低時延高鐵干線光纜的建設與維護模式研究

陶 卓

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

現有光網絡是面向傳統業務，在建設過程中未充分考慮時延要求，已不能滿足時延敏感型業務的需要。在“互聯網+”時代，云業務、電子交易/金融類行業用戶、4K/8K高清及虛擬現實（Virtual Reality，VR）等高吞吐量業務、5G移動網絡承載等業務對時延提出了苛刻的要求。DC間時延過長，同步操作導致性能下降，只能進行異步備份，將嚴重影響用戶體驗。網絡的時延性能越來越重要，時延成為專線業務選擇網絡的關鍵因素[1-3]。

基于光網絡時延構成的量化分析，光纖傳輸時延占據光網絡電路時延的90%以上。對于長途干線傳輸網絡來說，光纖引入的時延占比最大，是優化時延的重中之重。每減少1 km的路由距離，業務雙向傳輸時延將減少10 μs。因此，非常有必要對承載網絡架構和低時延業務需求進行深入分析，從而進一步研究光傳送網絡的低時延優化方案，以更好地滿足業務的需求。

1 與傳統建設模式對比

干線光纜的常規敷設方式為沿高速、國道新建管道或租用高速管孔，或采用直埋、新建架空桿路。若采用租用高速鐵路槽道的方式建設，工程的進度、質量等顯著提高，表1描述了干線光纜線路工程各建設方式的優缺點。

2 高鐵光纜搭建流程

建設流程：正式發函給高鐵產權方提出建設需求→高鐵產權方組織多方對接會→簽訂設計、施工、監理、維護單位意向書→設計單位勘察設計→高鐵產權方組織預會審→設計文件報鐵路局→鐵路局組織會審→通過設計方案，簽發會審紀要→簽訂設計、施工、監理、維護合同→采購甲供材，并送高鐵方認可的第三方檢測中心檢測→施工單位編制施工組織方案報甲方和鐵路方→組織施工→施工驗收→運行。

注意事項：

（1）需把握高鐵的建設時機，一般要求靜態驗收前完成施工，最好跟隨高鐵自有通信光纜同步實施；

（2）工程各參建單位應符合鐵路建設要求；

（3）敷設在高鐵槽道中的光纜需滿足高鐵建設方的技術指標要求，因此光纜采購前需確定光纜技術指標；

（4）高鐵通道占用費參考《關于中國移動通信公司在鐵路用地范圍內設置網絡通信設備的意見》（鐵運〔2008〕184號）。

表1 干線光纜建設方式對比表

3 高鐵光纜敷設要求

高鐵主體部分光纜采用槽道敷設的方式，受槽道尺寸和槽道內其他線纜共存情況的影響，在光纜和接頭材料選擇、預留、接頭固定和OA站選址上都和其他干線光纜的要求有所不同。根據高鐵產權方要求，一般選擇GYTZA53型號的光纜，選擇專用減震的接頭盒，同時在槽道內預留“S”蛇形彎。此外，采用沙袋或槽道接頭盒專用固定支架輔助進行接頭盒的固定。

3.1 高鐵槽道設置

（1）設置于鐵軌兩側，每側均分為強電槽道和弱電槽道，距離鐵軌約2.5 m，弱電槽道寬為350 mm，與強電槽道通過混凝土隔墻分割，隔墻厚度約為40 mm。槽道上方采用高強度輕質復合鋼纖維蓋板覆蓋。

（2）安裝于高鐵高架外側、采用SMC材質的架空封閉槽道，槽道寬度約300 mm，深200 mm。光纜直接敷設于弱電槽道內。

3.2 專用接頭盒

采用高鐵專用的防震接頭盒，防震光纖收容盤用于混凝土槽道內的接頭安裝，避免列車高速運行引起的震動，進而造成接頭盒緊固件松動影響氣密性、光纖熔接部位損耗變大乃至通信中斷。受高鐵槽道空間限制，一般接頭盒最大支持288芯光纜的接續。

3.3 接頭盒固定

使用沙袋或槽道接頭盒專用固定支架輔助固定，對接頭盒位置進行有效固定和保護，防止振動對光纖造成機械損傷。

3.4 光纜預留

因槽道寬度和深度有限，光纜無法在滿足彎曲半徑的情況下做常規預留，預留應使用“S”蛇形彎，不得使用“8”字型。光纜在槽道中應用尼龍扎帶綁扎固定在槽道一側，每500 m預留“S”蛇形彎，預留長度為3～5 m。接頭兩側不少于8 m預留。

3.5 橋梁段光纜引下

橋梁地段光電纜引下應安裝不小于2 mm厚熱鍍鋅鋼槽防護，鋼槽應固定在橋墩上，橋梁引下處設置排水轉彎半徑收容箱，鋼槽內應間隔不大于2 000 mm設置光電纜固定綁扎橫撐，橋墩底部砌筑2 500 mm高沙磚防護圍樁。

4 高鐵OA站設置

4.1 OA站設置思路

常規干線光纜采用縣級核心機房設置光放站，路由距離長，時延大。高鐵干線光纜采用就近設置光放站的方式或租用高鐵機房設OA站，就近設置可大大縮短干線光纜路由長度，有效降低雙向時延。這兩種光放站的設置方案對比如表2所示。

4.2 OA站選取步驟

（1）根據中繼距離畫圈。根據光放站間距要求，每隔80 km在主干路由上選擇一圓點，以10 km為半徑畫一圓圈區域。

表2 OA站設置方式對比表

（2）根據機房級別篩點。在圓圈區域內，篩選出綜合業務接入機房及以上級別的站點作為光放站的備選站點，該備選站點須有獨立自主產權。

（3）根據機房條件選點。對比篩選出的站點，綜合考慮接入距離、路由穩定性、機房面積及機房環境等因素，選取最優的機房作為光放站點。

（4）對選取的機房通過改造，使其達到干線機房的維護要求。

5 高鐵光纜維護模式

5.1 鐵路通信站代維

與路局通信維護站簽訂光纜代維合同，約定維護界面以高鐵引下人手孔為界，高鐵主線由鐵路維護公司代維，引接段由運營商自行維護。鐵路通信維護部門對于鐵路專網光纜的維護內容、標準和周期與干線要求基本一致，公網搭建光纜執行相同的維護標準。

鐵路的維修天窗期為晚上12點至次日4點間，“行車不上道，上道不行車”。天窗不是每天都有，依據年度、季度的檢修計劃安排。鐵路通信班組對于鐵路通信線路、電纜和通信桿路按照大修、中修、維修三個修程進行維護。

大修是根據設備使用期限，為提高通信質量和容量擴充，對相關設備進行全面徹底地整修或更換。通信線路的大修年限為20年。

中修是按照一定周期集中進行的提高通信設備、設施強度與性能的維護工作。鐵路通信線路的中修周期一般為7年，對處于易腐蝕的環境，可酌情縮短中修周期。原則上按區段連續進行。

維修是指按時執行維護計劃，充分利用網管及監測設備，及時發現網絡質量問題和故障隱患；保持設備完好，保證設備性能及功能符合指標要求。維修包括日常檢修、集中檢修和重點整修。

5.2 各地市主動維護

高鐵光纜須著重做好備纖測試，做好故障的主動預防，同時對于高鐵光纜出現纖芯中斷的故障，應急預案可考慮如下。（1）對于個別纖芯故障，通過高鐵光纜中其他正常纖芯進行應急調度，同時敦促代維單位按合同條款，盡快完成故障點搶修。（2）對于所有纖芯故障，通過其他路由光纜進行應急調度，同時敦促代維單位按合同條款，盡快完成故障點搶修。

6 高鐵光纜優勢

6.1 高鐵光纜降低時延

高鐵與高速、國道相比，路由最為短捷，并通過就近設置OA站，大大縮短了光纜長度，降低了光纖引入的時延。表3為高鐵光纜較常規方式敷設長度對比表。

表3 高鐵光纜較常規方式敷設長度對比表

從表3可看出，高鐵光纜較高速光纜縮短約11%的光纜長度。

6.2 高鐵敷設縮短工期

以某項目為例，利用高鐵槽道265 km搭建干線光纜，光纜于2011年5月20日敷設，同年6月25日完工，而正常情況下265 km的自建管道光纜工程一般至少需要2年才能完成。與高速相比，高鐵光纜縮短了協調周期，租用高鐵槽道節約了新建管道所需的大量工期。

6.3 高鐵敷設節省維護費用

高鐵光纜采用鐵路統一代維，同時，高鐵的高可靠性，節省了大量搶修、巡線、看護及光纜遷改等成本。

7 結 論

高鐵光纜須嚴格做好備纖測試，做好數據比對，發現問題及時分析、處理。受高鐵施工天窗限制（晚12點至早4點），高鐵光纜的維護時限不能滿足目前運營商的干線維護要求，可能會出現無法及時修復故障的情況，需提前準備纖芯調度預案。

利用高鐵設施敷設干線光纜的機會稍縱即逝，受高鐵安全管控要求，在已投產高鐵上敷設光纜的可能性基本上不存在，光纜必須隨高鐵施工同步敷設。

高鐵光纜必須從指定橋墩引下，因此中繼站和引接路由的選擇可能會受一定限制。目前，高鐵路由周邊城市較為發達，可選站點較多，因此影響有限。

高鐵槽道作為一種新的干線光纜建設方式，在做好減震技術設計的同時，結合維護要求，與鐵路信號維護單位簽訂代維協議，是一種相對理想的建設方案。