西安鐵路樞紐通信骨干傳輸網的建設研究

蹇　峽

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安　710043)

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西安鐵路樞紐通信骨干傳輸網的建設研究

蹇峽

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安710043)

根據西安鐵路樞紐通信網絡存在的問題分析，結合通信傳輸技術的發展，確立采用OTN技術搭建樞紐骨干傳輸網。通過分析樞紐內的傳輸系統容量，確定了骨干網的系統規模。結合樞紐現狀確定骨干節點設置，根據傳輸業務內容確定保護方式、波道分配。調查既有光纜資源，明確統光纖運用，構建起西安樞紐的骨干傳輸網，改善了樞紐內的傳輸條件，提高了通信網運行的可靠性。

鐵路樞紐；OTN；保護方式；波道；資源

1　概述

西安鐵路局地處全國路網中心地帶，現有隴海、寧西、寶中、寶成、西康等20余條營業線，線路覆蓋陜西全省，輻射甘肅、寧夏、內蒙古、山西等8個省區市，是承東啟西、連接南北的咽喉要道，在全國鐵路網中具有十分重要的戰略地位。

隨著鄭西客專、西寶客專、大西客專、西平線、西康二線的開通運營，以及西成客專、寧西、侯西線改建工程的快速建設和銀西線、西銅城際的規劃引入后，西安鐵路樞紐將逐步成為銜接4條客運專線、8條干線、1條支線、6條城際鐵路的大型環形鐵路樞紐[1-5]，見圖1。

圖1　西安鐵路樞紐總布置

2　西安鐵路樞紐通信現狀[6-9]

西安鐵路樞紐內，現有新豐鎮、渭南北、張橋、閻良、茂陵、西安北站、灞橋、西安南郊等多個通信匯聚點，其中，東端新豐鎮站匯入了寧西線，渭南北站匯入了鄭西客專和大西客專；張橋站匯入了包西線和候西線；咸銅線經閻良引入肖家村；茂陵站匯入了西平線和貨北環；西寶客專由咸陽西站引入西安北；西成客專由阿房宮站引入西安北；西康線由灞橋引入西安。

然而，樞紐內各通信匯聚點之間僅依靠各條鐵路線的傳輸網絡，沒有專用傳輸網絡，傳輸帶寬受制于鐵路線的傳輸帶寬，無法體現通信匯聚點的作用，跨局業務多數要經過骨干傳輸網迂回，無法滿足鐵路樞紐內通信網絡的帶寬要求。既有傳輸設備基于傳輸容量飽和、設備老化、維護備件匱乏、不支持網絡擴展等因素，已不能滿足通信業務發展的需要。

西安南郊通信樓作為西安局傳統的通信樞紐，匯入了多條普速及客專線路的傳輸系統，同時還是鐵路骨干傳輸網西北環的重要節點，但是南郊通信樓的局通信樞紐作用正在逐步弱化。隨著西安鐵路樞紐的建設和全路骨干傳輸網的改造，西安局將逐步建成西安局調度所和西安北站的局內通信雙中心，局內各條鐵路的傳輸網絡通過樞紐內各匯聚點分別引入西安局調度所和西安北站。然而樞紐內的傳輸網絡存在著多種問題。

(1)光纜資源不足。光纜覆蓋面不夠，容量不足。特別是樞紐內骨干光纜線路資源非常緊張，如西安局調度所至西安北站、樞紐內其他節點匯至南郊通信樓等光纜數量少、容量小。各條線引入到調度所時，光纜容量及其物理通道往往成為瓶頸。

(2)傳輸系統容量小。樞紐內沒有局干傳輸系統，客專匯聚層傳輸系統為10 G系統，普速鐵路匯聚層傳輸系統多為2.5 G系統。各條鐵路線引入時，多為就近接引，通道受限，在骨干傳輸系統的覆蓋面和迂回保護能力上還遠遠不夠。

(3)網絡結構、層次不清。各線僅局限于本工程的引入，通信網絡功能得不到應有的發揮，業務調度不靈活。由于缺少規劃，使得部分設備、網絡資源重復建設；或者利用既有的通信線路或設備，使得資源更加緊張。

3　傳輸技術選擇

面對大量的新業務增長，鐵路樞紐對傳輸網絡的高帶寬和大顆粒通道的需求持續增加，新增的業務要求網絡可以進行快速靈活的配置和調度，對網絡保護及安全性、可靠性要求不斷提高。目前主流的光傳送網技術可以分為3類：基于時分復用的光傳輸技術，如SDH和MSTP；基于包交換的PTN傳送技術；基于波分復用的光傳送技術，如DWDM和OTN。其中OTN技術憑借智能光交換功能、大顆粒帶寬復用、維護管理便捷、組網靈活等優勢，成為當前通信骨干傳送網的主流技術。OTN既符合通信網絡發展的趨勢，又能滿足鐵路通信網的特點，同時為將來OTN網絡預留加載ASON智能控制平面的能力，為光傳送網全面智能化打下基礎[8]。

采用OTN技術搭建西安鐵路樞紐的骨干傳輸網絡后，樞紐骨干傳輸網主要完成以下功能。

(1)實現樞紐內主要通信節點之間大容量通道的連接，滿足西安局內各鐵路線匯入西安局調度所和西安北站的通道需求。

(2)結合局內的骨干傳輸網和相鄰路局間的光纜資源，構建西安局至相鄰路局間的干線傳輸通道。

(3)與鐵路骨干層傳輸網相結合，為大顆粒業務傳送提供迂回和保護通道。

4　系統容量分析

樞紐骨干傳輸網絡所承載的業務主要包括3類：局內通信業務通道，包括傳輸系統和數據通信網的匯聚通道，電話、調度、GSM-R、應急、會議及視頻監控等系統業務；局內其他業務通道，包括運營調度系統、票務系統、公安管理信息系統及與運輸安全關系密切的其他信息系統；跨局業務通道和骨干網的迂回保護通道[10]。

(1)局內通信業務通道

各鐵路線傳輸系統匯至樞紐的業務，包括IP業務和TDM業務。其中IP業務容量巨大，承載了綜合視頻監控統、會議電視、動環監控等多個系統，還承載了西安局數據網區域網絡匯聚節點至核心節點的通道，同時分擔相鄰路局至西安大區節點的互聯通道，主要業務通道為GE。TDM業務包括西安局內所有的站點，通過樞紐內匯集點匯入局調度所和西安北站的調度通信、應急通信、電話業務、GSM-R業務等，大部分業務通道需求為2 Mb/s顆粒。考慮到既有傳輸系統中的倒接業務與新規劃業務網中業務的整合，計算匯總后，局內通信業務通道共計占用帶寬約4個10 Gb/s。

(2)局內其他業務通道

局內其他業務包括由傳輸系統承載的專用通道業務，如CTC、微機監測系統、運營調度系統、票務系統、公安管理信息系統等；以及數據網承載的數據業務通道，如SCADA、旅客服務信息系統、其他與生產相關的信息系統。考慮到傳輸系統承載的通道容量已納入局內業務通道匯總，局內其他通信業務通道預計占用帶寬約1個10 Gb/s。

(3)跨局業務通道和骨干網的迂回保護通道

目前新建鐵路一般采用10 Gb/s(+2.5 Gb/s)+622 Mb/s多層網絡，局骨干網若為跨局業務通道和局內線路傳輸系統提供不同徑路的迂回保護通道最多為n個10 Gb/s。

5　系統方案研究[12-15]

(1)節點設置

西安局樞紐骨干傳輸網設備設置地點主要考慮3個因素：①設置地點之間、設置點與路局調度所間有大顆粒通道傳送的需要，同時設置地點有大顆粒業務落地的需要，如西安局數據網匯聚節點所在地；②設備設置地點應能滿足附近鐵路線匯入樞紐的需要；③設置地點之間、設置點與路局調度所間有足夠的光纜資源。

綜合上述因素，西安樞紐內設置五處節點設備，即西安局調度所、西安北站、新豐鎮、閻良和茂陵。其中西安局調度所和西安北站作為西安局通信雙中心，同時西安北站還兼做客運專線的通信通道匯集點；新豐鎮用于匯集隴海線東段、包西線和寧西線的通信通道；閻良用于匯集咸銅線、候西線的通信通道；茂陵用于匯集隴海線西段、西平線和貨北環的通信通道。

(2)系統容量

根據前面的系統容量分析，西安鐵路樞紐內骨干傳輸網業務的總容量約為8個10 G。目前市場上主流的OTN系統容量為40×40 G系統及40×10 G系統，由于10 G系統對光纜線路的色散容限要求比40 G系統低，雖然40 G系統可采用不同的編碼方案，但技術相對復雜，成本偏高。結合西安鐵路樞紐骨干傳輸網的實際需求，綜合考慮工程造價及后期系統擴容的可能性，西安鐵路樞紐骨干傳輸網絡采用40×10 G系統。

(3)系統保護

OTN系統的保護分為設備級保護和網絡級保護，本次將同時采用兩種保護方式，以提高西安鐵路樞紐骨干傳輸網絡的可靠性。

系統采用的設備級保護主要為板件級保護，即指單個板件失效后，備用板件即可投入工作，從而不中斷業務。所有OTN網元均采用板件級保護，關鍵板件(如主控板、交叉板、電源板等)采用1+1熱備。

考慮西安北站—西安局調度所段骨干傳輸網絡的重要性，該段利用不同徑路的兩條光纜作光線路1+1保護，在光傳輸段雙發選收，實現相鄰站點間的光纖保護，對相鄰站點間的光纖進行保護。

對于骨干傳輸網絡中的MSTP的業務，由于MSTP系統本身按自愈環方式組網，利用MSTP自身的保護機制進行保護，本次對MSTP業務波道不作ODUk SNCP保護。對骨干傳輸網絡承載的IP業務波道采用ODUk SNCP保護[11]。

(4)波道分配

系統波道分配按以下原則進行：根據TDM業務和IP業務采取的保護方式的不同，TDM業務和IP業務分別分配在不同的波道。并且考慮預留沿線各條鐵路的骨干中繼SDH系統保護波道、相鄰OTN環的保護波道及穿透波道、預留維修倒接用的波道。OTN系統近期開通12個10G波道，其中6個波道用于傳送SDH業務，6個波道用于傳送IP數據業務。

(5)設備配置

考慮西安樞紐骨干傳輸網絡的實際需求，西安北和閻良設置二維OADM設備；由于茂陵也是西安局西寶陽安骨干傳輸環上的節點，茂陵設置四維OADM設備；新豐鎮同時與華山開通OTN系統，新豐鎮設置四維OADM設備；西安局調度所作為西安局通信樞紐，設置六維OADM設備。

系統采用具備電交叉能力的OTN設備，采用支線路分離的體系架構，要求能夠支持ODU0、ODU1、ODU2、ODU2e、ODU3、ODU4、ODUflex信號的交叉調度，單波可支持2.5Gb/s、10Gb/s、40Gb/s、100Gb/s等速率，支持標準的G.709接口的FEC。西安局調度所OADM設備要求支持單子架3.2T或以上電交叉容量，其余站點要求支持單子架1.6T或以上電交叉容量。

(6)線路資源

由于西安鐵路局通信網改造工程在局內主干線路上均敷設有48芯光纜，利用新設光纜光纖及既有纜置換的光纖，能滿足西安樞紐骨干傳輸網的光纜線路資源需求，見表1。

表1　西安樞紐骨干傳輸網的光纜線路資源情況分析

(7)西安鐵路樞紐骨干傳輸網絡結構(圖2)

圖2　西安鐵路樞紐骨干傳輸網絡結構

6　結語

通過對西安鐵路樞紐通信現狀的研究分析，找到了樞紐傳輸系統的不足，采用OTN技術構建西安樞紐的骨干傳輸網絡，改善了樞紐內的傳輸條件，優化了樞紐傳輸網的組網結構，提高了通信網運行的可靠性。隨著鐵路通信業務的不斷發展，各種業務需求、帶寬及可靠性也在不斷變化，“十三五”期間，全路通信基礎網改造陸續完成，西南環、西北環等骨干網的改造逐步實施，必須推進樞紐通信傳輸網與五大骨干環網的互聯與整合，以保證為鐵路安全運營提供更可靠的優質服務。

[1]劉海芳.銀西線引入西安樞紐貨運系統方案研究[J].鐵道標準設計，2015，59(3)：17-21.

[2]李婧.銀西線引入西安鐵路樞紐方案研究[J].鐵道標準設計，2014，58(2)：37-42.

[3]中鐵第一勘察設計院集團有限公司.銀川至西安線初步設計報告[R].西安：中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2015.

[4]馬紅偉.西安鐵路樞紐貨運第二雙線規劃方案研究[J].鐵道貨運，2013(8)：5-9.

[5]中鐵第一勘察設計院集團有限公司.西安綜合交通樞紐總體規劃研究[R].西安：中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2012.

[6]中華人民共和國鐵道部.鐵運[2013]10號“十二五”鐵路通信網規劃[Z].北京：中華人民共和國鐵道部，2013.

[7]中國鐵路總公司.TG/01—2014鐵路技術管理規程(高速鐵路部分)[S].北京：中國鐵道出版社，2014.

[8]中鐵第一勘察設計院集團有限公司.西安鐵路局鐵路通信基礎網絡改造項目可行性研究報告[R].西安：中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2014.

[9]中鐵第一勘察設計院集團有限公司.西安鐵路局鐵路通信網規劃研究報告[R].西安：中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2014.

[10]余超.OTN技術在成都鐵路局骨干傳輸網改造中的應用[J].中國鐵路，2013(6)：85-88.

[11]張健，金立坪，王國雨，等.鐵路京滬穗骨干傳送網方案研究[J].鐵道通信信號，2014(6)：55-60.

[12]王國雨.鐵路OTN系統保護方案研究[J].鐵道通信信號，2015(2)：68-72.

[13]朱成波.OTN在專用傳輸網干線波分網的運用方式[J].中國鐵路，2011(7)：61-64.

[14]國家鐵路局.TB10621—2014高速鐵路設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2015.

[15]中國鐵路總公司.鐵總建設[2014]62號鐵路通信線路、傳輸及接入網設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2014.

Research on Backbone Communication Transmission Network Construction of Xi’an Railway Hub

JIAN Xia

(China Railway First Surveying and Design Institute Group Ltd.，Xi’an 710043，China)

According to the problems existing in the Xi’an Railway Hub of communication network analysis and based on the development of the communication transmission technology，it is determined to use OTN technology to establish the hub backbone transmission network.Through the analysis of the transmission system capacity within the hub，the size of the backbone system is defined.In combination with the node setting of the hub status and according to the transmission business content，the protection method and the channel allocation are finalized.The survey of the cable resources and the identification of optical fiber system application serve to build up the hub of Xi’an backbone transmission network，and improve the transmission within the hub and the reliability of communication network operation.

Railway hub; OTN; Protect method; Channel; Resource

2016-03-03；

2016-04-07

蹇峽(1977—)，男，高級工程師，1999年畢業于蘭州交通大學通信工程專業，E-mail：jxtx@163.com。

1004-2954(2016)10-0122-04

U285

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.10.027