靳 遠(yuǎn)

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司，北京 100055）

無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)可靠性高，維護(hù)成本低，是電信維護(hù)部門(mén)長(zhǎng)期期待的技術(shù)。以太網(wǎng)與PON技術(shù)結(jié)合，便產(chǎn)生了以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）。它同時(shí)具備以太網(wǎng)和PON的優(yōu)點(diǎn)，正成為光接入網(wǎng)領(lǐng)域中的熱門(mén)技術(shù)。EPON技術(shù)的業(yè)務(wù)透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率信號(hào)。比如ATM化的PON技術(shù)，結(jié)合無(wú)源分路器對(duì)光纖和光線路終端的共享作用，使成本可望比傳統(tǒng)的以電路交換為基礎(chǔ)的SDH等接入系統(tǒng)低20%～40%。

1 EPON概述

1.1 EPON組成

PON技術(shù)從90年代初開(kāi)始出現(xiàn)，最初的PON技術(shù)是基于ATM體制，由于國(guó)內(nèi)沒(méi)有相應(yīng)的ATM骨干網(wǎng)絡(luò)，因而在國(guó)內(nèi)沒(méi)有規(guī)模應(yīng)用。2004年以后，EPON和GPON兩種新一代的PON技術(shù)產(chǎn)生，國(guó)內(nèi)開(kāi)始對(duì)這兩種技術(shù)加以關(guān)注，目前應(yīng)用更為成熟的是EPON。

EPON中主要的3部分包括位于局端的光線路終端(OLT)、終端光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)、以及光無(wú)源分路器 (ODN)。如圖1所示。

1.2 EPON的工作組成

1）OLT為局端設(shè)備，負(fù)責(zé)IP骨干網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接入，提供系統(tǒng)與業(yè)務(wù)的核心數(shù)據(jù)、視頻和電話網(wǎng)絡(luò)間的接口，是一個(gè)多業(yè)務(wù)提供平臺(tái)。在下行方向，它提供面向ODN的光纖接口。同時(shí)，OLT是統(tǒng)一網(wǎng)管的主要控制中心，用于分配和控制信道的連接，并有實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理及維護(hù)功能。

2）ONU放置于接入點(diǎn)，比如區(qū)間各車(chē)站或車(chē)站上業(yè)務(wù)較多的工作區(qū)。它負(fù)責(zé)用戶(hù)接入業(yè)務(wù)的覆蓋，可為用戶(hù)提供多業(yè)務(wù)接口。

3）OLT與ONU之間采用樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)ODN連接，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榭偩€方式。利用鐵路干線光纜作為主干光纖，比以往的SDH組網(wǎng)節(jié)省大量光纖資源。ODN的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)和采集上行數(shù)據(jù)，應(yīng)用靈活，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。一個(gè)ODN可分為8路、16路和32路，并可多級(jí)連接。一個(gè)OLT最多可帶32個(gè)ONU，最遠(yuǎn)傳輸距離為20 km，OLT最遠(yuǎn)傳輸距離為100 km，并具有自動(dòng)測(cè)距和動(dòng)態(tài)帶寬分配功能。

4）OLT輸出下行光信號(hào)用一根光纖通過(guò)ODN分成多路送給每一個(gè)ONU；每個(gè)ONU上行信號(hào)通過(guò)光耦合器合成在一根光纖上送給OLT。上、下行信號(hào)分別用不同的波長(zhǎng)，在同一根光纖中傳送。

1.3 EPON技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1）可升級(jí)性好、低成本。OLT和ONU之間僅有光纖、光分路器等無(wú)源器件，去掉了有源設(shè)備，從而避免電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設(shè)備的故障率，降低了相應(yīng)的運(yùn)維成本。

2）業(yè)務(wù)透明性較好，高帶寬?？蛇m用于任何制式和速率的信號(hào)，比較經(jīng)濟(jì)地支持模擬廣播電視業(yè)務(wù)，支持三重播放(語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù))業(yè)務(wù)。

3）高可靠性。無(wú)需機(jī)房和電源，設(shè)備簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、壽命長(zhǎng)、易于維護(hù)和價(jià)格低廉。

在QoS方面，OLT檢測(cè)每個(gè)業(yè)務(wù)接入點(diǎn)，用于預(yù)測(cè)/分析ONU的業(yè)務(wù)情況和網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況動(dòng)態(tài)給各節(jié)點(diǎn)分配資源。調(diào)整其授權(quán)帶寬和授權(quán)周期來(lái)保證業(yè)務(wù)的帶寬和時(shí)延，以滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)的QoS要求。

2 EPON技術(shù)在鐵路通信中的應(yīng)用

2.1 現(xiàn)行鐵路通信系統(tǒng)介紹

鐵路通信主要系統(tǒng)包括傳輸與接入、數(shù)據(jù)網(wǎng)、電話交換、數(shù)字調(diào)度專(zhuān)用通信、無(wú)線通信、會(huì)議電視、應(yīng)急通信、綜合視頻監(jiān)控等系統(tǒng)。各系統(tǒng)滿(mǎn)足鐵路對(duì)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)的需求。

主要分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是實(shí)時(shí)性、安全性要求較高的業(yè)務(wù)。本線實(shí)時(shí)性、安全性要求較高的業(yè)務(wù)有公務(wù)通信系統(tǒng)、調(diào)度專(zhuān)用通信系統(tǒng)、移動(dòng)通信業(yè)務(wù)系統(tǒng)、應(yīng)急通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)以及本線信號(hào)、信息系統(tǒng)中票務(wù)系統(tǒng)等TDM專(zhuān)線業(yè)務(wù)。

另一類(lèi)是對(duì)安全性或?qū)崟r(shí)性要求相對(duì)不高的服務(wù)。主要有旅客服務(wù)信息系統(tǒng)、不直接影響行車(chē)安全的各信息子系統(tǒng)、會(huì)議電視系統(tǒng)、綜合視頻監(jiān)控等。

2.2 使用SDH存在的問(wèn)題

使用現(xiàn)行的SDH組網(wǎng)存在以下問(wèn)題。

1）大多數(shù)專(zhuān)業(yè)通信通道都要求2 Mbit/s，但這些系統(tǒng)大多采用IP作為數(shù)據(jù)協(xié)議，比如TDCS、CTC、電力遠(yuǎn)動(dòng)等。

2）各節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)、話音、圖像等多業(yè)務(wù)傳送的帶寬需求也是不斷增加的。

3）各專(zhuān)用系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)量存在一定陣發(fā)性而不是持續(xù)穩(wěn)定的。

4）各種協(xié)轉(zhuǎn)設(shè)備難以統(tǒng)一管理。

5）難以在應(yīng)急搶險(xiǎn)指揮中心為專(zhuān)用系統(tǒng)快速有效地提供信息通道保障。

采用EPON技術(shù)則能完全彌補(bǔ)此類(lèi)不足。

2.3 EPON在鐵路通信中的應(yīng)用

2.3.1 車(chē)站上的應(yīng)用

2.3.1.1 站場(chǎng)應(yīng)用EPON

傳統(tǒng)的傳輸加接入方式占用大量的物理線路資源，并且設(shè)備昂貴，維修費(fèi)用巨大。采用PON技術(shù)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在局端設(shè)備和遠(yuǎn)端各接入點(diǎn)ONU之間利用干線光纜的2芯組環(huán)，并做1+1熱備方式組網(wǎng)。能夠承載包括共電電話、自動(dòng)電話、傳真、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)。作為局端的OLT接口也非常豐富，交換能力已經(jīng)達(dá)到數(shù)百G，目前很多廠商的OLT都支持EPON技術(shù)的混合接入。

測(cè)試一大型站為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，如圖2所示。

局端設(shè)備放置通信機(jī)械室，與接入點(diǎn)1芯光纖組環(huán)。單根光纖提供1 G以上的帶寬通道，并光纜可熱備。車(chē)站局端設(shè)備外線側(cè)（光纖）與車(chē)站遠(yuǎn)端設(shè)備相接，匯集來(lái)自信息機(jī)房、貨運(yùn)室、裝卸檢修所、以及辦公場(chǎng)所等各種信息，內(nèi)線側(cè)與數(shù)調(diào)分系統(tǒng)、車(chē)站總機(jī)、PSTN、2/4線、共電電話、磁石電話、RS-232、RS-485、2 M、視頻、數(shù)據(jù)等多種接口用戶(hù)及多種制式用戶(hù)設(shè)備連接。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)行站場(chǎng)銅線通道、光通道以及數(shù)字通道的所有信息技術(shù)集成。車(chē)站遠(yuǎn)端設(shè)備可以提供自動(dòng)電話、共電電話、磁石電話、RS-232、RS-48、2 M、視頻、數(shù)據(jù)等多種接口及制式。對(duì)于大型編組站、貨場(chǎng)等在清掃房、調(diào)車(chē)組休息間、充電間等場(chǎng)所可提供支持熱插拔的光電話接入點(diǎn)，也可以對(duì)站場(chǎng)、咽喉區(qū)等監(jiān)控點(diǎn)提供FE、2 M等接口，可以省去以往用光端機(jī)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)哪Ｊ剑尤朦c(diǎn)最多可提供32個(gè)。

2.3.1.2 鐵路站場(chǎng)上應(yīng)用EPON的優(yōu)點(diǎn)

車(chē)站使用EPON技術(shù)代替現(xiàn)有組網(wǎng)方式的優(yōu)勢(shì)如下。

1）1 G大容量帶寬（升級(jí)到10 G只需更換設(shè)備無(wú)需重新敷設(shè)光纜）、動(dòng)態(tài)資源分配，滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)期業(yè)務(wù)增加的需求。

2）多種接口及制式，基于局域網(wǎng)開(kāi)發(fā)的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

3）對(duì)于大型站話務(wù)等需求點(diǎn)多，且分散利用傳統(tǒng)敷設(shè)銅纜為載體的方式，造價(jià)巨大而且受環(huán)境影響嚴(yán)重，改用光纜作為站場(chǎng)物理載體環(huán)境適應(yīng)性好，且費(fèi)用低廉。

4）EPON技術(shù)建網(wǎng)，應(yīng)用靈活，升級(jí)方便，維修率低，降低了運(yùn)維成本。

截止到今日，EPON技術(shù)已經(jīng)在杭州、上海、北京等多個(gè)大城市廣泛應(yīng)用于公網(wǎng)。全國(guó)EPON建設(shè)規(guī)模已經(jīng)超過(guò)了3 000萬(wàn)線，并且韓國(guó)、日本已經(jīng)大規(guī)模采用EPON進(jìn)行公網(wǎng)建設(shè)。

2.3.2 在區(qū)間的應(yīng)用

2.3.2.1 光通話柱

通常普速鐵路區(qū)間通話柱是由電纜串接，而采用EPON技術(shù)可以用一芯光纖串接ODN的方式組建通話柱，可以取代傳統(tǒng)的干線電纜串接的通話柱。應(yīng)用可以熱插拔的光便攜電話，使用靈巧方便，如圖3所示。

應(yīng)用EPON的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)取代普速鐵路上電纜的好處在于光纜不受電磁干擾和雷電影響，價(jià)格便宜，對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)性非常好，可以節(jié)省大量投資。

對(duì)于電氣化改造的既有線，由于運(yùn)量增加，甚至萬(wàn)噸級(jí)重載，對(duì)電纜產(chǎn)生的噪聲、諧波等干擾巨大，區(qū)間應(yīng)用EPON技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)源化光纜敷設(shè)，則能夠完全避免此類(lèi)現(xiàn)象，并且工程投資少。對(duì)于以往電纜所承載的業(yè)務(wù)，EPON也同樣能夠完美繼承。

2.3.2.2 區(qū)間固定值守點(diǎn)

在普速鐵路區(qū)間中，對(duì)通道需求的業(yè)務(wù)接入點(diǎn)通常比較分散，分散點(diǎn)多且業(yè)務(wù)量又很少，例如橋隧、牽引及配電所、線路所等分散點(diǎn)可以放置遠(yuǎn)端設(shè)備滿(mǎn)足通道需求。如圖4所示，直接勾入2芯自愈環(huán)中，與就近車(chē)站的局端設(shè)備連接。同樣對(duì)于附近的視頻監(jiān)控點(diǎn)可以提供FE接口，節(jié)省點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光端機(jī)的連接方式。

2.3.2.3 在高速鐵路上的應(yīng)用

對(duì)高速客運(yùn)專(zhuān)線等高標(biāo)準(zhǔn)線路，區(qū)間的GSM-R基站同樣適用。通常滿(mǎn)足GSM-R基站設(shè)備的通道需求，需要設(shè)置傳輸/接入系統(tǒng)、交換機(jī)、路由器、電源設(shè)備等等。全線基站數(shù)量多，而且分散，基站設(shè)置MSTP傳輸接入系統(tǒng)造價(jià)高而且占用機(jī)房面積大，并且就近的視頻監(jiān)控點(diǎn)都是在通過(guò)基站的傳輸接入上傳，需要設(shè)置大量交換機(jī)和路由器以滿(mǎn)足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。

如果應(yīng)用EPON技術(shù)，則更為便利，只需在各基站設(shè)置遠(yuǎn)端設(shè)備，做1+1熱備組網(wǎng)接入就近車(chē)站局端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)各種接口透?jìng)鞯竭h(yuǎn)端，完全能夠解決客運(yùn)專(zhuān)線區(qū)間接入點(diǎn)的需求。以京張城際為例，區(qū)間共設(shè)置GSM-R基站62座，區(qū)間監(jiān)控點(diǎn)200個(gè)，使用光端機(jī)約90對(duì)，如果使用EPON技術(shù)在各基站配備擁有8個(gè)E1接口、6路POST接口和最少4個(gè)FE口的ONU，則可以全部解決區(qū)間各種業(yè)務(wù)點(diǎn)的通道需求，并節(jié)省干線光纜資源。

3 總結(jié)EPON技術(shù)在鐵路上應(yīng)用的合理性

考慮到鐵路通信專(zhuān)網(wǎng)的特點(diǎn)及性質(zhì)，對(duì)安全性、可靠性等規(guī)范要求高于商業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在鐵路站場(chǎng)上建議使用EPON技術(shù)，應(yīng)用于組網(wǎng)的接入層則更為合適。還可以對(duì)沿線車(chē)站較近的值守點(diǎn)、監(jiān)控點(diǎn)通過(guò)車(chē)站的EPON局端設(shè)備拉光纖在遠(yuǎn)端設(shè)置ONU的方式滿(mǎn)足通道需求，組網(wǎng)靈活，而且節(jié)省投資。

在普速鐵路區(qū)間使用EPON技術(shù)取代電纜連接通話柱的方式符合鐵路通信發(fā)展需求，結(jié)合EPON工作原理和鐵路通信設(shè)計(jì)規(guī)范，在區(qū)間應(yīng)用光通話柱不但能夠節(jié)省費(fèi)用，而且其光纜的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性更優(yōu)于傳統(tǒng)的電纜，并且區(qū)間固定值守點(diǎn)也能很好地解決通道需求。

在高速的客運(yùn)專(zhuān)線上使用EPON技術(shù)作為接入層能夠解決大型站場(chǎng)業(yè)務(wù)需求、區(qū)間GSM-R以及監(jiān)控點(diǎn)、值守點(diǎn)等的通道需求。其動(dòng)態(tài)資源分配更適合日益增長(zhǎng)的鐵路通信系統(tǒng)。

EPON以它靈巧的適應(yīng)性和基于以太網(wǎng)并采用TDM over IP技術(shù)，使成熟的時(shí)分交換系統(tǒng)與靈活的接入、寬闊的帶寬IP技術(shù)相結(jié)合，兼容站場(chǎng)及區(qū)間多種信息、多種接口以及足夠帶寬需求。在通道需求較困難，并且安全性、可靠性要求不高領(lǐng)域，使用EPON技術(shù)是解決現(xiàn)有問(wèn)題的最佳途徑。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)論是核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng)還是接入網(wǎng)，其發(fā)展的首要因素就是業(yè)務(wù)，是終端用戶(hù)的需求。從業(yè)務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，高帶寬的消耗業(yè)務(wù)逐步涌現(xiàn)，高帶寬業(yè)務(wù)和通道需求程度不斷增加，而EPON以其容量大、傳輸距離長(zhǎng)、較低成本、全業(yè)務(wù)支持等優(yōu)勢(shì)成為接入領(lǐng)域的熱點(diǎn)，它在提供業(yè)務(wù)組合的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了較高的性能和可靠性，已經(jīng)成為了下一代接入網(wǎng)發(fā)展的方向。隨著EPON技術(shù)的普及，通過(guò)不斷的應(yīng)用、總結(jié)和優(yōu)化，相信不久的將來(lái)EPON能夠在鐵路通信網(wǎng)中成熟地應(yīng)用。

[1］胡保民，劉德明，黃德修．EPON：下一代寬帶光接入網(wǎng)[J]．光通信研究．2002（5）：22-25.