楊國(guó)榮

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710014）

鐵路運(yùn)輸在我國(guó)是最重要同時(shí)也是最主要的運(yùn)輸手段，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有及其重要的位置。然而鐵路運(yùn)輸服務(wù)的專(zhuān)用通信系統(tǒng)構(gòu)成了鐵路運(yùn)輸指揮的神經(jīng)系統(tǒng)，為了保證鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩咝?、暢通無(wú)阻，這就需要鐵路專(zhuān)用通信提供準(zhǔn)確、迅速、可靠的優(yōu)質(zhì)服務(wù)[1]。目前鐵路專(zhuān)用通信建設(shè)了數(shù)字傳輸網(wǎng)、長(zhǎng)途交換網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)三個(gè)基礎(chǔ)網(wǎng)以及調(diào)度、會(huì)議、電視、GSM-R等應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，其中數(shù)字傳送網(wǎng)采用三層組網(wǎng)方式。

1 鐵路通信接入網(wǎng)存在的問(wèn)題

隨著我國(guó)高速鐵路和客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的快速發(fā)展，120～160 km的快速鐵路網(wǎng)已經(jīng)覆蓋我國(guó)的主要鐵路線(xiàn)，廣深線(xiàn)和秦沈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的運(yùn)營(yíng)時(shí)速達(dá)到200 km以上，京滬、京廣等350 km時(shí)速的高速鐵路也已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，鐵路提速和高鐵的發(fā)展要求鐵路的專(zhuān)用通信必須是高度可靠、高度安全、高速接入的通信網(wǎng)絡(luò)，以及雙向、透明、大容量的車(chē)地安全與調(diào)度指揮的信息網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)。另外，鐵路通信信息網(wǎng)還要以鐵路通信全網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)提供更好的增值業(yè)務(wù)，使旅客和網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)的廣大用戶(hù)方便地享受信息服務(wù)，滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)鐵路訂購(gòu)火車(chē)票、客貨運(yùn)輸資訊信息、在列車(chē)就能享受語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、傳真、視頻、移動(dòng)通信及Internet等高品質(zhì)的服務(wù)[2]。但是目前還存在一定的問(wèn)題，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）各專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)均以各自專(zhuān)用的路由器、數(shù)字通道、數(shù)據(jù)交換機(jī)及配套設(shè)備進(jìn)行組建，造成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)重復(fù)、設(shè)備利用率低、通道資源嚴(yán)重浪費(fèi)并且沒(méi)有完全覆蓋所有車(chē)站，無(wú)法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的資源共享，也無(wú)法適應(yīng)未來(lái)鐵路服務(wù)的的需求。

2）在網(wǎng)絡(luò)覆蓋面、多種業(yè)務(wù)承載、組網(wǎng)靈活性及多樣性等方面還存在較大差距。各鐵路局機(jī)構(gòu)眾多，投資來(lái)源各異，管理要求不同，模型差異比較大，尤其是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展快速，各條鐵路線(xiàn)建設(shè)時(shí)間不一造成在同一鐵路局內(nèi)的各應(yīng)用系統(tǒng)也存在分別建設(shè)、各自為政、在同一應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部各鐵路沿線(xiàn)的數(shù)據(jù)采集及匯聚組網(wǎng)方式、通道類(lèi)型也存在很大差距。

3）伴隨高速鐵路的發(fā)展需要，目前大多數(shù)專(zhuān)業(yè)通信通道都以2 Mbit/s速率傳輸，接入速率普遍較低，不能滿(mǎn)足今后話(huà)音、圖像、數(shù)據(jù)等多業(yè)務(wù)傳送的帶寬要求。

4）各專(zhuān)用系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)量具有隨機(jī)性和陣發(fā)性而不是一直穩(wěn)定的。所以很難在應(yīng)急搶險(xiǎn)指揮中心為專(zhuān)用系統(tǒng)高效地提供信息通道保障。

通過(guò)以上分析，將現(xiàn)存的相互獨(dú)立的各專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)綜合成一個(gè)面向未來(lái)、功能齊全的綜合接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)實(shí)現(xiàn)綜合管理，這樣即易于維護(hù)使用，又能夠提高各子系統(tǒng)的利用率。并且還能減少人為因素所造成的失誤，以及便于對(duì)新增的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行升級(jí)。WDM-PON技術(shù)能夠完全彌補(bǔ)上述存在問(wèn)題的不足，WDM-PON接入網(wǎng)具有優(yōu)良的業(yè)務(wù)支持能力，能夠?yàn)殍F路運(yùn)輸安全運(yùn)行、更好為旅客服務(wù)的重要技術(shù)手段，也是今后適合現(xiàn)代化鐵路通信的首選技術(shù)，這不但是運(yùn)營(yíng)管理的需要，而且也是為旅客和貨主提供全方位服務(wù)以及提高鐵路競(jìng)爭(zhēng)力的需要[3]。

2 鐵路通信接入網(wǎng)的設(shè)計(jì)思想

鐵路通信系統(tǒng)組網(wǎng)決定于鐵路自身特點(diǎn)，鐵路的特點(diǎn)是線(xiàn)長(zhǎng)、點(diǎn)多、分散、路網(wǎng)復(fù)雜、支線(xiàn)較多、地形復(fù)雜。鐵路通信接入網(wǎng)直接服務(wù)于鐵路運(yùn)輸，滿(mǎn)足鐵路專(zhuān)用通信特點(diǎn)這一需求，即用戶(hù)需求專(zhuān)用、區(qū)間自動(dòng)電話(huà)用戶(hù)數(shù)量較少而專(zhuān)線(xiàn)用戶(hù)比較多、專(zhuān)用接口相對(duì)復(fù)雜、物理網(wǎng)絡(luò)支持單一、業(yè)務(wù)種類(lèi)繁多、用戶(hù)和維護(hù)單位的費(fèi)用提高、小站地理位置偏僻文化生活貧乏等。所以，建設(shè)更穩(wěn)定、更安全、更可靠、更靈活的接入網(wǎng)是鐵路通信的基本要求和發(fā)展趨勢(shì)[4]。

1）鐵路接入網(wǎng)獨(dú)立組成網(wǎng)絡(luò)

一般情況下，在較大的站點(diǎn)放置局端設(shè)備OLT，用戶(hù)端設(shè)備ONU依據(jù)具體情況設(shè)置在每個(gè)中間站或者間隔設(shè)置。在鐵路接入網(wǎng)和上層網(wǎng)絡(luò)利用SDH制式的分叉復(fù)用器設(shè)備ADM通過(guò)相應(yīng)的速率接口予以溝通，形成鐵路接入網(wǎng)的保護(hù)通道，以便形成防護(hù)通道。

2）光線(xiàn)路終端（OLT）點(diǎn)與本地交換機(jī)實(shí)現(xiàn)V5相連

由于OLT的接口是V5，目前交換機(jī)都具有V5接口或者可以升級(jí)到V5接口，如果不能夠升級(jí)，可以通過(guò)信令轉(zhuǎn)換設(shè)備（STE），從而實(shí)現(xiàn)局端設(shè)備OLT和交換機(jī)的接口相連。

3）鐵路接入的容量考慮

接入設(shè)備的光傳輸系統(tǒng)，基本上可采用PDH、SDH等系列產(chǎn)品，SDH系列要優(yōu)先使用，以滿(mǎn)足將來(lái)數(shù)字式調(diào)度電話(huà)和專(zhuān)用電話(huà)通道的需求。區(qū)段用戶(hù)接入網(wǎng)選用內(nèi)置或外置式SDH STM-N設(shè)備。另外光接入設(shè)備ONU（用戶(hù)終端）、OLT還應(yīng)具有2 Mb/s及64 kb/s交叉連接以及復(fù)用的能力，這樣可以形成與上層網(wǎng)絡(luò)環(huán)路保護(hù)通道，同時(shí)實(shí)現(xiàn)中間站的站間電話(huà)服務(wù)。當(dāng)然ONU與OLT應(yīng)具備30B+D、PCM、2B+D接口。

4）設(shè)備的選擇

目前V5接口還在不斷的完善之中，要實(shí)現(xiàn)交換機(jī)與局端設(shè)備OLT的連接，都是在V5的環(huán)境下進(jìn)行的，因此考慮設(shè)備的選擇時(shí)，首先選擇成熟接入設(shè)備。鐵路通信的接入網(wǎng)中需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)，和公用通信的差別較大，有一些新功能的要求，在滿(mǎn)足鐵路接入網(wǎng)技術(shù)條件下，綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)的情況，優(yōu)先考慮采用國(guó)產(chǎn)化接入網(wǎng)設(shè)備，這對(duì)鐵路接入網(wǎng)的發(fā)展是非常有利的。

5）支持網(wǎng)絡(luò)融合

隨著通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合是必然趨勢(shì)，根據(jù)鐵路通信的特殊情況，鐵路通信的線(xiàn)長(zhǎng)點(diǎn)多，中間站又多處在偏僻地方，人煙稀少，文化生活缺乏。鐵路接入網(wǎng)中應(yīng)該支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像的綜合傳輸能力。為了解決這一問(wèn)題在局端設(shè)備OLT中應(yīng)增加CATV節(jié)目源模塊，通過(guò)中間站的ONU下載下來(lái)，使中間站能夠接收到清晰的CATV節(jié)目，豐富中間站的文化生活。

6）具有集中線(xiàn)束功能

設(shè)備應(yīng)具有集線(xiàn)功能，可通過(guò)軟件進(jìn)行設(shè)定，經(jīng)常使用的集線(xiàn)比為1∶N（一般N≥4）。但OLT和ONU間的用戶(hù)集線(xiàn)比也不能過(guò)大，從而可以降低呼損，提高接通率。

3 鐵路通信WDM-PON方案設(shè)計(jì)

3.1 鐵路通信PON接入網(wǎng)的拓?fù)浞治?/h3>

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指?jìng)鬏斁€(xiàn)路與各節(jié)點(diǎn)的幾何排列形狀，它表示網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的位置及相互連接的布局情況，對(duì)網(wǎng)絡(luò)造價(jià)、功能和可靠性等具有很大的影響。依據(jù)鐵路的特點(diǎn)，適合于鐵路的PON光纖接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常有：星型網(wǎng)、鏈型網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、T型網(wǎng)、綜合網(wǎng)以及更復(fù)雜的多種接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，它們都有各自的特點(diǎn)，也可以相互補(bǔ)充[5]。

鏈型網(wǎng)又叫線(xiàn)形網(wǎng)，傳輸線(xiàn)路使用兩芯光纖，中間站各業(yè)務(wù)點(diǎn)都設(shè)置有分路設(shè)備ONU，OLT一般設(shè)在業(yè)務(wù)集中位置。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性的問(wèn)題，在干線(xiàn)和局線(xiàn)中進(jìn)行通道保護(hù)，在通信站及規(guī)模比較大的中間站可以使接入網(wǎng)和干局線(xiàn)相連，形成保護(hù)通道。這一類(lèi)的網(wǎng)絡(luò)在干局線(xiàn)通信網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的業(yè)務(wù)溝通時(shí)，具有較強(qiáng)的業(yè)務(wù)溝通能力，業(yè)務(wù)分配也很靈活，缺點(diǎn)就是接入網(wǎng)自身的獨(dú)立性比較差，其通道保護(hù)要由核心網(wǎng)完成，如圖1所示。

圖1 鐵路鏈型接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖Fig．1 Railway chain type access network structure

3.2 鐵路通信接入網(wǎng)組網(wǎng)方式

為了適應(yīng)鐵路運(yùn)輸?shù)男枨?，使鐵路通信的可靠性得到保障，接入網(wǎng)實(shí)際組網(wǎng)方式有光路1+0、光路1+1、間隔自愈環(huán)式、自愈環(huán)方式幾種組網(wǎng)方式。在此選擇自愈環(huán)方式進(jìn)行組網(wǎng)。

按照鐵路通信中各站段的布局，可以在站段間采用環(huán)形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成傳輸系統(tǒng)的自愈環(huán)路保護(hù)，如圖2所示。這樣的組網(wǎng)方式能夠在不同的環(huán)中依靠上層網(wǎng)構(gòu)成相對(duì)獨(dú)立的傳輸環(huán)，從而滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)的需求[6]。

3.3 某鐵路局A至B區(qū)段WDM-PON接入網(wǎng)方案設(shè)計(jì)

圖2 自愈環(huán)組網(wǎng)Fig．2 Self-healing ring network

目前整個(gè)路局傳輸網(wǎng)采用SDH同步數(shù)字傳輸體系，實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)光纖傳輸。隨著通信網(wǎng)的不斷發(fā)展及其鐵路站段對(duì)業(yè)務(wù)需求的不斷提高，目前的接入網(wǎng)需要不斷完善和優(yōu)化[7]。在此背景下，下面對(duì)鐵路區(qū)間通信采用WDM-PON技術(shù)組網(wǎng)進(jìn)行探討。

1）某鐵路局A至B區(qū)間設(shè)置 設(shè)A站和B站是某鐵路局主要通信樞紐，AB之間設(shè)有X一個(gè)大通信站和1、2、3、4、5、6、7七個(gè)一般中間站。其路線(xiàn)圖如圖3所示。該段鐵路是鐵路運(yùn)輸十分繁忙的區(qū)段，對(duì)話(huà)音、數(shù)據(jù)及圖像通信要求十分迫切。假設(shè)干線(xiàn)、局線(xiàn)已經(jīng)采用DWDM系統(tǒng)，在區(qū)段考慮采用WDM-PON接入網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行組網(wǎng)。

圖3 A-B區(qū)段圖Fig．3 A-B section figure

2）A-B區(qū)段接入網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)計(jì) 利用敷設(shè)于鐵路兩側(cè)的光纜構(gòu)建WDM-PON接入層，沿線(xiàn)各大通信站均設(shè)置STMN節(jié)點(diǎn)設(shè)備（包含波分復(fù)用器），連接相應(yīng)的OLT或ONU，完成對(duì)各節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)的接入、匯聚和轉(zhuǎn)接，將來(lái)自區(qū)間接入層的業(yè)務(wù)匯聚至骨干層[8]。

根據(jù)通信業(yè)務(wù)需求，A、X、B車(chē)站與骨干層互連，在A、B端站設(shè)置光線(xiàn)路終端OLT、ONU（含波分復(fù)用設(shè)備），在 X、1、2、3、4、5、6、7 八個(gè)中間車(chē)站只設(shè)光網(wǎng)絡(luò)單元 ONU。 本鐵路區(qū)段接入網(wǎng)設(shè)計(jì)采用鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和自愈環(huán)方式進(jìn)行組網(wǎng)，對(duì)于這兩種組網(wǎng)方式的優(yōu)點(diǎn)前面已經(jīng)闡述，接入層組網(wǎng)采用WDM-PON技術(shù)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)A-B區(qū)段的通信，其系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖4所示，接入網(wǎng)通過(guò)本地中繼網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，本地中繼網(wǎng)通過(guò)長(zhǎng)途傳送網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)。

圖中已經(jīng)表示出，A站的OLT通過(guò)波分復(fù)用器將給A、1、2、3、X 各站的信號(hào)分別調(diào)制到相應(yīng)的波長(zhǎng) λA、λ1、λ2、λ3、λX 上，B 站的 OLT 通過(guò)波分復(fù)用器將給 B、7、6、5、4、X 各站的信號(hào)分別調(diào)制到相應(yīng)的波長(zhǎng) λB、λ7、λ6、λ5、λ4、λX 上，這樣各個(gè)中間站可以有獨(dú)立的波長(zhǎng)與相應(yīng)的OLT之間實(shí)現(xiàn)虛擬的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)的接入。另外A站的OLT還分配了一對(duì)保護(hù)波長(zhǎng)λ保護(hù)1和λ保護(hù)2在A站和X站之間形成自愈環(huán)，以及B站的OLT也分配了一對(duì)保護(hù)波長(zhǎng)λ保護(hù)1和λ保護(hù)2在B站和X站之間形成自愈環(huán)，這樣有效地提高了通信的可靠性。

圖4 A-B鐵路區(qū)段WDM-PON接入網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成Fig．4 A-B railway sectionsWDM-PON access network system structure

為了提供靈活的鐵路用戶(hù)接入業(yè)務(wù)，OLT通過(guò)V5中繼接口連接交換機(jī)，為其對(duì)應(yīng)的ONU節(jié)點(diǎn)服務(wù)。這樣就使OLT與ONU以及ONU之間均通過(guò)V5接口相連，并且為了滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求，促進(jìn)OLT間的業(yè)務(wù)交流，使處于不同OLT的ONU之間實(shí)現(xiàn)互連。為此，在A、B站設(shè)置了相應(yīng)的網(wǎng)際接口，加強(qiáng)模塊間的聯(lián)系[9]。

4 鐵路通信接入網(wǎng)采用WDM-PON技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1）組網(wǎng)方式靈活多樣，保證了鐵路現(xiàn)代通信的高可靠性要求。

2）WDM-PON接入網(wǎng)絡(luò)對(duì)于所接入的各種業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)透明傳輸。

3）WDM-PON接入網(wǎng)絡(luò)不限制各種類(lèi)型的接入業(yè)務(wù)，通過(guò)多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的接口和業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)相連。

4）WDM-PON接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)具有獨(dú)立性，維護(hù)管理方便，利用Q3接口連接TMN（電信管理網(wǎng)）。

5）WDM-PON接入網(wǎng)在各種業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)方面系能夠滿(mǎn)足統(tǒng)目前我國(guó)鐵路各站段的業(yè)務(wù)需求[10]。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前盡管WDM-PON相關(guān)的技術(shù)還不夠成熟，導(dǎo)致器件成本偏高，并且可提供商用WDM-PON系統(tǒng)的設(shè)備制造商還不多，但是我們有理由相信隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)成熟器件技術(shù)的不斷成熟和用戶(hù)對(duì)帶寬業(yè)務(wù)需求的不斷增長(zhǎng)的情況下，必將會(huì)不斷推動(dòng)設(shè)備制造商和市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)

WDM-PON技術(shù)的極大熱情。

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