GPON接入技術(shù)在鐵路班組信息化建設(shè)中的應(yīng)用探討

王昱琦

（中鐵通信信號(hào)勘測(cè)設(shè)計(jì)（北京）有限公司，北京 100036）

GPON接入技術(shù)在鐵路班組信息化建設(shè)中的應(yīng)用探討

王昱琦

（中鐵通信信號(hào)勘測(cè)設(shè)計(jì)（北京）有限公司，北京 100036）

介紹鐵路班組信息化網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀，對(duì)近、遠(yuǎn)期班組信息化業(yè)務(wù)需求進(jìn)行分析，闡述無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)在鐵路班組信息化建設(shè)中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。結(jié)合鐵路班組信息化工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，論述光纖到班組解決方案的設(shè)計(jì)思路，并對(duì)吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）技術(shù)在鐵路專網(wǎng)綜合視頻監(jiān)控、應(yīng)急通信接入等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行展望。在保護(hù)既有投資的情況下，GPON技術(shù)可快速部署現(xiàn)代化、可視化和移動(dòng)化的下一代鐵路通信光纖接入網(wǎng)，助力全路班組信息化建設(shè)。

無源光網(wǎng)絡(luò)；GPON；智能鐵路；鐵路班組；信息化

在《十二五鐵路通信網(wǎng)規(guī)劃》指導(dǎo)下，各鐵路局通信基礎(chǔ)網(wǎng)陸續(xù)建成投產(chǎn)，其核心層、匯聚層、接入層數(shù)據(jù)通信能力顯著提升。隨著新一代客票系統(tǒng)、貨運(yùn)電子商務(wù)、運(yùn)輸企業(yè)管理信息化系統(tǒng)的陸續(xù)應(yīng)用，對(duì)鐵路專網(wǎng)通信的帶寬、服務(wù)質(zhì)量、接入能力的要求也大幅提升，而對(duì)于鐵路基層站段最小職能單位的車間、班組依舊面臨著“有網(wǎng)難用”或“無網(wǎng)可用”的問題。因此，迫切需要打通鐵路專網(wǎng)信息高速公路“最后一公里”，徹底解決鐵路各車間、班組語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入面臨的帶寬瓶頸、設(shè)備老舊、運(yùn)維復(fù)雜、可靠性較低等問題。借鑒電信運(yùn)營(yíng)商大規(guī)模PON技術(shù)建網(wǎng)思路，將GPON先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到鐵路班組信息化建設(shè)中，是可行的解決方案。

1 鐵路班組信息化現(xiàn)狀

截至2016年底，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)12.4萬km，其中高速鐵路2.2萬km以上?！爸悄荑F路”概念的提出，使鐵路從傳統(tǒng)的承載客、貨運(yùn)運(yùn)輸?shù)钠髽I(yè)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樽審V大民眾享受出行、旅游、購物、休閑等功能于一體的綜合服務(wù)載體。智能鐵路的創(chuàng)新和發(fā)展進(jìn)一步促使鐵路信息化程度的提高，要求鐵路通信專網(wǎng)業(yè)務(wù)類型不斷豐富，而作為鐵路運(yùn)輸基層部門的車間、班組信息化建設(shè)對(duì)保障運(yùn)輸安全、提高生產(chǎn)效率和企業(yè)管理水平越發(fā)重要[1]。

自2014年起開始建設(shè)的鐵路通信數(shù)據(jù)、傳輸骨干網(wǎng)已陸續(xù)建成投產(chǎn)，可提供10 Gbit/s或100 Gbit/s以上帶寬；各鐵路局進(jìn)行建設(shè)的通信網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施改造工程中數(shù)據(jù)、傳輸網(wǎng)可提供1 Gbit/s或10 Gbit/s以上帶寬。上述工程為鐵路信息化建設(shè)打下良好基礎(chǔ)，但鐵路“最后一公里”仍存在瓶頸，接入帶寬不足、銅線老化嚴(yán)重、電磁干擾等問題導(dǎo)致車間班組信息化程度普遍較為薄弱，無法滿足車間、班組基層單位信息化辦公網(wǎng)、視頻會(huì)議、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等應(yīng)用需求，制約鐵路運(yùn)營(yíng)管理效率的提升。

以中國(guó)鐵路鄭州局集團(tuán)有限公司為例，車務(wù)、機(jī)務(wù)、工務(wù)、電務(wù)、車輛、供電、客運(yùn)、建筑、生活、職教等專業(yè)總計(jì)43個(gè)站段、757個(gè)車間、4 516個(gè)班組（工區(qū)），聯(lián)網(wǎng)情況如下：實(shí)現(xiàn)光纖接入車間占總量的34.6%，實(shí)現(xiàn)光纖接入班組占總量的7.4%，尚有14.8%的車間和28.6%的班組未實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。已實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的車間、班組接入方式以光纖收發(fā)器、電纜+HDSL調(diào)制解調(diào)器并租用中移鐵通公司等電信運(yùn)營(yíng)商提供的通道實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)為主[2]?？梢娂扔需F路信息系統(tǒng)無法滿足鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的需要，制約著鐵路運(yùn)輸現(xiàn)代化的發(fā)展，急需進(jìn)行全局性、系統(tǒng)性建設(shè)。

2 GPON在鐵路班組信息化建設(shè)中的應(yīng)用

2.1 業(yè)務(wù)需求及分析

鐵路站段、車間、班組信息化網(wǎng)絡(luò)主要承載客貨運(yùn)營(yíng)銷、經(jīng)營(yíng)管理和部分運(yùn)輸組織的信息應(yīng)用系統(tǒng)，例如，旅客服務(wù)信息系統(tǒng)、辦公信息化、運(yùn)輸生產(chǎn)及調(diào)度指揮信息系統(tǒng)、各類監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，以及通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（如鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、會(huì)議電視系統(tǒng)等）。

根據(jù)鐵路各專業(yè)站段、車間、班組節(jié)點(diǎn)信息系統(tǒng)承載業(yè)務(wù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)帶寬統(tǒng)計(jì)分析，站段級(jí)節(jié)點(diǎn)信息化網(wǎng)絡(luò)近、遠(yuǎn)期帶寬為300～1 000 Mb/s，車間級(jí)節(jié)點(diǎn)信息化網(wǎng)絡(luò)近、遠(yuǎn)期帶寬為20～50 Mb/s，班組級(jí)節(jié)點(diǎn)信息化網(wǎng)絡(luò)近遠(yuǎn)、期帶寬為8～12 Mb/s。隨著路網(wǎng)的建設(shè)與完善，以及智能鐵路信息化的快速推進(jìn)，特別是視頻業(yè)務(wù)及IP化數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)，對(duì)信息接入系統(tǒng)的帶寬要求也呈幾何式增長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)鐵路專網(wǎng)信息接入系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性要求越來越高。

2.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

針對(duì)鐵路車間、班組信息化接入網(wǎng)絡(luò)具有點(diǎn)多面廣、承載業(yè)務(wù)種類豐富、應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜、可靠性較高、維護(hù)管理便捷、工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn)，傳統(tǒng)接入技術(shù)已不再適用。采用星型或樹型結(jié)構(gòu)組網(wǎng)基于無源光網(wǎng)絡(luò)的GPON技術(shù)，具有帶寬大、組網(wǎng)靈活、節(jié)省光纖資源、維護(hù)管理便捷、安全保護(hù)機(jī)制完善、兼容公用電話交換網(wǎng)（PSTN）/下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）/IP多媒體系統(tǒng)（IMS）等優(yōu)點(diǎn)，天然適配鐵路班組信息化的需求。

GPON系統(tǒng)中光線路終端（OLT）作為業(yè)務(wù)匯聚節(jié)點(diǎn)可設(shè)置在車站，負(fù)責(zé)接入光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）的管理和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)；光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）為中間鏈路層，全部為無源器件，主干光纖拉至車間，經(jīng)過分光器后進(jìn)入臨近班組，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)接入；ONU為接入單元，負(fù)責(zé)用戶終端接入，為用戶提供100M/1G/10G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、傳統(tǒng)E1業(yè)務(wù)接口及自動(dòng)電話等業(yè)務(wù)。

近年來，GPON被眾多運(yùn)營(yíng)商選擇作為下一代接入網(wǎng)主流承載方案，具有傳統(tǒng)接入方式無法比擬的優(yōu)勢(shì)：

（1）端到端多層級(jí)保護(hù)，通信安全可靠。針對(duì)OLT設(shè)備本身，提供雙電源、雙主控板、雙上行口冗余備份保護(hù)，確保從OLT到核心層網(wǎng)絡(luò)不中斷。ODN光纖部分支持多種Type X保護(hù)方式，小于50 ms的保護(hù)切換使用戶無感知。ITU G 984標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Type X保護(hù)方式主要包括Type B、Type C及其對(duì)應(yīng)的雙歸屬保護(hù)方案。

（2）光網(wǎng)絡(luò)采用無源器件，傳輸距離遠(yuǎn)，故障率低。整個(gè)ODN不含有任何有源電子器件，全部由光纖、分光器（Splitter）等無源器件組成。最大傳輸距離40 km，可覆蓋大多數(shù)區(qū)間場(chǎng)景，光纖采用直埋、管道、架空敷設(shè)，故障率低，維護(hù)簡(jiǎn)單。

（3）節(jié)省干線光纖資源，降低工程造價(jià)。GPON光纖可以一分多路，數(shù)據(jù)單纖雙波傳輸，多用戶接入，按照Type C保護(hù)方式建網(wǎng)，可節(jié)省一半的光纖資源，從而降低整個(gè)工程造價(jià)。

（4）接入業(yè)務(wù)豐富，帶寬充足，可平滑升級(jí)。將光纖直接接至用戶側(cè)，其帶寬、波長(zhǎng)和傳輸技術(shù)種類都沒有限制，適于引入各種新業(yè)務(wù)，是理想的業(yè)務(wù)透明網(wǎng)絡(luò)，其支持的業(yè)務(wù)類型非常豐富，包括視頻監(jiān)控、會(huì)議電視、辦公網(wǎng)、自動(dòng)電話、傳統(tǒng)E1業(yè)務(wù)及xDSL業(yè)務(wù)等。豐富的業(yè)務(wù)類型需要高帶寬為基礎(chǔ)，GPON提供下行帶寬2.5 Gbit/s，上行1.25 Gbit/s，未來在不變動(dòng)ODN的情況下，通過更換OLT板卡和ONU光模塊平滑升級(jí)至10 Gbit/s、40 Gbit/s或更高帶寬，有效保護(hù)投資。

（5）統(tǒng)一管理，運(yùn)維簡(jiǎn)單。OLT和ONU統(tǒng)一網(wǎng)管管理，業(yè)務(wù)遠(yuǎn)程開通，即插即用，免進(jìn)站，設(shè)備出現(xiàn)故障自動(dòng)上報(bào)告警到網(wǎng)管。支持多種遠(yuǎn)程仿真測(cè)試和鏈路質(zhì)量檢測(cè)，快速判斷故障點(diǎn)并恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)。

（6）節(jié)約能耗、節(jié)省機(jī)房面積。GPON無源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)只有兩端設(shè)備需要供電，中間網(wǎng)絡(luò)全程無源，免機(jī)房免供電。ONU終端設(shè)備體積小、能耗低，節(jié)省運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。

（7）環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，能夠避免電磁干擾。無源光網(wǎng)絡(luò)為純光纖介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，不含任何有源器件，徹底避免了電磁干擾和雷電影響，極適合電氣化鐵路電磁干擾較強(qiáng)的場(chǎng)景應(yīng)用。

（8）多重安全防護(hù)，網(wǎng)絡(luò)安全可控。GPON系統(tǒng)針對(duì)用戶接入側(cè)支持防IP欺騙、防MAC欺騙、防DOS攻擊，支持DHCP Option82特性、802.1X認(rèn)證，確保免受用戶側(cè)攻擊。GPON線路上，支持AES-128位數(shù)據(jù)加密，防止用戶數(shù)據(jù)被竊聽。支持流氓ONT檢測(cè)和隔離，防止個(gè)別終端設(shè)備出現(xiàn)故障后對(duì)其他用戶造成影響。針對(duì)具體業(yè)務(wù)，支持基于VLAN、ACL、MAC地址、IP地址進(jìn)行控制，安全性得到有效保障。

總之，GPON技術(shù)在多業(yè)務(wù)的支持性、高安全性、高可靠性、可擴(kuò)展性、可管理性以及經(jīng)濟(jì)適用性等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，是鐵路專網(wǎng)班組信息化寬帶接入的適合技術(shù)。

3 設(shè)計(jì)思路

3.1 GPON OLT

GPON OLT在GPON系統(tǒng)業(yè)務(wù)中起到業(yè)務(wù)匯聚和管理等作用，通常設(shè)置在車站通信機(jī)械室或通信站，是整個(gè)GPON系統(tǒng)建網(wǎng)成本最高的設(shè)備。OLT至ONU最大光纜距離可達(dá)40 km，我國(guó)普速鐵路車站間距多為10～15 km，快速鐵路、客運(yùn)專線車站間距多大于40 km。因此普速鐵路GPON OLT可采用間隔設(shè)置方式，快速鐵路、客運(yùn)專線鐵路則建議采用逐站設(shè)置方式。間隔設(shè)置OLT方案示意見圖1。

間隔設(shè)置GPON OLT方案僅根據(jù)各站接入業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)數(shù)量，選取在業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)多的車站通信機(jī)械室設(shè)置GPON OLT，業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)較少的車站在滿足GPON系統(tǒng)傳輸距離技術(shù)要求前提下不設(shè)GPON OLT，不設(shè)GPON OLT設(shè)備的車站其GPON ONU通過區(qū)段光纜接入臨站GPON OLT設(shè)備。間隔設(shè)施GPON OLT方案具有在滿足工程建設(shè)需求前提下，可有效控制建設(shè)投資，減少部分機(jī)房占用面積，降低設(shè)備能耗，減輕維護(hù)單位工作量等優(yōu)勢(shì)。

GPON OLT設(shè)備遵循分等級(jí)裝備的原則，根據(jù)各站接入節(jié)點(diǎn)數(shù)量及容量選取不同接入能力的設(shè)備，在滿足本工程建設(shè)前提下，充分預(yù)留中遠(yuǎn)期接入能力并合理降低工程投資。大型樞紐、區(qū)段站、編組場(chǎng)等節(jié)點(diǎn)，GPON OLT建議在本站通信機(jī)械室、通信站分別設(shè)置，便于該站區(qū)內(nèi)站段、車間、班組設(shè)置的ONU就近接入OLT，以合理降低站場(chǎng)光纜敷設(shè)投資，同時(shí)對(duì)于站區(qū)內(nèi)重要業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)設(shè)置的ONU采用Type C雙歸屬保護(hù)方式接入同站異址OLT，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)能力。同時(shí)工程設(shè)計(jì)時(shí)建議對(duì)于接入節(jié)點(diǎn)密集的大型樞紐車站，GPON OLT與接入層路由器、接入層路由器與匯聚層路由器采用10GE帶寬互聯(lián)，以滿足該類節(jié)點(diǎn)班組信息化接入帶寬需求。

3.2 GPON ONU

站段、車間、班組節(jié)點(diǎn)根據(jù)終端用戶、自動(dòng)電話的數(shù)量按需分等級(jí)設(shè)置GPON ONU設(shè)備，GPON ONU的安裝位置應(yīng)便于維護(hù)管理單位日常管理，且宜結(jié)合各節(jié)點(diǎn)既有綜合布線情況設(shè)置，減少末端布線的工作量。由于GPON系統(tǒng)支持NGN/IMS，部分省份中移鐵通有限公司已為鐵路專網(wǎng)建設(shè)了NGN系統(tǒng)，可利用GPON系統(tǒng)與NGN系統(tǒng)互聯(lián)互通，直接利用GPON ONU為沿線車間、班組提供IP電話。近期仍維持PSTN自動(dòng)電話的鐵路局，可在各程控交換機(jī)處增設(shè)信令/語音網(wǎng)關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)GPON ONU為終端用戶提供鐵路自動(dòng)電話業(yè)務(wù)。

鐵路沿線各通信機(jī)械室、通信站等為解決鐵路自動(dòng)電話，均已建設(shè)傳統(tǒng)窄帶接入網(wǎng)。對(duì)于近期無更新公用電話交換網(wǎng)計(jì)劃的鐵路局，車站通信機(jī)械室可暫不設(shè)置GPON ONU，對(duì)于GPON ONU未覆蓋的或既有站場(chǎng)電纜性能滿足需求的鐵路自動(dòng)電話用戶，仍維持傳統(tǒng)接入網(wǎng)提供鐵路自動(dòng)電話模式不變。可隨班組信息化工程在程控交換機(jī)處設(shè)置信令/語音網(wǎng)關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)GPON系統(tǒng)與程控交換機(jī)互聯(lián)，利用設(shè)置在車間、班組的GPON ONU設(shè)備為電纜性能劣化或覆蓋不足的用戶提供自動(dòng)電話業(yè)務(wù)。

對(duì)于近期已建或擬建NGN網(wǎng)絡(luò)的鐵路局，可隨班組信息化工程在鐵路沿線各車站通信機(jī)械室、通信站設(shè)置GPON ONU設(shè)備，直接利用GPON系統(tǒng)與NGN互聯(lián)，為終端用戶提供IP電話。傳統(tǒng)窄帶接入網(wǎng)系統(tǒng)仍可為調(diào)度電話延伸、二/四線音頻等低速數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)提供接入。部分采用華為公司UA5000系列產(chǎn)品接入網(wǎng)的線路，由于該產(chǎn)品為寬窄帶一體化設(shè)備，僅需在接入網(wǎng)局端設(shè)備增加IP接口板，即可實(shí)現(xiàn)與NGN系統(tǒng)互聯(lián)，為鐵路沿線用戶提供IP電話業(yè)務(wù)，此種線別的車站通信機(jī)械室、通信站可不再設(shè)置GPON ONU設(shè)備。

3.3 GPON系統(tǒng)保護(hù)方案

ITU G 984.1標(biāo)準(zhǔn)中定義了4種雙PON保護(hù)方式，其中Type B和Type C保護(hù)組網(wǎng)具有可行性，也最常用。Type C保護(hù)方式又可細(xì)分為Type C單歸屬和Type C雙歸屬防護(hù)。

Type B保護(hù)僅對(duì)OLT PON口及主干光纖提供冗余保護(hù)，Type C保護(hù)相對(duì)于Type B保護(hù)具有更高的可靠性，對(duì)于OLT/ONU PON口、主干光纖、光分路器和配線光纖都提供了冗余保護(hù)，當(dāng)某一部件發(fā)生故障，可以自動(dòng)切換到另外一路光纖。當(dāng)原故障鏈路的故障恢復(fù)后，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自動(dòng)回切到原故障鏈路上。

一般情況下，網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方式的完善性與建網(wǎng)成本成正比，由于Type B和Type C保護(hù)方式均要求主干或分支光纖采用不同路由進(jìn)行建設(shè)，若全部車間、班組均采用該方式進(jìn)行建設(shè)，將大幅提升建設(shè)成本。鐵路班組信息化建設(shè)涉及節(jié)點(diǎn)眾多，應(yīng)根據(jù)各節(jié)點(diǎn)承載業(yè)務(wù)類型的性質(zhì)，綜合確定合理、經(jīng)濟(jì)、適用的建網(wǎng)方式。對(duì)于一般僅接入辦公網(wǎng)、會(huì)議電視等與鐵路行車指揮無關(guān)業(yè)務(wù)的節(jié)點(diǎn)，可不采取Type B和Type C保護(hù)進(jìn)行建設(shè)。對(duì)于承載行車指揮、重要監(jiān)測(cè)信息或終端用戶較為集中的節(jié)點(diǎn)可采用Type B和Type C保護(hù)方式進(jìn)行建設(shè)。Type C保護(hù)方式較Type B保護(hù)方式更為完善，2種方式建網(wǎng)成本差異最大之處在于分支光纜的建設(shè)存在較大差異。Type B保護(hù)方式分支光纖無保護(hù)，該保護(hù)方式下分支只需敷設(shè)單條光纜，Type C保護(hù)方式分支光纖有保護(hù)，該保護(hù)方式下分支光纜宜采用不同物理路由光纜接入。而對(duì)于鐵路班組信息化應(yīng)用場(chǎng)景，分支光纜覆蓋的節(jié)點(diǎn)多為班組級(jí)節(jié)點(diǎn)，承載重要業(yè)務(wù)或終端用戶較為集中的節(jié)點(diǎn)多由主干光纜覆蓋，因此對(duì)于鐵路專網(wǎng)班組信息化應(yīng)用場(chǎng)景Type B和Type C兩種保護(hù)方式建網(wǎng)成本差異不大，宜優(yōu)選Type C保護(hù)方式作為承載重要業(yè)務(wù)或終端用戶較為集中節(jié)點(diǎn)的建網(wǎng)方案。具體建議如下：

（1）未設(shè)置GPON OLT設(shè)備的普速鐵路車站，若通信機(jī)械室新建GPON ONU可采用Type C雙歸屬保護(hù)方式，即該站通信機(jī)械室ONU通過上下行區(qū)間各1芯光纖分別接入臨近上下行車站各1套OLT設(shè)備，主要解決該站鐵路自動(dòng)電話接入，替代傳統(tǒng)的窄帶接入網(wǎng)。

（2）已設(shè)置單套OLT車站，該站重要業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)設(shè)置的ONU可采用Type C單歸屬保護(hù)方式，即該節(jié)點(diǎn)ONU通過不同路由光纖接入本站同一套OLT不同PON接口板。

（3）已同站異址設(shè)置多套OLT的大型樞紐、區(qū)段站、編組場(chǎng)，該站重要業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)設(shè)置的ONU可采用Type C雙歸屬保護(hù)方式，即該節(jié)點(diǎn)ONU通過不同路由光纖接入同站異址OLT設(shè)備。

3.4 GPON ODN

ODN是GPON光接入網(wǎng)中設(shè)置在GOPN光線路終端和光網(wǎng)絡(luò)單元之間線路和設(shè)備的總稱，用來分配光信號(hào)功率，是實(shí)現(xiàn)OLT與ONU之間光信號(hào)傳輸?shù)奈锢硗ǖ?。ODN通常由分光器、光纜、光纜接續(xù)及終端的配線設(shè)備組成。

GPON系統(tǒng)支持的分光比為1∶2/4/8/16/32/64/128，分光器分光路數(shù)越大，OLT每PON口可接入ONU數(shù)量越多，但帶來插入損耗增大，ODN光纖鏈路長(zhǎng)度縮短，每ONU終端用戶可用帶寬降低等問題。ODN網(wǎng)絡(luò)分光方式可以采用一級(jí)分光或二級(jí)分光或多級(jí)分光，鐵路班組信息化建設(shè)場(chǎng)景具有業(yè)務(wù)接入點(diǎn)相對(duì)分散、安全可靠性較高等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)宜按一級(jí)分光方式建設(shè)ODN網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置在各業(yè)務(wù)匯聚點(diǎn)的分光器宜優(yōu)選1∶8或1∶16的分光器；區(qū)間接入節(jié)點(diǎn)宜采用不等比（5∶95）多級(jí)分光方式建設(shè)ODN網(wǎng)絡(luò)，一方面可節(jié)省干線光纖資源、降低區(qū)間分光器插入損耗，另一方面也便于后期增加分光器。

根據(jù)相關(guān)鐵路局及運(yùn)營(yíng)商建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，ODN中光纜線路的建設(shè)投資占GPON光網(wǎng)絡(luò)總投資的50%～70%，因此合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)ODN中的光纜線路對(duì)于控制工程造價(jià)非常關(guān)鍵。

鐵路專網(wǎng)班組信息化GPON光網(wǎng)絡(luò)在車站、站區(qū)范圍通常采用樹型或星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，部分業(yè)務(wù)量較大且周邊有較多車間、班組接入的節(jié)點(diǎn)作為匯聚節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)至通信機(jī)械室、通信站OLT設(shè)備敷設(shè)的光纜作為主干光纜，并在該節(jié)點(diǎn)設(shè)置分光器，臨近匯聚節(jié)點(diǎn)的車間、班組節(jié)點(diǎn)可就近敷設(shè)短段分支光纜接入?yún)R聚節(jié)點(diǎn)，避免所有接入光纜集中敷設(shè)至通信機(jī)械室、通信站，可以大量節(jié)省敷設(shè)光纜的數(shù)量，有效降低工程投資。

ODN敷設(shè)光纜纖芯容量設(shè)計(jì)原則推薦如下：周邊節(jié)點(diǎn)較少的末端接入節(jié)點(diǎn)ONU設(shè)備主用1芯光纖、備用1芯光纖，同時(shí)考慮中遠(yuǎn)期業(yè)務(wù)發(fā)展方向，預(yù)留該節(jié)點(diǎn)臨近1～2個(gè)接入節(jié)點(diǎn)接入能力及預(yù)留部分光纖資源，該類型節(jié)點(diǎn)的光纜宜按照8～12芯設(shè)置；周邊節(jié)點(diǎn)較多的匯聚接入節(jié)點(diǎn)ONU設(shè)備主用1芯光纖、備用1芯光纖，同時(shí)考慮中遠(yuǎn)期業(yè)務(wù)發(fā)展方向，預(yù)留該類節(jié)點(diǎn)臨近4～6個(gè)接入節(jié)點(diǎn)接入能力及預(yù)留部分光纖資源，該類型節(jié)點(diǎn)的光纜宜按照16～24芯設(shè)置；接入終端較為集中的重要業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)ONU設(shè)備主用2芯光纖、備用2芯光纖（考慮與既有光纜置換形成不同物理路由Type C保護(hù)），預(yù)留該類節(jié)點(diǎn)臨近6～10個(gè)接入節(jié)點(diǎn)接入能力及預(yù)留部分光纖資源，該類型節(jié)點(diǎn)光纜宜不小于24芯。

4 GPON系統(tǒng)在鐵路專網(wǎng)其他應(yīng)用展望

GPON系統(tǒng)建成后不僅可用于承載班組信息化業(yè)務(wù)，設(shè)置在車站、站區(qū)以及區(qū)間的綜合視頻監(jiān)控、旅服視頻監(jiān)控等前端采集點(diǎn)也可利用GPON系統(tǒng)承載視頻類業(yè)務(wù)的接入[3]。車站、站區(qū)范圍內(nèi)視頻采集點(diǎn)以星型或樹型組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)前端視頻采集點(diǎn)信息的傳送，設(shè)置在區(qū)間的視頻采集點(diǎn)可采用不等比分光多級(jí)接入或手拉手方式設(shè)置GPON ONU，實(shí)現(xiàn)區(qū)間視頻采集點(diǎn)信息的接入。采用該方式區(qū)間設(shè)置GPON ONU設(shè)備多余的以太網(wǎng)接口可兼作區(qū)間應(yīng)急通信數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)接入，ONU的自動(dòng)電話接口可實(shí)現(xiàn)區(qū)間應(yīng)急救援指揮語音電話功能。

近期隨著公安反恐和鐵路運(yùn)輸安全形勢(shì)的需要，京滬高鐵、武廣高鐵、廣深港客專、京廣線廣坪段、廣深線等鐵路陸續(xù)啟動(dòng)區(qū)間線路重點(diǎn)地段綜合視頻補(bǔ)強(qiáng)改造。相關(guān)工程區(qū)間視頻采集點(diǎn)多采用間隔二三百米交織覆蓋設(shè)置，區(qū)間采集點(diǎn)利用工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)承載視頻監(jiān)控信息。采用該方案補(bǔ)強(qiáng)建設(shè)的視頻監(jiān)控工程，可在前端采集點(diǎn)工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)處預(yù)留1個(gè)GE光接口和電源分路，當(dāng)區(qū)間出現(xiàn)搶險(xiǎn)救援時(shí)，臨近事故現(xiàn)場(chǎng)電務(wù)人員可僅攜帶1臺(tái)上聯(lián)GE光接口GPON ONU設(shè)備，利用區(qū)間視頻采集點(diǎn)預(yù)留的GE光接口和電源實(shí)現(xiàn)便攜式ONU接入GPON光網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)事故救援現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信數(shù)據(jù)和語音業(yè)務(wù)的快速接入。采用該方式進(jìn)行綜合視頻補(bǔ)強(qiáng)的鐵路，每間隔數(shù)百米即可提供應(yīng)急通信接入能力，大大縮短了電務(wù)人員傳統(tǒng)背負(fù)2～3 km野戰(zhàn)光纜接入臨近車站或基站的應(yīng)急通信接入響應(yīng)時(shí)間，為快速恢復(fù)事故區(qū)段鐵路運(yùn)輸秩序創(chuàng)造了條件。

對(duì)于未采用上述方式建設(shè)區(qū)間視頻采集點(diǎn)的鐵路，可在鐵路沿線間隔1 km左右，或在橋梁、隧道等重點(diǎn)區(qū)域，利用既有干線光纜設(shè)置分光器分歧2～4芯光纖引入?yún)^(qū)間光通話柱。出現(xiàn)事故時(shí)，電務(wù)人員只需攜帶數(shù)百米野戰(zhàn)光纜及GPON ONU、便攜式鋰電池即可實(shí)現(xiàn)區(qū)間應(yīng)急通信的快速接入[4]。

5 結(jié)束語

伴隨全球“光進(jìn)銅退”的趨勢(shì)，GPON技術(shù)具備高帶寬、業(yè)務(wù)支持能力強(qiáng)、安全性好、完善的操作管理維護(hù)（OAM）功能等特性，僅在我國(guó)已經(jīng)有超過1.5億用戶使用。特別是4K視頻、云業(yè)務(wù)的興起，對(duì)高帶寬需求的持續(xù)增加，以及國(guó)家大力發(fā)展光纖到戶（FTTH）宏觀政策驅(qū)動(dòng)下，都將加快促進(jìn)光纖接入的發(fā)展進(jìn)程，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)光纖通信產(chǎn)業(yè)。將GPON技術(shù)應(yīng)用在鐵路車間、班組信息化建設(shè)中，符合鐵路行業(yè)特點(diǎn)，也符合未來技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，部分已建成的GPON系統(tǒng)應(yīng)用效果良好。因此，采用GPON系統(tǒng)建設(shè)的光纖到班組解決方案必將全面推進(jìn)鐵路信息網(wǎng)向著現(xiàn)代化、可視化和移動(dòng)化方向發(fā)展，適應(yīng)鐵路信息化的快速發(fā)展，滿足鐵路運(yùn)輸企業(yè)管理信息化的需求，符合“智能鐵路”的發(fā)展戰(zhàn)略，可進(jìn)一步提升鐵路行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

[1]沈海燕，賀曉玲，朱建生. 鐵路信息系統(tǒng)運(yùn)維管理 信息化需求分析[J]. 中國(guó)鐵路，2014(10)：25-28.

[2]王志偉. 鐵路信息化建設(shè)站段、車間、班組信息聯(lián) 網(wǎng)技術(shù)淺析[J]. 通信世界，2015(15)：63-64.

[3]孔令鑫. 高速鐵路高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決方案[J]. 中國(guó)鐵路，2014(1)：79-83.

[4]李潤(rùn)武，馮占武，鮑金華. 鐵路區(qū)間光通信系統(tǒng)在集 通鐵路的應(yīng)用[J]. 中國(guó)鐵路，2014(3)：86-89.

Discussion on Application of GPON Access Technology in IT Application Construction of Railway Grass-roots Working Team

WANG Yuqi
（CRCS，Beijing 100036，China）

The paper introduces current status of IT network in railway grass-roots working team, analyzes the requirements for IT application construction in short term and long term, and explains the advantages of PON. In combination with practices, the paper discusses the design ideas of solutions for cables reaching working team,and looks forward at the application of GPON technologies in such fi elds as comprehensive video surveillance system and emergency communication access of railway-dedicated network. GPON technologies, protecting existing investment, could help to deploy the next generation of a modern, visible and mobile access network for railway communication cable, and thus supporting IT application construction of working teams.

PON；GPON；intelligent railway；railway grass-roots working team；IT application

U285

A

1001-683X（2017）12-0093-06

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.12.093

王昱琦（1977—），男，高級(jí)工程師。E-mail：13683062551@163.com

責(zé)任編輯 盧敏

2017-11-20