铁路光传送网业务适应性和健壮性分析.docx
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铁路光传送网业务适应性和健壮性分析
铁路光传送网业务适应性和健壮性分析
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铁路光传送网业务适应性和健壮性分析
刘正自
(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉450065)
◇0嘲椿铆朝
摘要:
通过对铁路光传送网承载业务和组网模式的分析,指出MSTP技术对业务的适应性和常规组网
模式健壮性两方面的不足,提出具体的改进建议。
关键词:
铁路;MSTP;适应性;健壮性
Abstract:
Throughtheanalysisofthebearerservicesandnetworkingmodesoftherailwayoptical
transportationnetwork,thispaperpointsouttwomajordeficienciesoftheMSTPtechnologyinthetwo
aspectssuchastheadaptabilityofMSTPapplicationintherailwaycommunicationandrobustnessof
conventionalnetworkingmode,andthenpresentsconcreteproposalsforimprovement.
Keywords:
railway;MSTP;adaptability;robustness
DoI:
10.3969/j.issn.168><#004699'>73—4440.2011.05.008
铁路光传送网是铁路三大基础平台/基础设施
(线路平台、车辆平台、信息传送平台)之一,其重
要性不言而喻,不仅对光传送网安全可靠性要求极
高,而且对各种承载业务要具有良好的适应性。
铁
路光传送网主要有两大层次,即铁道部骨干光传送
网和各铁路沿线的区域光传送网。
铁道部骨干光传
送网由DWDM网络组成,正面临设备生命周期到
期、需要向OTN/ASON升级的局面;各铁路沿线
组成的区域传送网技术体制几乎全部采用基于SDH
的MSTP技术组成,本文将对铁路区域光传送网的
业务需求特点和网络健壮性展开分析。
1铁路光传送网承载业务类型及特点
铁路区域光传送网承载的业务可以分成铁路通
信业务网互联和接入通道、部分通信系统网管/监
控通道、相关专业控制/信息系统互联通道3类。
区域光传送网需要为普通电话网(自动电话
网)、调度通信业务网、移动通信业务网、数据通信
网、会议电视(电话)业务网、综合视频监控系统
和应急通信系统等通信业务网提供互联和接入通道。
这些业务网基本上都是自成体系、分立设置,网管
信息在相应系统内传送(带内传送)。
值得注意的
是,数据通信网本身不提供具体业务,严格讲不是
业务网,而是一个承载网,这里划分到通信业务网,
主要是针对传送网而言。
区域光传送网需要为光纤监测系统、直放站网
管、漏缆监测系统、机房动环监控系统等通信系统
提供网管通道。
区域光传送网需要为OA、各种MIS、客服系
统(票务+旅服)、信号系统、防灾安全监控、牵引
变电及接触网控制系统、电力SCADA系统、车辆
信息系统等专业控制/信息提供互联通道。
以上主要为承载业务的特点,如表1所示。
观
察表l可以看出:
1)各种业务基本是以铁路局/调度所所在地
为汇接点,除了局间互联通道呈均衡分布外,其他
类型通道基本以路局/调度所为中心呈汇聚、收敛
或环回状。
2)非通信专业所需的通道类型基本已转为或可
以转为以太网/快速以太网通道和接口,其E1通
道和接口成为历史遗留问题。
3)铁路光传送网承载的业务,无论是种类,还
是带宽需求,大量从TDM类型转向分组数据类型。
4)专用通道过多,IP数据网承载的业务类别
偏少。
5)部分控制系统/信息系统需要双环/双链
以太网通道,说明这些系统对网络及传送通道的安
全可靠性要求十分苛刻。
铁路通信信号工程技术(RSCE)2011年10月,第8卷第5期
表1铁路光传送网主要承载业务特点
十注:
随着IP数据通信网的承载业务种类和带宽需求的增加,其骨干层互联通道可能需要10Gbit/sSTM一64或10GE带宽。
2常规组网模式
铁路区域光传送网,均采用基于SDH的MSTP
分层组网模式。
高速铁路/客运专线设置有GSM-R的干线铁
路,光传送网由3层组成:
1)骨干层,有的线路
站站设置,有的线路仅在部分车站设置,一般采用
STM-16或STM一64速率等级,分别利用铁路两侧
的光缆构成1+1链型线路保护;2)汇聚层,设置
在各个车站,一般采用sTM一4或STM-16速率等
级,分别利用铁路两侧的光缆与区间接入层构成环
型复用段保护,或利用骨干层构成子网保护;3)接
入层,设置在铁路沿线区问,一般采用STM一4速
率,分别利用铁路两侧的光缆与汇聚层构成环型复
用段保护,网络拓扑示例如图I所示。
通信站A车站1车站2
骨
干
层
汇
聚
层
对没有设置GSM-R的普速铁路,光传送网由
两层组成:
1)骨干层,有的线路站站设置,有的线
路仅在部分车站设置,一般采用STM-16速率。
有
双光缆时,分别利用铁路两侧的光缆构成1+1链型
线路保护;无双光缆时,则用一条缆的4根芯构成
1+1链型线路保护;2)汇聚接入层,设置在各个车
站,一般采用STM-4速率,利用骨干层构成子网
保护。
这一常规组网模式及其选用的技术体制,是由
当时以TDM业务为主的需求决定的。
其强大的自
愈保护能力、小于50ms的快速切换性能,防止了
因为光缆中断(双光缆条件下的单光缆中断)造成
的大面积业务瘫痪;严格的TDM复用技术,为承
载业务提供物理上的独立性和时间上的透明性,保
障了承载业务的高性能指标。
车站3车站4通信站B
图例:
——光缆A?
?
?
?
光缆B业务茫聚分界
图1客运专线光传送网组网示例
28j铁路通信信号工程技术(RSCE)2011年1o,9
粤蛹书叠
随着ALLIP形势的发展,无论是通信业务网、分组传送,其间还出现过非主流的RPR技术。
目
支撑网还是相关专业的控制/信息系统,开始大量前广泛采用的MSTP技术体制以TDM业务为主,
采用IP技术,基于SDH的MSTP常规组网模式弊分组业务为辅,其分组业务虽然具备一定的统计复
端日渐显现。
用能力,但其交叉连接方式依然是TDM交叉连接,
1)设备提供的以太网端V1极其有限,不能满足从整个系统层面看,带宽依然是刚性分配方式,因
越来越多的以太网、IP通道需求。
此不能看作一次技术变革。
2)除非在业务板卡上预先汇聚,基于TDM技从前面的业务分析可以看出,铁路区域光传送
术的时隙分配机制,提供的专线通道之间不能实现网承载的时分电路需求越来越少,分组通道需求越
统计复用,带宽利用率低下。
来越多,面对这一局面,基于TDM技术的MSTP
3)常规组网模式不能避免单节点中断特别是骨越来越“力不从心”。
事实上,铁路光传送网面临的
干节点中断引起的大范围业务中断。
局面并非孤立事件,而是整个电信业界面临的共同
3业务鼬陛对策术
,一交
从光传送网技术演进路线看,分别经历了从换板采用的是包交换技术,很明显,PTN主要适应
PDH到SDH,从SDH到MSTP,从MSTP到的业务为数据业务,在分组业务占主导时将体现出明
PTN(分组传送网)的技术变革,即准同步一同步一显优势。
MSTP和PTN两者特点比较如表2所示。
表2MSTP与PTN特点比较
MSTPPTN
内核
承载业务
不
统计复用
线路口速率
保护方式
扯拓扑形式
同保护性能
点控制平面
TDM交叉连接分组交换
TDM业务和分组业务,侧重于TDM业务翟L特另怩EPL、
刚性管道,管道内有统计复用,但统计弹性管道,有统计复用,带宽规划可考虑收敛比、提高
复用能力有限带宽利用率
STM-64,STM—l6,STM一4,STM一110GE,GE
复用段保护、通道保护、SNCP保护环网Wrapping/Steering保护、1+1/1:
1LSP线路保护
环型、链形、MESH
50ms电信级保护
可升级支持
PTN技术存在两种国际标准,分别是ITU—T
和IETF联合发布的MPLS-TP标准、IEEE发布
的PBB/PBT技术标准,有的产品两种标准均支
持,有的产品仅支持其中一种。
PTN继承MPLS
的转发机制和多业务承载能力(PWE3),支持
多种基于分组交换的双向点对点TDM仿真通道
(cEs),以及点对点、点对多点分组业务连接通
道;具有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能
力;PTN继承了MSTP的保护性能,点对点连接
通道的保护切换可以在50ms内完成;可以控制连
接信道的建立和设置,实现了业务QOS的区分和
保证,具有灵活提供SLA等优点。
其主要缺点是
国际标准尚未成熟,导致产品成熟度不高,部分厂
家不支持环网保护。
PTN采用了多种同步技术,同时实现了网络的
频率同步和时间/相位同步,在物理层利用线路编
码实现了频率同步信息的传送,在链路层利用IEEE
1588v2实现了时间/相位同步信息的传送,主流
产品的频率同步精度和时间同步精度分别达到了
0.0lppm和0.3s。
既为铁路传送网传送高准确
度的时间信息提供了强有力的支持,又为GSM—R
升级到3G或LTE打下了坚实基础。
很明显,如果铁路区域传送网采用PTN技术
设备组网,对承载业务的适应性、数据端口的提供
能力以及带宽复用效率将大大提高。
然而,无论是
铁路运输通信设计规范还是高速铁路设计规范
(试行),对传输及接人的技术体制和速率等级规定
过于狭窄——几乎都是SDH和MSTP,对新出现
的光传送技术应用形成了“政策障碍”,不得不说是
一个十分遗憾的问题。
No.5刘正自:
铁路光传送网业务适应性和健壮性分析
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因此,笔者呼吁,在今后制定或修编工程设计新建工程的光缆基本采用双光缆外,网络节点特别
规范以及相关技术政策时,应该取消这类技术体制是重要节点并未配备双物理设备,不仅未真正满足
选择上的“限制”,以适应不断变化的业务需求和不相关专业的需求,也直接影响了通信业务网中语音
断发展的通信技术变革。
调度通信系统的安全。
4光传送网健壮性车站’轰
与公众电信网不同,铁路光传送网既为通信业务将中断,如图2所示。
图中粗黑线通道示例为
务网提供通道,又为相关专业的控制系统或信息系GSM—R基站环,浅灰线通道示例为FAS环,虚线
统提供传送通道。
其中,许多专业要求“双通道”,框内为业务受影响的范围。
出现这一问题的根本原
这些专业理解的“双通道”,是不同物理径路的双光因:
一是骨干层1+1线路倒换保护模式没有自愈环
缆、物理上分开的双传送设备,与通信专业人员的健壮,二是关键节点的所有通道集中在一台设备上
理解一直存在差异和争论。
目前铁路光传送网除了下,三是汇聚层的容量过小,既不能为骨干层提供
通信站A车站1车站2车站3车站4通信站B
骨
干
层
汇
聚
层
sTM一4
接入环1
sTM一4
接入环1
STM一4
一——~
接入环l
、
、,
,堡!
人堡
一
一
‘————————————————?
?
————————————————?
?
————————
图例:
——光缆A?
?
?
?
光缆B业务聚分界
图2光传送网骨干层节点故障影响范围
保护,又不能替骨干层分担负荷。
针对此问题,有
很多网络拓扑强化方案,举例如下。
方案l:
升级汇聚层容量,为骨干层提供迂回
通道或负荷分担,如图3所示,在该方案中,汇聚
层容量升级到与骨干层相同的速率等级。
对于各种
环型拓扑业务,出入通信站的通道分别分配到骨干
层和汇聚层,对于星型拓扑业务,将业务平均分配
到骨干层和汇聚层。
对于双环、双链拓扑业务,可
以将两个环分别分配到骨干层和汇聚层,对于环形
通道可以统一从汇聚层人、从骨干层返回。
方案2:
在波分系统(OTN/DwDM)覆盖的
区间,利用波分系统将骨干层构成自愈环,如图4
所示。
为避免通信站等重要业务汇聚点单节点失效
造成大面积业务瘫痪,在这些场所设置双套传送系
统。
对于各种环型拓扑业务,出入通信站的通道分
别分配到通信站两个节点上,对于星型拓扑业务,
将业务平均分配到通信站两个节点上。
对于双环、
双链拓扑业务,可以将两个环分别分配到通信站两
个节点,对于环形通道可以统一从一个节点入、从
另一节点返回。
通信站A车站1车站2车站3车站4通信站B
薏|:
?
?
L蕊蓬鼹....4S'IM-16[iL,l
接入环1—一
~STM-16
接人环2fl+l
铁路通信信号工程技术(RSCE)2011年]OH
蠛孽睁lIl。
lll00
通信站A车站1
骨
干
层
汇
聚
层
车站2车站3
000_0≯0≥颧
车站4通信站B
图例:
——光缆A?
?
一一光缆B业务汇聚分界
图4光传送网容灾方案2
方案3:
将骨干层和汇聚层合并成骨干汇聚层,
在通信站、车站设置两套节点设备并构成自愈环,如
图5所示,接人层节点成环,分别挂接在两个骨干汇
聚层节点上。
对于各种环型拓扑业务,出入通信站
骨
干
汇
聚
层
骨
干
汇
聚
层
的通道分别分配到两个节点上,对于星型拓扑业务,
将业务平均分配到两个节点上。
对于双环、双链拓扑
业务,可以将两个环分别分配到两个节点,对于环形
通道可以统一从一个节点人、从另一节点返回。
通信站A车站1车站2车站3车站4通信站B
sTM一4sTM一4sTM一4sTM一4sTM一4
图例:
——光缆A?
?
?
?
光缆B业务汇聚分界
图5光传送网容灾方案3
强化网络健壮性的变通方案还很多,不一一讨
论。
上述方案中,虽然节点失效影响业务问题无法
完全避免,但业务影响已经压缩到了极小范围。
当
然,无论网络节点设备、还是网络拓扑如何加强,
都避免不了电源失效、火灾等外部重大灾害的影响,
而这些外部环境纯粹以技术手段是无法保障的,需
要靠制度保障。
提高光传送网络健壮性,需要增加一定的投资,
但是,相对于相关专业双网络、双通道、双接口、
双物理径路需求,相对于光传送系统在铁路运输生
产中的基础平台这一地位,这些投资是值得的。
况
且,现在的光传送系统产品价格已经十分低廉,无
论在整个通信系统投资的占比,还是在铁路建设投
资中的占比,光传送系统的建设费用增加十分有限。
在投资确实紧张的情况下,对于车站平均间距较小
的铁路,骨干层/汇聚层节点可以隔站设置。
5结语
业务需求在不断演进,通信技术也日新月异,
在铁路光传送网设计和建设过程中,应真正从业务
特点出发,与时俱进,敢于突破某些技术政策的
“限制”,及时采用适当的新技术以良好地适应各种
新型业务需求。
同时,应转变观念,将铁路光传送
网的健壮性、可靠性和可用性作为通信网络建设的
重中之重,并采取必要措施,确保相关专业对传送
通道的可靠性、可用性要求。
(收稿日期:
2O11—04—11)
No.5刘正自:
铁路光传送网业务适应性和健壮性分析