铁路光传送网业务适应性和健壮性分析.docx

1、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 _1 eh l lOgj1c离_ ne蝴 辑on ：蠢_ _ llll_ 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：Through the analysis of the bearer services and networking modes of the

2、 railway optical transportation network，this paper points out two major deficiencies of the MSTP technology in the two aspects such as the adaptability of M STP application in the railway communication and robustness of conventional netw orking mode，and then presents concrete proposals for improveme

3、nt Keywords：railway；M STP；adaptability；robustness DoI：103969jissn168734440201105008 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OTNASON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

4、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

5、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

6、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)201 1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10 Gbits STM一64或10 GE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

7、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GS

8、M-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50 ms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

9、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)201 1年1o,9 粤蛹 书 叠 随着ALL IP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

10、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

11、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2 MSTP与PTN特点比较 M STP PTN 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

12、能力有限 带宽利用率 STM-64，STMl6，STM一4，STM一1 10 GE，GE 复用段保护、通道保护、SNCP保护 环网WrappingSteering保护、1+11：1 LSP线路保护 环型、链形、MESH 50 ms电信级保护 可升级支持 PTN技术存在两种国际标准，分别是 ITUT 和IETF联合发布的MPLS-TP标准、IEEE发布 的PBBPBT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

13、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 50 ms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 00l ppm和03 s。既为铁路传送网传送高准确 度的时间信

14、息提供了强有力的支持，又为 GSMR 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。 No5 刘正自：铁路光传送网业务适应性和健壮性分析 n 舅蠢躺 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

15、，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 GSMR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

16、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

17、 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 (OTNDwDM)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

18、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-16i L ，l 接入环 1 一 STM-16 接人环2f l+l 铁路通信信号工程技术(RSCE) 201 1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

19、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一4 sTM一4 sTM一4 sTM一4 sTM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

20、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：2O110411) No5 刘正 自：铁路光传送网业务适应性和健壮性分析