無源光網(wǎng)絡在鐵路上的應用

徐建明

（中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司，上海 200436）

無源光網(wǎng)絡在鐵路上的應用

徐建明

（中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司，上海 200436）

為解決鐵路接入網(wǎng)的高帶寬、IP化、可管理及高可靠性要求，介紹采用GPON技術實現(xiàn)鐵路接入網(wǎng)組網(wǎng)的設計和實現(xiàn)方法。

接入網(wǎng)；無源光網(wǎng)絡；組網(wǎng)設計

隨著當前鐵路信息化業(yè)務快速發(fā)展，對通信承載網(wǎng)提出了高帶寬、IP化、可管理及高可靠性等多方面的要求。目前鐵路既有接入網(wǎng)仍然采用傳統(tǒng)的PCM技術，以解決語音及低速率窄帶業(yè)務為主，已經(jīng)遠遠不能滿足綜合承載鐵路運輸管理信息的需求。

無源光網(wǎng)絡（Passive Optical Network，PON）技術憑借其低成本、組網(wǎng)靈活、安全可靠，便于管理的特點，在運營商及企業(yè)最后一公里接入網(wǎng)建設中得到廣泛的應用。

本文通過對無源光網(wǎng)絡技術的研究，結(jié)合鐵路應用場景，提出鐵路應用的組網(wǎng)建議。

1　無源光網(wǎng)絡技術介紹

無源光網(wǎng)絡技術是為了支持點到多點應用發(fā)展起來的光接入技術，定位在常說的“最后一公里”，是在運營商、電信局端和商業(yè)用戶或者家庭用戶之間的數(shù)據(jù)傳輸解決方案。

目前，主流應用的PON標準主要有兩個：一個由IEEE802.3ah工作組制定的以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡（Ethernet PON，EPON）標準；另一個是由ITU/ FSAN制定的吉比特無源光網(wǎng)絡（Gigabit PON，GPON）標準。由于GPON標準的高帶寬、產(chǎn)業(yè)鏈更完整，互通標準更完善，本文主要針對GPON技術進行論述。

2003年1月，ITU-T批準確立了GPON標準G.984.x（G.984.1、G.984.2和G.984.3）。GPON相對于EPON來說，更注重對多業(yè)務的支持能力（TDM，IP），上聯(lián)業(yè)務接口及下聯(lián)用戶接口更為豐富（GE，F(xiàn)E，STM-1，E1等）。GPON下行速率高達2.5 Gbit/s，上下行可靈活地采用非對稱速率。GPON標準的制定就是面向提供綜合業(yè)務接入，傳輸距離至少達20 km，具備完善的OAM功能以及可升級能力，特別是非常有效地支持原有格式的數(shù)據(jù)分組和TDM流。

GPON系統(tǒng)采用WDM技術，實現(xiàn)單纖雙向傳輸，下行波長是1 490 nm，上行采用1 310 nm波長，下行技術采用廣播技術，上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術。

GPON網(wǎng)絡由光線路終端（OLT）、光分配網(wǎng)絡（ODN）、光網(wǎng)絡單元（ONU）組成，其中ODN由光分路器和光纖線路等組成，通常采用點到多點的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。OLT放置于業(yè)務接入中心節(jié)點，為接入網(wǎng)提供網(wǎng)絡側(cè)與城域網(wǎng)之間的接口，通過多個GE/ FE接口上聯(lián)不同的業(yè)務網(wǎng)絡，ODN與各ONU連接。ODN由光纖和光分路器、光連接器等無源光器件組成，為OLT和ONU之間的物理連接提供光傳輸媒質(zhì)。ONU放置于小區(qū)或樓內(nèi)機房，為接入網(wǎng)提供用戶側(cè)的接口，提供語音、數(shù)據(jù)、視頻等多業(yè)務流與ODN的接入，通過GE光口經(jīng)ODN上聯(lián)至OLT，受OLT集中控制。

2　鐵路接入網(wǎng)應用GPON技術組網(wǎng)討論

結(jié)合各路局接入網(wǎng)現(xiàn)有的實際情況，建設鐵路接入網(wǎng)需考慮原有在網(wǎng)設備和線纜，需考慮語音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務共平臺等實際情況，因此，建議將鐵路接入網(wǎng)的建設分為以下幾種場景。

1）新建接入網(wǎng)——僅有傳統(tǒng)業(yè)務網(wǎng)絡，未進行數(shù)據(jù)網(wǎng)建設的路局，未進行NGN改造的路局。

2）擴建接入網(wǎng)——已采用交換設備進行部分數(shù)據(jù)網(wǎng)建設，需在接入網(wǎng)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務和傳統(tǒng)語音業(yè)務共平臺，未進行NGN改造的路局。

3）改造接入網(wǎng)——已進行NGN改造，傳統(tǒng)語音業(yè)務可采用VOIP方式解決，需通過接入網(wǎng)改造有效提升通信網(wǎng)絡帶寬，實現(xiàn)大帶寬數(shù)據(jù)業(yè)務接入的路局。

2.1新建接入網(wǎng)

新建接入網(wǎng)，需考慮現(xiàn)有窄帶語音業(yè)務的接入，考慮新建網(wǎng)絡的帶寬需求，也需考慮現(xiàn)有窄帶語音業(yè)務向軟交換網(wǎng)絡的更新?lián)Q代。由于語音等窄帶業(yè)務必須通過接入設備進行接入，而處理窄帶業(yè)務需要交換網(wǎng)來完成，因此如何與現(xiàn)有交換網(wǎng)實現(xiàn)無縫互聯(lián)也是接入網(wǎng)改造需要考慮的內(nèi)容。

目前，部分路局已經(jīng)實現(xiàn)NGN改造的，則直接接入NGN，全面實現(xiàn)VOIP；大部分鐵路局使用的交換網(wǎng)設備還是原來部署的PSTN交換設備，采用2 M中繼的方式進行話路交換。如果采用僅支持寬帶的接入網(wǎng)設備，則路局的交換網(wǎng)絡必須更換為軟交換設備，支持VoIP。但是基于目前整個路網(wǎng)的交換網(wǎng)絡現(xiàn)狀，進行軟交換的建設并不太符合現(xiàn)在的需求。所以在接入層要全IP化，為后續(xù)演進做準備，避免后續(xù)網(wǎng)絡的再次改建。對于沒有實現(xiàn)NGN改造的路局，可以在程控交換機與新建IP網(wǎng)絡之間增加PBX或者IP轉(zhuǎn)V5設備進行過渡，這樣網(wǎng)絡架構(gòu)統(tǒng)一簡潔，易于管理，更重要的是后續(xù)語音NGN化后，接入網(wǎng)可以平滑演進，避免了重復投資。

對于上述路局，接入網(wǎng)采用GPON+IP PBX（Private Branch eXchange用戶級交換機）配套的方式進行接入網(wǎng)建設，采用GPON產(chǎn)品搭建基礎通信通道，窄帶業(yè)務在車間、班組內(nèi)采用IAD終端收斂為IP業(yè)務，通過GPON系統(tǒng)透傳至IP PBX設備，采用該設備進行IP與2 M業(yè)務的協(xié)議轉(zhuǎn)換。IP PBX具備內(nèi)部交換功能，鐵路局內(nèi)部通話可在該設備進行交換，鐵路局內(nèi)部使用短號互通，外部業(yè)務通過2 M中繼方式至PSTN交換設備。

組網(wǎng)模型如圖1所示。

2.2擴建接入網(wǎng)

擴建接入網(wǎng)的組網(wǎng)模型適用于已采用大量交換設備進行了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡改造的鐵路局。此類接入網(wǎng)的建設，主要解決班組的辦公網(wǎng)、視頻會議等高帶寬需求，但各個車間、班組自動電話均為電纜引入，電纜老化嚴重，自動電話納入新建的接入網(wǎng)希望需求強烈。擴建接入網(wǎng)的同時改造自動電話系統(tǒng)，主要目的是用光纜代替電纜，而樓內(nèi)配線可以保留使用，節(jié)省投資。此類接入網(wǎng)的擴建，在沒有進行NGN改造的前提下，解決自動電話仍需要在車間、班組內(nèi)布放IAD終端將窄帶業(yè)務收斂為IP業(yè)務，通過IP PBX協(xié)議轉(zhuǎn)換設備接入原有PSTN。

組網(wǎng)模型如圖2所示。

2.3改造接入網(wǎng)

改造接入網(wǎng)的組網(wǎng)模型適用于未進行數(shù)據(jù)網(wǎng)絡建設，但具備軟交換平臺的鐵路局。此類接入網(wǎng)的建設，主要通過IP化的數(shù)據(jù)通道實現(xiàn)站段、車間和班組的信息化建設，實現(xiàn)語音、視頻和寬帶業(yè)務的共同接入。該組網(wǎng)采用GPON技術，建立IP化的數(shù)據(jù)通道，在車間、班組內(nèi)直接布放GPON ONU設備，通過以太網(wǎng)口，進行語音和寬帶的接入。

組網(wǎng)模型如圖3所示。

3　結(jié)束語

應用GPON技術建設鐵路接入網(wǎng)，作為鐵路車站往下的車間、段所、班組等業(yè)務節(jié)點“最后一公里”接入的承載網(wǎng)絡，滿足為鐵路相關業(yè)務提供統(tǒng)一接入承載平臺，符合網(wǎng)絡高帶寬、IP化、可管理及高可靠性的發(fā)展需求。

[1]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.YD/T 1949-2009 接入網(wǎng)技術要求 吉比特的無源光網(wǎng)絡（GPON） 第1部分：總體要求[S].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.YD/T 2157-2010 接入網(wǎng)技術要求 吉比特的無源光網(wǎng)絡（GPON）系統(tǒng)互通性[S].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[3] YD/T 2274-2011 接入網(wǎng)技術要求 10Gbit/s以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡（10G-EPON）[S].

In order to meet requirements of the high bandwidth, IP, manageable and high reliability of railway access networks, this paper introduces the design and implementation of GPON (G bit passive optical network) technology to realizerailway access networking.

AN (Access Network); PON (Passive Optical Network); networking design

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.03.011

2016-05-19）