王飛

（中鐵十一局集團電務(wù)工程有限公司，湖北 武漢 430073）

0 引言

隨著鐵路行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，鐵路通信技術(shù)也得到優(yōu)化與創(chuàng)新，對鐵路資源調(diào)度、安全生產(chǎn)運行等活動產(chǎn)生直接影響。鐵路移動通信5GˉR 時代背景下，對鐵路通信傳輸技術(shù)提出更高要求，原有的MSTP 技術(shù)難以適應(yīng)生產(chǎn)需要，而PTN（分組傳送網(wǎng)）技術(shù)則逐步擴大應(yīng)用。PTN 技術(shù)不僅實現(xiàn)了鐵路通信技術(shù)的創(chuàng)新，還可以為鐵路通信網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供保障，因此相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用場景也成為當(dāng)前鐵路通信領(lǐng)域的熱點研究方向。

1 鐵路通信傳輸網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)

1.1 傳輸網(wǎng)骨干層

傳輸網(wǎng)骨干層主要包含鐵總至路局以及路局之間的業(yè)務(wù)傳送，為滿足跨鐵路局性網(wǎng)路傳輸需求，需要確保網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用具有傳送距離長、交叉容量大以及可靠性高的特點[1]。基于這樣的需求，可以將OTN 技術(shù)應(yīng)用于骨干層長距離傳輸中，實現(xiàn)ODU 容器定義以完成業(yè)務(wù)接入與業(yè)務(wù)調(diào)度。對于冗余保護來說，則可采用OCH 或ODUk 等完成不同業(yè)務(wù)類型保護，包括單一波長、子波長等。

1.2 傳輸網(wǎng)匯聚層

傳輸網(wǎng)匯聚層主要包含局管內(nèi)業(yè)務(wù)流量的傳送，并在鐵路沿線規(guī)模較大的站點中進行匯聚。當(dāng)前傳輸網(wǎng)匯聚層所采用的技術(shù)以O(shè)TN 技術(shù)以及MSTP 技術(shù)為主，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)升級，傳輸網(wǎng)匯聚層業(yè)務(wù)傳輸將持續(xù)朝向長距離、大容量的方向發(fā)展，進而有必要通過引入PTN 技術(shù)實現(xiàn)技術(shù)升級。通常情況下，傳輸網(wǎng)匯聚層的組網(wǎng)類型包括環(huán)型、鏈型等，在業(yè)務(wù)傳輸量較大時，可采取OTN 技術(shù)與PTN 技術(shù)配合使用的方式。

1.3 傳輸網(wǎng)接入層

傳輸網(wǎng)接入層運行過程中，需要構(gòu)建相應(yīng)的綜合承載平臺來滿足多樣性、專用性、高可靠性的鐵路業(yè)務(wù)要求。目前，傳輸網(wǎng)接入層的技術(shù)應(yīng)用以MSTP 技術(shù)為主，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的持續(xù)升級，接入層傳送系統(tǒng)將朝向大容量、多業(yè)務(wù)趨勢發(fā)展，進而有必要引入PTN 技術(shù)以實現(xiàn)對接入層業(yè)務(wù)的承載。由此可見，PTN 技術(shù)通過環(huán)形、鏈型組網(wǎng)實現(xiàn)在傳輸網(wǎng)匯聚層、接入層的應(yīng)用。例如，在進行鐵路建設(shè)期間，若需要應(yīng)用LTE-R 等對時間同步精度要求較高的業(yè)務(wù)網(wǎng)，僅依靠衛(wèi)星傳遞時間信號是不夠的，還需要進一步通過PTN 技術(shù)、增強型MSTP 技術(shù)等進行地面1588v2 信號的傳送。

2 鐵路通信傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)需求

2.1 傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

結(jié)合當(dāng)前傳輸網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)情況來看，業(yè)務(wù)類型涉及以下3 種：①數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包括視頻監(jiān)控、會議電視、旅客服務(wù)、電力SCADA 等，其業(yè)務(wù)流向通常是區(qū)間/車站—路局—鐵總。其中區(qū)間/車站環(huán)節(jié)由MSTP 或以太網(wǎng)交換采用雙平面?zhèn)魉蛯崿F(xiàn)業(yè)務(wù)承載；車站與路局環(huán)節(jié)通過數(shù)據(jù)網(wǎng)或MSTP 實現(xiàn)業(yè)務(wù)承載；路局與鐵總環(huán)節(jié)由OTN 完成業(yè)務(wù)承載[2]。②TDM 業(yè)務(wù)。TDM業(yè)務(wù)包括GSM-R 以及自動電話等。③專線業(yè)務(wù)。專線業(yè)務(wù)包括票務(wù)、災(zāi)害預(yù)警、CTC/TDCS 信號等。其業(yè)務(wù)流向通常是區(qū)間/車站—路局—鐵總，其中區(qū)間/車站環(huán)節(jié)由MSTP 實現(xiàn)業(yè)務(wù)承載；車站與路局環(huán)節(jié)通過MSTP 實現(xiàn)業(yè)務(wù)承載；路局與鐵總環(huán)節(jié)由OTN 或MSTP 完成業(yè)務(wù)承載。

2.2 傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢

隨著高速鐵路的持續(xù)發(fā)展，更多先進的通信信息技術(shù)進入鐵路通信網(wǎng)絡(luò)中，同時呈現(xiàn)出十分顯著的變化趨勢，對傳輸網(wǎng)也提出了更高的要求。首先，IP 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)將逐漸替代TDM 類業(yè)務(wù)，同時GSMˉR 無線通信系統(tǒng)也會進行升級更新，轉(zhuǎn)變?yōu)長TEˉR 系統(tǒng)。LTEˉR 系統(tǒng)屬于分組式的IP 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，對時間同步精度的要求較高，結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)應(yīng)用水平來看，可以滿足其要求的技術(shù)包括北斗/GPS 授時以及IEEE1588v2技術(shù)。圍繞IP 網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)升級還體現(xiàn)在調(diào)度通信業(yè)務(wù)方面，實現(xiàn)由有線調(diào)度通信向IP 多媒體調(diào)度通信的轉(zhuǎn)變。在此過程中，可以通過IP 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多媒體調(diào)度交換機與多媒體調(diào)度終端的聯(lián)通，有效滿足鐵總、路局以及區(qū)間/車站之間的通信需求。除此以外，TDM 語音業(yè)務(wù)將逐步退出歷史舞臺轉(zhuǎn)為軟交換自動電話業(yè)務(wù)。其次，數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)在持續(xù)發(fā)展的過程中，對傳輸網(wǎng)帶寬提出更高的要求，當(dāng)前視頻業(yè)務(wù)、監(jiān)控類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈井噴式增長趨勢，同時替代TDM 類業(yè)務(wù)所生成的相關(guān)數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)也大量增長。導(dǎo)致業(yè)務(wù)增長的原因主要包括兩方面：①為滿足鐵路系統(tǒng)運行要求，在多個區(qū)域安裝了相應(yīng)的視頻監(jiān)控裝置；②為提升監(jiān)控視頻的清晰度及相關(guān)數(shù)據(jù)質(zhì)量，對傳輸帶寬的需求量顯著增加，增大擴容難度[3]。

3 PTN 技術(shù)在鐵路通信傳輸網(wǎng)的應(yīng)用

3.1 技術(shù)類型

PTN 技術(shù)屬于一種以二層交換為基礎(chǔ)的分組架構(gòu)，其主要應(yīng)用領(lǐng)域為分組信息業(yè)務(wù)，通過將各類數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)包分配來實現(xiàn)有效、系統(tǒng)的系統(tǒng)資源傳輸與共享，主要應(yīng)用在第三、四代移動通信網(wǎng)中[4]。PTN 技術(shù)在完成核心分組業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上還可以滿足其他業(yè)務(wù)的執(zhí)行需求，即針對分組業(yè)務(wù)流量設(shè)置專門的業(yè)務(wù)層面，為分組業(yè)務(wù)傳送提供更多途徑?，F(xiàn)階段，PTN 技術(shù)分支主要包括PTN 保護技術(shù)以及PTN 同步技術(shù)。其中，PTN保護技術(shù)可以針對網(wǎng)絡(luò)、鏈路、業(yè)務(wù)等多層面提供保護功能，網(wǎng)絡(luò)層面中LSP 及PW 為線型保護對象，PTN 段層為環(huán)網(wǎng)保護對象；鏈路層面通過將TDM/ATM 接入鏈路來實現(xiàn)保護；而業(yè)務(wù)層面則可以為L3VPN 保護以及雙歸保護提供支持。由此可見，PTN 保護技術(shù)十分多樣，可根據(jù)具體機制保護需求來提供相應(yīng)的保護功能。對于PTN 同步技術(shù)來說，與SDH 原理一致，PTN 技術(shù)也可以實現(xiàn)時鐘同步信號的接引與傳遞。與此同時，基于NTP 或PTP 協(xié)議還可以通過PTN 技術(shù)進行網(wǎng)絡(luò)時間同步，并滿足多種時鐘模式的組網(wǎng)需求。

3.2 技術(shù)現(xiàn)狀

當(dāng)前，PTN 技術(shù)在我國鐵路通信網(wǎng)中已經(jīng)取得了一定的應(yīng)用成效，作為一種光傳送網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，PTN 技術(shù)可以有效針對分組業(yè)務(wù)流量進行設(shè)計，并滿足具體的分組業(yè)務(wù)需求。具體來看，PTN 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢主要包括以下5 個方面：①技術(shù)成本投入少，可以顯著提升鐵路通信網(wǎng)運行可靠性；②通過PTN 技術(shù)與IP 業(yè)務(wù)連接為鐵路通信網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供保障；③PTN 技術(shù)提供了多元化的保護方式，一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障可及時對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行保護，并實現(xiàn)業(yè)務(wù)保護和恢復(fù)；④可以通過PTN 技術(shù)進行鐵路通信網(wǎng)信息整合，突出SDH 及IP 技術(shù)的優(yōu)勢特征；⑤相較于SDH/MSTP 技術(shù)，PTN 技術(shù)可針對不同場景進行帶寬靈活分配，促進鐵路通信網(wǎng)運行管理水平的提升[5]。

隨著信息技術(shù)的持續(xù)升級，PTN 技術(shù)在鐵路通信網(wǎng)中的應(yīng)用還可以進一步劃分為傳送平面、控制平面與管理平面。其中傳送平面負責(zé)對各項基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息進行整合與更新，并提供相應(yīng)的保護性功能；管理平面負責(zé)對設(shè)備運行狀態(tài)實施管理與分析，對于出現(xiàn)的問題提供解決方案，為鐵路通信網(wǎng)安全運行提供保障。為提高PTN 技術(shù)在鐵路通信網(wǎng)中的應(yīng)用水平，就需要對其展開深入分析，進而拓展出更豐富的適用環(huán)節(jié)與應(yīng)用場景。

3.3 發(fā)展趨勢

結(jié)合PTN 技術(shù)目前的發(fā)展情況來看，其發(fā)展趨勢主要集中在兩個方向：①通過PTN 提高業(yè)務(wù)承載能力，實現(xiàn)PTN 與OTN 的有機結(jié)合，構(gòu)成POTN 技術(shù)；②滿足業(yè)務(wù)智能化運維及智能化管理需求，推動PTN 與SDN 的有機結(jié)合，構(gòu)成SPTN 技術(shù)。隨著技術(shù)升級的推擠，SDN 與POTN 還能夠進一步形成SDˉPOTN 技術(shù)，真正意義上實現(xiàn)了SDN 分層架構(gòu)與智能控制同POTN 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)資源的融合，有效滿足集中式虛擬化網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)配需求。與此同時，應(yīng)用接口與平臺系統(tǒng)的應(yīng)用也將逐步朝向開放化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，為鐵路通信業(yè)務(wù)提供更為靈活、高效的管理環(huán)境。

3.4 應(yīng)用場景

現(xiàn)階段，隨著鐵路通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，將逐步實現(xiàn)LTEˉR 系統(tǒng)以及IP 多媒體調(diào)度通信業(yè)務(wù)等內(nèi)容的升級，在此背景下，PTN 技術(shù)的應(yīng)用范圍將持續(xù)擴大，進而適用于更多元的應(yīng)用場景當(dāng)中。

3.4.1 既有線改造工程

在進行既有線改造工程的過程中，可以在原有的MSTP 技術(shù)基礎(chǔ)上新增PTN 方案，來滿足相關(guān)業(yè)務(wù)的資源傳輸需求，并仍通過MSTP 進行承載。針對上述內(nèi)容可根據(jù)具體業(yè)務(wù)需求實施相應(yīng)的方案：①鐵路通信新增LTEˉR 業(yè)務(wù)。這一方案需要重點考慮LTEˉR 業(yè)務(wù)的安全性及時間同步要求，因此可采用PTN 進行承載。可以在接入層車站等區(qū)域安裝相應(yīng)的PTN 設(shè)備，滿足基站之間的4G 回傳業(yè)務(wù)需求；若原有機房及新增基站不同址時，那么PTN 還需要進行視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控等業(yè)務(wù)的承載。對于匯聚層來說，PTN 可滿足基本傳輸需求，若傳輸量較大則可以采用OTN 系統(tǒng)進行承載。在這樣的情況下，接入層PTN 可與匯聚層PTN/OTN 完成時間源信號的傳送，與匯聚層PTN/MSTP 完成頻率源信號的傳送。此外，LTEˉR 核心網(wǎng)間業(yè)務(wù)可由MSTP 設(shè)備進行承載。這一方案的優(yōu)勢在于可以很大程度上提高基站設(shè)置的靈活性，在不影響接入層、匯聚層運行的基礎(chǔ)上滿足業(yè)務(wù)傳送和時間同步要求，在必要情況下還需要考慮波道可擴充性[6]。②鐵路通信新增IP 多媒體調(diào)度業(yè)務(wù)。這一方案中，多媒體調(diào)度終端可接入層MSTP，多媒體調(diào)度設(shè)備可與數(shù)據(jù)網(wǎng)相連，并由數(shù)據(jù)網(wǎng)完成區(qū)間/車站至路局以及路局之間的業(yè)務(wù)承載要求。值得注意的是，若接入層MSTP 設(shè)備帶寬不足，可根據(jù)實際需求進行擴容。這一方案的優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)MSTP 的深入、成熟應(yīng)用，在滿足業(yè)務(wù)需求的同時，盡可能縮減工作量。

3.4.2 基于MSTP+PTN 方案的新建線工程

新建線工程中新增LTEˉR 業(yè)務(wù)可以在車站以及鐵路沿線等區(qū)域設(shè)置傳輸設(shè)備，采用MSTP+PTN 方案來滿足業(yè)務(wù)接入需求，并可以為業(yè)務(wù)運行的信息化與高效性提供保障。其中，接入層與匯聚層MSTP 可以完成TDM 業(yè)務(wù)及專線業(yè)務(wù)的承載，接入層PTN 完成IP 多媒體調(diào)度、SCADA、食品及環(huán)境監(jiān)控等業(yè)務(wù)的承載，而匯聚層PTN 或OTN 負責(zé)LTEˉR 業(yè)務(wù)的承載。MSTP+PTN方案的實施可以有效實現(xiàn)兩種技術(shù)的有機結(jié)合，并發(fā)揮各自優(yōu)勢。MSTP 技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)成熟應(yīng)用，因此可以應(yīng)用在安全、保密等方面的業(yè)務(wù)中；而PTN 則可以實現(xiàn)LTE-R 業(yè)務(wù)和IP 化業(yè)務(wù)承載，最大限度上保證網(wǎng)絡(luò)傳送業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性。目前，鐵路通信系統(tǒng)仍然在TDM、專線業(yè)務(wù)與IP 分組化業(yè)務(wù)同時開展的情況，因此可以通過MSTP+PTN 方案來提供相應(yīng)的解決途徑。

3.4.3 基于PTN 方案的新建線工程

在既有工程中存在因MSTP 設(shè)備老化而影響通信業(yè)務(wù)傳輸?shù)那闆r，有必要針對這一情況開展相應(yīng)的新建線工程，并將PTN 方案引入其中，更好地滿足其中業(yè)務(wù)承載需求，同時逐步替代原有傳送網(wǎng)?；赑TN 方案的新建線工程在理論上可以有效適應(yīng)IP 分組化業(yè)務(wù)需求，網(wǎng)絡(luò)設(shè)置比較簡單，并達到傳輸性能指標(biāo)有關(guān)規(guī)定。然而若應(yīng)用在實際場景中，該方案處于大流量環(huán)境下所呈現(xiàn)出的PTN 傳送性能以及網(wǎng)絡(luò)安全性還有待進一步探究。除此以外，隨著鐵路5G 業(yè)務(wù)的推廣，還應(yīng)深入研究PTN 技術(shù)的適應(yīng)性與可行性。

3.4.4 鐵路支線及接入網(wǎng)應(yīng)用

對鐵路支線及接入網(wǎng)應(yīng)用場景來說，可以充分發(fā)揮PTN 技術(shù)在多業(yè)務(wù)承載方面的優(yōu)勢，進而應(yīng)用在支線鐵路的線路保護中。通過線路1+1 保護PTN 方案可以有效實現(xiàn)通信業(yè)務(wù)及相關(guān)信息的接入，同時由獨立組網(wǎng)完成安全相關(guān)業(yè)務(wù)。與此同時，在信息化業(yè)務(wù)容量較大且較為分散的狀態(tài)下，還可以通過環(huán)型組網(wǎng)PTN實施數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入，保證網(wǎng)絡(luò)運行的安全性與可靠性。值得注意的是，通過PTN 進行接入時可采用的無線接入技術(shù)包括GPON、PTN、MSTP 等多種類型，進而在實際應(yīng)用場景中可以根據(jù)具體業(yè)務(wù)需求選擇合適的技術(shù)。

4 結(jié)語

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用以及鐵路通信業(yè)務(wù)IP 化趨勢的加速發(fā)展，傳輸網(wǎng)承載業(yè)務(wù)勢必面臨轉(zhuǎn)變，如何提升鐵路通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)能力也成為每一個鐵路通信工作者需要解決的問題。目前，PTN 技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了成熟應(yīng)用，同時可以有效適應(yīng)我國鐵路通信系統(tǒng)運行需求。在此期間，應(yīng)不斷針對PTN 技術(shù)的應(yīng)用場景展開深入探索，實現(xiàn)高效管理與擴容目標(biāo)，為鐵路通信傳輸網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供保障。