西安鐵路樞紐通信骨干傳輸網(wǎng)的建設(shè)研究

蹇　峽

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安　710043)

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西安鐵路樞紐通信骨干傳輸網(wǎng)的建設(shè)研究

蹇峽

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安710043)

根據(jù)西安鐵路樞紐通信網(wǎng)絡(luò)存在的問題分析，結(jié)合通信傳輸技術(shù)的發(fā)展，確立采用OTN技術(shù)搭建樞紐骨干傳輸網(wǎng)。通過分析樞紐內(nèi)的傳輸系統(tǒng)容量，確定了骨干網(wǎng)的系統(tǒng)規(guī)模。結(jié)合樞紐現(xiàn)狀確定骨干節(jié)點(diǎn)設(shè)置，根據(jù)傳輸業(yè)務(wù)內(nèi)容確定保護(hù)方式、波道分配。調(diào)查既有光纜資源，明確統(tǒng)光纖運(yùn)用，構(gòu)建起西安樞紐的骨干傳輸網(wǎng)，改善了樞紐內(nèi)的傳輸條件，提高了通信網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

鐵路樞紐；OTN；保護(hù)方式；波道；資源

1　概述

西安鐵路局地處全國(guó)路網(wǎng)中心地帶，現(xiàn)有隴海、寧西、寶中、寶成、西康等20余條營(yíng)業(yè)線，線路覆蓋陜西全省，輻射甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、山西等8個(gè)省區(qū)市，是承東啟西、連接南北的咽喉要道，在全國(guó)鐵路網(wǎng)中具有十分重要的戰(zhàn)略地位。

隨著鄭西客專、西寶客專、大西客專、西平線、西康二線的開通運(yùn)營(yíng)，以及西成客專、寧西、侯西線改建工程的快速建設(shè)和銀西線、西銅城際的規(guī)劃引入后，西安鐵路樞紐將逐步成為銜接4條客運(yùn)專線、8條干線、1條支線、6條城際鐵路的大型環(huán)形鐵路樞紐[1-5]，見圖1。

圖1　西安鐵路樞紐總布置

2　西安鐵路樞紐通信現(xiàn)狀[6-9]

西安鐵路樞紐內(nèi)，現(xiàn)有新豐鎮(zhèn)、渭南北、張橋、閻良、茂陵、西安北站、灞橋、西安南郊等多個(gè)通信匯聚點(diǎn)，其中，東端新豐鎮(zhèn)站匯入了寧西線，渭南北站匯入了鄭西客專和大西客專；張橋站匯入了包西線和候西線；咸銅線經(jīng)閻良引入肖家村；茂陵站匯入了西平線和貨北環(huán)；西寶客專由咸陽(yáng)西站引入西安北；西成客專由阿房宮站引入西安北；西康線由灞橋引入西安。

然而，樞紐內(nèi)各通信匯聚點(diǎn)之間僅依靠各條鐵路線的傳輸網(wǎng)絡(luò)，沒有專用傳輸網(wǎng)絡(luò)，傳輸帶寬受制于鐵路線的傳輸帶寬，無(wú)法體現(xiàn)通信匯聚點(diǎn)的作用，跨局業(yè)務(wù)多數(shù)要經(jīng)過骨干傳輸網(wǎng)迂回，無(wú)法滿足鐵路樞紐內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求。既有傳輸設(shè)備基于傳輸容量飽和、設(shè)備老化、維護(hù)備件匱乏、不支持網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展等因素，已不能滿足通信業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。

西安南郊通信樓作為西安局傳統(tǒng)的通信樞紐，匯入了多條普速及客專線路的傳輸系統(tǒng)，同時(shí)還是鐵路骨干傳輸網(wǎng)西北環(huán)的重要節(jié)點(diǎn)，但是南郊通信樓的局通信樞紐作用正在逐步弱化。隨著西安鐵路樞紐的建設(shè)和全路骨干傳輸網(wǎng)的改造，西安局將逐步建成西安局調(diào)度所和西安北站的局內(nèi)通信雙中心，局內(nèi)各條鐵路的傳輸網(wǎng)絡(luò)通過樞紐內(nèi)各匯聚點(diǎn)分別引入西安局調(diào)度所和西安北站。然而樞紐內(nèi)的傳輸網(wǎng)絡(luò)存在著多種問題。

(1)光纜資源不足。光纜覆蓋面不夠，容量不足。特別是樞紐內(nèi)骨干光纜線路資源非常緊張，如西安局調(diào)度所至西安北站、樞紐內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)匯至南郊通信樓等光纜數(shù)量少、容量小。各條線引入到調(diào)度所時(shí)，光纜容量及其物理通道往往成為瓶頸。

(2)傳輸系統(tǒng)容量小。樞紐內(nèi)沒有局干傳輸系統(tǒng)，客專匯聚層傳輸系統(tǒng)為10 G系統(tǒng)，普速鐵路匯聚層傳輸系統(tǒng)多為2.5 G系統(tǒng)。各條鐵路線引入時(shí)，多為就近接引，通道受限，在骨干傳輸系統(tǒng)的覆蓋面和迂回保護(hù)能力上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

(3)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、層次不清。各線僅局限于本工程的引入，通信網(wǎng)絡(luò)功能得不到應(yīng)有的發(fā)揮，業(yè)務(wù)調(diào)度不靈活。由于缺少規(guī)劃，使得部分設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)資源重復(fù)建設(shè)；或者利用既有的通信線路或設(shè)備，使得資源更加緊張。

3　傳輸技術(shù)選擇

面對(duì)大量的新業(yè)務(wù)增長(zhǎng)，鐵路樞紐對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的高帶寬和大顆粒通道的需求持續(xù)增加，新增的業(yè)務(wù)要求網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行快速靈活的配置和調(diào)度，對(duì)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)及安全性、可靠性要求不斷提高。目前主流的光傳送網(wǎng)技術(shù)可以分為3類：基于時(shí)分復(fù)用的光傳輸技術(shù)，如SDH和MSTP；基于包交換的PTN傳送技術(shù)；基于波分復(fù)用的光傳送技術(shù)，如DWDM和OTN。其中OTN技術(shù)憑借智能光交換功能、大顆粒帶寬復(fù)用、維護(hù)管理便捷、組網(wǎng)靈活等優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前通信骨干傳送網(wǎng)的主流技術(shù)。OTN既符合通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)，又能滿足鐵路通信網(wǎng)的特點(diǎn)，同時(shí)為將來(lái)OTN網(wǎng)絡(luò)預(yù)留加載ASON智能控制平面的能力，為光傳送網(wǎng)全面智能化打下基礎(chǔ)[8]。

采用OTN技術(shù)搭建西安鐵路樞紐的骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)后，樞紐骨干傳輸網(wǎng)主要完成以下功能。

(1)實(shí)現(xiàn)樞紐內(nèi)主要通信節(jié)點(diǎn)之間大容量通道的連接，滿足西安局內(nèi)各鐵路線匯入西安局調(diào)度所和西安北站的通道需求。

(2)結(jié)合局內(nèi)的骨干傳輸網(wǎng)和相鄰路局間的光纜資源，構(gòu)建西安局至相鄰路局間的干線傳輸通道。

(3)與鐵路骨干層傳輸網(wǎng)相結(jié)合，為大顆粒業(yè)務(wù)傳送提供迂回和保護(hù)通道。

4　系統(tǒng)容量分析

樞紐骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)所承載的業(yè)務(wù)主要包括3類：局內(nèi)通信業(yè)務(wù)通道，包括傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的匯聚通道，電話、調(diào)度、GSM-R、應(yīng)急、會(huì)議及視頻監(jiān)控等系統(tǒng)業(yè)務(wù)；局內(nèi)其他業(yè)務(wù)通道，包括運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)、票務(wù)系統(tǒng)、公安管理信息系統(tǒng)及與運(yùn)輸安全關(guān)系密切的其他信息系統(tǒng)；跨局業(yè)務(wù)通道和骨干網(wǎng)的迂回保護(hù)通道[10]。

(1)局內(nèi)通信業(yè)務(wù)通道

各鐵路線傳輸系統(tǒng)匯至樞紐的業(yè)務(wù)，包括IP業(yè)務(wù)和TDM業(yè)務(wù)。其中IP業(yè)務(wù)容量巨大，承載了綜合視頻監(jiān)控統(tǒng)、會(huì)議電視、動(dòng)環(huán)監(jiān)控等多個(gè)系統(tǒng)，還承載了西安局?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)至核心節(jié)點(diǎn)的通道，同時(shí)分擔(dān)相鄰路局至西安大區(qū)節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)通道，主要業(yè)務(wù)通道為GE。TDM業(yè)務(wù)包括西安局內(nèi)所有的站點(diǎn)，通過樞紐內(nèi)匯集點(diǎn)匯入局調(diào)度所和西安北站的調(diào)度通信、應(yīng)急通信、電話業(yè)務(wù)、GSM-R業(yè)務(wù)等，大部分業(yè)務(wù)通道需求為2 Mb/s顆粒。考慮到既有傳輸系統(tǒng)中的倒接業(yè)務(wù)與新規(guī)劃業(yè)務(wù)網(wǎng)中業(yè)務(wù)的整合，計(jì)算匯總后，局內(nèi)通信業(yè)務(wù)通道共計(jì)占用帶寬約4個(gè)10 Gb/s。

(2)局內(nèi)其他業(yè)務(wù)通道

局內(nèi)其他業(yè)務(wù)包括由傳輸系統(tǒng)承載的專用通道業(yè)務(wù)，如CTC、微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)、票務(wù)系統(tǒng)、公安管理信息系統(tǒng)等；以及數(shù)據(jù)網(wǎng)承載的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通道，如SCADA、旅客服務(wù)信息系統(tǒng)、其他與生產(chǎn)相關(guān)的信息系統(tǒng)?？紤]到傳輸系統(tǒng)承載的通道容量已納入局內(nèi)業(yè)務(wù)通道匯總，局內(nèi)其他通信業(yè)務(wù)通道預(yù)計(jì)占用帶寬約1個(gè)10 Gb/s。

(3)跨局業(yè)務(wù)通道和骨干網(wǎng)的迂回保護(hù)通道

目前新建鐵路一般采用10 Gb/s(+2.5 Gb/s)+622 Mb/s多層網(wǎng)絡(luò)，局骨干網(wǎng)若為跨局業(yè)務(wù)通道和局內(nèi)線路傳輸系統(tǒng)提供不同徑路的迂回保護(hù)通道最多為n個(gè)10 Gb/s。

5　系統(tǒng)方案研究[12-15]

(1)節(jié)點(diǎn)設(shè)置

西安局樞紐骨干傳輸網(wǎng)設(shè)備設(shè)置地點(diǎn)主要考慮3個(gè)因素：①設(shè)置地點(diǎn)之間、設(shè)置點(diǎn)與路局調(diào)度所間有大顆粒通道傳送的需要，同時(shí)設(shè)置地點(diǎn)有大顆粒業(yè)務(wù)落地的需要，如西安局?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)所在地；②設(shè)備設(shè)置地點(diǎn)應(yīng)能滿足附近鐵路線匯入樞紐的需要；③設(shè)置地點(diǎn)之間、設(shè)置點(diǎn)與路局調(diào)度所間有足夠的光纜資源。

綜合上述因素，西安樞紐內(nèi)設(shè)置五處節(jié)點(diǎn)設(shè)備，即西安局調(diào)度所、西安北站、新豐鎮(zhèn)、閻良和茂陵。其中西安局調(diào)度所和西安北站作為西安局通信雙中心，同時(shí)西安北站還兼做客運(yùn)專線的通信通道匯集點(diǎn)；新豐鎮(zhèn)用于匯集隴海線東段、包西線和寧西線的通信通道；閻良用于匯集咸銅線、候西線的通信通道；茂陵用于匯集隴海線西段、西平線和貨北環(huán)的通信通道。

(2)系統(tǒng)容量

根據(jù)前面的系統(tǒng)容量分析，西安鐵路樞紐內(nèi)骨干傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)的總?cè)萘考s為8個(gè)10 G。目前市場(chǎng)上主流的OTN系統(tǒng)容量為40×40 G系統(tǒng)及40×10 G系統(tǒng)，由于10 G系統(tǒng)對(duì)光纜線路的色散容限要求比40 G系統(tǒng)低，雖然40 G系統(tǒng)可采用不同的編碼方案，但技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，成本偏高。結(jié)合西安鐵路樞紐骨干傳輸網(wǎng)的實(shí)際需求，綜合考慮工程造價(jià)及后期系統(tǒng)擴(kuò)容的可能性，西安鐵路樞紐骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)采用40×10 G系統(tǒng)。

(3)系統(tǒng)保護(hù)

OTN系統(tǒng)的保護(hù)分為設(shè)備級(jí)保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)級(jí)保護(hù)，本次將同時(shí)采用兩種保護(hù)方式，以提高西安鐵路樞紐骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

系統(tǒng)采用的設(shè)備級(jí)保護(hù)主要為板件級(jí)保護(hù)，即指單個(gè)板件失效后，備用板件即可投入工作，從而不中斷業(yè)務(wù)。所有OTN網(wǎng)元均采用板件級(jí)保護(hù)，關(guān)鍵板件(如主控板、交叉板、電源板等)采用1+1熱備。

考慮西安北站—西安局調(diào)度所段骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)的重要性，該段利用不同徑路的兩條光纜作光線路1+1保護(hù)，在光傳輸段雙發(fā)選收，實(shí)現(xiàn)相鄰站點(diǎn)間的光纖保護(hù)，對(duì)相鄰站點(diǎn)間的光纖進(jìn)行保護(hù)。

對(duì)于骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)中的MSTP的業(yè)務(wù)，由于MSTP系統(tǒng)本身按自愈環(huán)方式組網(wǎng)，利用MSTP自身的保護(hù)機(jī)制進(jìn)行保護(hù)，本次對(duì)MSTP業(yè)務(wù)波道不作ODUk SNCP保護(hù)。對(duì)骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)承載的IP業(yè)務(wù)波道采用ODUk SNCP保護(hù)[11]。

(4)波道分配

系統(tǒng)波道分配按以下原則進(jìn)行：根據(jù)TDM業(yè)務(wù)和IP業(yè)務(wù)采取的保護(hù)方式的不同，TDM業(yè)務(wù)和IP業(yè)務(wù)分別分配在不同的波道。并且考慮預(yù)留沿線各條鐵路的骨干中繼SDH系統(tǒng)保護(hù)波道、相鄰OTN環(huán)的保護(hù)波道及穿透波道、預(yù)留維修倒接用的波道。OTN系統(tǒng)近期開通12個(gè)10G波道，其中6個(gè)波道用于傳送SDH業(yè)務(wù)，6個(gè)波道用于傳送IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

(5)設(shè)備配置

考慮西安樞紐骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需求，西安北和閻良設(shè)置二維OADM設(shè)備；由于茂陵也是西安局西寶陽(yáng)安骨干傳輸環(huán)上的節(jié)點(diǎn)，茂陵設(shè)置四維OADM設(shè)備；新豐鎮(zhèn)同時(shí)與華山開通OTN系統(tǒng)，新豐鎮(zhèn)設(shè)置四維OADM設(shè)備；西安局調(diào)度所作為西安局通信樞紐，設(shè)置六維OADM設(shè)備。

系統(tǒng)采用具備電交叉能力的OTN設(shè)備，采用支線路分離的體系架構(gòu)，要求能夠支持ODU0、ODU1、ODU2、ODU2e、ODU3、ODU4、ODUflex信號(hào)的交叉調(diào)度，單波可支持2.5Gb/s、10Gb/s、40Gb/s、100Gb/s等速率，支持標(biāo)準(zhǔn)的G.709接口的FEC。西安局調(diào)度所OADM設(shè)備要求支持單子架3.2T或以上電交叉容量，其余站點(diǎn)要求支持單子架1.6T或以上電交叉容量。

(6)線路資源

由于西安鐵路局通信網(wǎng)改造工程在局內(nèi)主干線路上均敷設(shè)有48芯光纜，利用新設(shè)光纜光纖及既有纜置換的光纖，能滿足西安樞紐骨干傳輸網(wǎng)的光纜線路資源需求，見表1。

表1　西安樞紐骨干傳輸網(wǎng)的光纜線路資源情況分析

(7)西安鐵路樞紐骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(圖2)

圖2　西安鐵路樞紐骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

6　結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)西安鐵路樞紐通信現(xiàn)狀的研究分析，找到了樞紐傳輸系統(tǒng)的不足，采用OTN技術(shù)構(gòu)建西安樞紐的骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，改善了樞紐內(nèi)的傳輸條件，優(yōu)化了樞紐傳輸網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高了通信網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。隨著鐵路通信業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，各種業(yè)務(wù)需求、帶寬及可靠性也在不斷變化，“十三五”期間，全路通信基礎(chǔ)網(wǎng)改造陸續(xù)完成，西南環(huán)、西北環(huán)等骨干網(wǎng)的改造逐步實(shí)施，必須推進(jìn)樞紐通信傳輸網(wǎng)與五大骨干環(huán)網(wǎng)的互聯(lián)與整合，以保證為鐵路安全運(yùn)營(yíng)提供更可靠的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

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Research on Backbone Communication Transmission Network Construction of Xi’an Railway Hub

JIAN Xia

(China Railway First Surveying and Design Institute Group Ltd.，Xi’an 710043，China)

According to the problems existing in the Xi’an Railway Hub of communication network analysis and based on the development of the communication transmission technology，it is determined to use OTN technology to establish the hub backbone transmission network.Through the analysis of the transmission system capacity within the hub，the size of the backbone system is defined.In combination with the node setting of the hub status and according to the transmission business content，the protection method and the channel allocation are finalized.The survey of the cable resources and the identification of optical fiber system application serve to build up the hub of Xi’an backbone transmission network，and improve the transmission within the hub and the reliability of communication network operation.

Railway hub; OTN; Protect method; Channel; Resource

2016-03-03；

2016-04-07

蹇峽(1977—)，男，高級(jí)工程師，1999年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)通信工程專業(yè)，E-mail：jxtx@163.com。

1004-2954(2016)10-0122-04

U285

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.10.027