鐵路區(qū)間光通信系統(tǒng)構成及組網(wǎng)運用方式

張樂軍 劉 凡 王州龍

鐵路區(qū)間光通信系統(tǒng)構成及組網(wǎng)運用方式

張樂軍 劉 凡 王州龍

摘 要：介紹了鐵路區(qū)間光通信系統(tǒng)的系統(tǒng)構成，提出針對現(xiàn)場不同通信資源條件下的組網(wǎng)運用方式，分析了各種組網(wǎng)方式的特點和具備條件后的改進措施建議，以最大程度減少投資、充分利用既有通信資源、確保區(qū)間光通信系統(tǒng)的運行安全。

關鍵詞：光通信系統(tǒng);構成;組網(wǎng)方式

鐵路區(qū)間通信是鐵路行車通信系統(tǒng)的重要組成部分，承擔區(qū)間電話、應急搶險電話和自動電話等語音業(yè)務，以及應急通信靜態(tài)/動態(tài)圖像和視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)傳送業(yè)務。目前鐵路區(qū)間通信主要采用電纜+模擬通信方式，依靠電纜實現(xiàn)區(qū)間語音和數(shù)據(jù)業(yè)務傳送。由于電纜線路投資大、帶寬窄、穩(wěn)定性差、承載業(yè)務單一，已不適應鐵路信息化和安全監(jiān)控發(fā)展的需求;而且大部分既有電纜超期使用，電氣特性劣化，嚴重影響區(qū)間通信質量。因此鐵路既有線和新線建設項目均大量采用光纖傳輸和數(shù)字通信等新技術，基本不再新建通信電纜線路，鐵路區(qū)間光通信系統(tǒng)的應用會越來越多。

鐵路區(qū)間光通信系統(tǒng)的組網(wǎng)關系到系統(tǒng)運用的穩(wěn)定可靠，但是既有線通信資源情況復雜，不一定能滿足理想的組網(wǎng)條件，需要科學合理地制定組網(wǎng)方案。濟南鐵路局從2011年開始在泰肥線進行驗證性運用試驗，在實施過程中充分利用既有通信系統(tǒng)資源，靈活組網(wǎng)，最大程度地節(jié)約投資，確保區(qū)間光通信系統(tǒng)的運行穩(wěn)定?，F(xiàn)對區(qū)間光通信系統(tǒng)的構成和組網(wǎng)方式進行介紹。

1 系統(tǒng)構成

鐵路區(qū)間光通信系統(tǒng)由站內(nèi)設備、區(qū)間設備、用戶終端及網(wǎng)管設備組成，采用以太無源光網(wǎng)絡(EPON)技術，系統(tǒng)構成圖如圖1所示。

站內(nèi)設備，由EPON局端OLT、以太網(wǎng)交換、VoIP交換、E1/以太網(wǎng)橋等4個主要功能模塊組成，可選配直流遠供升壓模塊，為區(qū)間設備供電。站內(nèi)設備實現(xiàn)對區(qū)間設備上傳的各種業(yè)務數(shù)據(jù)的接入，并根據(jù)不同業(yè)務類型將數(shù)據(jù)信息接入至相關系統(tǒng)中。同時提供調度交換機及自動網(wǎng)的音頻接口，支持搶險專線和外接區(qū)間防護電話。站內(nèi)設備之間通過鐵路現(xiàn)有承載網(wǎng)絡連接 (最好采用雙歸屬或環(huán)形連接)，并接入應急搶險或程控交換機等中心系統(tǒng)，形成完整的區(qū)間通信系統(tǒng)。站內(nèi)設備提供LAN、E1等接口，可根據(jù)既有承載網(wǎng)情況選擇數(shù)據(jù)網(wǎng)或SDH傳輸系統(tǒng)，SDH傳輸系統(tǒng)具備MSTP功能時宜優(yōu)先選用FE接口方式。

圖1 系統(tǒng)構成圖

區(qū)間設備，主要由EPON用戶端ONU、光分路耦合器、語音模塊、內(nèi)置通話裝置等4個功能模塊，以及電源和外部接口組成。區(qū)間設備設置在站間的區(qū)間通話柱內(nèi)，理想的組網(wǎng)方式是區(qū)間設備分別通過1芯光纖與上、下行的站內(nèi)設備相連接，形成主、備通道。在站內(nèi)設備或光纖資源不充分的情況下，也可以靈活確定區(qū)間組網(wǎng)方式。

網(wǎng)管設備，實現(xiàn)對區(qū)間光通信系統(tǒng)的設備配置及日常維護管理功能，與站內(nèi)設備之間既可采用LAN接口通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)連接，也可通過既有傳輸系統(tǒng)連接。

用戶終端，指用戶通話/數(shù)據(jù)設備，與區(qū)間設備連接，實現(xiàn)話音/數(shù)據(jù)功能。

2 組網(wǎng)方式

鐵路區(qū)間光通信系統(tǒng)在站間光纜平均衰耗不大于0.35 dB/km時，區(qū)間通話柱設置間距為1.2 km，可靠傳輸距離應不小于20 km。鐵路區(qū)間大部分在20 km以內(nèi)，也有超過20 km的長大區(qū)間，區(qū)間兩側車站不一定都有站內(nèi)設備，目前鐵路既有線通信光纜資源較為緊張，既有通信資源情況復雜，需要認真調查核實。

站內(nèi)設備基本配置2個PON接口，最多可擴展至16個PON口，區(qū)間設備也能夠提供2個PON接口，應充分利用PON接口和現(xiàn)場通信資源靈活選擇組網(wǎng)方式。

一般來說，為保證區(qū)間光通信系統(tǒng)運行安全，在區(qū)間距離、設備及光纖資源滿足要求的情況下，應盡量采取具備主、備通道的區(qū)間組網(wǎng)方式。而對于不具備光纖資源、鐵路等級較低，以及區(qū)間只有一側車站具備站內(nèi)設備的情況，暫時采用無保護組網(wǎng)方式?？傊畱鶕?jù)區(qū)間距離、設備、現(xiàn)場光纖資源及區(qū)間通信可靠性等要求綜合考慮。下面結合現(xiàn)場實際，分別介紹幾種區(qū)間組網(wǎng)方式。

1．區(qū)間小于20 km，上下行車站均具備站內(nèi)設備，且能夠提供2芯光纖，應采用雙PON口雙向保護組網(wǎng)方式，俗稱手拉手保護，如圖2所示。

圖2 雙PON口雙向保護組網(wǎng)示意圖

區(qū)間設備提供雙PON口，通過2芯光纖分別與上、下行的站內(nèi)設備連接。當某一光纖故障、某PON口故障或上、下行某站內(nèi)設備故障時，系統(tǒng)自動切換到另一方向進行通信，不會中斷通信，實現(xiàn)了站內(nèi)設備和區(qū)間設備之間的光纖連接保護。如果2芯光纖在不同物理徑路上，安全性更好。

2．區(qū)間小于20 km，只有一側車站有站內(nèi)設備，且能夠提供2芯光纖，應采用單側雙PON口保護組網(wǎng)，如圖3所示。

站內(nèi)設備和區(qū)間設備均提供雙PON口接入2芯光纖，當某一光纖故障或某PON口故障時，系統(tǒng)均會自動切換到另一PON口進行通信，但站內(nèi)設備發(fā)生故障時會中斷通信。該組網(wǎng)方式在區(qū)間只有一側車站具備站內(nèi)設備時才采用。2芯光纖分別在不同物理徑路上，安全性更好。

圖3 單側雙PON口保護組網(wǎng)示意圖

3．長大區(qū)間20～40 km，兩端車站均具備站內(nèi)設備，光纖資源豐富，采用多PON口雙向保護組網(wǎng)方式，如圖4所示。

圖4 多PON口雙向保護組網(wǎng)示意圖

由于區(qū)間超過20 km，區(qū)間設備可分為幾組通過不同的光纖同時接入上、下行車站。站內(nèi)設備提供雙PON口或更多PON口接入不同的光纖，區(qū)間設備提供雙PON口通過區(qū)間光纖同時接入上、下行車站。當某一光纖故障、某區(qū)間設備PON口故障或上、下行的某站內(nèi)設備故障時，系統(tǒng)自動切換到另一方向進行通信。此組網(wǎng)方式可用于長大區(qū)間的設備部署，提供光纖連接保護，是長大區(qū)間理想組網(wǎng)方式。如果能夠提供不同物理徑路的光纖，安全性會更好。

4．長大區(qū)間20～40 km，兩端車站均安裝有站內(nèi)設備，只能夠提供2芯光纖的，可以采用多PON口單向保護組網(wǎng)方式，如圖5所示。

采取分段組網(wǎng)方式，將區(qū)間設備分兩端采用雙PON口分別接入上、下行車站。站內(nèi)設備和區(qū)間設備均提供雙PON口接入?yún)^(qū)間光纖，用于站內(nèi)設備和區(qū)間設備之間的光纖連接保護，但站內(nèi)設備發(fā)生故障時會出現(xiàn)一段區(qū)間中斷通信，因此當光纖資源改善后應改用多PON口雙向保護組網(wǎng)方式。

圖5 多PON單向保護組網(wǎng)示意圖

5．鐵路等級較低、光纖資源緊張、小于20 km的區(qū)間，可以選用無保護功能的單PON口單向覆蓋組網(wǎng)方式，如圖6所示。

圖6 單PON口單向覆蓋組網(wǎng)示意圖

采用此組網(wǎng)接入方式，站內(nèi)設備和區(qū)間設備均提供單PON口接入?yún)^(qū)間單光纖。該組網(wǎng)方式在站內(nèi)設備PON接口故障時會中斷全部區(qū)間的通信;在區(qū)間設備PON接口故障時會造成該區(qū)間設備通信中斷;在光纖發(fā)生故障時會造成區(qū)間中某一段通信中斷。對于鐵路干線，在具備光纖資源后應改用單側雙PON保護組網(wǎng)方式，同時具備光纖和兩側站內(nèi)設備時改用雙PON口手拉手保護組網(wǎng)方式。

6．鐵路等級較低，光纖資源緊張且兩側車站都有站內(nèi)設備的長大區(qū)間 (20～40 km)，可以采用單PON口雙向覆蓋組網(wǎng)方式，如圖7所示。

圖7 單PON口雙向覆蓋組網(wǎng)示意圖

區(qū)間較長超過20 km，且光纖資源緊張、兩側車站都有站內(nèi)設備時，可以采用區(qū)間設備分兩端接入上、下行車站的組網(wǎng)接入方式。采用此接入方式，站內(nèi)設備和區(qū)間設備均提供單PON口接入?yún)^(qū)間光纖。該組網(wǎng)方式在PON接口或光纖發(fā)生故障時均會造成部分區(qū)間通信中斷，對于鐵路干線在具備光纖資源后應改用多PON口雙向保護組網(wǎng)方式。

圖8 多PON口單向覆蓋組網(wǎng)示意圖

7．只有一側車站有站內(nèi)設備的長大區(qū)間 (20～40 km)，可以采用分段組網(wǎng)方式，即多PON口單向覆蓋組網(wǎng)方式，如圖8所示。

由于區(qū)間超過20 km，且只有一側車站有站內(nèi)設備，區(qū)間設備可分為幾組通過不同的光纖接入一側車站，站內(nèi)設備提供雙PON口或更多PON口接入不同的區(qū)間光纖，區(qū)間設備提供單PON口接入?yún)^(qū)間光纖。采用該組網(wǎng)方式在站內(nèi)設備PON接口發(fā)生故障時會造成區(qū)域內(nèi)區(qū)間通信中斷，區(qū)間設備PON接口或光纖故障時會造成單臺區(qū)間設備或某一段區(qū)間設備不能使用。

3 總結

通過以上分析介紹可以看到，雖然現(xiàn)場傳輸、區(qū)間設備、光纖資源等情況較為復雜，但是站內(nèi)設備可以通過充分利用既有的承載網(wǎng)，實現(xiàn)站內(nèi)設備之間的雙歸屬或環(huán)形組網(wǎng);站內(nèi)設備和區(qū)間設備應根據(jù)EPON系統(tǒng)的組網(wǎng)原則，采用靈活的組網(wǎng)運用方式。這樣既可以充分利用既有通信資源，不需對既有通信系統(tǒng)進行調整，節(jié)約投資，又能確保區(qū)間光通信系統(tǒng)的正常實施。隨著現(xiàn)場通信系統(tǒng)狀況的不斷升級改善，應及時調整完善區(qū)間光通信系統(tǒng)的組網(wǎng)運用方式，滿足區(qū)間通信安全穩(wěn)定的要求。

［1］YD/T1475-2006.接入網(wǎng)技術要求—基于以太網(wǎng)方式的無源無網(wǎng)絡(EPON)［S］.2006.

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［3］TB/T3160-2007.鐵路調度通信系統(tǒng)技術條件和試驗方法［S］.2007.

［4］TB/T3204-2008.鐵路應急通信接入技術條件［S］.2008.

［5］TB/T3232-2010.鐵路應急中心通信設備技術條件［S］.2010.

Abstract:We describe the composition of the optical communication systems between railway stations，propose the networking mode under the conditions of different spot communication resources，and give an analysis of a variety of networking features and recommendations for improvement when the requirement is met in order to minimize the investment，to take full advantage of existing communication resources，and to ensure the operation safety of the optical communication systems．

Key words:Optical communication system;Composition;Networking mode

張樂軍：濟南鐵路局電務處 工程師 250000 濟南

劉 凡：北京佳訊飛鴻電氣股份有限公司 工程師 100095 北京

王州龍：中國鐵道科學研究院通信信號研究所 助理研究員100081 北京

2013-06-04

諸 紅)