EPON在鐵路通信系統中的應用

靳 遠

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055）

無源光網絡（PON）是一種純介質網絡，系統可靠性高，維護成本低，是電信維護部門長期期待的技術。以太網與PON技術結合，便產生了以太網無源光網絡（EPON）。它同時具備以太網和PON的優點，正成為光接入網領域中的熱門技術。EPON技術的業務透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率信號。比如ATM化的PON技術，結合無源分路器對光纖和光線路終端的共享作用，使成本可望比傳統的以電路交換為基礎的SDH等接入系統低20%～40%。

1 EPON概述

1.1 EPON組成

PON技術從90年代初開始出現，最初的PON技術是基于ATM體制，由于國內沒有相應的ATM骨干網絡，因而在國內沒有規模應用。2004年以后，EPON和GPON兩種新一代的PON技術產生，國內開始對這兩種技術加以關注，目前應用更為成熟的是EPON。

EPON中主要的3部分包括位于局端的光線路終端(OLT)、終端光網絡單元(ONU)、以及光無源分路器 (ODN)。如圖1所示。

1.2 EPON的工作組成

1）OLT為局端設備，負責IP骨干網絡的數據接入，提供系統與業務的核心數據、視頻和電話網絡間的接口，是一個多業務提供平臺。在下行方向，它提供面向ODN的光纖接口。同時，OLT是統一網管的主要控制中心，用于分配和控制信道的連接，并有實時監控、管理及維護功能。

2）ONU放置于接入點，比如區間各車站或車站上業務較多的工作區。它負責用戶接入業務的覆蓋，可為用戶提供多業務接口。

3）OLT與ONU之間采用樹型拓撲結構，通過ODN連接，網絡拓撲為總線方式。利用鐵路干線光纜作為主干光纖，比以往的SDH組網節省大量光纖資源。ODN的功能是分發下行數據和采集上行數據，應用靈活，環境適應性強。一個ODN可分為8路、16路和32路，并可多級連接。一個OLT最多可帶32個ONU，最遠傳輸距離為20 km，OLT最遠傳輸距離為100 km，并具有自動測距和動態帶寬分配功能。

4）OLT輸出下行光信號用一根光纖通過ODN分成多路送給每一個ONU；每個ONU上行信號通過光耦合器合成在一根光纖上送給OLT。上、下行信號分別用不同的波長，在同一根光纖中傳送。

1.3 EPON技術的優勢

1）可升級性好、低成本。OLT和ONU之間僅有光纖、光分路器等無源器件，去掉了有源設備，從而避免電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設備的故障率，降低了相應的運維成本。

2）業務透明性較好，高帶寬。可適用于任何制式和速率的信號，比較經濟地支持模擬廣播電視業務，支持三重播放(語音、視頻、數據)業務。

3）高可靠性。無需機房和電源，設備簡單、穩定可靠、壽命長、易于維護和價格低廉。

在QoS方面，OLT檢測每個業務接入點，用于預測/分析ONU的業務情況和網絡的擁塞情況，根據網絡狀況動態給各節點分配資源。調整其授權帶寬和授權周期來保證業務的帶寬和時延，以滿足不同業務的QoS要求。

2 EPON技術在鐵路通信中的應用

2.1 現行鐵路通信系統介紹

鐵路通信主要系統包括傳輸與接入、數據網、電話交換、數字調度專用通信、無線通信、會議電視、應急通信、綜合視頻監控等系統。各系統滿足鐵路對語音、數據、圖像業務的需求。

主要分為兩大類：一類是實時性、安全性要求較高的業務。本線實時性、安全性要求較高的業務有公務通信系統、調度專用通信系統、移動通信業務系統、應急通信系統、遠動系統以及本線信號、信息系統中票務系統等TDM專線業務。

另一類是對安全性或實時性要求相對不高的服務。主要有旅客服務信息系統、不直接影響行車安全的各信息子系統、會議電視系統、綜合視頻監控等。

2.2 使用SDH存在的問題

使用現行的SDH組網存在以下問題。

1）大多數專業通信通道都要求2 Mbit/s，但這些系統大多采用IP作為數據協議，比如TDCS、CTC、電力遠動等。

2）各節點對數據、話音、圖像等多業務傳送的帶寬需求也是不斷增加的。

3）各專用系統節點業務量存在一定陣發性而不是持續穩定的。

4）各種協轉設備難以統一管理。

5）難以在應急搶險指揮中心為專用系統快速有效地提供信息通道保障。

采用EPON技術則能完全彌補此類不足。

2.3 EPON在鐵路通信中的應用

2.3.1 車站上的應用

2.3.1.1 站場應用EPON

傳統的傳輸加接入方式占用大量的物理線路資源，并且設備昂貴，維修費用巨大。采用PON技術的無源光網絡系統在局端設備和遠端各接入點ONU之間利用干線光纜的2芯組環，并做1+1熱備方式組網。能夠承載包括共電電話、自動電話、傳真、數據等業務。作為局端的OLT接口也非常豐富，交換能力已經達到數百G，目前很多廠商的OLT都支持EPON技術的混合接入。

測試一大型站為實驗基礎，如圖2所示。

局端設備放置通信機械室，與接入點1芯光纖組環。單根光纖提供1 G以上的帶寬通道，并光纜可熱備。車站局端設備外線側（光纖）與車站遠端設備相接，匯集來自信息機房、貨運室、裝卸檢修所、以及辦公場所等各種信息，內線側與數調分系統、車站總機、PSTN、2/4線、共電電話、磁石電話、RS-232、RS-485、2 M、視頻、數據等多種接口用戶及多種制式用戶設備連接。實現現行站場銅線通道、光通道以及數字通道的所有信息技術集成。車站遠端設備可以提供自動電話、共電電話、磁石電話、RS-232、RS-48、2 M、視頻、數據等多種接口及制式。對于大型編組站、貨場等在清掃房、調車組休息間、充電間等場所可提供支持熱插拔的光電話接入點，也可以對站場、咽喉區等監控點提供FE、2 M等接口，可以省去以往用光端機點對點傳輸的模式，接入點最多可提供32個。

2.3.1.2 鐵路站場上應用EPON的優點

車站使用EPON技術代替現有組網方式的優勢如下。

1）1 G大容量帶寬（升級到10 G只需更換設備無需重新敷設光纜）、動態資源分配，滿足長時期業務增加的需求。

2）多種接口及制式，基于局域網開發的統一網絡管理系統。

3）對于大型站話務等需求點多，且分散利用傳統敷設銅纜為載體的方式，造價巨大而且受環境影響嚴重，改用光纜作為站場物理載體環境適應性好，且費用低廉。

4）EPON技術建網，應用靈活，升級方便，維修率低，降低了運維成本。

截止到今日，EPON技術已經在杭州、上海、北京等多個大城市廣泛應用于公網。全國EPON建設規模已經超過了3 000萬線，并且韓國、日本已經大規模采用EPON進行公網建設。

2.3.2 在區間的應用

2.3.2.1 光通話柱

通常普速鐵路區間通話柱是由電纜串接，而采用EPON技術可以用一芯光纖串接ODN的方式組建通話柱，可以取代傳統的干線電纜串接的通話柱。應用可以熱插拔的光便攜電話，使用靈巧方便，如圖3所示。

應用EPON的無源網絡取代普速鐵路上電纜的好處在于光纜不受電磁干擾和雷電影響，價格便宜，對于環境的適應性非常好，可以節省大量投資。

對于電氣化改造的既有線，由于運量增加，甚至萬噸級重載，對電纜產生的噪聲、諧波等干擾巨大，區間應用EPON技術實現無源化光纜敷設，則能夠完全避免此類現象，并且工程投資少。對于以往電纜所承載的業務，EPON也同樣能夠完美繼承。

2.3.2.2 區間固定值守點

在普速鐵路區間中，對通道需求的業務接入點通常比較分散，分散點多且業務量又很少，例如橋隧、牽引及配電所、線路所等分散點可以放置遠端設備滿足通道需求。如圖4所示，直接勾入2芯自愈環中，與就近車站的局端設備連接。同樣對于附近的視頻監控點可以提供FE接口，節省點對點光端機的連接方式。

2.3.2.3 在高速鐵路上的應用

對高速客運專線等高標準線路，區間的GSM-R基站同樣適用。通常滿足GSM-R基站設備的通道需求，需要設置傳輸/接入系統、交換機、路由器、電源設備等等。全線基站數量多，而且分散，基站設置MSTP傳輸接入系統造價高而且占用機房面積大，并且就近的視頻監控點都是在通過基站的傳輸接入上傳，需要設置大量交換機和路由器以滿足數據業務需求。

如果應用EPON技術，則更為便利，只需在各基站設置遠端設備，做1+1熱備組網接入就近車站局端設備，實現各種接口透傳到遠端，完全能夠解決客運專線區間接入點的需求。以京張城際為例，區間共設置GSM-R基站62座，區間監控點200個，使用光端機約90對，如果使用EPON技術在各基站配備擁有8個E1接口、6路POST接口和最少4個FE口的ONU，則可以全部解決區間各種業務點的通道需求，并節省干線光纜資源。

3 總結EPON技術在鐵路上應用的合理性

考慮到鐵路通信專網的特點及性質，對安全性、可靠性等規范要求高于商業級標準，在鐵路站場上建議使用EPON技術，應用于組網的接入層則更為合適。還可以對沿線車站較近的值守點、監控點通過車站的EPON局端設備拉光纖在遠端設置ONU的方式滿足通道需求，組網靈活，而且節省投資。

在普速鐵路區間使用EPON技術取代電纜連接通話柱的方式符合鐵路通信發展需求，結合EPON工作原理和鐵路通信設計規范，在區間應用光通話柱不但能夠節省費用，而且其光纜的穩定性和環境適應性更優于傳統的電纜，并且區間固定值守點也能很好地解決通道需求。

在高速的客運專線上使用EPON技術作為接入層能夠解決大型站場業務需求、區間GSM-R以及監控點、值守點等的通道需求。其動態資源分配更適合日益增長的鐵路通信系統。

EPON以它靈巧的適應性和基于以太網并采用TDM over IP技術，使成熟的時分交換系統與靈活的接入、寬闊的帶寬IP技術相結合，兼容站場及區間多種信息、多種接口以及足夠帶寬需求。在通道需求較困難，并且安全性、可靠性要求不高領域，使用EPON技術是解決現有問題的最佳途徑。

4 結束語

無論是核心網、傳輸網還是接入網，其發展的首要因素就是業務，是終端用戶的需求。從業務發展現狀來看，高帶寬的消耗業務逐步涌現，高帶寬業務和通道需求程度不斷增加，而EPON以其容量大、傳輸距離長、較低成本、全業務支持等優勢成為接入領域的熱點，它在提供業務組合的同時，實現了較高的性能和可靠性，已經成為了下一代接入網發展的方向。隨著EPON技術的普及，通過不斷的應用、總結和優化，相信不久的將來EPON能夠在鐵路通信網中成熟地應用。

[1］胡保民，劉德明，黃德修．EPON：下一代寬帶光接入網[J]．光通信研究．2002（5）：22-25.