鐵路通信現(xiàn)狀問題分析與措施探討

王登明 上海鐵路局上海通信段

鐵路通信現(xiàn)狀問題分析與措施探討

王登明 上海鐵路局上海通信段

鐵路通信基礎(chǔ)網(wǎng)和業(yè)務(wù)網(wǎng)是保障整個鐵路運輸安全、提高效率的重要工具，鐵路列車正向高速化與準(zhǔn)高速化發(fā)展，為了保證行車的安全，進一步實現(xiàn)有效的人機控制和提高運輸期間的信息交流效率，就要求建立一個功能更加完善、技術(shù)構(gòu)成更加先進的鐵路通信網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合工作實踐介紹鐵路通信網(wǎng)的現(xiàn)狀，對存在的主要問題進行初步分析，同時對通信傳輸網(wǎng)和鐵路移動通信網(wǎng)存在的問題進一步分析并對采取措施進行初步探討。

鐵路通信；現(xiàn)狀；問題；措施

1 鐵路通信現(xiàn)狀

鐵路通信網(wǎng)由基礎(chǔ)網(wǎng)、移動通網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能提供基本的語音、數(shù)據(jù)、圖像通信，滿足鐵路運輸生產(chǎn)及運營指揮必要的通信需求。鐵路通信有關(guān)業(yè)務(wù)包括電報網(wǎng)、調(diào)度通信、站車廣播、同步網(wǎng)、專用電話接入、鐵路專用數(shù)據(jù)通信等。

1.1 基礎(chǔ)網(wǎng)

基礎(chǔ)網(wǎng)主要包括通信線路（光纜、電纜）、傳輸網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。傳輸網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)由骨干層、匯聚層、接入層組成，基本采用光數(shù)字同步傳輸技術(shù)。

1.2 鐵路移動通信網(wǎng)

鐵路移動通信網(wǎng)主要由鐵路移動通信GSM-R系統(tǒng)和無線列調(diào)系統(tǒng)組成，鐵路移動通信GSM-R系統(tǒng)主要提供語音通信和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù),可以實現(xiàn)調(diào)度通信、車次號傳輸與列車停穩(wěn)信息的傳送、調(diào)度命令傳送、列尾裝置信息傳送、無線機車信號和調(diào)車監(jiān)控信息傳輸、機車同步操作信息傳輸、列車控制數(shù)據(jù)傳輸、區(qū)間移動公務(wù)通信、應(yīng)急指揮通信話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、旅客列車移動信息服務(wù)等功能。無線列調(diào)系統(tǒng)主要是普通鐵路線使用；大的站場、編組場基本實現(xiàn)移動通信覆蓋。

1.3 鐵路通信業(yè)務(wù)網(wǎng)

鐵路通信業(yè)務(wù)網(wǎng)主要包括調(diào)度通信網(wǎng)、電報網(wǎng)、電話交換網(wǎng)、會議電視網(wǎng)、應(yīng)急通信網(wǎng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)。鐵路調(diào)度通信網(wǎng)基本實現(xiàn)了數(shù)字調(diào)度通信。會議電視網(wǎng)、視頻監(jiān)控是鐵路近期發(fā)展較快的業(yè)務(wù)，隨著高速鐵路建設(shè)，鐵路局在各站段自行建設(shè)了部分既有線視頻監(jiān)控系統(tǒng)和會議電視網(wǎng)；目前會議電視網(wǎng)能夠召開部-路局-站段之間二級會議電視，視頻監(jiān)控系統(tǒng)尚未實現(xiàn)互聯(lián)互通、路局資源共享。隨著高速鐵路建設(shè)和新建普通鐵路建設(shè)及改造，應(yīng)急通信可提供現(xiàn)場話音和靜圖接入，客專線路還可提供現(xiàn)場動態(tài)圖像接入。

1.4 鐵路通信網(wǎng)存在問題分析

（1）鐵路通信網(wǎng)保護和集中維護管理方面存在不足。

鐵路通信網(wǎng)一直是鐵路安全運營必不可少的重要保障手段，雖然鐵路通信網(wǎng)經(jīng)過多年的建設(shè)和發(fā)展，但是鐵路通信網(wǎng)現(xiàn)網(wǎng)中，基礎(chǔ)網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)在既有線改造、新建高速鐵路線和普速線中各線單獨建設(shè)的通信系統(tǒng)在匯聚層保護、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、資源共享、系統(tǒng)容量、集中維護管理等方面存在缺陷，設(shè)備技術(shù)落后老化與中國移動公司共用機房及設(shè)備，設(shè)備維護界面不清晰等問題。

（2）鐵路通信不能適應(yīng)新業(yè)務(wù)發(fā)展需要。

隨著鐵路發(fā)展，鐵路通信網(wǎng)建設(shè)需要適應(yīng)鐵路新增業(yè)務(wù)和行車安全要求，以及鐵路經(jīng)營目標(biāo)、服務(wù)目標(biāo)的確立，新的業(yè)務(wù)需求不斷增加，綜合視頻監(jiān)控、互聯(lián)網(wǎng)售票、實名制售票等，對鐵路通信光傳送網(wǎng)的帶寬、大顆粒業(yè)務(wù)需求量急劇增加；特別是高速鐵路和客運專線鐵路安全、快速、高效的運營模式對鐵路通信網(wǎng)提出了越來越高的要求。因此迫切需要鐵路通信跟上通信技術(shù)發(fā)展趨勢應(yīng)用新的通信技術(shù)解決鐵路通信傳輸網(wǎng)和移動網(wǎng)等主要問題，適應(yīng)鐵路的發(fā)展。

2 鐵路通信傳輸網(wǎng)現(xiàn)狀及采取OTN光傳送網(wǎng)建設(shè)鐵路傳輸網(wǎng)

2.1 鐵路通信傳輸網(wǎng)現(xiàn)狀及存在問題分析

（1）設(shè)備陳舊，部分廠家產(chǎn)品停產(chǎn)，維護困難。

骨干層許多設(shè)備在網(wǎng)運行時間已近10年，且設(shè)備生產(chǎn)廠家已經(jīng)破產(chǎn)或設(shè)備型號停產(chǎn)。隨著設(shè)備供應(yīng)及技術(shù)服務(wù)支持中斷，系統(tǒng)無法擴容，板卡返修無法解決，購買備品備件非常困難，在網(wǎng)設(shè)備老化，故障率呈不斷上漲趨勢，網(wǎng)絡(luò)維護運營成本增加。

（2）系統(tǒng)可靠性不適應(yīng)鐵路安全運營需要。

現(xiàn)有骨干層DWDM系統(tǒng)采用點對點方式組網(wǎng)，業(yè)務(wù)調(diào)度、故障定位、網(wǎng)絡(luò)管理、自愈能力均較弱；匯聚層和接入層

未形成有效的傳輸系統(tǒng)自愈保護；客運專線兩條光纜加單節(jié)點設(shè)備的組網(wǎng)方式，在無其他路由迂回保護的情況下，仍會存在單點設(shè)備故障影響業(yè)務(wù)運用的問題。

（3）鐵路和中國移動共用網(wǎng)絡(luò)資源，存在安全管理隱患。

目前鐵路和中國移動共用傳輸網(wǎng)絡(luò)通道、機房及設(shè)備，在運營管理及網(wǎng)絡(luò)維護過程中存在安全管理隱患。部分機房面積和環(huán)境無法滿足需求。

（4）設(shè)備制式陳舊，接口種類單一，多種業(yè)務(wù)接入的支持能力差。

現(xiàn)有很多設(shè)備不具備綜合接入能力，僅配置了2 M和155 M接口，未配置以太網(wǎng)等數(shù)據(jù)接口，不能適應(yīng)多業(yè)務(wù)接入的使用要求。

2.2 采取OTN光傳送網(wǎng)建設(shè)鐵路傳輸網(wǎng)

2.2.1 OTN產(chǎn)生的背景

隨著國內(nèi)外通信技術(shù)的不斷發(fā)展，OTN設(shè)備傳送帶寬容量大、具備智能化、能承載大顆粒的TDM、IP通信業(yè)務(wù)，OTN光傳送網(wǎng)技術(shù)在骨干網(wǎng)建設(shè)中逐漸取代DWDM密集波分復(fù)用技術(shù)。其網(wǎng)絡(luò)容量、傳送能力、網(wǎng)管功能等均能滿足光傳輸網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)傳送的需求，且其技術(shù)成熟，多廠家支持，商用化程度高，技術(shù)成熟可靠，并可持續(xù)發(fā)展。

2.2.2 OTN的基本概念

OTN，通常也稱為 OTH(Optical Transport Hierarchy)，是通過 G．872、G．709、G．798等一系列ITu-T的建議所規(guī)范的新一代“數(shù)字傳送體系”和“光傳送體系”。從居于核心地位的G．709協(xié)議中可以看出，OTN跨越了傳統(tǒng)的電域(數(shù)字傳送)和光域(模擬傳送)，成為管理電域和光域的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。從技術(shù)本質(zhì)上而言，OTN技術(shù)是對已有的SDH和WDM的傳統(tǒng)優(yōu)勢進行了更為有效的繼承和組合，同時擴展了與業(yè)務(wù)傳送需求相適應(yīng)的組網(wǎng)功能，而從設(shè)備類型上來看，OTN設(shè)備相當(dāng)于SDH和WDM設(shè)備融合為一種設(shè)備，同時拓展了原有設(shè)備類型的優(yōu)勢功能。

2.2.3 OTN的主要功能

（1）多種客戶信號封裝和透明傳輸。

基于ITU-TG.709的OTN幀結(jié)構(gòu)可以支持多種客戶信號的映射和透明傳輸，如SDH、ATM、以太網(wǎng)等，目前對SDH和ATM可實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)封裝和透明傳送。

（2）大顆粒調(diào)度和保護恢復(fù)。

OTN技術(shù)提供3種交叉顆粒，即ODU1（2.5 Gbit/s）、ODU2（10Gbit/s）和 ODU3（40 Gbit/s）。高速率的交叉顆粒具有更高的交叉效率，使得設(shè)備更容易實現(xiàn)大的交叉連接能力，降低設(shè)備成本。在OTN大容量交叉的基礎(chǔ)上，通過引入ASON智能控制平面，可以提高光傳送網(wǎng)的保護恢復(fù)能力，改善網(wǎng)絡(luò)調(diào)度能力。

（3）大顆粒的帶寬復(fù)用、交叉和配置。

OTN目前定義的電層帶寬顆粒為光通路數(shù)據(jù)單元(ODUk,k=1,2,3)，即ODU1 (2.5 Gbit/s)、ODU2(10Gbit/s)和 ODU3 (40 Gbit/s)，光層的帶寬顆粒為波長，相對于SDH的VC-12/VC-4的調(diào)度顆粒，OTN復(fù)用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，對高帶寬數(shù)據(jù)客戶業(yè)務(wù)的適配和傳送效率顯著提升。

（4）完善的性能和故障監(jiān)測能力。

OTN引入了豐富的開銷，具備完善的性能和故障監(jiān)測機制。OTN還可以提供6級連接監(jiān)視功能（TCM），對于多運營商/多設(shè)備商/多子網(wǎng)環(huán)境，可以實現(xiàn)分級和分段管理。適當(dāng)配置各級TCM，可以為端到端通道的性能和故障監(jiān)測提供有效的監(jiān)視手段，實現(xiàn)故障的快速定位。因此在WDM系統(tǒng)中引入OTN接口，可以實現(xiàn)對波長通道端到端的性能和故障監(jiān)測，而不需要依賴于所承載的業(yè)務(wù)信號（SDH/10GE等）的OAM機制。從而使基于OTN的WDM網(wǎng)絡(luò)成為一個具備OAM功能的獨立傳送網(wǎng)。

（5）增強了組網(wǎng)和保護能力。

通過OTN幀結(jié)構(gòu)、ODUk交叉和多維度可重構(gòu)光分插復(fù)用器(ROADM)的引入，大大增強了光傳送網(wǎng)的組網(wǎng)能力，改變了目前基于SDHVC-12/VC-4調(diào)度帶寬和WDM點到點提供大容量傳送帶寬的現(xiàn)狀。而采用前向糾錯(FEC)技術(shù)，顯著增加了光層傳輸?shù)木嚯x。另外，OTN將提供更為靈活的基于電層和光層的業(yè)務(wù)保護功能。

3 鐵路移動通信網(wǎng)現(xiàn)狀及采取措施探討

3.1 鐵路移動通信網(wǎng)現(xiàn)狀及存在問題

（1）GSM-R無線網(wǎng)覆蓋路線較少。

鐵路移動通信網(wǎng)主要由鐵路移動通信GSM-R系統(tǒng)和無線列調(diào)系統(tǒng)組成，GSM-R無線網(wǎng)覆蓋鐵路線1萬多公里；無線列調(diào)系統(tǒng)覆蓋鐵路線約7萬公里，主要是普通鐵路線；大的站場、編組場基本實現(xiàn)移動通信覆蓋，大部分站場無線通信系統(tǒng)采用400 MHz頻段無線通信系統(tǒng)或常規(guī)無線對講系統(tǒng)。

（2）設(shè)備冗余備份不足，保護較差。

在網(wǎng)絡(luò)方面，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，GSM-R系統(tǒng)現(xiàn)有匯接和本地合一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展；移動交換網(wǎng)尚未建立冗余備份機制，只有MSC設(shè)備本身的單板備份和端口備份；在單網(wǎng)交織和普通單網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，采用單套BSC設(shè)備提供服務(wù)，設(shè)備級的冗余備份未作考慮。

（3）系統(tǒng)制式繁多干擾嚴(yán)重。

站場通信系統(tǒng)分散建設(shè)，制式繁多，缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和技術(shù)導(dǎo)向。此外，由于編組場業(yè)務(wù)量大，頻率資源占用較多，有些站場已經(jīng)出現(xiàn)頻率資源匱乏、干擾嚴(yán)重的現(xiàn)象。

（4）無線列調(diào)系統(tǒng)設(shè)備老化可靠性低。

無線列調(diào)系統(tǒng)是模擬的單信道系統(tǒng)，存在功能單一、頻率利用率低、數(shù)據(jù)傳輸能力差、傳輸可靠性低、干擾嚴(yán)重等缺點，且制式不統(tǒng)一，既有線使用400 MHz系統(tǒng)設(shè)備，普遍存設(shè)備老化問題，且通信方式簡單，不能滿足現(xiàn)場使用需求。

（5）GSM-R系統(tǒng)核心節(jié)點分散且不足。

在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面。由于GSM-R系統(tǒng)已建核心節(jié)點建設(shè)分散，一方面造成了

全核心網(wǎng)組網(wǎng)工作不系統(tǒng)，相對離散，效率較低；另一方面，部分GSM-R線路先于核心網(wǎng)建設(shè)，需先接入其他核心網(wǎng)節(jié)點作為工程過渡，待規(guī)劃節(jié)點具備條件后需倒回，這也增加了跨局指揮、跨局協(xié)調(diào)的難度，增加了對在線運營網(wǎng)絡(luò)的影響。

（6）網(wǎng)管系統(tǒng)功能不完善。

網(wǎng)管運維與支撐系統(tǒng)功能不完善。無法進行全網(wǎng)7號信令監(jiān)測、話務(wù)統(tǒng)計、GPRS數(shù)據(jù)監(jiān)測、無線頻率監(jiān)測、無線網(wǎng)優(yōu)、運行維護、資源管理等；網(wǎng)管分散，功能單一，工作效率低。影響網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)運營管理部門的協(xié)調(diào)運作，影響相關(guān)信息的上傳下達，自動化程度低，當(dāng)前進行質(zhì)量統(tǒng)計和分析，應(yīng)用業(yè)務(wù)的統(tǒng)計仍然采取人工方式，速度慢且容易出錯。

3.2 鐵路無線通信網(wǎng)可采取措施探討

（1）結(jié)合高速鐵路等新線建設(shè)和既有線改造繼續(xù)推進GSM-R網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，建設(shè)安全可靠、結(jié)構(gòu)清晰、功能完善的GSM-R核心網(wǎng)，加強干線的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和服務(wù)質(zhì)量，不斷完善機車綜合無線通信裝備；對普通線路的無線列調(diào)系統(tǒng)進行改造；采用適宜的無線通信制式構(gòu)建站場通信系統(tǒng)。

（2）GSM-R移動交換網(wǎng)仍采用二級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（移動匯接網(wǎng)和移動本地網(wǎng)）；本地交換節(jié)點MSC全部實現(xiàn)1+1備份。

（3）增建GSM-R核心網(wǎng)節(jié)點，完成全路核心網(wǎng)節(jié)點的建設(shè)及互聯(lián)互通，使移動交換網(wǎng)向整網(wǎng)軟交換的演進。

（4）無線列調(diào)系統(tǒng)，無線列調(diào)C制式設(shè)備采用同頻單工通信方式，無法實現(xiàn)同一區(qū)段內(nèi)不同機車司機間及手持臺與司機間的異頻轉(zhuǎn)信，不支持二者間通信聯(lián)絡(luò)，因此以后的無線列調(diào)系統(tǒng)改造應(yīng)主要采用450 MHz頻段B制式。

（5）結(jié)合路網(wǎng)性繁忙干線及干線改造、CTC系統(tǒng)運用改造、無線列調(diào)更新改造建設(shè)GSM-R無線網(wǎng)。優(yōu)化樞紐地區(qū)GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)，減少網(wǎng)內(nèi)干擾。

（6）建設(shè)鐵總和鐵路局兩級網(wǎng)管及監(jiān)測系統(tǒng)，包括專業(yè)網(wǎng)管、話務(wù)統(tǒng)計及質(zhì)量分析、接口監(jiān)測、無線頻率監(jiān)測、綜合測試、無線網(wǎng)優(yōu)、運行維護、資源管理、數(shù)據(jù)管理等，便于運行維護。

4 結(jié)束語

鐵路通信網(wǎng)是保證行車安全、提高運輸效率的有力工具，我國鐵路引入現(xiàn)代通信技術(shù)還不久，鐵路運輸生產(chǎn)對鐵路通信要求進一步提高，各種鐵路通信業(yè)務(wù)的發(fā)展對鐵路通信傳輸和交換網(wǎng)絡(luò)提出了更高需求，因此分析鐵路通信現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在的問題，采取相應(yīng)措施不斷予以解決尤為重要，移動網(wǎng)進一步建設(shè)和功能拓展對傳輸網(wǎng)要求也越來越高，我們鐵路人只有不斷思考和努力才能為鐵路通信現(xiàn)代化提高運輸生產(chǎn)效率作出更大貢獻。

[1]劉江浩，丁榮澤，陳輝.中國移動本地傳輸網(wǎng)PTN+OTN組網(wǎng)策略探討 [J].電信網(wǎng)技術(shù).2010（04）.

[2]劉聯(lián)會.漏泄移動通信系統(tǒng)實現(xiàn)方法的研究.現(xiàn)代電子技術(shù).2001.24-26.

[3]鐘章隊.鐵路GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社.2007.

責(zé)任編輯：萬寶安 竇國棟

來稿日期：2015-02-06