鐵路通信數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)獨立組網(wǎng)的研究

任 睿

近幾年隨著中國鐵路的大力發(fā)展，數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應用。早期只有客運專線才具備的數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)在目前的普速鐵路也得到了應用。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)依托于SDH設備組網(wǎng)，然而隨著高清視頻監(jiān)控等業(yè)務的高速發(fā)展，SDH設備容量有限，獨立組網(wǎng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)得到更多人的關注。

1 目前鐵路通信系統(tǒng)組網(wǎng)關系及業(yè)務類型分析

1.1 傳統(tǒng)鐵路數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)方式

目前國內(nèi)大部分客運專線的數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)方式如圖1所示。

圖1 依托于SDH設備的數(shù)據(jù)網(wǎng)接入層組網(wǎng)方式

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)方式中，車站接入層路由器通過GE接口（也可以是 POS 155/622接口）與車站接入層傳輸設備連接，通過車站與車站間的傳輸設備光纖環(huán)將數(shù)據(jù)傳送至其他車站和匯聚層路由器所在地點。這樣組網(wǎng)的好處是不占用干線光纖資源，但缺點也顯而易見，即傳輸設備將承載所有的數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務。由于SDH的帶寬有限，這在各種大顆粒的數(shù)據(jù)業(yè)務越來越多的今天顯然會造成帶寬資源的緊張。另外，由于共用一個傳輸設備，一旦某一個車站的SDH設備故障，會同時造成數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務的中斷。

1.2 高速及普速鐵路傳輸設備容量分析

目前國內(nèi)新建高速及普速鐵路傳輸設備的設置原則大致如表1所示。

表1 各時速下的傳輸設備容量設置情況

由于各種業(yè)務的交叉及匯聚主要集中在車站接入層，因此僅對車站接入層傳輸設備進行分析。從表1可以看出，通常情況下客運專線的車站接入層傳輸多為2.5Gb/s ADM設備，普速或城際鐵路的車站接入層傳輸多為622Mb/s ADM設備。根據(jù) 《鐵路客運專線通信技術標準》中3.3.9項的規(guī)定：接入層傳輸系統(tǒng)初期通道利用率不宜大于60%。但考慮一些幀的開銷及復用段保護等實際可用大約只有30%～40%。

1.3 通信業(yè)務類型及帶寬需求分析

鐵路通信系統(tǒng)承載了鐵路各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務的傳遞，表2列舉了通信系統(tǒng)主要承載的業(yè)務類型及所需帶寬大小。

從表2可以看出，通信不同業(yè)務類型帶寬普遍小于10Mb/s。然而隨著這兩年鐵路對于視頻監(jiān)控的重視及高清視頻業(yè)務的發(fā)展，綜合視頻監(jiān)控業(yè)務帶寬越來越大。目前對于多隧道的長區(qū)間，各基站匯聚到車站的視頻業(yè)務總數(shù)大于100個攝像頭，比如滬昆鐵路湖南段中的婁底南至邵陽北。其次，近幾年隨著反恐防爆的需求，以后的鐵路視頻監(jiān)控很可能會擴大到全線路監(jiān)控，這樣視頻監(jiān)控的布點會更加密集。另外，車輛專業(yè)一些探測站需要對列車的輪軸等進行實時連續(xù)拍攝并上傳圖像，以供車站及調(diào)度所相關人員分析列車信息，這也會占用大量的通信傳輸帶寬。

從表2還可以看出，在之前普遍以E1接口的2Mb/s業(yè)務及10Mb/s帶寬以下的FE接口為主的時代，帶寬較為富裕，傳輸系統(tǒng)可以很好地承載數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)。隨著時代發(fā)展，各種高清視頻監(jiān)控業(yè)務、車輛5T業(yè)務等所需帶寬越來越大，尤其是在車站接入層設置622Mb/s ADM設備情況下已經(jīng)不足以承載帶寬要求越來越大的FE類型接口業(yè)務，一種不依托于SDH設備的數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)方式有待研究。

表2 通信各業(yè)務類型及帶寬占用表

2 獨立的數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)

2.1 組網(wǎng)方式

獨立的數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)方式，主要指數(shù)據(jù)網(wǎng)不再依托于傳輸系統(tǒng)的SDH設備承載，而是依托于骨干層的OTN設備承載，或者直接由接入層路由器光纖直連組網(wǎng)。本文主要討論第二種。

圖2 獨立的接入層數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)方式

從圖2可以看出，獨立組網(wǎng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)最大的區(qū)別，在于舍棄了和SDH設備共用帶寬和光纖，改為利用干線光纖直接互連。其組網(wǎng)理念與傳輸系統(tǒng)組網(wǎng)類似。在車站設置的接入層路由器通過光纖與其他車站的接入層路由器及匯聚層路由器互連。區(qū)間信號中繼站、基站、牽引變電所、分區(qū)所等設置的三層交換機，與車站所設的三層交換機利用干線光纖互連。車站設三層交換機通過FE/GE接口與車站接入層路由器互連實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。目前，哈爾濱鐵路局范圍內(nèi)新設哈牡客專、牡綏鐵路工程等，已經(jīng)使用了獨立的接入層數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)形式。

2.2 與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)對比分析

1.帶寬利用對比。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)由于利用了傳輸?shù)腟DH設備承載，所以數(shù)據(jù)傳送速率受SDH速率等級限制。獨立的數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)將傳輸網(wǎng)與數(shù)據(jù)網(wǎng)分開，這樣諸如視頻業(yè)務、車輛5T業(yè)務等可由數(shù)據(jù)網(wǎng)單獨承載，傳輸網(wǎng)不再承載這些大顆粒業(yè)務。這樣，數(shù)據(jù)網(wǎng)不再受制于傳輸設備的帶寬瓶頸，也可以應對將來數(shù)據(jù)網(wǎng)更高的帶寬需求。

2.可靠性對比。由于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)依托于SDH設備承載，一旦SDH設備故障，將同時造成數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務的中斷。而獨立組網(wǎng)情況下，數(shù)據(jù)網(wǎng)不再受SDH設備限制，相反可以和SDH設備互為保護。

3.業(yè)務分類對比。目前通信主要業(yè)務類型已在1.3章節(jié)中進行列舉，可以看出傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)方式，傳輸網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)數(shù)據(jù)混在一起傳輸，業(yè)務類型及業(yè)務顆粒大小各式各樣比較混亂。而獨立的數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)，可以根據(jù)業(yè)務類型及業(yè)務顆粒大小進行分類。目前此方面并沒有明確的規(guī)范和要求，按照牡綏線設置原則做參考，重要的及需要組建2Mb/s顆粒業(yè)務由傳輸專網(wǎng)承載，包括但不限于無線基站、調(diào)度通信、自動電話、信號、防災、客票等。不需要組建2Mb/s顆粒業(yè)務，業(yè)務由數(shù)據(jù)網(wǎng)承載，包括但不限于遠動、旅服、辦公、動環(huán)、公安、網(wǎng)管等。這樣，兩張網(wǎng)獨立運行互不干擾，且傳輸網(wǎng)不會受制于數(shù)據(jù)網(wǎng)，因為數(shù)據(jù)網(wǎng)遭受一些大顆粒數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務沖擊會造成網(wǎng)絡擁塞問題。

4.光纖利用對比。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)方式不占用干線光纖資源。獨立的數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)方式將占用干線光纖資源，根據(jù)組網(wǎng)方式不同實際占用約2或4芯。由于，目前客專鐵路均為兩側敷設干線光纜，且芯數(shù)大多為36或48芯，空余光纖較多，并不會造成投資的增加。

3 總結

由于SDH帶寬的局限性，以及通信專業(yè)越來越多的需要承載各種大顆粒業(yè)務，可以看出數(shù)據(jù)網(wǎng)獨立組網(wǎng)應該得到重視與更多的研究。本文對通信各業(yè)務類型及帶寬進行了分析，提出了一種獨立組網(wǎng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)方式，并與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)方式進行對比，為今后的數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)方式提供參考。

［1］ 中華人民共和國鐵道部運輸局.鐵路客運專線通信技術標準［Z］.2010.

［2］ 中國鐵路總公司.鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范［Z］.2013.

［3］ 江陵翔.鐵路客運專線光傳輸設備的交叉及接入能力探討［J］.中國鐵路，2012，（09）：P70－73.