大準鐵路傳輸網(wǎng)改造方案研究

樊 勤

鐵路信息化是鐵路現(xiàn)代化的主要標志，大準鐵路公司根據(jù)運輸生產(chǎn)的實際需求，從2006年開始進行鐵路運輸信息化的建設(shè)，推進了運輸組織、重載運輸、經(jīng)營管理的現(xiàn)代化，提升了鐵路運輸能力和經(jīng)濟效益。為適應鐵路信息化寬帶、高速和安全的傳送需求，在信息化建設(shè)初期，采用基于SDH傳輸體制的華為 OptiX 2500＋ （Metro3000）設(shè)備，建成了可提供SDH、PDH、以太網(wǎng)等接口的環(huán)形光傳輸網(wǎng)絡(luò)，為初期信息化建設(shè)所需的數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)奠定了良好的基礎(chǔ)。

1 傳輸網(wǎng)現(xiàn)狀

近年來大準鐵路陸續(xù)建成了包括列車調(diào)度指揮系統(tǒng) （TDCS）、計劃調(diào)度、機車調(diào)度、貨運調(diào)度等綜合調(diào)度信息系統(tǒng)，以及車站綜合管理信息、貨運制票、車號自動識別、十八點統(tǒng)計分析等的鐵路運輸管理信息系統(tǒng) （TMIS）；車務(wù)部門建成了行車遠程安全監(jiān)控系統(tǒng)；通信部門建成了集視頻監(jiān)控、環(huán)境量監(jiān)測、實時數(shù)據(jù)查詢等功能于一體的集中監(jiān)控系統(tǒng)；供電部門建成了電力遠動系統(tǒng)，和通過基于電力遠動的變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)；機務(wù)部門建成了機車動態(tài)統(tǒng)計與監(jiān)測系統(tǒng)；車輛部門依托新建的基于IP的數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)，完成紅外軸溫智能探測系統(tǒng)的改造；后期還開通了視頻會議系統(tǒng)與全線辦公網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

這些信息系統(tǒng)全部建立在光傳輸網(wǎng)絡(luò)上。由于各信息系統(tǒng)分期、分批建設(shè)，各自成網(wǎng)，逐漸暴露出以下問題：①獨立成網(wǎng)的信息系統(tǒng)分別占用了大量的通道資源，導致傳輸網(wǎng)的可用資源接近飽和；②通道資源缺乏，各種信息系統(tǒng)的可用帶寬有限，導致各類系統(tǒng)運行緩慢，數(shù)據(jù)信息傳送延時較大；③各信息系統(tǒng)采用不同的技術(shù)和設(shè)備，其維護、管理手段差別較大，給現(xiàn)場設(shè)備維護和運營管理帶來困難。

基于SDH體制的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)不能滿足語音、圖像、視頻等多信息傳遞帶寬需求，需要建設(shè)高速率、大容量、高帶寬、高可靠性的傳輸網(wǎng)，以有效解決各種信息系統(tǒng)通道資源匱乏與傳輸帶寬瓶頸，以實現(xiàn)傳輸資源利用率的最大化，降低設(shè)備維護與管理困難。

2 改造方案

傳輸系統(tǒng)優(yōu)化方案，可考慮采用波分技術(shù)及光傳送網(wǎng) （OTN）。與SDH相比，OTN具有較強的組網(wǎng)能力、良好的可擴展性、支持多種上層業(yè)務(wù)或協(xié)議，對客戶信號進行完全透明的傳輸，提供多級串聯(lián)連接監(jiān)視 （TCM）功能，具有更強的前向糾錯能力，OTN還可提供與WDM同樣的高帶寬，并且已經(jīng)進入實用化階段，即將成為主流應用技術(shù)。

在技術(shù)層面，OTN基于ITU－T制定的G709、G798、G872、G873．1、G959．1等建議，在光層和電層有完整的體系結(jié)構(gòu)，集傳送和交換能力于一體，對已有的SDH和WDM的傳統(tǒng)優(yōu)勢進行了更為有效的繼承和組合，同時擴展了與業(yè)務(wù)傳送需求相適應的組網(wǎng)功能。在業(yè)務(wù)功能層面，OTN提供標準的接口，支持40Gb／s和未來的100Gb／s線路傳送能力，具有密集波分系統(tǒng)的高帶寬，兼容SDH、ATM 業(yè) 務(wù)，能 承 載 IP／MPLS、SAN、Video等大顆粒業(yè)務(wù)，是承載寬帶IP業(yè)務(wù)的理想平臺。因此，可以采用OTN技術(shù)組建一個不同于既有系統(tǒng)的、數(shù)字化、綜合化寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)。

2．1 方案一：全部采用新技術(shù)設(shè)備

采用新技術(shù)設(shè)備，按中長期規(guī)劃組網(wǎng)，保證相當長時期內(nèi)網(wǎng)絡(luò)不落后。傳輸網(wǎng)采用OTN技術(shù)設(shè)備， 如 華 為 OptiX OSN1800、OSN3800、OSN6800、OSN8800系列產(chǎn)品。在設(shè)備接口要考慮將與以下鐵路站點設(shè)備連接：準東鐵路的薛家灣站，運煤專用線點岱溝和南坪站，與托克托電廠、岱海電廠專用線接軌的二道河站、九蘇木站，與國鐵站接軌的丹洲營、燕莊站，與準池線接軌的外西溝站。由于與準通站接軌的樊家站等運輸需求大、業(yè)務(wù)多，將這些站點設(shè)為重要站點，采用OSN6800或OSN8800系列的高端產(chǎn)品組成傳輸主干網(wǎng)。在運輸需求不是很大的一般站點采用OSN1800等同系列的低端產(chǎn)品即可。

方案一技術(shù)先進、系統(tǒng)容量大，在滿足運輸信息化需求和改善運輸管理能力上是最優(yōu)的。目前大準鐵路在用的各種運輸管理系統(tǒng)，只有和行車組織直接相關(guān)的TDCS、TMIS和行車電話的傳輸通道采用高級別的保護方式，其他如微機監(jiān)測、紅外軸溫監(jiān)測、辦公網(wǎng)等大多數(shù)運輸管理系統(tǒng)受容量資源的限制，只能采用低級別甚至無保護的通道組成方式。一旦光纜線路中斷后，沿線大多數(shù)運輸管理系統(tǒng)的運行都將受到不同程度的影響，甚至中斷。而方案一所提供的豐富的系統(tǒng)資源，將會徹底改變這種狀況。先進的技術(shù)支撐，可以承載更多對通信系統(tǒng)要求更高的運輸管理系統(tǒng)，為今后管理系統(tǒng)的升級和技術(shù)整合等提供了技術(shù)保障。

全新技術(shù)的使用對現(xiàn)場的工作人員來說無疑是一個挑戰(zhàn)，能不能很快地適應新設(shè)備、掌握新技術(shù)和員工的個人技能、相關(guān)業(yè)務(wù)培訓是否及時跟進等息息相關(guān)。就目前的通信機構(gòu)設(shè)置，方案一的使用涉及到全部的一線員工，因此全員都需要進行新技術(shù)培訓。

設(shè)備兼容方面，OTN的傳輸設(shè)備與既有的接入網(wǎng)設(shè)備無法兼容。傳輸設(shè)備改造后，接入網(wǎng)設(shè)備也必須相應改造。在硬件和安裝費用方面，方案一也是很高的。一套OSN8800硬件設(shè)備大約需要50萬元，按現(xiàn)在使用2．5Gb／s設(shè)備的主干網(wǎng)站點20個計算，只這一項投資就1000萬元；其他站點采用低端的OSN1800，每套按10萬元計算，硬件費用在400萬元左右。安裝費用按硬件費用的10%常規(guī)計算，約140多萬元。也就是說，方案一的投資估算不少于1500萬元。在安裝工期上，每個站點按1周計算，全線站點的安裝需要5個月左右。

2．2 方案二：兼容既有設(shè)備局部改造

盡可能兼容既有設(shè)備，采用局部改造、逐步完成的方式。先將運輸需求大、業(yè)務(wù)量大的重要車站，如薛家灣、點岱溝、南坪、二道河、九蘇木、外西溝、樊家、丹洲營、燕莊等，采用基于SDH的高端設(shè)備OptiX OSN3500組成10Gb／s主干網(wǎng)，普通站點采用同系列的低端設(shè)備OptiX OSN1500或OptiX OSN2500，其他業(yè)務(wù)量少的站點利用既有的設(shè)備簡單升級，完成傳輸組網(wǎng)。

OptiX OSN 3500被稱為下一代智能光傳輸設(shè)備 （NG），具有多業(yè)務(wù)接口，可接入SDH、Ethernet、ATM、PDH、SAN、OADM 等業(yè)務(wù)，實現(xiàn)同一個平臺上高效傳送語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；具有強大的組網(wǎng)能力，可與 OptiX OSN 9500、OptiX 10G、OptiX OSN 2500、OptiX OSN 1500、OptiX Metro 3000、OptiX Metro 1000混合組網(wǎng)，實現(xiàn)不同設(shè)備與業(yè)務(wù)全網(wǎng)統(tǒng)一管理，優(yōu)化投資、降低建網(wǎng)成本。

方案二在一定程度上解決了各類運輸管理系統(tǒng)帶寬不足，不能充分發(fā)揮效力的缺陷。技術(shù)更新不大，隨著運輸需求的增加，還需要繼續(xù)升級改造。在技能要求上，方案二因改造設(shè)備較少，多數(shù)員工不經(jīng)過培訓就能進行正常的日常維護。部分涉及新設(shè)備的站點，需要對員工進行專業(yè)機構(gòu)的新技術(shù)培訓。

在硬件投資方面，如果采用OSN3500設(shè)備，每個站點的硬件費用約為30萬元左右，整個方案投資約600萬元；安裝費用按硬件費用的10%計算，約60萬元，比方案一要少很多。每個站點的設(shè)備安裝按2～3天計算，整個方案的設(shè)備安裝時間在一個月左右。

2．3 方案比較

從運行維護方面考慮，方案一是全新設(shè)備，對于習慣于使用和操作既有設(shè)備的員工來說，運行維護的壓力大，適應時間長。公司方面，對人員的技術(shù)培訓投入短期內(nèi)會更大。而方案二的改造設(shè)備和既有設(shè)備關(guān)聯(lián)較大，員工適應時間會短一些。

從投資成本上考慮，方案二投資較小。方案一傳輸設(shè)備改造后，接入設(shè)備也需相應改造，初期投資成本比較大。

硬件設(shè)備安裝上，方案二涉及的設(shè)備少，安裝時間短，方案一安裝時間長。但從調(diào)試、設(shè)備接入上考慮，方案一是全新的系統(tǒng)，調(diào)試完成后，需要幾個天窗點就可以完成系統(tǒng)的接入運行；方案二涉及既有業(yè)務(wù)，需要將改造站點逐個接入，每個改造站點需要一個甚至二個天窗點，在運輸較為繁忙的情況下，改造設(shè)備的接入將耗費較長的時間。

考慮到大準鐵路主要以煤炭運輸為主，而目前煤炭行業(yè)的前景不很明朗的條件下，投資巨大的方案一顯然不可取。方案二投資較小又能滿足現(xiàn)階段的運輸信息化需求，是可行方案。

3 方案實施

經(jīng)過分析比較，在目前形勢下采用OptiX OSN 3500替換現(xiàn)有 OptiX 2500＋ （Metro3000）（簡稱OptiX 2500＋）組成主干傳輸網(wǎng)更可取。OptiX OSN 3500可實現(xiàn)STM－16或STM－64二個速率等級的設(shè)備容量，具備超高速CPU處理，超大內(nèi)部存儲容量，為網(wǎng)絡(luò)拓撲信息、資源信息、鏈路信息等智能信息提供足夠的存儲空間；SDH的管理信息轉(zhuǎn)移，主機單元從設(shè)備管理轉(zhuǎn)換為智能引擎；預留智能信令通信平臺；J0字節(jié)支持鏈路自動發(fā)現(xiàn)，提供 MESH保護、SLA、BOD、OVPN等智能特性。

在接入容量方面，OSN 3500單子架支持8路STM－16光接口，OptiX 2500＋支持6路STM－16光接口就達到最大接入容量而不能再接入任何業(yè)務(wù)了。在交叉容量上，OSN 3500單子架高階交叉容量是512×512VC4，低價交叉容量是20G／5Gb／sVC12；OptiX 2500＋單子架高階交叉容量為128×128VC－4，其中32×32VC－4用于完成低階交叉功能，低階交叉容量為2016×2016VC－12。作為匯接點，OptiX 2500＋最多提供20條ECC通道，即由中心網(wǎng)元接出去網(wǎng)元不得超過20個；OSN 3500支持40路ECC。通過以上技術(shù)參數(shù)的比較，可以看出，改造方案的實施將使整個傳輸系統(tǒng)的性能和容量都有一個大的提高，可有效解決現(xiàn)有各種信息系統(tǒng)的帶寬限制，改善各種信息化系統(tǒng)運行速度緩慢，效率低下的現(xiàn)狀。

在安全性方面，OSN3500提供電源過壓、欠壓保護，軟件加載過程中斷電保護 ，單板溫度檢測等功能，具有基于ASON、設(shè)備級，網(wǎng)絡(luò)級和業(yè)務(wù)級多層保護功能。對主控、時鐘、交叉、電源等單板通過備份保護，對2M，34M／45M，155Mb／s電口板實行TPS保護。通過共享光纖虛擬路徑保護，最大限度地利用系統(tǒng)資源，對新增節(jié)點提供快速保護；通過單光口多復用段保護，實現(xiàn)在同一光板內(nèi)多復用段保護，節(jié)省了光板、光纖。

在安裝施工方面，OptiX 2500＋子架的出線區(qū)在單板區(qū)的背面，設(shè)備前后都有維護需求，機柜安裝的前后都需留有空間。OSN3500子架的出線區(qū)在設(shè)備前面，出線區(qū)與單板區(qū)上下分離，機柜可靠墻安裝，單側(cè)維護。OSN3500子架單板插放的考慮因素：各槽位的接入容量，下層處理板和上層接口板的對應關(guān)系，對偶板位，以及對擴容和TPS的影響。

在設(shè)備維護方面，不同于 OptiX 2500＋ ，OSN1500／2500／3500的光板、支路板、數(shù)據(jù)板等業(yè)務(wù)板均通用，不但方便了日常維護，而且減少了備板備件的投入。各種型號光模塊可按需選擇、靈活配置，降低首期投資成本；在業(yè)務(wù)發(fā)展中靈活追加，滿足組網(wǎng)需要。

增設(shè)基于單板的維護功能：增加單板告警指示燈，通過單板告警指示燈可迅速判斷設(shè)備故障類型；增設(shè)多種單板元器件監(jiān)測點，可以迅速排除設(shè)備硬件故障；增設(shè)單板的配置數(shù)據(jù)保存，當主控板不在位時，單板掉電重啟動后可以正常工作。

智能散熱設(shè)計：自動監(jiān)控溫度變化，實時查詢子架各單板的溫度情況，方便維護；風扇單元采用3個智能風扇模塊，電源互為備份；智能的轉(zhuǎn)速調(diào)整、控制，延長風扇使用壽命；能夠提供停轉(zhuǎn)檢測功能，當一個風扇模塊故障時，其余風扇模塊全速運轉(zhuǎn)，實行3個風扇互為備份的智能保護。

設(shè)有內(nèi)置的光譜分析單元，網(wǎng)絡(luò)維護人員可在網(wǎng)管中心對全網(wǎng)進行在線光譜性能檢測，極大的方便網(wǎng)絡(luò)的維護和監(jiān)視。光譜性能是反映網(wǎng)絡(luò)優(yōu)劣的最底層的參數(shù)，掌握網(wǎng)絡(luò)各檢測點上的OSNR、光功率、中心波長等參數(shù)，基本上可判斷出網(wǎng)絡(luò)的性能、故障位置。在要監(jiān)測的站點配置內(nèi)置的光譜分析單元MS2板，將MS2的檢測光口與光放大板、合波／分波板上預留的在線監(jiān)測口相連，檢測出監(jiān)測點主信道的光譜性能如OSNR、單波長光功率、中心波長等，經(jīng)MS2板處理后通過OSC（光監(jiān)控通道）傳遞到網(wǎng)管中心，在網(wǎng)管中心的網(wǎng)管界面上即可看到線路的光譜圖，通過對光譜圖的分析可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的遠端性能監(jiān)測。

4 結(jié)論

OSN3500智能光傳輸設(shè)備在設(shè)備容量，安全性能及日常維護等方面都明顯優(yōu)于既有的OptiX 2500＋設(shè)備。OSN3500強大的組網(wǎng)能力，使之向下與OptiX 2500＋設(shè)備，向上與 OptiX OSN 9500設(shè)備，都能實現(xiàn)設(shè)備兼容和業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理。隨著OSN3500為主干網(wǎng)的傳輸網(wǎng)改造，現(xiàn)有通道資源緊缺，各類信息化系統(tǒng)運行緩慢等突出問題都將得到改善。

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