WDM-PON技術在鐵路通信接入網中的應用研究

楊國榮

（西安鐵路職業技術學院 陜西 西安 710014）

鐵路運輸在我國是最重要同時也是最主要的運輸手段，在國民經濟中具有及其重要的位置。然而鐵路運輸服務的專用通信系統構成了鐵路運輸指揮的神經系統，為了保證鐵路運輸的安全高效、暢通無阻，這就需要鐵路專用通信提供準確、迅速、可靠的優質服務[1]。目前鐵路專用通信建設了數字傳輸網、長途交換網、數據通信網三個基礎網以及調度、會議、電視、GSM-R等應用網絡，其中數字傳送網采用三層組網方式。

1 鐵路通信接入網存在的問題

隨著我國高速鐵路和客運專線的快速發展，120～160 km的快速鐵路網已經覆蓋我國的主要鐵路線，廣深線和秦沈客運專線的運營時速達到200 km以上，京滬、京廣等350 km時速的高速鐵路也已開通運營，鐵路提速和高鐵的發展要求鐵路的專用通信必須是高度可靠、高度安全、高速接入的通信網絡，以及雙向、透明、大容量的車地安全與調度指揮的信息網絡傳輸平臺。另外，鐵路通信信息網還要以鐵路通信全網的優勢提供更好的增值業務，使旅客和網絡覆蓋區的廣大用戶方便地享受信息服務，滿足用戶對鐵路訂購火車票、客貨運輸資訊信息、在列車就能享受語音、數據、傳真、視頻、移動通信及Internet等高品質的服務[2]。但是目前還存在一定的問題，具體表現在以下幾個方面。

1）各專業系統均以各自專用的路由器、數字通道、數據交換機及配套設備進行組建，造成網絡建設重復、設備利用率低、通道資源嚴重浪費并且沒有完全覆蓋所有車站，無法實現網絡的資源共享，也無法適應未來鐵路服務的的需求。

2）在網絡覆蓋面、多種業務承載、組網靈活性及多樣性等方面還存在較大差距。各鐵路局機構眾多，投資來源各異，管理要求不同，模型差異比較大，尤其是當今科學技術發展快速，各條鐵路線建設時間不一造成在同一鐵路局內的各應用系統也存在分別建設、各自為政、在同一應用系統內部各鐵路沿線的數據采集及匯聚組網方式、通道類型也存在很大差距。

3）伴隨高速鐵路的發展需要，目前大多數專業通信通道都以2 Mbit/s速率傳輸，接入速率普遍較低，不能滿足今后話音、圖像、數據等多業務傳送的帶寬要求。

4）各專用系統節點業務量具有隨機性和陣發性而不是一直穩定的。所以很難在應急搶險指揮中心為專用系統高效地提供信息通道保障。

通過以上分析，將現存的相互獨立的各專業系統綜合成一個面向未來、功能齊全的綜合接入網絡系統，對鐵路運營實現綜合管理，這樣即易于維護使用，又能夠提高各子系統的利用率。并且還能減少人為因素所造成的失誤，以及便于對新增的業務需求進行升級。WDM-PON技術能夠完全彌補上述存在問題的不足，WDM-PON接入網具有優良的業務支持能力，能夠為鐵路運輸安全運行、更好為旅客服務的重要技術手段，也是今后適合現代化鐵路通信的首選技術，這不但是運營管理的需要，而且也是為旅客和貨主提供全方位服務以及提高鐵路競爭力的需要[3]。

2 鐵路通信接入網的設計思想

鐵路通信系統組網決定于鐵路自身特點，鐵路的特點是線長、點多、分散、路網復雜、支線較多、地形復雜。鐵路通信接入網直接服務于鐵路運輸，滿足鐵路專用通信特點這一需求，即用戶需求專用、區間自動電話用戶數量較少而專線用戶比較多、專用接口相對復雜、物理網絡支持單一、業務種類繁多、用戶和維護單位的費用提高、小站地理位置偏僻文化生活貧乏等。所以，建設更穩定、更安全、更可靠、更靈活的接入網是鐵路通信的基本要求和發展趨勢[4]。

1）鐵路接入網獨立組成網絡

一般情況下，在較大的站點放置局端設備OLT，用戶端設備ONU依據具體情況設置在每個中間站或者間隔設置。在鐵路接入網和上層網絡利用SDH制式的分叉復用器設備ADM通過相應的速率接口予以溝通，形成鐵路接入網的保護通道，以便形成防護通道。

2）光線路終端（OLT）點與本地交換機實現V5相連

由于OLT的接口是V5，目前交換機都具有V5接口或者可以升級到V5接口，如果不能夠升級，可以通過信令轉換設備（STE），從而實現局端設備OLT和交換機的接口相連。

3）鐵路接入的容量考慮

接入設備的光傳輸系統，基本上可采用PDH、SDH等系列產品，SDH系列要優先使用，以滿足將來數字式調度電話和專用電話通道的需求。區段用戶接入網選用內置或外置式SDH STM-N設備。另外光接入設備ONU（用戶終端）、OLT還應具有2 Mb/s及64 kb/s交叉連接以及復用的能力，這樣可以形成與上層網絡環路保護通道，同時實現中間站的站間電話服務。當然ONU與OLT應具備30B+D、PCM、2B+D接口。

4）設備的選擇

目前V5接口還在不斷的完善之中，要實現交換機與局端設備OLT的連接，都是在V5的環境下進行的，因此考慮設備的選擇時，首先選擇成熟接入設備。鐵路通信的接入網中需要傳輸的業務，和公用通信的差別較大，有一些新功能的要求，在滿足鐵路接入網技術條件下，綜合考慮技術經濟的情況，優先考慮采用國產化接入網設備，這對鐵路接入網的發展是非常有利的。

5）支持網絡融合

隨著通信技術的不斷進步，實現三網融合是必然趨勢，根據鐵路通信的特殊情況，鐵路通信的線長點多，中間站又多處在偏僻地方，人煙稀少，文化生活缺乏。鐵路接入網中應該支持數據、語音、圖像的綜合傳輸能力。為了解決這一問題在局端設備OLT中應增加CATV節目源模塊，通過中間站的ONU下載下來，使中間站能夠接收到清晰的CATV節目，豐富中間站的文化生活。

6）具有集中線束功能

設備應具有集線功能，可通過軟件進行設定，經常使用的集線比為1∶N（一般N≥4）。但OLT和ONU間的用戶集線比也不能過大，從而可以降低呼損，提高接通率。

3 鐵路通信WDM-PON方案設計

3.1 鐵路通信PON接入網的拓撲分析

拓撲結構是指傳輸線路與各節點的幾何排列形狀，它表示網絡中各節點的位置及相互連接的布局情況，對網絡造價、功能和可靠性等具有很大的影響。依據鐵路的特點，適合于鐵路的PON光纖接入網的拓撲結構通常有：星型網、鏈型網、環形網、T型網、綜合網以及更復雜的多種接入網結構，它們都有各自的特點，也可以相互補充[5]。

鏈型網又叫線形網，傳輸線路使用兩芯光纖，中間站各業務點都設置有分路設備ONU，OLT一般設在業務集中位置。針對網絡可靠性的問題，在干線和局線中進行通道保護，在通信站及規模比較大的中間站可以使接入網和干局線相連，形成保護通道。這一類的網絡在干局線通信網和接入網之間的業務溝通時，具有較強的業務溝通能力，業務分配也很靈活，缺點就是接入網自身的獨立性比較差，其通道保護要由核心網完成，如圖1所示。

圖1 鐵路鏈型接入網結構圖Fig．1 Railway chain type access network structure

3.2 鐵路通信接入網組網方式

為了適應鐵路運輸的需求，使鐵路通信的可靠性得到保障，接入網實際組網方式有光路1+0、光路1+1、間隔自愈環式、自愈環方式幾種組網方式。在此選擇自愈環方式進行組網。

按照鐵路通信中各站段的布局，可以在站段間采用環形的網絡結構，形成傳輸系統的自愈環路保護，如圖2所示。這樣的組網方式能夠在不同的環中依靠上層網構成相對獨立的傳輸環，從而滿足不同業務的需求[6]。

3.3 某鐵路局A至B區段WDM-PON接入網方案設計

圖2 自愈環組網Fig．2 Self-healing ring network

目前整個路局傳輸網采用SDH同步數字傳輸體系，實現骨干網光纖傳輸。隨著通信網的不斷發展及其鐵路站段對業務需求的不斷提高，目前的接入網需要不斷完善和優化[7]。在此背景下，下面對鐵路區間通信采用WDM-PON技術組網進行探討。

1）某鐵路局A至B區間設置 設A站和B站是某鐵路局主要通信樞紐，AB之間設有X一個大通信站和1、2、3、4、5、6、7七個一般中間站。其路線圖如圖3所示。該段鐵路是鐵路運輸十分繁忙的區段，對話音、數據及圖像通信要求十分迫切。假設干線、局線已經采用DWDM系統，在區段考慮采用WDM-PON接入網系統進行組網。

圖3 A-B區段圖Fig．3 A-B section figure

2）A-B區段接入網組網設計 利用敷設于鐵路兩側的光纜構建WDM-PON接入層，沿線各大通信站均設置STMN節點設備（包含波分復用器），連接相應的OLT或ONU，完成對各節點業務的接入、匯聚和轉接，將來自區間接入層的業務匯聚至骨干層[8]。

根據通信業務需求，A、X、B車站與骨干層互連，在A、B端站設置光線路終端OLT、ONU（含波分復用設備），在 X、1、2、3、4、5、6、7 八個中間車站只設光網絡單元 ONU。 本鐵路區段接入網設計采用鏈狀拓撲結構和自愈環方式進行組網，對于這兩種組網方式的優點前面已經闡述，接入層組網采用WDM-PON技術優勢實現A-B區段的通信，其系統構成圖如圖4所示，接入網通過本地中繼網進行保護，本地中繼網通過長途傳送網進行保護。

圖中已經表示出，A站的OLT通過波分復用器將給A、1、2、3、X 各站的信號分別調制到相應的波長 λA、λ1、λ2、λ3、λX 上，B 站的 OLT 通過波分復用器將給 B、7、6、5、4、X 各站的信號分別調制到相應的波長 λB、λ7、λ6、λ5、λ4、λX 上，這樣各個中間站可以有獨立的波長與相應的OLT之間實現虛擬的點對點的連接，實現各種業務的接入。另外A站的OLT還分配了一對保護波長λ保護1和λ保護2在A站和X站之間形成自愈環，以及B站的OLT也分配了一對保護波長λ保護1和λ保護2在B站和X站之間形成自愈環，這樣有效地提高了通信的可靠性。

圖4 A-B鐵路區段WDM-PON接入網系統構成Fig．4 A-B railway sectionsWDM-PON access network system structure

為了提供靈活的鐵路用戶接入業務，OLT通過V5中繼接口連接交換機，為其對應的ONU節點服務。這樣就使OLT與ONU以及ONU之間均通過V5接口相連，并且為了滿足業務需求，促進OLT間的業務交流，使處于不同OLT的ONU之間實現互連。為此，在A、B站設置了相應的網際接口，加強模塊間的聯系[9]。

4 鐵路通信接入網采用WDM-PON技術的優勢

1）組網方式靈活多樣，保證了鐵路現代通信的高可靠性要求。

2）WDM-PON接入網絡對于所接入的各種業務實現透明傳輸。

3）WDM-PON接入網絡不限制各種類型的接入業務，通過多個標準化的接口和業務節點相連。

4）WDM-PON接入網的網絡管理系統具有獨立性，維護管理方便，利用Q3接口連接TMN（電信管理網）。

5）WDM-PON接入網在各種業務節點方面系能夠滿足統目前我國鐵路各站段的業務需求[10]。

5 結束語

目前盡管WDM-PON相關的技術還不夠成熟，導致器件成本偏高，并且可提供商用WDM-PON系統的設備制造商還不多，但是我們有理由相信隨著光通信技術的發展，相關成熟器件技術的不斷成熟和用戶對帶寬業務需求的不斷增長的情況下，必將會不斷推動設備制造商和市場運營商對

WDM-PON技術的極大熱情。

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