鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸安全與保障措施研究

劉政琦

（中國鐵路呼和浩特局集團有限公司呼和浩特通信段，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010）

0 引言

在經(jīng)濟建設(shè)過程中，安全的鐵路網(wǎng)絡(luò)是其重要組成部分。在鐵路行業(yè)的發(fā)展過程中，一般是通過對硬件設(shè)施設(shè)備的不斷升級優(yōu)化來提高運輸速度和生產(chǎn)效率。近年來，隨著光纖傳輸技術(shù)的快速發(fā)展，基于光纖傳輸技術(shù)的方法已經(jīng)成為我國鐵路網(wǎng)絡(luò)通信的主要形式。因此，光纖傳輸安全占據(jù)鐵路通信網(wǎng)絡(luò)安全的首要地位。如果要確保鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸安全，就需要通過對其存在的問題進行研究分析，概括總結(jié)出影響光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)安全的主要因素，提出保證鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸?shù)陌踩胧?。具體而言，在保障通信網(wǎng)光纖傳輸安全的過程中，要根據(jù)實際的安全問題來采取有效的保護措施。這不僅可以保證更穩(wěn)定地傳輸信號，還可以為鐵路通信行業(yè)的安全保駕護航。

1 鐵路通信網(wǎng)的特點

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，鐵路通信網(wǎng)也需要與網(wǎng)絡(luò)連接，從而實現(xiàn)信號的實時傳輸與相互控制。在光纖傳輸技術(shù)應(yīng)用到鐵路通信系統(tǒng)中后，由于其具有諸多優(yōu)點，并且光纖傳輸技術(shù)有非常大的傳輸距離，能夠有效地提升信號的覆蓋范圍和傳輸速率。同時，光纖傳輸還能將光纖傳輸技術(shù)應(yīng)用到鐵路的各個設(shè)備建設(shè)中來，以提高光纖傳輸系統(tǒng)工作的效率。因此，在使用光纖傳輸技術(shù)進行鐵路運輸系統(tǒng)建設(shè)時，一是在施工建設(shè)過程中要做好施工方案和安全措施；二是加強對鐵路線路和各種設(shè)備系統(tǒng)信息及相關(guān)數(shù)據(jù)庫的管理；三是在運行調(diào)試過程中做好故障分析和排除工作，保障各方面人員都能夠充分了解通信工作的原理和規(guī)律，只有實現(xiàn)了各個系統(tǒng)之間的相互協(xié)調(diào)與控制，才能夠保證其正常運行。

1.1 信號傳輸?shù)目煽砍潭雀?/h3>

傳統(tǒng)鐵路道岔的信號傳輸通常是單一的，即推送工作人員需要傳輸信號，這很難確定遠程接收器的工作人員是否能夠獲得信息。同時，CBTC 公司是鐵路道岔信號系統(tǒng)軟件為數(shù)不多的傳輸中介公司之一，非常容易受到外部環(huán)境的影響，不利于信號傳輸，易危及信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，無法滿足鐵路列車的實際需求。在新的鐵路軌道系統(tǒng)中，兩個信號相互連接，可以實現(xiàn)雙向通信，并通過確保技術(shù)性來提高信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，從而確保運營商能夠在通信系統(tǒng)中即時傳輸鐵路信號[1]。

1.2 鐵路信息信號傳輸效率高

鐵路通信網(wǎng)的軟件通常使用信息通信方法來傳輸鐵路信息及其數(shù)據(jù)信息信號，它可以在這段時間內(nèi)發(fā)送移動自動閉塞信息。隨著列車的持續(xù)運行，移動過程中的自動閉塞將逐漸遷移。從而在鐵路運輸中，它不僅可以高質(zhì)量和高效率地傳輸列車信息，還可以確保列車在運行期間的穩(wěn)定性，從而提高鐵路信號傳輸和列車運行的效率。

1.3 大規(guī)模信息信號傳輸

與傳統(tǒng)的鐵路道岔系統(tǒng)軟件相比，信號傳輸往往在列車軌道上運行，導(dǎo)致鐵路信號傳輸信息量相對較少，速度相對較慢。

隨著技術(shù)水平的不斷上升，列車速度和相對密度越來越高，列車控制信號也不斷上升，便于短時間內(nèi)進行信號傳輸。通信系統(tǒng)正好滿足了列車運行對信號傳輸?shù)男枨?。值得一提的是，通信系統(tǒng)還可以生成包括新聞媒體信息在內(nèi)的大量信息，并完成列車和道路之間的雙向通信。

2 鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸安全的具有的優(yōu)勢

目前，我國以電氣化鐵路為主的鐵路運輸系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了第四代，電氣化動車組的投入使用已經(jīng)基本取代傳統(tǒng)的燃油客車，其主要由接觸網(wǎng)、自動閉塞設(shè)備以及相關(guān)控制設(shè)備組成。而在技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，光纖傳輸系統(tǒng)具有非常大的優(yōu)勢，光纖傳輸系統(tǒng)能有效降低線路網(wǎng)絡(luò)的損耗，提高通信信號質(zhì)量，同時也節(jié)省了大量費用。近幾年，我國已經(jīng)完全擺脫單一的電力機車電氣化系統(tǒng)，我國鐵路在運輸能力和速度上也得到較大提高。根據(jù)相關(guān)資料了解到，現(xiàn)在我國在高速鐵路通信系統(tǒng)中已經(jīng)采用了光纖傳輸技術(shù)。將這些技術(shù)進行綜合應(yīng)用可以有效提高電氣化鐵路通信系統(tǒng)應(yīng)用水平和效率。在未來的發(fā)展過程中，要在保證鐵路通信系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高速運行及維護環(huán)境良好前提下使用光纖傳輸設(shè)備進行電力機車之間數(shù)據(jù)傳輸[2]。

2.1 大幅度提升信號質(zhì)量

我國鐵路運輸系統(tǒng)中的信號質(zhì)量與傳統(tǒng)接觸網(wǎng)通信系統(tǒng)有著非常大的不同，其不僅采用傳統(tǒng)接觸網(wǎng)通信信號系統(tǒng)，同時還采用了光纖傳輸系統(tǒng)。與傳統(tǒng)接觸網(wǎng)通信系統(tǒng)相比，光纖傳輸系統(tǒng)可以提供更好的信號質(zhì)量。光纖傳輸系統(tǒng)具有非常高的傳輸速率，在傳輸信號時，光信號在光模塊連接線直接就可以通過光纖傳輸?shù)接嬎銠C上進行處理，所以傳輸速率非常高，能夠達到1Mbps 或更高水平。光纖傳輸技術(shù)具有很強的信號接收能力，在接收到用戶數(shù)據(jù)時，光纖傳輸設(shè)備會將數(shù)據(jù)傳輸處理并進行分析。用戶通過光纖傳輸設(shè)備接收到數(shù)據(jù)后，可以進行數(shù)據(jù)采集處理后再通過相關(guān)模塊傳輸?shù)接嬎銠C進行處理。這樣傳輸距離能達到數(shù)千米甚至更遠[3]。

2.2 節(jié)約成本降低安全隱患

現(xiàn)在，利用光纖傳輸信息不僅可以有效提高計算機傳輸速度，還能降低線路網(wǎng)絡(luò)成本等。在鐵路系統(tǒng)中，光纖傳輸設(shè)備在鐵路信息系統(tǒng)中使用不需要增加成本，其采用高速光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸信息時具有更加安全穩(wěn)定的優(yōu)勢。

同時，在使用光纖進行數(shù)據(jù)傳輸之前，要對其進行調(diào)試，避免傳輸過程中出現(xiàn)損壞等情況，使用高品質(zhì)光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時不會出現(xiàn)衰減或電磁干擾等問題。

2.3 降低線路損耗且減少人為因素對通信網(wǎng)絡(luò)的影響

在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，線纜和光纖傳輸設(shè)備所產(chǎn)生的損耗是非常小的，其損耗系數(shù)是其系統(tǒng)內(nèi)傳輸速率的三倍。光纖傳輸設(shè)備不僅可以降低線路網(wǎng)絡(luò)損耗還可以減少人為因素對線路網(wǎng)絡(luò)影響，例如：可以采用新型電纜將光纖傳輸裝置與接觸網(wǎng)連接起來，從而大大降低了線路損耗。同時，光纖傳輸系統(tǒng)還可以將信息進行有效傳輸[4]。

3 鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸安全問題

3.1 外部因素

在鐵路建設(shè)過程中，鐵路通信系統(tǒng)通常是沿著鐵路沿線進行建設(shè)的。眾所周知，大部分鐵路建設(shè)工作都是在荒無人煙、空曠開闊的地方進行的。因此，一些不確定、不可控制的因素也隨之而來，如大風(fēng)暴雨、溫度氣候和地形地勢等。這些不僅會降低信號的傳播速度，還可能影響信號的通信能力，甚至可能直接破壞信號傳輸路徑。

因此，在影響通信光纖傳播的外部眾多因素中，惡劣天氣影響因素占據(jù)了主要地位。針對時常發(fā)生的惡劣天氣問題，應(yīng)積極采取相應(yīng)的防護措施，使通信網(wǎng)絡(luò)具有較強的抗干擾能力。如果某一段信號在傳輸過程中出現(xiàn)問題，由于自身監(jiān)測水平低，光纖傳輸距離遠，那么信號會丟失甚至中斷。然而，由于還沒有探索出關(guān)于信號中斷問題的有效解決方案，這將會給鐵路通信帶來較為嚴重的影響。這不僅會影響人們的正常通信，甚至?xí)斐稍S多經(jīng)濟損失。由于鐵路系統(tǒng)的維護和保養(yǎng)技術(shù)標準高，所以鐵路系統(tǒng)的維修工作必須由專業(yè)技術(shù)人員來完成。

3.2 內(nèi)部因素

除了惡劣天氣等外部因素外，鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸安全也受許多內(nèi)部因素影響。例如，鐵路通信設(shè)備的安裝、鐵路工作人員修養(yǎng)素質(zhì)和鐵路網(wǎng)絡(luò)攻擊等。就目前情況而言，由于我國不同地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平不同，這將會導(dǎo)致鐵路通信網(wǎng)中的自我監(jiān)測水平也大不相同；同時，在光纖建設(shè)過程中，光纖破損的問題很可能影響光纖傳輸效果。在鐵路通信設(shè)備安裝的過程中，一些小故障沒有及時發(fā)現(xiàn)，進而影響正常通信。在鐵路工作人員素質(zhì)方面，一些鐵路工作人員水平參差不齊，進而會影響故障修復(fù)速度。在鐵路網(wǎng)絡(luò)攻擊方面，口令攻擊、惡意代碼、后門程序攻擊和操作系統(tǒng)漏洞等是比較常見的攻擊手段[5]。

4 鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸安全防護措施

4.1 提升抗干擾能力

在鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸?shù)倪^程中，惡劣天氣是影響光纖傳輸安全的重要因素。因此，許多的專家學(xué)者為此進行了探索和研究，并且提出了科學(xué)合理的方法來解決這一問題。具體而言，光纖材料可以選擇抗干擾能力強的材料來提高光纖網(wǎng)絡(luò)對惡劣天氣的抵抗能力。目前，業(yè)界一致認為具有良好抗干擾能力的光纖材料有兩種：一種是PBT 聚對苯二甲酸丁二酯，另一種是紫外固化油墨材料。以往，紫外固化油墨的原材料大部分是依靠國外進口，這會使運輸成本變高。因此，在光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，這種材料以前并沒有被廣泛使用。但目前，我國的科技水平發(fā)展迅速，現(xiàn)在完全有能力自主開發(fā)這種原材料，并且應(yīng)用到光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中。針對光纖材料通常會被外界環(huán)境所侵蝕和腐蝕等問題，在光纖原材料的制作過程中，可以向原材料中添加聚對苯二甲酸丁二醇酯。這不僅會提高光纖的耐腐蝕性和安全性，甚至?xí)谝欢ǔ潭壬涎娱L光纖的使用年限，從而在鐵路網(wǎng)光纖的維護過程中解決很多不必要麻煩[6]。

4.2 增強網(wǎng)絡(luò)巡查意識

在鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸過程中，監(jiān)管者和執(zhí)行者做到雙管和雙查，就可以在很大程度上為光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)添加一層牢固的安全外殼。因此，這就需要監(jiān)管人員和工作人員共同參與到光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過程中。一方面，相關(guān)的管理人員要對光纖傳輸情況進行定期抽查和巡查，不僅要核實光纖資產(chǎn)是否缺失，還應(yīng)該對光纖損壞情況進行詳細記錄，包括其具體位置和具體損壞程度等情況。如果相關(guān)管理人員發(fā)現(xiàn)了問題，就應(yīng)該及時上報給相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)，以及時采取維修工作，降低經(jīng)濟損失和保證通信順暢安全。如果情況特殊不能及時進行維修，那么可以通過設(shè)置警示牌等安全措施，來避免一些不必要的麻煩。另一方面，相關(guān)工作人員要定期開展對光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的檢測和維修工作。由于光纖傳輸材料的材質(zhì)的特殊性，如果鐵路通信設(shè)備有斷網(wǎng)等情況發(fā)生，那么相關(guān)工作人員就需要根據(jù)具體情況進行分析，及時找到有效的解決辦法來應(yīng)對突發(fā)事件，將突發(fā)事件造成的一系列損失降到最低。總之，只有確保光纖網(wǎng)絡(luò)信號傳輸通道安全，才可以進一步思考光纖傳輸過程中的其他問題，如相關(guān)人員素質(zhì)和光纖網(wǎng)絡(luò)攻擊等問題[7]。

4.3 提高工作人員素質(zhì)

眾所周知，在鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)過程中，不僅需要有相應(yīng)的監(jiān)測系統(tǒng)對其進行實時監(jiān)控，也需要相關(guān)工作人員進行實地的考察和實際維修工作。這主要是因為監(jiān)控系統(tǒng)負責(zé)匯報情況，無論是維修工作還是具體事件的處理工作都離不開人的參與和人的決策。因此，為了確保光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的安全，就需要對相關(guān)工作人員進行更加高標準的要求與管理。

一是制訂嚴格的規(guī)章制度是十分必要的。比如，可以通過明確各個相關(guān)技術(shù)人員的職責(zé)和工作內(nèi)容的方式，來提高相關(guān)技術(shù)工作人員的責(zé)任感和使命感。

二是通過完善相關(guān)的福利待遇的方法來提高相關(guān)技術(shù)人員的生活水平和幸福指數(shù)。

三是可以提高相關(guān)技術(shù)工作人員的招聘標準，創(chuàng)新一套新穎的考核制度。

四是可以對相關(guān)技術(shù)人員開展定期培訓(xùn)，鼓勵員工主觀分享相關(guān)的技術(shù)經(jīng)驗和學(xué)習(xí)先進技術(shù)的意識。這樣不僅可以做到查漏補缺，還可以增強團隊的凝聚力[8]。

4.4 優(yōu)化外部網(wǎng)絡(luò)安全防護規(guī)則

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，信息化和智能化的科學(xué)技術(shù)填補了鐵路建設(shè)發(fā)展行業(yè)的空白。智能化和信息化的科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍。如今，光纖網(wǎng)絡(luò)通信的弊端也日漸暴露。影響鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸?shù)囊蛩刂饕诹钇平獾冉獯a攻擊，惡意代碼和后門植入攻擊，操作系統(tǒng)漏洞三個方面。在口令破解等解碼攻擊，可以通過屏蔽IP 的方式來阻止網(wǎng)絡(luò)攻擊。例如，在鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸過程中，只要發(fā)現(xiàn)了可疑的IP 地址申請，就應(yīng)該及時屏蔽可疑的IP 地址；在惡意代碼和后門植入攻擊方面，可以通過設(shè)置相關(guān)的防火墻規(guī)則來過濾網(wǎng)絡(luò)信息，及時分類出有效數(shù)據(jù)信息和無價值的數(shù)據(jù)信息。同時，系統(tǒng)會自動將具有攻擊性的信息數(shù)據(jù)包丟棄，這樣就可以在某種程度上降低網(wǎng)絡(luò)攻擊發(fā)生的可能性；在操作系統(tǒng)漏洞方面，在系統(tǒng)發(fā)布上線前的時間里，大部分的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都不會遭受到網(wǎng)絡(luò)攻擊。所以，在鐵路通信系統(tǒng)的維護過程中，系統(tǒng)管理員需要定期地對操作系統(tǒng)進行分類分級地打補丁。這樣不僅可以從源頭上杜絕網(wǎng)絡(luò)攻擊行為的發(fā)生，還可以提高鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的安全性，甚至可以凈化鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)安全空間[9]。

4.5 升級內(nèi)部安裝技術(shù)

在光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程中，光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正確性的安裝是十分重要的。目前，我國鐵路行業(yè)還沒有明確的條例和相關(guān)制度來監(jiān)管內(nèi)部軟件系統(tǒng)的安裝過程。然而，相關(guān)工作人員技術(shù)水平參差不齊，這將會加大內(nèi)部軟件系統(tǒng)的風(fēng)險指數(shù)。同時，內(nèi)部軟件系統(tǒng)的正確安裝使用，是光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中的第一步。因此，及時規(guī)范相關(guān)技術(shù)人員的安裝行為和創(chuàng)建良好的安裝文化氛圍是十分有效的。這不僅需要提高整體員工的素質(zhì)，還需要及時更新相關(guān)系統(tǒng)的版本和規(guī)范安裝流程。面對復(fù)雜和龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以研發(fā)一套基于智能化、信息化的光纖系統(tǒng)安裝監(jiān)測系統(tǒng)來進行自動化管理監(jiān)測安裝過程。這樣不僅可以節(jié)約人力和物力，還可以提高工作效率，甚至可以對相關(guān)技術(shù)人員起到警示的作用[10]。

4.6 加強網(wǎng)絡(luò)通信管理

要保障鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸?shù)陌踩?，就?yīng)該選擇科學(xué)合理的管理措施。在鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸?shù)慕ㄔO(shè)過程中，只有通過對各個鐵路基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)進行科學(xué)的布局，才可以達到光纖信號互不干擾的效果。因此，需要確立明確管理理念，全面統(tǒng)籌優(yōu)化鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)安全的管理工作，這樣才可以保障鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)安全可靠地運行。同時，在我國的各個地區(qū)中，需要將小站電源進行集中管理，加大對小站電源的監(jiān)管和控制力度，這樣才可以有效解決突發(fā)事件問題。然后，在對光纖傳輸全面監(jiān)控的過程中，應(yīng)該采用各種方法來進行排除各自不利的干擾因素。最后，專門負責(zé)維修各類通信設(shè)備的部門應(yīng)該嚴格遵照相關(guān)標準規(guī)范，對其進行統(tǒng)一調(diào)度和管理的相關(guān)工作。

4.7 合理選取傳輸方式

在我國目前的鐵路通信系統(tǒng)中，密鑰可以分為兩種類型的信號傳輸系統(tǒng)軟件：根據(jù)采用光纖傳輸模式的封閉信號系統(tǒng)軟件和采用光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸模式的開放信號系統(tǒng)軟件。每種傳輸方式都對改變傳統(tǒng)的鐵路信號傳輸方式起著重要作用。因此，相關(guān)運營商應(yīng)盡量有效選擇相關(guān)傳輸模式，以確保鐵路通信系統(tǒng)的安全性和合理性。值得一提的是，上述兩種傳輸方式各有特點。

一般來說，光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸方式具有相對明顯的傳輸量，能夠很好地滿足遠距離傳輸?shù)囊?。此外，該傳輸方式施工效率高、速度快，維護方便快捷，經(jīng)濟效益極為明顯。值得注意的是，這種傳輸方式的局限性在于，它非常容易受到外部條件的限制。

目前，光纖傳輸?shù)脑鲩L速度相對較快，但與有線電視傳輸方式相比，具有一定程度的狹隘性?，F(xiàn)階段，有線電視傳輸在信號安全傳輸環(huán)節(jié)中可靠性較高。這是因為有線電視傳輸?shù)奶攸c，它在長距離傳輸鏈路中具有非常高的可靠性，同時具有非常大的傳輸量，但其缺點也很明顯。

例如，在規(guī)劃初期，這種方法需要大量資金，而且基本建設(shè)時間較長。對于以通信系統(tǒng)為主體的鐵路信號安全信息傳輸?shù)挠芯€信道，相關(guān)運營商通常選擇電纜傳輸系統(tǒng)軟件，但電纜傳輸系統(tǒng)的軟件非常容易受到天氣等外部因素的影響，傳輸可靠性不夠。近年來，隨著技術(shù)實力的逐步提高，光纖傳輸系統(tǒng)軟件得到了快速發(fā)展。它具有網(wǎng)絡(luò)帶寬大、無線中繼間隔長、傳輸能耗低等優(yōu)點。

4.8 光網(wǎng)絡(luò)智能化建設(shè)

為了在鐵路行業(yè)的發(fā)展中更好地促進光網(wǎng)絡(luò)的智能化建設(shè)與進步，需要積極地對未來發(fā)展進行全面的規(guī)劃以及評估。過去的光纖傳輸發(fā)展進程中，通信主線主要是基于傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)。但是伴隨著技術(shù)的發(fā)展與進步，使得計算機技術(shù)得到了全面普及與應(yīng)用，由此在鐵路通信技術(shù)的發(fā)展中，也逐漸利用了自動鏈接控制技術(shù)，該技術(shù)可以很好地實現(xiàn)對信息內(nèi)容的集中采集與分析，進行網(wǎng)絡(luò)智能化的建設(shè)與處理，這是實現(xiàn)當前光纖傳輸技術(shù)，以及未來發(fā)展需要的重要方式。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息化技術(shù)的快速發(fā)展，我國鐵路通信網(wǎng)絡(luò)安全的主要矛盾是“人民日益增長的高標準需求”和“鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸技術(shù)發(fā)展不平衡和不充分”之間的矛盾。如果要確保鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸信號的穩(wěn)定性，就需要通過對現(xiàn)階段存在的問題進行仔細的分析，并且采取科學(xué)合理的解決措施，找出在鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸過程中的影響因素，最后根據(jù)相應(yīng)的實際情況做出相應(yīng)的有效保護措施，以提高我國鐵路通信的技術(shù)與質(zhì)量。