兰州铁路局干线传输网规划设计
通信工程 201109625 刘雪峰
指导教师 冯晶晶（副教授）
摘 要：随着现代化铁路的迅速发展，铁路通信已经成为铁路信息化、调度智能化、管理自动化的重要保障。铁路传输网承载铁路各种专用业务，为铁路运输实时、准确的传输处理各种信息，铁路运输的质量和安全也随之不断提高。但既有的传输系统普遍存在系统容量不够、保护措施不完善、通道资源紧张、端口不足等现象，这种现状已经不能满足通信网接续的灵活性和可靠性要求，对铁路通信的持续发展产生了重大的影响。本文从网络结构、网络保护、时钟同步等方面对兰州铁路局干线传输网进行了优化设计。
关键词：铁路通信，传输网，光传送网
1 绪论
1.1 兰州铁路局既有干线传输网
1.1.1 既有的汇聚层传输网
汇聚层传输网主要由铁路局局干传输网和客运专线、高速铁路、新建铁路线本线局干传输系统组成，主要是2.5Gbit/s SDH传输系统，传输网主要是按一线一网建设。既有组网径路一般选择既有铁路线光缆和沿线通信机房。
1.1.2 接入层传输网
铁路局已有接入层传输网是由局管范围内沿线各车站、各个区间业务节点的接入层传输系统和沿线所设核心地区、站场接入层传输系统构成，一般为155Mbit/s、622Mbit/s SDH传输系统。既有组网径路一般选择既有铁路线光缆和沿线通信机房。
1.2 结论
传统的传输网通过波分+SDH 方式建设，资源消耗大，成本高，并且维护复杂。由于技术和资金等各方面因素限制，导致汇聚层和接入层传输系统的系统容量、组网方式、汇聚接入能力、业务类型等都受到了极大影响，导致系统业务汇聚接入能力不平衡，部分线路存在系统容量不足，不能高效、安全的承载快速发展的铁路业务。要进一步对局管内光传输网进行规划设计，完善各层网络功能，提高光传输网传输效率和资源利用率，为铁路各类专用业务提供一个更加完善、高效、安全的传输通道。
2 兰州铁路局干线传输网规划设计
2.1 铁路信息化业务需求及容量预测
铁路传输网主要为通信各子系统、信号、电力供电、牵引供电、信息、防灾等专业提供承载信道，是保证铁路运行所必须的信息承载网络。根据各专业系统及汇聚层承载业务分析，汇聚层各业务通道需求和预测见表1。
表1 汇聚层业务需求及预测
序号 |
业务类别 |
需求带宽 |
预测带宽 |
序号 |
业务类别 |
需求带宽 |
预测带宽 |
|
1 |
IP 数据通信网 |
155M 及以上 |
10×155M |
6 |
同步及时间分配系统 |
2M |
2×2M |
|
2 |
数调通信系统 |
2M |
20×2M |
7 |
行调、供电调 |
2M |
5×2M |
|
3 |
应急通信系统 |
2M |
10×2M |
8 |
票务系统 |
2M～10M |
15×2M |
|
4 |
GSM-R 网络 |
2M |
100×2M |
9 |
公安管理系统 |
2M |
5×2M |
|
5 |
综合网管系统 |
2M |
10×2M |
10 |
其他 |
2M |
50×2M |
|
根据汇聚层的业务分析及容量预测，并考虑到对接入层进行通道保护预留和新建客专业务对传输系统的要求，兰州铁路局汇聚层传输网采用OTN+SDH进行组网，建设40波*10G传输系统，提供较长距离、大数据包业务汇聚传送及高可靠性的业务传送能力。汇聚层OTN光层主要为电层SDH系统提供到路局的直达路由，并可为汇聚层SDH提供基于波长的保护。
2.2 局干层传输网规划设计
2.2.1 建设原则
兰州铁路局干线传输网规划设计在充分利用既有传输系统的基础上，进行相应的扩容，充分考虑未来业务发展的需求，构建高速率、大带宽、高可靠的局内骨干传送网，实现新建网络与既有网络的合理连接，满足各种通信网络建设的带宽需求。
2.2.2 网络构成
OTN业务节点设置在各铁路线交叉点等重要节点上，并通过路局内铁路沿线光纤连接，采用环状网的方式组成本局局干网络。各铁路线至路局调度中心均存在多条不同路由的业务路径，每条铁路线均有至少一条不同路由的迂回保护通路，形成 OTN 网络的环形迂回保护，具体局干网构成如图1所示，图中所有节点都为OTN节点，各个节点之间采用四芯光纤进行连接，组成环状网络。
对于局管内具体铁路线路的传输系统网络结构，以兰新高铁为例，具体结构如图2所示。
图1 兰州铁路局局干网络规划示意图 图2 兰新高铁传输系统网络结构示意图
2.2.3 系统保护
在利用已有光纤资源进行组网时，汇聚层传输系统分别利用铁路两侧光缆中的4芯光线进行组网；每个接入层2纤自愈环也分别利用铁路两侧光缆中的2芯光纤进行组网。即调度2芯上行光纤资源，再调度2芯下行光纤资源，其中上行的2芯光纤用来组建主用传输系统，下行的2芯光纤用来组建备用传输系统。这样当上行光缆发生故障中断时，业务会自动倒换至下行2芯光纤，保证系统承载的业务不受影响。OTN层对于IP数据网业务，采用ODU-k共享保护实现对子波长业务的保护；对于其他业务，采用OCH共享环保护或光通道保护，构成四纤双向复用段保护环，对重要业务可增加ODU-k层的SNCP保护。SDH层构成四纤双向复用段保护环实现对汇聚及接入层业务保护。
2.2.4 设备类型的选择
设备选型主要从设备制式、波道数量、波道系统速率及性能技术指标等方面考虑。系统所用设备电层具备电层的波长级电交叉功能；同时，具备ROADM光交叉能力。由于光缆大部分是G.652光纤，且根据业务需求，选定波道的系统速率为10Gbit/s。由于目前局干传输SDH系统多为2.5G/10G，为了使未来局干网管理更加灵活、易于扩展、满足铁路发展需要，局干层OTN环的系统容量选择40波*10G。设计中所选用的设备应具有较高的可靠性，关键部件采用备用和冗余方式以提高网络的可靠性。
2.2.5 与既有传输系统连接
在兰州铁路局局管枢纽中，大部分通信站点和既有传输系统节点机房不在同一处所，因此，新旧网络互连时，可以采用既有SDH系统作为OTN网络的SDH层面，OTN仅承担线路直接传送，即既有传输系统所承载的各SDH系统以线路侧（通过光纤）独立接入到OTN设备中，维持既有的SDH网络结构，局干OTN仅提供波长连接，局干SDH提供电交叉功能，从而实现和既有传输系统业务的连接。
2.3 接入层网络设计方案
2.3.1 建设原则
根据目前各应用系统和铁路专用通信业务的使用情况及未来发展的要求，接入层传输系统应该具有多样性、高可靠性、专用性、不均衡性，铁路接入层传输系统需构建一个宽带的、综合的、高可靠性的承载平台，以满足铁路业务的要求。
2.3.2 网络结构
接入层传输系统网络结构主要是环形网、链型网；接入层传输节点设置选取所有区间有业务接入需求的节点，以及车站节点为接入层传输系统节点。
接入层可由 N 个区间接入环组成，带宽应能达到622M 。在设有 GSM-R 的铁路区段，接入环分为奇数基站环、偶数基站环和信号电牵环。每个环利用4 芯光纤组建复用段保护或者通道保护的传输系统。具体规划如图3所示。
图3 接入层传输系统组网示意图
2.3.3 保护方式
接入层传输系统（MSTP系统）保护可由接入层本系统采用通道或复用段保护，也可由本线的汇聚层传输系统提供重要业务的路径保护。当汇聚型业务为主时，接入层采用通道保护，当节点间业务较多时，接入层采用复用段保护。
3 干线传输网时钟同步网方案设计
兰州铁路局干线传输网时钟同步采用主从同步方式，利用路局时钟同步网在路局设置的外时钟源作为路局汇聚层的主同步时钟源，备用时钟源引自最近的相邻局外时钟源。时钟同步链路采用主用同步链路和备用同步链路。主用同步链路和备用同步链路的接引外部参考定时源采用不同节点的时钟同步网设备，主用同步链路和备用同步链路的传送方向不能同向。
3.1 汇聚层传输网时钟同步方案
汇聚层传输网采用分段主从同步方式，从本线最高等级的时钟同步网设备引接所需的主用时钟源信号，从相邻时钟同步网引接备用时钟源信号。时钟源从铁路局PRC或LPR基准时钟源接引。全线采用1个主用时钟源和1个备用时钟源。如图4所示。
3.2 接入层传输网时钟同步方案
接入层传输网采用分段主从同步方式。接入层传输设备从同节点的时钟同步网设备引接所需的主用时钟源信号，或从同节点的骨干层/汇聚层传输设备光接口的线路信号或时钟输出接口提取同步时钟源信号，如图5所示。
图4 汇聚层传输网时钟同步方案示意图 图5 接入层传输网时钟同步方案示意图
4 总结
本论文所做的主要工作有：
1）研究了光传输网（OTN）技术的特点及优势；
2）分析了兰州铁路局既有干线传输网的应用现状和存在的不足；
3）对各类铁路专用业务进行需求分析和预测，确定了传输网规划设计方案；
4）根据兰州铁路局实际需要，完成了兰州铁路局干线传输网设计。
参考文献
[1] 杨永东.铁路通信传输网络的保护措施[J].铁路技术创新,2014,(1):79-81.
[2] 郑延东.DWDM在光纤传输系统中的应用[J].科技信息,2011,(3):80—82.
[3] 于莉.浅谈兰州铁路局通信传输网络规划的必要性[J].甘肃科技纵横,2013,42(7):9-10.
The Planning and Design of Lanzhou Railway Bureau
Trunk Transmission Network
Communication Engineering 201109625 Liuxuefeng
Instructor Fengjingjing(Associate Professor)
Abstract:With the rapid development of modern railway, the railway communication has become the important guarantee of railway informatization, intelligent scheduling and management automation. Railway transmission network bearing railway all kinds of special business, and for the real-time and accurate transmission of railway transportation to deal with all kinds of information, the quality and safety of railway transportation has been increasing. But the system capacity of existing transmission system is not enough widespread, imperfect protection measures, the phenomenon such as stress and lack of port channel resources, the status quo has can not meet the requirement of the flexibility and reliability of the communication network in place, to the continuous development of railway communication has a significant influence. In this paper, the optimization design was carried out on the network structure, network protection, clock synchronization of lanzhou railway trunk transmission network.
Keywords:Railway Communication，Transmission Network，Optical Transport Network
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