铁路通信传输系统的组网与优化技术

傅 勇

（中铁武汉电气化局集团第一工程有限公司，湖北 武汉 430073）

0 引 言

铁路通信传输系统是铁路通信的承载系统，为其他系统及其他专业提供安全、实时的跨地域信息传送工作，对整个铁路系统的正常运行起着基础支撑作用。从工程角度出发，结合传输系统的设备选型、网络组网、光纤光缆及电源等，介绍铁路通信传输系统的组网与优化技术。

1 设备选型及优化

随着我国铁路的快速发展，我国铁路对传输设备的选型要结合通信技术发展的主流，使其具备技术先进、安全可靠、兼容性好、标准统一、组网灵活、运维方便以及经济适用等特点，能够充分满足其他系统对传输系统的要求。目前，在铁路传输网中应用最广泛的是同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）和光传送网（Optical Transport Network，OTN）设备。

1.1 SDH 设备

SDH 是从20 世纪90 年代发展起来的一种时分复用同步传输体制，具备统一的国际标准和外部接口，集接入、交叉、传输于一身，组网灵活，管理方便，非常适用于铁路通信网。尤其是随着其融入了多业务接入功能，SDH 设备迅速成为我国铁路传输系统的主力军。目前，汇聚层和接入层传输网中几乎都采用SDH 设备。

1.2 OTN 设备

OTN 是在波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）超大传输容量的基础上引入SDH 强大的操作、维护、管理与调度能力，兼具WDM、SDH 的优点，不仅具有电层交叉调度，还具有光层交换和选路功能，组网能力非常强大[1]。近年来，随着铁路综合视频、实名制售检票等高带宽、大颗粒业务的不断增加，OTN 设备逐步在铁路传输网尤其是骨干网建设中得到广泛应用。

1.3 设备优化

在工程建设中，传输设备的选型并不是越先进越好，设备容量的配置也并不是越高越好，而是要与业务需求和发展规划相适应，以近期业务需求为主，兼顾远期业务发展。过高的设备配置和数量不仅没有实际用途，还极大地浪费了投资，增加了工程量，因此优化设备配置至关重要。铁路骨干网OTN 一般采用40 波、10 Gb/s 或100 Gb/s 的速率（重要节点预留升级80 波、400 Gb/s）[2]。汇聚层采用SDH 的10 Gb/s速率，接入层采用SDH 的2.5 Gb/s 或622 Mb/s 速率，其中业务量较大的站场、车站等采用2.5 Gb/s 速率，业务量较小的区间采用622 Mb/s速率。设备的主控板、交叉板、时钟板、群路板以及电源板等核心板件要采用1+1 配置，2M、FE、GE、10GE 等业务板采用N+1 配置。同方向、同环的线路接口要分布在不同的群路板上，重要业务要分布在不同的业务板上。骨干层设备的系统容量预留不少于70%，汇聚层设备的系统容量预留不少于50%，接入层设备的系统容量预留不少于40%，业务接口容量预留不少于30%[3]。随着铁路数据网的业务分流，现在传输系统直接承载的业务相比以前减少了很多，主要的业务有信号调度集中系统/列车调度指挥系统（Centralized Traffic Control System/Train Operation Dispatching Command System，CTC/TDCS）、无线闭塞、临时限速、调度通信、铁路综合数字移动通信系统（Global System for Mobile Communications-Railway，GSM-R）、公安通道、电子客票、数据网互联、防灾安全监控以及应急通信等。总的来说，2M 业务的需求在减少，IP 业务的需求在增多，因此配置上要逐步减少2M 业务板，适当增加IP业务板。对设备的安装位置及配线路由要仔细优化、合理布局，避免不合理施工造成的隐患。有条件的推荐采用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术提前进行优化。

2 网络组网及优化

2.1 传输网络的基本拓扑结构

传输组网首要考虑的问题是业务的安全性。因此，传输组网必须要使业务有自愈功能。当网络发生故障时，不需要人为干预，网络本身能在极短的时间内使业务自动从故障中恢复。传输网络主要有线形、星形、树形、环形及网孔形等多种拓扑结构。实际上，各种拓扑结构并非独立存在，往往是多种结构相互交织。只有从全程全网的角度合理优化、精心调整，才能组成一张完整、高效的通信传输网络。

2.2 铁路传输网的三层结构

铁路通信传输网采用分层结构，一般分为骨干层、汇聚层以及接入层3 层结构，如图1 所示。

图1 铁路通信传输网3 层结构

2.2.1 骨干层传输网络

骨干层一般采用OTN+SDH 组网，主要承载铁路总公司到铁路局和铁路局之间的业务以及汇聚层的迂回保护通道，在铁路总公司、铁路局所在地、铁路沿线省会、铁路交汇地及铁路局分界地等地点设置网元节点[4]。

受历史原因的影响，铁路骨干层传输网络在很长一段时间内缺乏长期性、连续性和系统性的规划，造成骨干网建设相对滞后。随着中国铁通集团有限公司的重组和我国高速铁路的快速发展，铁路骨干层传输网络有了统一、连续的规划，目前已基本形成了以铁路总公司为中心，联接全国18 个铁路局及重要节点的骨干OTN+SDH 网络。

骨干层传输网络的规划、建设、优化及维护都由铁路总公司统一实施，一旦全路的布局成型后，骨干层网络优化的主要工作就是通过最经济的手段，采用一些先进的路由算法，逐步将已有的环状拓扑优化为可靠性更高的网孔形拓扑，科学规划业务路由和波道分配，充分利用系统超强的光层、电层自愈功能，尽可能提高业务的承载能力和安全性。

2.2.2 汇聚层传输网络

汇聚层主要承载铁路局内较大通信节点之间的业务及接入层的迂回保护通道。一般在铁路沿线业务汇聚地、铁路交汇地及铁路枢纽等地点设置网元节点，负责将重要站点和沿线接入层的业务汇聚后送往铁路各部门，以及转发骨干层上的业务。汇聚层在整个网络结构中起着承上启下的作用，一般采用SDH 设备的10 Gb/s 速率。铁路一般都是链状结构，因此前些年网络拓扑结构一般都采用1+1 线性复用段保护组网。近些年，由于铁路局内骨干网的OTN 系统日渐成熟，现在建设的汇聚层网络都利用OTN 系统提供的10 Gb/s 端口，组建四纤双向复用段保护环的拓扑结构，如图2 所示。

图2 汇聚层传输网路拓扑

图2 中，节点之间利用4 条光纤互联，其中W1、W2为工作路由，P1、P2为保护路由。正常情况下，业务走工作路由。当工作路由故障时，业务进入保护路由进行传送。此外，在合适的节点处，还与骨干层、其他汇聚层、接入层网络分别互联，起到承上启下的作用。

如果首尾节点A 和节点N 不直接互联，整个系统呈开放状态，就是1+1 线性复用段保护拓扑。如果利用OTN 等通道将A 和N 互联，使整个系统呈封闭环形状态，就组成了四纤双向复用段保护环拓扑。1+1 线性复用段保护拓扑多用于链形网络拓扑，以复用段为基础分段保护，如果某区段的工作和保护路由全部故障，则流经该区段的所有业务将中断。当采用四纤双向复用段保护环拓扑时，即使某区段的工作和保护路由全部失效，流经该区段的所有业务也不会中断，而会通过迂回通道对业务实行保护。可见，四纤双向复用段保护环的业务安全性比1+1 线性复用段保护要高得多。

汇聚层传输的网络优化工作主要是将1+1 线性复用段保护结构升级为四纤双向复用段保护环结构，同时对网管软件进行相应的升级，更改逻辑拓扑类型。早期的汇聚层传输部分采用2.5 Gb/s 速率，也需要优化升级到10 Gb/s 速率。另外，需要优化群路光口，工作路由和保护路由的群路接口必须安排在不同的光板上，且要成对偶关系，与设备背板的总线与带宽相适应。在升级成环后，必须重新优化调整系统的时钟关系。在一个系统内只允许有一主一备2 个时钟源。时钟流向要简洁清晰，路由越短越好，尤其是在环形网络中必须要选择合适的时钟流向和断点，严禁时钟封闭成环。另外，在与既有传输网络互联时要特别注意互联地点、接口、速率以及业务流向的优化。

2.2.3 接入层传输网络

接入层传输主要承载铁路沿线各车站以及区间站点等最终用户的业务，一般在铁路沿线车站、站场、线路所、信号中继站、基站以及电气化所等地点设置网元节点，是传输网的最底层部分。它的特点是单用户业务量不大、业务分散、接口众多。最常见的是利用2 条环状光纤组成SDH 二纤单向通道保护环的网络结构，具有节约光纤资源、业务流向清晰、安全性高、维护简单等优点。此外，在合适的节点上通过2.5 Gb/s 速率与汇聚层传输互联。

早期的接入层传输网络采用链形、星型、树形等拓扑结构，占用了大量光纤资源，因此需要统筹规划，结合业务流向、光纤资源等因素，逐步优化调整为二纤单向通道保护环的网络结构。一般在同一区段内要组建至少2个接入环，如信号电牵环、基站环等[5]。重要业务如CTC、电子客票等通道必须安排在不同机房的设备、单板上。在业务返回中心的抽头节点，必须要在不同的机房设置多套节点设备且分属不同的系统环，以保障业务的安全。成环后必须重新优化调整系统的时钟关系，严禁时钟封闭成环。

3 光纤光缆及电源

光纤光缆及电源是整个传输网络正常工作的前提，优化工作至关重要。

3.1 光纤光缆

客运专线一般都沿铁路两侧各有一条48 芯光缆，优化的重点是从铁路两侧引入机房的这一段路径。左右侧、上下行光缆必须采用不同的物理路径引入机房。从高架桥引下的光缆必须通过不同的桥墩和锯齿孔引下。组网采用的光纤要优先选用客运专线及新建铁路的光缆线路，然后选择既有普速铁路的空余光纤。工作路由和保护路由的光纤要安排在不同物理路径的光缆中，严禁使用同一条光缆。

3.2 电 源

传输设备一般要求输入2 路-48 V 直流电源，必须从高开电源的二次下电端子取电，严禁在传输设备内部直接将2 路-48 V 电源复联。

在车站、通信站等有多台高压开关电源机房，此2 路-48 V 电源要优化为从不同的电源上取电，另外建议去掉电源内部的交流外电源切换电路，直接从电力配电箱上取不同的外电源回路，避免高压开关电源内部来回切换造成-48 V 直流电源的不稳定。蓄电池组要做定期的均充和放电试验，以保证蓄电池的活性，减少蓄电池的内阻。

4 结 论

结合铁路传输系统的3 层网络结构，分别介绍了骨干层、汇聚层以及接入层传输系统的网络组网、设置原则，探讨了网络优化技术，介绍了传输系统使用的光纤光缆及电源的应用原则与优化内容，以期为相关研究提供参考。