.1 技术概述

PTN是近些年逐渐发展起来的通信技术，可提供从接入到核心层的端到端设备解决方案，解决了现有多业务传送平台（MSTP）方案宽带业务能力不足，以及现有PON方案的服务质量（QoS）和业务保护能力不足等问题［4］，支持北向接口、软件定义网络（SDN）以及1588v2时间同步等功能，其端口类型包括：100GE、10GE、GE、FE、STM-1/4/16、E1、V5.2、7号信令（SS7）、1号信令（SS1）、2/4W、RS232/485、POTS、SIP、2B+D等。

PTN具有多种保护机制，可进行多业务（如车务业务、视频会议、语音业务、办公业务等）统一承载与安全隔离，通过与同步数字体系（SDH）类似的隧道化模式，实现业务与路径的分离，严格区分不同业务，进行业务隔离。另外，PTN具有多种业务保护方式，实现了设备侧、网络侧、边缘侧多重保护；完美的QoS策略保证承载业务的稳定可靠传输；具有分层操作维护管理（OAM）维护机制，基于硬件处理的OAM功能，可实现分层的网络故障自动检测、保护倒换、性能监控、故障定位等功能。同时，PTN支持SDN网络，可通过控制中心进行集中统一的配置和管理。

PTN技术最早是作为运营商的城域网组网方案被提出，历经多次技术升级与创新，逐渐被移动通信运营商、广播电视行业等接纳和应用。同时，随着时分复用技术（TDM）链路仿真技术与PTN技术的结合，其对E1业务和音频业务的承载使PTN技术的应用场景不断丰富，国家电网、政府和铁路行业也逐渐开始进行应用和推广［5］。

1.2 技术方案比较

PTN技术在发展之初，分为传输层多协议标签交换（T-MPLS/MPLS-TP）和运营商骨干桥接（PBB/PBB-TE）两类。对于铁路搭建视频监控系统，在原有MSTP技术方案的基础上进行演进，以达到将视频（以太网或E1）业务进行接入、传输、汇总和上传等功能，更加贴近T-MPLS技术特点，T-MPLS/MPLS-TP技术是从IP/MPLS技术发展而来，主要是一种面向连接的分组传送技术。在相同价格成本的基础上，PTN技术与MSTP技术相比较，具有更大的带宽、更高的带宽利用率、更强大的保护能力和更全面的同步能力。因此，铁路视频监控系统可选择T-MPLS/MPLS-TP技术进行实现。MSTP技术与PTN技术的比较见表1［6］。

表1 MSTP技术与PTN技术的比较

1.3 可行性分析

（1）技术特性。随着现阶段业务带宽需求的不断提高和全IP化的发展趋势，基于PTN技术构建网络，为后期升级及扩容提供了有力的技术支持。相较于MSTP、PON和交换机技术而言，PTN技术在全IP化网络中表现更加全面，没有明显的应用限制及技术缺陷。

（2）铁路视频监控网络适用性。针对铁路视频监控系统中节点数量多、分布不规律等特点，PTN以其接口数量多、接口种类丰富、组网灵活（链形、星形、环形、树形等）、带宽大等优势，可保障视频监控业务高效、高质地进行传输，达到完美契合［7-8］。

（3）经济实用性。根据铁路线性网络特点，其使用年限、子网及业务种类较多，MSTP、PON及交换机技术均无法完全覆盖全网技术特点，导致网络重复建设、设备性能无法充分利用、故障点较多，网络建设成本及维护成本均高于PTN技术。

综上所述，使用PTN技术搭建铁路视频监控系统网络传输通道具备可行性，且相较于其他技术，具有较大优势。

2 方案实现

2.1 信息系统搭建视频监控网络传输通道

信息系统的视频监控主要在车站进行布设，每个车站具有300～500个监控摄像头，在保障行车安全、司乘安全、车站秩序等方面都起到关键作用，帮助维护部门更加准确、迅速、方便地掌握线路信息。

该方案在每个通信节点配置1套B类PTN设备，在监控中心机房配置1套A类PTN设备作为汇聚节点，并上传到综合视频监控系统平台（见图1）。

图1 信息系统搭建视频监控网络传输通道

B类PTN设备具有10个GE光接口，其中2个接口可用来进行传输通道的组网，其余8个接口可作为信息采集接口连接至监控摄像头。设备根据光纤路由可实现链形、环形、星形等组网方式，靠近车站监控中心机房的设备连接至A类PTN设备。同时，B类PTN设备可根据需要接入并配置4～30路电话，解决语音通话要求。

A类PTN设备采用GE光口作为传输通道对接端口，以10GE或GE光/电接口作为与综合监控平台对接端口。同时，此类设备具有语音交换板卡，支持基群速率接口（PRI）/SS7/V5协议与程控交换机对接，支持E1中继口，支持不小于500门的程控语音；支持会话初始协议（SIP）电话，支持脉冲编码调制（PCM）窄带业务（用户接口话路、V35、二/四线音频、磁石等）。

2.2 通信系统搭建视频监控网络传输通道

通信系统的视频监控主要在铁路沿线机房间进行布设，包括车站、通信基站、电力变电所、工区综合楼、警务区、自耦变压器（AT）所等［9］，对铁路轨道、基站、防护栏等基础设施及滑坡、洪水、结冰等气象灾害均可起到监视作用，在保障行车安全的同时也可为抢险救灾提供基础信息。

该方案在每个铁路沿线基站机房配置1套B类PTN设备，在每个车站机房配置1套A类PTN设备（见图2）。

图2 通信系统搭建视频监控网络传输通道

B类PTN设备安装于铁路基站等沿线机房，具有10个GE光接口，其中2个接口可用来进行传输通道的组网，进行设备之间的连接，并在末端站进行环回，形成环路保护，其余8个接口可作为信息采集接口连接至监控摄像头。与车站相邻的机房，通过GE光接口连接至A类PTN设备。同时，B类PTN设备可根据需要接入并配置4～30路电话，解决语音通话要求。

A类PTN设备安装于车站机房，采用GE光口作为传输通道对接端口，与基站中的B类PTN设备连接，相邻A类设备采用10GE光接口进行连接，形成环形网络保护。设备可通过10GE光接口或GE光/电接口连接至视频监控服务器，进行信息上传。同时，此类设备具有语音交换板卡，支持PRI/SS7/V5协议与程控交换机对接，支持E1中继口，支持不小于500门的程控语音；支持SIP电话，支持PCM窄带业务（用户接口话路、V35、二/四线音频、磁石等）。

另外，各车站的A类PTN设备也可通过GE电口连接至铁路数据网，并最终对接至综合视频监控系统平台。

3 方案优势分析

PTN系统以分组传送技术为核心，配置高效的OAM体制和QoS部署策略，在提高通信网络传输效率的同时，具有极高的安全性和稳定性，完全符合铁路视频监控网络的运行要求［10］。同时，PTN系统多样化的组网方式（点对点、链形、环形等）对业务繁多、组网多样的铁路视频监控网来说也极为适合［11］。PTN技术方案的优势如下：

（1）方案将传统视频监控系统中常用的接入带宽10 Mb/s、传输带宽100 Mb/s升级为接入带宽100 Mb/s、传输带宽1 000 Mb/s，在充分满足当前需求的前提下，为之后扩容计划留有足够的带宽空间。

（2）承载的业务安全可靠。系统支持网络级多种方式保护，满足保护时限小于50 ms的要求。

（3）采用物理层频率同步加IEEE 1588v2时间同步方案，背靠背组网时间同步精度满足小于±30 ns，在大于30个网元的长链路环境下，PTP时间精度优于100 ns。

（4）可针对信息系统和通信系统分别进行适合其节点分布的组网方式，以其接口数量多、组网灵活的特点，达成高质、高效、高安全性的视频业务传输网络。

（5）管理方便。PTN技术采用OAM管理方式，具有易管理的优势。在铁路视频监控系统的网管指挥中心设置1套PTN网管，提供自动和手动方式的端到端业务配置、故障定位、性能监视和日常维护等功能。

（6）具有语音交换板卡，支持PRI/SS7/V5协议与程控交换机对接，解决视频监控过程中的指挥调度、沟通交流等语音通话问题。

4 结论

采用PTN技术搭建铁路视频监控系统网络传输通道，既可实现最低千兆的传输带宽，满足通道传输速率要求，保证监控视频的清晰、高效传输，又可实现整个通道的管理，在网管中心可对全域内的通道设备进行管控和监测，出现问题时可第一时间发出告警，保证监控通道的实时、准确传输。同时，PTN可利用自身技术机制的优势，根据信息系统和通信系统的特点，进行不同的组网方式，可形成但不限于链形、环形、星形等组网方式，实现1∶1/1+1保护或环网保护等保护形式，保证监控通道的有效传输。整体来说，该技术方案可行且高效，具有推广价值和应用前景。

此外，PTN技术在其他通信传输系统中也拥有广泛的应用场景，如铁路售票系统、班组管理信息化系统、办公网系统、视频会议系统、传输系统等。随着PTN技术的不断发展完善及其应用场景的不断丰富，PTN在铁路的应用将愈加广泛，以推动铁路通信系统的升级和发展。