鐵路通信數據網系統獨立組網的研究

任 睿

近幾年隨著中國鐵路的大力發展，數據網系統得到了越來越廣泛的應用。早期只有客運專線才具備的數據網系統在目前的普速鐵路也得到了應用。傳統的數據網系統依托于SDH設備組網，然而隨著高清視頻監控等業務的高速發展，SDH設備容量有限，獨立組網的數據網系統得到更多人的關注。

1 目前鐵路通信系統組網關系及業務類型分析

1.1 傳統鐵路數據網組網方式

目前國內大部分客運專線的數據網組網方式如圖1所示。

圖1 依托于SDH設備的數據網接入層組網方式

傳統的數據網組網方式中，車站接入層路由器通過GE接口（也可以是 POS 155/622接口）與車站接入層傳輸設備連接，通過車站與車站間的傳輸設備光纖環將數據傳送至其他車站和匯聚層路由器所在地點。這樣組網的好處是不占用干線光纖資源，但缺點也顯而易見，即傳輸設備將承載所有的數據網業務。由于SDH的帶寬有限，這在各種大顆粒的數據業務越來越多的今天顯然會造成帶寬資源的緊張。另外，由于共用一個傳輸設備，一旦某一個車站的SDH設備故障，會同時造成數據網業務的中斷。

1.2 高速及普速鐵路傳輸設備容量分析

目前國內新建高速及普速鐵路傳輸設備的設置原則大致如表1所示。

表1 各時速下的傳輸設備容量設置情況

由于各種業務的交叉及匯聚主要集中在車站接入層，因此僅對車站接入層傳輸設備進行分析。從表1可以看出，通常情況下客運專線的車站接入層傳輸多為2.5Gb/s ADM設備，普速或城際鐵路的車站接入層傳輸多為622Mb/s ADM設備。根據 《鐵路客運專線通信技術標準》中3.3.9項的規定：接入層傳輸系統初期通道利用率不宜大于60%。但考慮一些幀的開銷及復用段保護等實際可用大約只有30%～40%。

1.3 通信業務類型及帶寬需求分析

鐵路通信系統承載了鐵路各個系統數據業務的傳遞，表2列舉了通信系統主要承載的業務類型及所需帶寬大小。

從表2可以看出，通信不同業務類型帶寬普遍小于10Mb/s。然而隨著這兩年鐵路對于視頻監控的重視及高清視頻業務的發展，綜合視頻監控業務帶寬越來越大。目前對于多隧道的長區間，各基站匯聚到車站的視頻業務總數大于100個攝像頭，比如滬昆鐵路湖南段中的婁底南至邵陽北。其次，近幾年隨著反恐防爆的需求，以后的鐵路視頻監控很可能會擴大到全線路監控，這樣視頻監控的布點會更加密集。另外，車輛專業一些探測站需要對列車的輪軸等進行實時連續拍攝并上傳圖像，以供車站及調度所相關人員分析列車信息，這也會占用大量的通信傳輸帶寬。

從表2還可以看出，在之前普遍以E1接口的2Mb/s業務及10Mb/s帶寬以下的FE接口為主的時代，帶寬較為富裕，傳輸系統可以很好地承載數據網系統。隨著時代發展，各種高清視頻監控業務、車輛5T業務等所需帶寬越來越大，尤其是在車站接入層設置622Mb/s ADM設備情況下已經不足以承載帶寬要求越來越大的FE類型接口業務，一種不依托于SDH設備的數據網組網方式有待研究。

表2 通信各業務類型及帶寬占用表

2 獨立的數據網組網

2.1 組網方式

獨立的數據網組網方式，主要指數據網不再依托于傳輸系統的SDH設備承載，而是依托于骨干層的OTN設備承載，或者直接由接入層路由器光纖直連組網。本文主要討論第二種。

圖2 獨立的接入層數據網組網方式

從圖2可以看出，獨立組網的數據網與傳統數據網最大的區別，在于舍棄了和SDH設備共用帶寬和光纖，改為利用干線光纖直接互連。其組網理念與傳輸系統組網類似。在車站設置的接入層路由器通過光纖與其他車站的接入層路由器及匯聚層路由器互連。區間信號中繼站、基站、牽引變電所、分區所等設置的三層交換機，與車站所設的三層交換機利用干線光纖互連。車站設三層交換機通過FE/GE接口與車站接入層路由器互連實現數據上傳。目前，哈爾濱鐵路局范圍內新設哈牡客專、牡綏鐵路工程等，已經使用了獨立的接入層數據網組網形式。

2.2 與傳統數據網系統對比分析

1.帶寬利用對比。傳統的數據網組網由于利用了傳輸的SDH設備承載，所以數據傳送速率受SDH速率等級限制。獨立的數據網組網將傳輸網與數據網分開，這樣諸如視頻業務、車輛5T業務等可由數據網單獨承載，傳輸網不再承載這些大顆粒業務。這樣，數據網不再受制于傳輸設備的帶寬瓶頸，也可以應對將來數據網更高的帶寬需求。

2.可靠性對比。由于傳統的數據網系統依托于SDH設備承載，一旦SDH設備故障，將同時造成數據網業務的中斷。而獨立組網情況下，數據網不再受SDH設備限制，相反可以和SDH設備互為保護。

3.業務分類對比。目前通信主要業務類型已在1.3章節中進行列舉，可以看出傳統的數據網組網方式，傳輸網和數據網數據混在一起傳輸，業務類型及業務顆粒大小各式各樣比較混亂。而獨立的數據網組網，可以根據業務類型及業務顆粒大小進行分類。目前此方面并沒有明確的規范和要求，按照牡綏線設置原則做參考，重要的及需要組建2Mb/s顆粒業務由傳輸專網承載，包括但不限于無線基站、調度通信、自動電話、信號、防災、客票等。不需要組建2Mb/s顆粒業務，業務由數據網承載，包括但不限于遠動、旅服、辦公、動環、公安、網管等。這樣，兩張網獨立運行互不干擾，且傳輸網不會受制于數據網，因為數據網遭受一些大顆粒數據網業務沖擊會造成網絡擁塞問題。

4.光纖利用對比。傳統的數據網組網方式不占用干線光纖資源。獨立的數據網組網方式將占用干線光纖資源，根據組網方式不同實際占用約2或4芯。由于，目前客專鐵路均為兩側敷設干線光纜，且芯數大多為36或48芯，空余光纖較多，并不會造成投資的增加。

3 總結

由于SDH帶寬的局限性，以及通信專業越來越多的需要承載各種大顆粒業務，可以看出數據網獨立組網應該得到重視與更多的研究。本文對通信各業務類型及帶寬進行了分析，提出了一種獨立組網的數據網方式，并與傳統數據網組網方式進行對比，為今后的數據網組網方式提供參考。

［1］ 中華人民共和國鐵道部運輸局.鐵路客運專線通信技術標準［Z］.2010.

［2］ 中國鐵路總公司.鐵路綜合視頻監控系統技術規范［Z］.2013.

［3］ 江陵翔.鐵路客運專線光傳輸設備的交叉及接入能力探討［J］.中國鐵路，2012，（09）：P70－73.