關(guān)于北京局站段車間班組聯(lián)網(wǎng)方案的研究

趙運(yùn)海

（中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司北京通信段，北京 100069）

2018年10月，中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司（簡稱北京局）為徹底解決長期制約站段信息化發(fā)展中網(wǎng)絡(luò)帶寬不足的問題，啟動(dòng)了車間班組“最后一公里”聯(lián)網(wǎng)工程，到2019年底全部建成。該工程以建設(shè)全路領(lǐng)先水平為目標(biāo)，將全局站段的網(wǎng)絡(luò)帶寬提升至1 000 M，將車間、班組的網(wǎng)絡(luò)帶寬提升到100 M，為集團(tuán)公司運(yùn)輸生產(chǎn)和信息化建設(shè)鋪設(shè)了“高速路”。通過兩年多運(yùn)用情況來分析和調(diào)研，各部室、各站段對(duì)運(yùn)用效果反映良好。下面主要對(duì)聯(lián)網(wǎng)方案、調(diào)試中實(shí)際實(shí)施中遇到的問題、運(yùn)用的相關(guān)技術(shù)以及制訂的解決方案進(jìn)行研究。

1 站段車間班組聯(lián)網(wǎng)概況

北京局2018～2019年度實(shí)施的站段車間班組聯(lián)網(wǎng)工程主要包括81個(gè)站段、1 600多個(gè)車間、7 000多個(gè)班組。工程實(shí)施后生產(chǎn)站段網(wǎng)絡(luò)帶寬達(dá)到千兆，車間、班組網(wǎng)絡(luò)帶寬達(dá)到百兆。

2 站段車間班組聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方案

1）站段聯(lián)網(wǎng)采用延伸既有通信數(shù)據(jù)網(wǎng)的方案，在站段機(jī)關(guān)設(shè)置PE路由器，均通過光纖接入所在地區(qū)的數(shù)據(jù)網(wǎng)匯聚或接入節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)1 000 M帶寬接入。

2）車間班組聯(lián)網(wǎng)依托集團(tuán)公司通信數(shù)據(jù)網(wǎng)建設(shè)，將車站的通信數(shù)據(jù)網(wǎng)采用GPON（Gigabit-Capable PON）/PTN（Packet Transport Network）兩種技術(shù)延伸至車間班組，實(shí)現(xiàn)車間班組的100 M接入。一種技術(shù)是在車站所在地設(shè)置的光線路終端（GPON OLT）設(shè)備，在車間、班組設(shè)置光網(wǎng)絡(luò)單元（GPON ONU）設(shè)備，通過敷設(shè)光纜，實(shí)現(xiàn)100 M帶寬接入。另一種技術(shù)是在車站所在地和車間班組均設(shè)置PTN設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位置，通過敷設(shè)光纜，組成PTN環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)100 M接入。

3）為確保網(wǎng)絡(luò)帶寬達(dá)標(biāo)，對(duì)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)核心層-匯聚層-接入層間的帶寬進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，將集團(tuán)公司核心層至各匯聚層傳輸帶寬提升到2萬M，各匯聚層到各車站接入層帶寬提升到2千M。北京局站段車間班組聯(lián)網(wǎng)工程網(wǎng)絡(luò)示意如圖1所示。

圖1 站段車間班組聯(lián)網(wǎng)示意Fig.1 Schematic diagram of stations, depots and workshops networking

3 實(shí)施和運(yùn)用中相關(guān)技術(shù)研究

站段車間班組聯(lián)網(wǎng)實(shí)施后，將全局各單位通過“高速網(wǎng)”聯(lián)通，為鐵路各專業(yè)的運(yùn)輸生產(chǎn)提供基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)通道，滿足了生產(chǎn)和信息化的需求。下面將在實(shí)際實(shí)施中遇到的問題、運(yùn)用的相關(guān)技術(shù)以及制訂的解決方案進(jìn)行研究。

3.1 新增設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)管理

全局新增GPON、PTN設(shè)備8 000多臺(tái)，為加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)管理，將GPON/PTN設(shè)備均納入車間網(wǎng)管進(jìn)行監(jiān)控管理。將GPON/PTN作為一項(xiàng)業(yè)務(wù)，分配集團(tuán)公司內(nèi)VPN編號(hào)，搭載在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中，在路由器與GPON互聯(lián)鏈中啟用VRRP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)GPON OLT與路由器間雙鏈路冗余連接，提高GPON/PTN網(wǎng)管通道的可靠性。路由器側(cè)啟用VRRP協(xié)議示意如圖2所示。

3.2 IP地址管理問題

按照《中國鐵路總公司辦公廳關(guān)于加強(qiáng)鐵路信息網(wǎng)絡(luò)IP地址管理的通知》（鐵總辦運(yùn)函〔2014〕52號(hào)），辦公網(wǎng)、車輛5 T、電力遠(yuǎn)動(dòng)等非電務(wù)部門管理的業(yè)務(wù)IP地址由科信部門負(fù)責(zé)，電務(wù)部門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的配置。其他如信號(hào)集中監(jiān)測(cè)、綜合視頻監(jiān)控、動(dòng)力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、語音記錄儀等由電務(wù)部門管理的業(yè)務(wù)系統(tǒng)IP地址由電務(wù)部門負(fù)責(zé)。因此在進(jìn)行站段、車間、班組聯(lián)網(wǎng)實(shí)施時(shí)，會(huì)面臨網(wǎng)絡(luò)割接等諸多問題，具體如下。

圖2 路由器側(cè)啟用VRRP協(xié)議示意Fig.2 Schematic diagram of enabling the VRRP protocol on the router side

1）站段、車間、班組在原來沒有聯(lián)網(wǎng)時(shí)，如有新增聯(lián)網(wǎng)需求，科信部直接新分配IP地址。電務(wù)部門在路由器、GPON（PTN）配置數(shù)據(jù)后，聯(lián)網(wǎng)處所的終端即可入網(wǎng)。新增聯(lián)網(wǎng)IP地址分配示意如圖3所示。

圖3 新增聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)IP地址分配示意Fig.3 Schematic diagram of IP address allocation for new network points

2）車間、班組如前期已聯(lián)網(wǎng)，為節(jié)約IP地址資源，同時(shí)減少終端用戶IP地址修改工作量，這些處所仍利用既有IP地址。因此就需要逐站進(jìn)行割接，即由原來的2 M網(wǎng)倒入新建的車間班組網(wǎng)中。此種情況需要電務(wù)、科信部門共同組織，統(tǒng)一實(shí)施，這也是影響工程實(shí)施周期的主要因素。在北京局實(shí)施倒接中，沿線413個(gè)車站，3 892個(gè)班組，倒接用了將近4個(gè)月的時(shí)間。既有聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)IP地址割接示意如圖4所示。

3）站段、車間、班組在新增信號(hào)集中監(jiān)測(cè)、綜合視頻監(jiān)控、動(dòng)力及環(huán)境監(jiān)控、語音記錄儀等系統(tǒng)業(yè)務(wù)時(shí)，IP地址分配、數(shù)據(jù)配置和網(wǎng)絡(luò)開通工作均由電務(wù)部門組織即可。如圖5所示。

4）科信部門為加強(qiáng)IP地址的管理，將IP地址按站段、車間、班組分配給使用單位。站段機(jī)關(guān)實(shí)施時(shí)沒有問題，問題主要反映在車間、班組聯(lián)網(wǎng)實(shí)施方面。由此以來，如果按照各專業(yè)分配的IP地址來劃子網(wǎng)實(shí)施，會(huì)導(dǎo)致在路由器的接口上分配多個(gè)子網(wǎng)，增加較多的VLAN和數(shù)據(jù)條目數(shù)，造成對(duì)路由器能力一定的占用。目前采取的方案為電務(wù)部門將科信部門分配的IP地址化整為零，擴(kuò)大VLAN的覆蓋范圍，以減少路由設(shè)備的數(shù)據(jù)條目數(shù)和VLAN數(shù)，同時(shí)也增加了IP地址的可用率。

3.3 業(yè)務(wù)互通方面

此問題也主要集中在GPON和PTN方面。

3.3.1 GPON方面

出于網(wǎng)絡(luò)安全方面考慮，一般同一G PON OLT下掛的ONU無論是同一VLAN還是不同VLAN間，其各業(yè)務(wù)間均是不互通的。這樣在同一車站同一OLT下，同一單位不同的車間班組有互通需求時(shí)，會(huì)帶來不便。

在實(shí)施時(shí)，對(duì)辦公網(wǎng)業(yè)務(wù)因使用終端較多，避免各專業(yè)終端設(shè)置IP地址沖突導(dǎo)致整個(gè)VLAN不通影響范圍大的情況，原則上不同VLAN和同一VLAN間均不相互通信。解決的方案：一是針對(duì)綜合信息網(wǎng)涉及的專業(yè)較多、終端數(shù)量多，暫未開放在同一GPON下不同VLAN和同一VLAN間相互通信的問題。二是對(duì)如信號(hào)集中監(jiān)測(cè)、專業(yè)視頻監(jiān)控等僅限于某個(gè)專業(yè)運(yùn)用時(shí)，在路由器上設(shè)置將其本專業(yè)的VLAN的相關(guān)IP地址互通，以解決同GPON下某個(gè)專業(yè)內(nèi)部相互通信問題。

圖4 既有聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)IP地址割接示意Fig.4 Schematic diagram of IP address cutover of an existing network point

圖5 新增業(yè)務(wù)IP地址分配示意Fig.5 Schematic diagram of IP address allocation for new services

3.3.2 PTN方面

PTN承載各項(xiàng)業(yè)務(wù)可以設(shè)置兩種模式。一種模式為在PTN（與傳輸、數(shù)據(jù)網(wǎng)互聯(lián)的處所）同一物理端口下，根據(jù)不同業(yè)務(wù)劃分不同VLAN（模式一）；另一種模式為在PTN（與傳輸、數(shù)據(jù)網(wǎng)互聯(lián)的處所）設(shè)置為不同的物理端口，不同業(yè)務(wù)使用不同端口（模式二）。根據(jù)業(yè)務(wù)類型不同，如CTC、TDCS等重要業(yè)務(wù)設(shè)置為模式二，滿足業(yè)務(wù)運(yùn)用的安全要求；如辦公網(wǎng)、視頻會(huì)議等業(yè)務(wù)可設(shè)置為模式一，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活管理與運(yùn)用。

3.4 業(yè)務(wù)保護(hù)方面

因在各車站設(shè)置1套OLT，即便雙套路由器承載，也有冗余保護(hù)方面的問題。為做好保護(hù)冗余，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)最大可靠性，將業(yè)務(wù)劃分為3個(gè)等級(jí)；一是針對(duì)牽引遠(yuǎn)動(dòng)、車輛5 T等行車通信業(yè)務(wù)，在沿線信息點(diǎn)設(shè)置雙套ONU，兩套ONU分別接至不同車站的OLT、路由器，實(shí)現(xiàn)全程雙冗余保護(hù)。二是針對(duì)視頻會(huì)議非行車類業(yè)務(wù)，使用單套ONU，單OLT承載，雙路由器承載（在路由器側(cè)啟用VRRP協(xié)議）。三是針對(duì)視頻監(jiān)控、信號(hào)集中監(jiān)測(cè)、動(dòng)環(huán)監(jiān)控等監(jiān)測(cè)類業(yè)務(wù)，采取單ONU、單OLT、單路由器承載（在路由器側(cè)不啟用VRRP協(xié)議），如圖6～8所示。

3.5 GPON工作模式（業(yè)務(wù)安全方面）

GPON主控板有主備和負(fù)荷分擔(dān)兩種工作模式。當(dāng)工作在主備模式時(shí)，主板出現(xiàn)故障時(shí)業(yè)務(wù)無法自動(dòng)切換到備板；當(dāng)工作在負(fù)荷分擔(dān)模式時(shí)，其中一塊板子故障另一塊板子業(yè)務(wù)仍可維持正常。這兩種模式各個(gè)廠家出廠默認(rèn)設(shè)置不盡相同，在調(diào)測(cè)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用和現(xiàn)場(chǎng)情況，GPON均設(shè)置為負(fù)荷分擔(dān)工作模式。

3.6 ONU設(shè)備用電方面問題

ONU設(shè)備支持交流220 V和直流ONU-48 V兩種供電方式。設(shè)備設(shè)置在各專業(yè)辦公處所，基本上使用的均是交流電源（無后備電源）。在承載辦公網(wǎng)時(shí)，因辦公網(wǎng)終端與ONU共用同一電源，即便是電源停電后，網(wǎng)絡(luò)和終端同時(shí)中斷，用戶也不會(huì)有較大的反應(yīng)。但在提供自動(dòng)電話接入時(shí)，應(yīng)慎重考慮，進(jìn)一步思考如何防止交流電源無電時(shí)，確保電話不中斷和使用無感知的問題。目前北京局高鐵區(qū)段自動(dòng)電話采用GPON方式承載，但確保ONU使用的為通信直流電源（有后備電源）。

圖6 雙ONU雙OLT雙路由器保護(hù)方式Fig.6 Dual-ONU dual-OLT and dual-router protection mode

圖7 單ONU單OLT雙路由器保護(hù)方式Fig.7 Single-ONU single-OLT and dual-router protection mode

圖8 單ONU單OLT單路由器接入方式Fig.8 Single-ONU single-OLT and single-router access mode

3.7 流量監(jiān)測(cè)方面

隨著集團(tuán)公司100 M進(jìn)班組后，各單位各項(xiàng)信息化業(yè)務(wù)的運(yùn)用，數(shù)據(jù)流持續(xù)增加，通信部門不斷加強(qiáng)網(wǎng)管監(jiān)測(cè)，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)流量調(diào)整工作，確保車間班組網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用良好。通信維護(hù)部門至少每月對(duì)全局接入路由器的接入辦公網(wǎng)流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，掌握全局接入帶寬占比較大的處所，超過75%的啟用相關(guān)的擴(kuò)容工作。

4 后續(xù)建議

加強(qiáng)與科信部門的溝通，重點(diǎn)在IP地址規(guī)劃和運(yùn)用方面加強(qiáng)協(xié)商，IP地址的分配不僅要按照各單位的需求，更重要的是應(yīng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)、現(xiàn)狀、特點(diǎn)，以確保為各專業(yè)提供技術(shù)支撐和做好服務(wù)。

繼續(xù)與車機(jī)工輛部門做好對(duì)接工作，做好后續(xù)各專業(yè)的業(yè)務(wù)倒接工作，確保倒接工作有序進(jìn)行，確保運(yùn)用良好。在增加信息化運(yùn)用時(shí)，建議各專業(yè)和電務(wù)部門要研判承載業(yè)務(wù)性質(zhì)，涉及直接行車通信業(yè)務(wù)的，要確保實(shí)現(xiàn)全程徑路的冗余保護(hù)。

自動(dòng)電話業(yè)務(wù)仍維持在PSTN模式，采用傳統(tǒng)接入網(wǎng)技術(shù)。站段、車間、班組聯(lián)網(wǎng)完成后，自動(dòng)電話業(yè)務(wù)在較長一段時(shí)間內(nèi)會(huì)處于由PSTN向GPON方式的過渡時(shí)期。利用GPON接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)自動(dòng)電話業(yè)務(wù)，仍需要做進(jìn)一步討論與研究。

關(guān)于PTN和GPON技術(shù)比較，建議在后續(xù)有相關(guān)重要業(yè)務(wù)特別是有傳輸專線承載的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，如公安信息網(wǎng)、TDCS/CTC通道需求時(shí)，建議優(yōu)先考慮PTN的方案；如只有數(shù)據(jù)網(wǎng)延伸的業(yè)務(wù)，可優(yōu)先考慮GPON技術(shù)方案。

隨著集團(tuán)公司各項(xiàng)信息化業(yè)務(wù)的部署，數(shù)據(jù)流量會(huì)持續(xù)增加。通信和信息部門在落實(shí)維護(hù)要求和障礙處理流程的基礎(chǔ)上，建立定期溝通機(jī)制，進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)流量監(jiān)測(cè)，對(duì)帶寬達(dá)到80%的網(wǎng)絡(luò)區(qū)段、接入處所，適時(shí)啟動(dòng)帶寬擴(kuò)容事宜。