大準鐵路傳輸網改造方案研究

樊 勤

鐵路信息化是鐵路現代化的主要標志，大準鐵路公司根據運輸生產的實際需求，從2006年開始進行鐵路運輸信息化的建設，推進了運輸組織、重載運輸、經營管理的現代化，提升了鐵路運輸能力和經濟效益。為適應鐵路信息化寬帶、高速和安全的傳送需求，在信息化建設初期，采用基于SDH傳輸體制的華為 OptiX 2500＋ （Metro3000）設備，建成了可提供SDH、PDH、以太網等接口的環形光傳輸網絡，為初期信息化建設所需的數據傳送網奠定了良好的基礎。

1 傳輸網現狀

近年來大準鐵路陸續建成了包括列車調度指揮系統 （TDCS）、計劃調度、機車調度、貨運調度等綜合調度信息系統，以及車站綜合管理信息、貨運制票、車號自動識別、十八點統計分析等的鐵路運輸管理信息系統 （TMIS）；車務部門建成了行車遠程安全監控系統；通信部門建成了集視頻監控、環境量監測、實時數據查詢等功能于一體的集中監控系統；供電部門建成了電力遠動系統，和通過基于電力遠動的變壓器在線監測系統；機務部門建成了機車動態統計與監測系統；車輛部門依托新建的基于IP的數據傳送網，完成紅外軸溫智能探測系統的改造；后期還開通了視頻會議系統與全線辦公網絡系統。

這些信息系統全部建立在光傳輸網絡上。由于各信息系統分期、分批建設，各自成網，逐漸暴露出以下問題：①獨立成網的信息系統分別占用了大量的通道資源，導致傳輸網的可用資源接近飽和；②通道資源缺乏，各種信息系統的可用帶寬有限，導致各類系統運行緩慢，數據信息傳送延時較大；③各信息系統采用不同的技術和設備，其維護、管理手段差別較大，給現場設備維護和運營管理帶來困難。

基于SDH體制的光傳輸網絡，已經不能滿足語音、圖像、視頻等多信息傳遞帶寬需求，需要建設高速率、大容量、高帶寬、高可靠性的傳輸網，以有效解決各種信息系統通道資源匱乏與傳輸帶寬瓶頸，以實現傳輸資源利用率的最大化，降低設備維護與管理困難。

2 改造方案

傳輸系統優化方案，可考慮采用波分技術及光傳送網 （OTN）。與SDH相比，OTN具有較強的組網能力、良好的可擴展性、支持多種上層業務或協議，對客戶信號進行完全透明的傳輸，提供多級串聯連接監視 （TCM）功能，具有更強的前向糾錯能力，OTN還可提供與WDM同樣的高帶寬，并且已經進入實用化階段，即將成為主流應用技術。

在技術層面，OTN基于ITU－T制定的G709、G798、G872、G873．1、G959．1等建議，在光層和電層有完整的體系結構，集傳送和交換能力于一體，對已有的SDH和WDM的傳統優勢進行了更為有效的繼承和組合，同時擴展了與業務傳送需求相適應的組網功能。在業務功能層面，OTN提供標準的接口，支持40Gb／s和未來的100Gb／s線路傳送能力，具有密集波分系統的高帶寬，兼容SDH、ATM 業 務，能 承 載 IP／MPLS、SAN、Video等大顆粒業務，是承載寬帶IP業務的理想平臺。因此，可以采用OTN技術組建一個不同于既有系統的、數字化、綜合化寬帶傳輸網絡。

2．1 方案一：全部采用新技術設備

采用新技術設備，按中長期規劃組網，保證相當長時期內網絡不落后。傳輸網采用OTN技術設備， 如 華 為 OptiX OSN1800、OSN3800、OSN6800、OSN8800系列產品。在設備接口要考慮將與以下鐵路站點設備連接：準東鐵路的薛家灣站，運煤專用線點岱溝和南坪站，與托克托電廠、岱海電廠專用線接軌的二道河站、九蘇木站，與國鐵站接軌的丹洲營、燕莊站，與準池線接軌的外西溝站。由于與準通站接軌的樊家站等運輸需求大、業務多，將這些站點設為重要站點，采用OSN6800或OSN8800系列的高端產品組成傳輸主干網。在運輸需求不是很大的一般站點采用OSN1800等同系列的低端產品即可。

方案一技術先進、系統容量大，在滿足運輸信息化需求和改善運輸管理能力上是最優的。目前大準鐵路在用的各種運輸管理系統，只有和行車組織直接相關的TDCS、TMIS和行車電話的傳輸通道采用高級別的保護方式，其他如微機監測、紅外軸溫監測、辦公網等大多數運輸管理系統受容量資源的限制，只能采用低級別甚至無保護的通道組成方式。一旦光纜線路中斷后，沿線大多數運輸管理系統的運行都將受到不同程度的影響，甚至中斷。而方案一所提供的豐富的系統資源，將會徹底改變這種狀況。先進的技術支撐，可以承載更多對通信系統要求更高的運輸管理系統，為今后管理系統的升級和技術整合等提供了技術保障。

全新技術的使用對現場的工作人員來說無疑是一個挑戰，能不能很快地適應新設備、掌握新技術和員工的個人技能、相關業務培訓是否及時跟進等息息相關。就目前的通信機構設置，方案一的使用涉及到全部的一線員工，因此全員都需要進行新技術培訓。

設備兼容方面，OTN的傳輸設備與既有的接入網設備無法兼容。傳輸設備改造后，接入網設備也必須相應改造。在硬件和安裝費用方面，方案一也是很高的。一套OSN8800硬件設備大約需要50萬元，按現在使用2．5Gb／s設備的主干網站點20個計算，只這一項投資就1000萬元；其他站點采用低端的OSN1800，每套按10萬元計算，硬件費用在400萬元左右。安裝費用按硬件費用的10%常規計算，約140多萬元。也就是說，方案一的投資估算不少于1500萬元。在安裝工期上，每個站點按1周計算，全線站點的安裝需要5個月左右。

2．2 方案二：兼容既有設備局部改造

盡可能兼容既有設備，采用局部改造、逐步完成的方式。先將運輸需求大、業務量大的重要車站，如薛家灣、點岱溝、南坪、二道河、九蘇木、外西溝、樊家、丹洲營、燕莊等，采用基于SDH的高端設備OptiX OSN3500組成10Gb／s主干網，普通站點采用同系列的低端設備OptiX OSN1500或OptiX OSN2500，其他業務量少的站點利用既有的設備簡單升級，完成傳輸組網。

OptiX OSN 3500被稱為下一代智能光傳輸設備 （NG），具有多業務接口，可接入SDH、Ethernet、ATM、PDH、SAN、OADM 等業務，實現同一個平臺上高效傳送語音和數據業務；具有強大的組網能力，可與 OptiX OSN 9500、OptiX 10G、OptiX OSN 2500、OptiX OSN 1500、OptiX Metro 3000、OptiX Metro 1000混合組網，實現不同設備與業務全網統一管理，優化投資、降低建網成本。

方案二在一定程度上解決了各類運輸管理系統帶寬不足，不能充分發揮效力的缺陷。技術更新不大，隨著運輸需求的增加，還需要繼續升級改造。在技能要求上，方案二因改造設備較少，多數員工不經過培訓就能進行正常的日常維護。部分涉及新設備的站點，需要對員工進行專業機構的新技術培訓。

在硬件投資方面，如果采用OSN3500設備，每個站點的硬件費用約為30萬元左右，整個方案投資約600萬元；安裝費用按硬件費用的10%計算，約60萬元，比方案一要少很多。每個站點的設備安裝按2～3天計算，整個方案的設備安裝時間在一個月左右。

2．3 方案比較

從運行維護方面考慮，方案一是全新設備，對于習慣于使用和操作既有設備的員工來說，運行維護的壓力大，適應時間長。公司方面，對人員的技術培訓投入短期內會更大。而方案二的改造設備和既有設備關聯較大，員工適應時間會短一些。

從投資成本上考慮，方案二投資較小。方案一傳輸設備改造后，接入設備也需相應改造，初期投資成本比較大。

硬件設備安裝上，方案二涉及的設備少，安裝時間短，方案一安裝時間長。但從調試、設備接入上考慮，方案一是全新的系統，調試完成后，需要幾個天窗點就可以完成系統的接入運行；方案二涉及既有業務，需要將改造站點逐個接入，每個改造站點需要一個甚至二個天窗點，在運輸較為繁忙的情況下，改造設備的接入將耗費較長的時間。

考慮到大準鐵路主要以煤炭運輸為主，而目前煤炭行業的前景不很明朗的條件下，投資巨大的方案一顯然不可取。方案二投資較小又能滿足現階段的運輸信息化需求，是可行方案。

3 方案實施

經過分析比較，在目前形勢下采用OptiX OSN 3500替換現有 OptiX 2500＋ （Metro3000）（簡稱OptiX 2500＋）組成主干傳輸網更可取。OptiX OSN 3500可實現STM－16或STM－64二個速率等級的設備容量，具備超高速CPU處理，超大內部存儲容量，為網絡拓撲信息、資源信息、鏈路信息等智能信息提供足夠的存儲空間；SDH的管理信息轉移，主機單元從設備管理轉換為智能引擎；預留智能信令通信平臺；J0字節支持鏈路自動發現，提供 MESH保護、SLA、BOD、OVPN等智能特性。

在接入容量方面，OSN 3500單子架支持8路STM－16光接口，OptiX 2500＋支持6路STM－16光接口就達到最大接入容量而不能再接入任何業務了。在交叉容量上，OSN 3500單子架高階交叉容量是512×512VC4，低價交叉容量是20G／5Gb／sVC12；OptiX 2500＋單子架高階交叉容量為128×128VC－4，其中32×32VC－4用于完成低階交叉功能，低階交叉容量為2016×2016VC－12。作為匯接點，OptiX 2500＋最多提供20條ECC通道，即由中心網元接出去網元不得超過20個；OSN 3500支持40路ECC。通過以上技術參數的比較，可以看出，改造方案的實施將使整個傳輸系統的性能和容量都有一個大的提高，可有效解決現有各種信息系統的帶寬限制，改善各種信息化系統運行速度緩慢，效率低下的現狀。

在安全性方面，OSN3500提供電源過壓、欠壓保護，軟件加載過程中斷電保護 ，單板溫度檢測等功能，具有基于ASON、設備級，網絡級和業務級多層保護功能。對主控、時鐘、交叉、電源等單板通過備份保護，對2M，34M／45M，155Mb／s電口板實行TPS保護。通過共享光纖虛擬路徑保護，最大限度地利用系統資源，對新增節點提供快速保護；通過單光口多復用段保護，實現在同一光板內多復用段保護，節省了光板、光纖。

在安裝施工方面，OptiX 2500＋子架的出線區在單板區的背面，設備前后都有維護需求，機柜安裝的前后都需留有空間。OSN3500子架的出線區在設備前面，出線區與單板區上下分離，機柜可靠墻安裝，單側維護。OSN3500子架單板插放的考慮因素：各槽位的接入容量，下層處理板和上層接口板的對應關系，對偶板位，以及對擴容和TPS的影響。

在設備維護方面，不同于 OptiX 2500＋ ，OSN1500／2500／3500的光板、支路板、數據板等業務板均通用，不但方便了日常維護，而且減少了備板備件的投入。各種型號光模塊可按需選擇、靈活配置，降低首期投資成本；在業務發展中靈活追加，滿足組網需要。

增設基于單板的維護功能：增加單板告警指示燈，通過單板告警指示燈可迅速判斷設備故障類型；增設多種單板元器件監測點，可以迅速排除設備硬件故障；增設單板的配置數據保存，當主控板不在位時，單板掉電重啟動后可以正常工作。

智能散熱設計：自動監控溫度變化，實時查詢子架各單板的溫度情況，方便維護；風扇單元采用3個智能風扇模塊，電源互為備份；智能的轉速調整、控制，延長風扇使用壽命；能夠提供停轉檢測功能，當一個風扇模塊故障時，其余風扇模塊全速運轉，實行3個風扇互為備份的智能保護。

設有內置的光譜分析單元，網絡維護人員可在網管中心對全網進行在線光譜性能檢測，極大的方便網絡的維護和監視。光譜性能是反映網絡優劣的最底層的參數，掌握網絡各檢測點上的OSNR、光功率、中心波長等參數，基本上可判斷出網絡的性能、故障位置。在要監測的站點配置內置的光譜分析單元MS2板，將MS2的檢測光口與光放大板、合波／分波板上預留的在線監測口相連，檢測出監測點主信道的光譜性能如OSNR、單波長光功率、中心波長等，經MS2板處理后通過OSC（光監控通道）傳遞到網管中心，在網管中心的網管界面上即可看到線路的光譜圖，通過對光譜圖的分析可實現網絡的遠端性能監測。

4 結論

OSN3500智能光傳輸設備在設備容量，安全性能及日常維護等方面都明顯優于既有的OptiX 2500＋設備。OSN3500強大的組網能力，使之向下與OptiX 2500＋設備，向上與 OptiX OSN 9500設備，都能實現設備兼容和業務的統一管理。隨著OSN3500為主干網的傳輸網改造，現有通道資源緊缺，各類信息化系統運行緩慢等突出問題都將得到改善。

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