WDM-PON技術(shù)在鐵路通信接入網(wǎng)中的應(yīng)用研究

楊國榮

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710014）

鐵路運輸在我國是最重要同時也是最主要的運輸手段，在國民經(jīng)濟(jì)中具有及其重要的位置。然而鐵路運輸服務(wù)的專用通信系統(tǒng)構(gòu)成了鐵路運輸指揮的神經(jīng)系統(tǒng)，為了保證鐵路運輸?shù)陌踩咝?、暢通無阻，這就需要鐵路專用通信提供準(zhǔn)確、迅速、可靠的優(yōu)質(zhì)服務(wù)[1]。目前鐵路專用通信建設(shè)了數(shù)字傳輸網(wǎng)、長途交換網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)三個基礎(chǔ)網(wǎng)以及調(diào)度、會議、電視、GSM-R等應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，其中數(shù)字傳送網(wǎng)采用三層組網(wǎng)方式。

1 鐵路通信接入網(wǎng)存在的問題

隨著我國高速鐵路和客運專線的快速發(fā)展，120～160 km的快速鐵路網(wǎng)已經(jīng)覆蓋我國的主要鐵路線，廣深線和秦沈客運專線的運營時速達(dá)到200 km以上，京滬、京廣等350 km時速的高速鐵路也已開通運營，鐵路提速和高鐵的發(fā)展要求鐵路的專用通信必須是高度可靠、高度安全、高速接入的通信網(wǎng)絡(luò)，以及雙向、透明、大容量的車地安全與調(diào)度指揮的信息網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺。另外，鐵路通信信息網(wǎng)還要以鐵路通信全網(wǎng)的優(yōu)勢提供更好的增值業(yè)務(wù)，使旅客和網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)的廣大用戶方便地享受信息服務(wù)，滿足用戶對鐵路訂購火車票、客貨運輸資訊信息、在列車就能享受語音、數(shù)據(jù)、傳真、視頻、移動通信及Internet等高品質(zhì)的服務(wù)[2]。但是目前還存在一定的問題，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

1）各專業(yè)系統(tǒng)均以各自專用的路由器、數(shù)字通道、數(shù)據(jù)交換機(jī)及配套設(shè)備進(jìn)行組建，造成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)重復(fù)、設(shè)備利用率低、通道資源嚴(yán)重浪費并且沒有完全覆蓋所有車站，無法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的資源共享，也無法適應(yīng)未來鐵路服務(wù)的的需求。

2）在網(wǎng)絡(luò)覆蓋面、多種業(yè)務(wù)承載、組網(wǎng)靈活性及多樣性等方面還存在較大差距。各鐵路局機(jī)構(gòu)眾多，投資來源各異，管理要求不同，模型差異比較大，尤其是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展快速，各條鐵路線建設(shè)時間不一造成在同一鐵路局內(nèi)的各應(yīng)用系統(tǒng)也存在分別建設(shè)、各自為政、在同一應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部各鐵路沿線的數(shù)據(jù)采集及匯聚組網(wǎng)方式、通道類型也存在很大差距。

3）伴隨高速鐵路的發(fā)展需要，目前大多數(shù)專業(yè)通信通道都以2 Mbit/s速率傳輸，接入速率普遍較低，不能滿足今后話音、圖像、數(shù)據(jù)等多業(yè)務(wù)傳送的帶寬要求。

4）各專用系統(tǒng)節(jié)點業(yè)務(wù)量具有隨機(jī)性和陣發(fā)性而不是一直穩(wěn)定的。所以很難在應(yīng)急搶險指揮中心為專用系統(tǒng)高效地提供信息通道保障。

通過以上分析，將現(xiàn)存的相互獨立的各專業(yè)系統(tǒng)綜合成一個面向未來、功能齊全的綜合接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對鐵路運營實現(xiàn)綜合管理，這樣即易于維護(hù)使用，又能夠提高各子系統(tǒng)的利用率。并且還能減少人為因素所造成的失誤，以及便于對新增的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行升級。WDM-PON技術(shù)能夠完全彌補(bǔ)上述存在問題的不足，WDM-PON接入網(wǎng)具有優(yōu)良的業(yè)務(wù)支持能力，能夠為鐵路運輸安全運行、更好為旅客服務(wù)的重要技術(shù)手段，也是今后適合現(xiàn)代化鐵路通信的首選技術(shù)，這不但是運營管理的需要，而且也是為旅客和貨主提供全方位服務(wù)以及提高鐵路競爭力的需要[3]。

2 鐵路通信接入網(wǎng)的設(shè)計思想

鐵路通信系統(tǒng)組網(wǎng)決定于鐵路自身特點，鐵路的特點是線長、點多、分散、路網(wǎng)復(fù)雜、支線較多、地形復(fù)雜。鐵路通信接入網(wǎng)直接服務(wù)于鐵路運輸，滿足鐵路專用通信特點這一需求，即用戶需求專用、區(qū)間自動電話用戶數(shù)量較少而專線用戶比較多、專用接口相對復(fù)雜、物理網(wǎng)絡(luò)支持單一、業(yè)務(wù)種類繁多、用戶和維護(hù)單位的費用提高、小站地理位置偏僻文化生活貧乏等。所以，建設(shè)更穩(wěn)定、更安全、更可靠、更靈活的接入網(wǎng)是鐵路通信的基本要求和發(fā)展趨勢[4]。

1）鐵路接入網(wǎng)獨立組成網(wǎng)絡(luò)

一般情況下，在較大的站點放置局端設(shè)備OLT，用戶端設(shè)備ONU依據(jù)具體情況設(shè)置在每個中間站或者間隔設(shè)置。在鐵路接入網(wǎng)和上層網(wǎng)絡(luò)利用SDH制式的分叉復(fù)用器設(shè)備ADM通過相應(yīng)的速率接口予以溝通，形成鐵路接入網(wǎng)的保護(hù)通道，以便形成防護(hù)通道。

2）光線路終端（OLT）點與本地交換機(jī)實現(xiàn)V5相連

由于OLT的接口是V5，目前交換機(jī)都具有V5接口或者可以升級到V5接口，如果不能夠升級，可以通過信令轉(zhuǎn)換設(shè)備（STE），從而實現(xiàn)局端設(shè)備OLT和交換機(jī)的接口相連。

3）鐵路接入的容量考慮

接入設(shè)備的光傳輸系統(tǒng)，基本上可采用PDH、SDH等系列產(chǎn)品，SDH系列要優(yōu)先使用，以滿足將來數(shù)字式調(diào)度電話和專用電話通道的需求。區(qū)段用戶接入網(wǎng)選用內(nèi)置或外置式SDH STM-N設(shè)備。另外光接入設(shè)備ONU（用戶終端）、OLT還應(yīng)具有2 Mb/s及64 kb/s交叉連接以及復(fù)用的能力，這樣可以形成與上層網(wǎng)絡(luò)環(huán)路保護(hù)通道，同時實現(xiàn)中間站的站間電話服務(wù)。當(dāng)然ONU與OLT應(yīng)具備30B+D、PCM、2B+D接口。

4）設(shè)備的選擇

目前V5接口還在不斷的完善之中，要實現(xiàn)交換機(jī)與局端設(shè)備OLT的連接，都是在V5的環(huán)境下進(jìn)行的，因此考慮設(shè)備的選擇時，首先選擇成熟接入設(shè)備。鐵路通信的接入網(wǎng)中需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)，和公用通信的差別較大，有一些新功能的要求，在滿足鐵路接入網(wǎng)技術(shù)條件下，綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)的情況，優(yōu)先考慮采用國產(chǎn)化接入網(wǎng)設(shè)備，這對鐵路接入網(wǎng)的發(fā)展是非常有利的。

5）支持網(wǎng)絡(luò)融合

隨著通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，實現(xiàn)三網(wǎng)融合是必然趨勢，根據(jù)鐵路通信的特殊情況，鐵路通信的線長點多，中間站又多處在偏僻地方，人煙稀少，文化生活缺乏。鐵路接入網(wǎng)中應(yīng)該支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、圖像的綜合傳輸能力。為了解決這一問題在局端設(shè)備OLT中應(yīng)增加CATV節(jié)目源模塊，通過中間站的ONU下載下來，使中間站能夠接收到清晰的CATV節(jié)目，豐富中間站的文化生活。

6）具有集中線束功能

設(shè)備應(yīng)具有集線功能，可通過軟件進(jìn)行設(shè)定，經(jīng)常使用的集線比為1∶N（一般N≥4）。但OLT和ONU間的用戶集線比也不能過大，從而可以降低呼損，提高接通率。

3 鐵路通信WDM-PON方案設(shè)計

3.1 鐵路通信PON接入網(wǎng)的拓?fù)浞治?/h3>

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指傳輸線路與各節(jié)點的幾何排列形狀，它表示網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的位置及相互連接的布局情況，對網(wǎng)絡(luò)造價、功能和可靠性等具有很大的影響。依據(jù)鐵路的特點，適合于鐵路的PON光纖接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常有：星型網(wǎng)、鏈型網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、T型網(wǎng)、綜合網(wǎng)以及更復(fù)雜的多種接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，它們都有各自的特點，也可以相互補(bǔ)充[5]。

鏈型網(wǎng)又叫線形網(wǎng)，傳輸線路使用兩芯光纖，中間站各業(yè)務(wù)點都設(shè)置有分路設(shè)備ONU，OLT一般設(shè)在業(yè)務(wù)集中位置。針對網(wǎng)絡(luò)可靠性的問題，在干線和局線中進(jìn)行通道保護(hù)，在通信站及規(guī)模比較大的中間站可以使接入網(wǎng)和干局線相連，形成保護(hù)通道。這一類的網(wǎng)絡(luò)在干局線通信網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的業(yè)務(wù)溝通時，具有較強(qiáng)的業(yè)務(wù)溝通能力，業(yè)務(wù)分配也很靈活，缺點就是接入網(wǎng)自身的獨立性比較差，其通道保護(hù)要由核心網(wǎng)完成，如圖1所示。

圖1 鐵路鏈型接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖Fig．1 Railway chain type access network structure

3.2 鐵路通信接入網(wǎng)組網(wǎng)方式

為了適應(yīng)鐵路運輸?shù)男枨?，使鐵路通信的可靠性得到保障，接入網(wǎng)實際組網(wǎng)方式有光路1+0、光路1+1、間隔自愈環(huán)式、自愈環(huán)方式幾種組網(wǎng)方式。在此選擇自愈環(huán)方式進(jìn)行組網(wǎng)。

按照鐵路通信中各站段的布局，可以在站段間采用環(huán)形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成傳輸系統(tǒng)的自愈環(huán)路保護(hù)，如圖2所示。這樣的組網(wǎng)方式能夠在不同的環(huán)中依靠上層網(wǎng)構(gòu)成相對獨立的傳輸環(huán)，從而滿足不同業(yè)務(wù)的需求[6]。

3.3 某鐵路局A至B區(qū)段WDM-PON接入網(wǎng)方案設(shè)計

圖2 自愈環(huán)組網(wǎng)Fig．2 Self-healing ring network

目前整個路局傳輸網(wǎng)采用SDH同步數(shù)字傳輸體系，實現(xiàn)骨干網(wǎng)光纖傳輸。隨著通信網(wǎng)的不斷發(fā)展及其鐵路站段對業(yè)務(wù)需求的不斷提高，目前的接入網(wǎng)需要不斷完善和優(yōu)化[7]。在此背景下，下面對鐵路區(qū)間通信采用WDM-PON技術(shù)組網(wǎng)進(jìn)行探討。

1）某鐵路局A至B區(qū)間設(shè)置 設(shè)A站和B站是某鐵路局主要通信樞紐，AB之間設(shè)有X一個大通信站和1、2、3、4、5、6、7七個一般中間站。其路線圖如圖3所示。該段鐵路是鐵路運輸十分繁忙的區(qū)段，對話音、數(shù)據(jù)及圖像通信要求十分迫切。假設(shè)干線、局線已經(jīng)采用DWDM系統(tǒng)，在區(qū)段考慮采用WDM-PON接入網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行組網(wǎng)。

圖3 A-B區(qū)段圖Fig．3 A-B section figure

2）A-B區(qū)段接入網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)計 利用敷設(shè)于鐵路兩側(cè)的光纜構(gòu)建WDM-PON接入層，沿線各大通信站均設(shè)置STMN節(jié)點設(shè)備（包含波分復(fù)用器），連接相應(yīng)的OLT或ONU，完成對各節(jié)點業(yè)務(wù)的接入、匯聚和轉(zhuǎn)接，將來自區(qū)間接入層的業(yè)務(wù)匯聚至骨干層[8]。

根據(jù)通信業(yè)務(wù)需求，A、X、B車站與骨干層互連，在A、B端站設(shè)置光線路終端OLT、ONU（含波分復(fù)用設(shè)備），在 X、1、2、3、4、5、6、7 八個中間車站只設(shè)光網(wǎng)絡(luò)單元 ONU。 本鐵路區(qū)段接入網(wǎng)設(shè)計采用鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和自愈環(huán)方式進(jìn)行組網(wǎng)，對于這兩種組網(wǎng)方式的優(yōu)點前面已經(jīng)闡述，接入層組網(wǎng)采用WDM-PON技術(shù)優(yōu)勢實現(xiàn)A-B區(qū)段的通信，其系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖4所示，接入網(wǎng)通過本地中繼網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，本地中繼網(wǎng)通過長途傳送網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)。

圖中已經(jīng)表示出，A站的OLT通過波分復(fù)用器將給A、1、2、3、X 各站的信號分別調(diào)制到相應(yīng)的波長 λA、λ1、λ2、λ3、λX 上，B 站的 OLT 通過波分復(fù)用器將給 B、7、6、5、4、X 各站的信號分別調(diào)制到相應(yīng)的波長 λB、λ7、λ6、λ5、λ4、λX 上，這樣各個中間站可以有獨立的波長與相應(yīng)的OLT之間實現(xiàn)虛擬的點對點的連接，實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)的接入。另外A站的OLT還分配了一對保護(hù)波長λ保護(hù)1和λ保護(hù)2在A站和X站之間形成自愈環(huán)，以及B站的OLT也分配了一對保護(hù)波長λ保護(hù)1和λ保護(hù)2在B站和X站之間形成自愈環(huán)，這樣有效地提高了通信的可靠性。

圖4 A-B鐵路區(qū)段WDM-PON接入網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成Fig．4 A-B railway sectionsWDM-PON access network system structure

為了提供靈活的鐵路用戶接入業(yè)務(wù)，OLT通過V5中繼接口連接交換機(jī)，為其對應(yīng)的ONU節(jié)點服務(wù)。這樣就使OLT與ONU以及ONU之間均通過V5接口相連，并且為了滿足業(yè)務(wù)需求，促進(jìn)OLT間的業(yè)務(wù)交流，使處于不同OLT的ONU之間實現(xiàn)互連。為此，在A、B站設(shè)置了相應(yīng)的網(wǎng)際接口，加強(qiáng)模塊間的聯(lián)系[9]。

4 鐵路通信接入網(wǎng)采用WDM-PON技術(shù)的優(yōu)勢

1）組網(wǎng)方式靈活多樣，保證了鐵路現(xiàn)代通信的高可靠性要求。

2）WDM-PON接入網(wǎng)絡(luò)對于所接入的各種業(yè)務(wù)實現(xiàn)透明傳輸。

3）WDM-PON接入網(wǎng)絡(luò)不限制各種類型的接入業(yè)務(wù)，通過多個標(biāo)準(zhǔn)化的接口和業(yè)務(wù)節(jié)點相連。

4）WDM-PON接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)具有獨立性，維護(hù)管理方便，利用Q3接口連接TMN（電信管理網(wǎng)）。

5）WDM-PON接入網(wǎng)在各種業(yè)務(wù)節(jié)點方面系能夠滿足統(tǒng)目前我國鐵路各站段的業(yè)務(wù)需求[10]。

5 結(jié)束語

目前盡管WDM-PON相關(guān)的技術(shù)還不夠成熟，導(dǎo)致器件成本偏高，并且可提供商用WDM-PON系統(tǒng)的設(shè)備制造商還不多，但是我們有理由相信隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)成熟器件技術(shù)的不斷成熟和用戶對帶寬業(yè)務(wù)需求的不斷增長的情況下，必將會不斷推動設(shè)備制造商和市場運營商對

WDM-PON技術(shù)的極大熱情。

[1]劉強(qiáng)，童友卯，羅永健，等．通信管道與線路工程設(shè)計[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2006．

[2]求麗軍．WDM-PON在未來接入網(wǎng)中的應(yīng)用 [J]．郵電設(shè)計技術(shù)，2010（1）：92-96．

QIU Li-jun．The application of WDM-PON in future access network[J]．Postand Design Technology，2010（1）：92-96．

[3]尹樹華，張引發(fā)．光纖通信工程與工程管理[M]．北京：人民郵電出版社，2005．

[4]寧景波．寬帶光纖接入網(wǎng)技術(shù)[J]．科學(xué)之友，2011（20）：59-60．NING Jing-bo．Broadband access network technology of optical fiber[J]．Friends of the Science，2011（20）：59-60．

[5]劉少華．EPON的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與實現(xiàn)[J]．光通信研究，2009（2）：29-32．LIU Shao-hua．The network planning and implementation EPON[J]．Optical Communication Research，2009（2）：29-32．

[6]李澤．淺析國內(nèi)外光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀及趨勢[J]．電子科學(xué)，2008（4）：52-55．

LIZe．Analyses the present situation of domestic and foreign optical fiber communication technology and trends[J]．Electronic Science，2008（4）：52-55．

[7]王紅波．鐵通網(wǎng)絡(luò)“光進(jìn)銅退”演進(jìn)的探討[J]．鄭鐵科技通訊，2009（4）：272-273．

WANG Hong-bo．Tietong network"light into copper retreat"evolution of the discussion[J]．ZhengTie Science and Technology Communication，2009（4）：272-273．