基于集通鐵路電氣化改造的傳輸系統組網分析

李慧娟

(中鐵電氣化局集團有限公司設計研究院，北京 100166)

1 概述

集通鐵路是一條東西向的鐵路干線，全線共37個車站，橫穿內蒙古自治區13 個旗縣，是一條集貨運、客運為一體的重要鐵路干線。傳輸系統作為一個承載網絡，不僅要為通信子系統：數據網、接入網、綜合視頻、調度系統等提供相應主、備通道，還要為電力專業、信號專業、車輛專業等提供電力遠動、牽引變遠動、道岔缺口監測、信號CTC、紅外軸溫等業務主、備通道。因此，傳輸系統在鐵路系統中占有舉足輕重的位置，其組網方式直接或間接影響其他通信子系統的組網方式及其他專業的業務通道組網方式等。由于集通電氣化改造工程涉及既有傳輸設備利舊等問題。因此，傳輸系統的組網方式要考慮既有傳輸設備的組網方式及既有傳輸設備的板卡應用情況等，從而保證全網互聯互通。

2 集通線既有傳輸系統概況

目前，集通線全線設有一條24 芯光纜、一條18 芯光纜，敷設方式分別采用直埋和架空方式；傳輸系統分為2 層，分別為骨干（匯聚）層和接入層。骨干（匯聚）層由 SDH 2.5 Gbit/s 傳輸系統組網，接入層由2.5 Gbit/s、622 Mbit/s 及155 Mbit/s傳輸系統組網。與本工程相關的為骨干（匯聚）層SDH 2.5 Gbit/s 系統，設備型號為華為OSN 3500。骨干（匯聚）層的組網方式采用24 芯光纜中的2 芯構成1+1 線路保護。既有2.5 G 傳輸設備FE（e）、FE（o）接口剩余量少且可擴容板卡槽位較少，不易擴容。既有2.5 G 傳輸通道剩余量不足30%。

3 集通線傳輸系統組網分析

3.1 業務需求

根據各個專業的提資需求，典型業務需求如下。

牽引變遠動：所亭或信號樓內接觸網開關控制屏的通信接口均采用FE(e)口，區間獨立網開關控制站控制屏的通信接口均采用FE(o)口。區間環內的牽引變遠動業務通過傳輸設備傳送至車站數據網，再通過數據網上傳至呼和局調度所供電系統配套機房，共一主一備兩路通道，每路傳輸速率為2 Mbit/s。

電力遠動：全線電力遠動信息分別納入既有正鑲白旗（錫林浩特）及大板綜合維修段電力調度主站。電力遠動業務通道采用鐵路通信數據網承載以太網總線方式，一主一備共兩路，每路傳輸速率為10 Mbit/s，電路掛接被控站數量不大于10 個。

接入網：全線新建車站、牽引變電所、10 kV配電所等新設一套NU 設備，每個NU 設備通過兩個E1 接口接入傳輸系統，通過傳輸系統就近接入既有LT 設備，實現一主一備兩個通道，每路傳輸速率為2 Mbit/s。

信號CTC：通過FE（o）口接入傳輸設備，通過傳輸設備傳送至信號CTC 總機，實現主、備通道，傳輸速率為2 Mbit/s。

通過以上典型業務需求分析，可以看出傳輸系統承載的各業務接口及通道需求均會影響傳輸系統的組網方式。

3.2 傳輸系統組網方式

為加強傳輸組網安全性和新增系統及業務通道帶寬需求，全線新設10 G 傳輸設備，構建骨干—匯聚— 接入3 層組網方式；為滿足電氣化改造要求，全線區間新設牽引變電所、分區所、10 kV 配電所等所亭及622 M 傳輸設備，構建區間電牽環。以賁蒙段和大哲段為例，根據骨干網的組建位置不同及區間電牽環的環網方式不同，共提出3 種組網方式。

1）基于通信站構建骨干網的傳輸組網

在各通信站新設SDH 10 Gbit/s 傳輸設備（例：賁紅通信站、化德通信站、正鑲白旗通信站），如無通信站，則設置在主要車站，構建基于通信站的骨干傳輸網。組網保護方式利用本次新設48 芯光纜和既有光纜中的各2 芯構建（1+1）線路保護。根據新建牽引變電所、分區兼開閉所、綜合維修車間等業務需求及類型，可與既有2.5 G 設備構建接入層區間電牽環，組網保護方式選用二纖雙向復用段保護。如圖1 所示。

2）基于車站構建骨干網的傳輸組網

在各主要車站新設SDH 10 Gbit/s 傳輸設備（例：賁紅、化德、正鑲白旗），構建基于車站的骨干傳輸網。組網保護方式為（1+1）線路保護；區間電牽環的組網方式及保護方式保持不變。如圖2所示。

3）基于10 G 傳輸設備構建區間電牽環的傳輸組網

骨干網的組網及保護方式與基于通信站構建骨干網的組網方式一致。新建牽引變電所、分區兼開閉所、綜合維修車間等利用本次新設48 芯光纜和既有光纜中的各2 芯與新設10 G 傳輸設備構建區間電牽環，組網保護方式為二纖雙向復用段保護。如圖3 所示。

3.3 組網技術分析

已知傳輸系統的組網保護方式可以分為線路保護和環形保護；環形保護又根據業務倒換方式、節點間光纖數量、分路節點返回的支路方向等因素分為二纖單向通道保護環、二纖雙向復用段保護環、四纖雙向復用段保護環等。

1）從網絡業務容量角度分析

圖1 傳輸組網示意圖（基于通信站構建骨干網）Fig.1 Schematic diagram of transmission networking (backbone network built on the basis of communication stations

圖2 傳輸組網示意圖（基于車站構建骨干網）Fig.2 Schematic diagram of transmission networking (backbone network built on the basis of train stations

圖3 傳輸組網示意圖（基于10 G傳輸設備構建電牽環）Fig.3 Schematic diagram of transmission networking (electric traction loop built on the basis of 10G transmission equipment

集通線新設電牽環節點數4 ≤K ≤9，若采用二纖單向通道保護或二纖單向復用段保護，其業務容量等于節點處的系統容量 ；雙向通道保護的最大業務容量=環中節點數×節點處的系統容量，因為二纖雙向復用段保護環傳遞業務信息時只占用環中的一半時隙通道，因此，如果采用二纖雙向復用段保護環，業務容量如果采用四纖雙向復用段保護環，業務容量=4×STM-4～9×STM-4。由以上數據可知，四纖雙向復用段保護環的業務容量 > 二纖雙向復用段保護業務容量 > 二纖單向保護環業務容量。

2）從業務容量對應的成本角度分析

首先，從光纖數量、STM-4 接口數量考慮，四纖環的成本都要高于二纖環的成本；其次，從綜合角度考慮，當業務為集中型業務（例如匯聚層、骨干層），且業務容量不太多時，通道保護環成本最低，其次為二纖復用段保護環，最后為四纖復用段保護環；當業務為均勻型業務，且傳輸容量較小時，二纖復用段保護環成本最低，其次為四纖復用段保護，最后為二纖通道保護環。如圖4 所示。根據各專業的業務需求，集通線區間電牽環的業務量小于155 Mbit/s，因此，二纖復用段保護環的成本最低。

圖4 集中型及均勻型業務容量成本比較Fig.4 Comparison between the costs of centralized and distributed services

3）從保護時間及應用靈活性角度分析

已知，線路保護和通道保護時間最短，一般小于30 ms；二或四纖復用段保護時間一般為50 ms。從基本容量單位角度（VC12、VC3、VC4），通道保護倒換最靈活，但不適用于復雜的網絡拓撲結構。而二纖復用段與四纖復用段保護相比較，二纖復用段保護更為靈活。

已知骨干網10 G 傳輸設備不具備環網條件，但具備不同路徑、兩條光纜的條件，且線路保護恢復時間較快，適用于集中型業務。因此，骨干層10 G 傳輸設備采用（1+1）線路保護方式組網。由以上1）、2）、3）點綜合分析，區間電牽環的網保護方式宜采用二纖雙向復用段保護。

3.4 業務需求及傳輸路徑分析

由3.1 節可知，區間牽引變遠動、電力遠動等業務，需要利用傳輸系統接入車站數據網，再將業務傳送至各系統調度中心。FE（o）、FE（e）接口需求量大，通道帶寬需求量多。因此，接口數量、通道帶寬等業務需求及傳輸路徑對傳輸系統的組網具有一定的影響。

1）基于通信站構建骨干網的傳輸組網

首先，10 G 傳輸設備設置在通信站，48 芯光纜在通信站成端，傳輸節點較少，光纖損耗小，業務傳輸功率大。其次，10 G 傳輸設備利于維護。最后，區間業務通過2 根12 芯地區光纜將信息傳送至車站數據網可避免2.5 G 系統通道帶寬不足的缺點。業務流及路徑如圖5 所示。但既有2.5 G 設備存在FE（e）、FE（o）接口剩余量少、可擴容板卡槽位較少、不易擴容等缺點。

2）基于車站構建骨干網的傳輸組網

圖5 基于通信站構建傳輸組網業務流及路徑示意圖Fig.5 Flowchart of transmission networking built on the basis of

圖6 基于車站構建傳輸組網業務流及路徑示意圖Fig.6 Flowchart of transmission networking built on the basis of train stations

首先，如圖6 所示，由業務流及路徑可知，牽引變遠動等業務至數據網不需要敷設12 芯地區電纜，可減少人工及材料成本。其次，骨干網設置在車站，有利于車站匯聚路由器至10 G 傳輸設備業務之間的傳輸。但也存在一些缺點，例如：牽引變遠動等業務至數據網需要占用既有2.5 G 至622 M設備之間的通道，路徑迂回且既有通道帶寬剩余不足；既有622 M 設備FE（e）、FE（o）接口剩余量少、可擴容板卡槽位較少，不易擴容；10 G 設備不利于維護等。

3）基于10 G 傳輸設備構建區間電牽環的傳輸組網

基于10 G 傳輸設備構建區間電牽環可以有效避免傳輸通道不足、傳輸設備板卡無法擴容等問題；且設備選擇性較大，無需考慮既有設備型號、規格等；各通信子系統組網方式更靈活。但是，10 G 傳輸設備為骨干層，常用于傳輸數據網等大顆粒業務，調度、接入網等小顆粒業務不直接接入骨干層。

綜上所述，基于通信站構建骨干網的傳輸組網方式更利于實現，更優化。

4 結束語

隨著通信網業務的不斷擴展，各種業務的帶寬需求逐漸增大，由OTN 技術衍生的OTN 交換技術、MS-OTN 等技術將逐漸取代傳統SDH 傳輸技術；隨著“兩網融合”的全面實施，越來越多的業務轉到數據網上承載，IP 化也已經成為鐵路業務傳輸的趨勢之一。