通信傳輸技術(shù)在金山鐵路中的應(yīng)用及思考

魯海濤 上海鐵路局上海金山鐵路有限責(zé)任公司

1 通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)

任何通信網(wǎng)絡(luò)都具有信息傳輸、信息處理、信令機制、網(wǎng)絡(luò)管理功能。因此從功能角度看，一個完整的通信網(wǎng)可分為相互依存的三部分：業(yè)務(wù)網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、支撐網(wǎng)。

1.1 業(yè)務(wù)網(wǎng)

業(yè)務(wù)網(wǎng)負(fù)責(zé)向用戶提供各種通信業(yè)務(wù)，如基本語音、數(shù)據(jù)、多媒體、VPN等，在鐵路通信系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)網(wǎng)主要分為TDM業(yè)務(wù)網(wǎng)（自動電話、GSM-R無線通信、鐵路專用調(diào)度通信）和數(shù)據(jù)網(wǎng)兩大類。構(gòu)成一個業(yè)務(wù)網(wǎng)的主要技術(shù)要素包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、交換節(jié)點設(shè)備、編號規(guī)劃、信令技術(shù)、路由選擇、業(yè)務(wù)類型、計費方式、服務(wù)性能保證機制等，其中交換節(jié)點設(shè)備是構(gòu)成業(yè)務(wù)網(wǎng)的核心要素。采用不同交換技術(shù)的交換節(jié)點設(shè)備通過傳輸網(wǎng)互連在一起就構(gòu)成了不同類型的業(yè)務(wù)網(wǎng)。

1.2 傳輸網(wǎng)

傳輸網(wǎng)獨立于具體業(yè)務(wù)網(wǎng)，負(fù)責(zé)按需為交換節(jié)點/業(yè)務(wù)節(jié)點之間的互連分配通道，實現(xiàn)節(jié)點之間信息透明傳輸，同時具備通道調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)視、故障切換等相應(yīng)的管理功能。構(gòu)成傳輸網(wǎng)的主要技術(shù)要素包括：傳輸介質(zhì)、復(fù)用體制、傳輸網(wǎng)節(jié)點技術(shù)等。以鐵路廣泛使用的SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)為例，其傳輸網(wǎng)節(jié)點設(shè)備主要有分插復(fù)用設(shè)備（ADM）和交叉連接設(shè)備（DXC）兩種類型，是構(gòu)成傳輸網(wǎng)的核心要素。

1.3 支撐網(wǎng)

支撐網(wǎng)負(fù)責(zé)提供業(yè)務(wù)網(wǎng)正常運行所需的信令、同步、網(wǎng)絡(luò)管理、業(yè)務(wù)管理、運營管理等功能，已保證提供的業(yè)務(wù)質(zhì)量和整個通信系統(tǒng)的可維護性和可靠性。支撐網(wǎng)包括同步網(wǎng)、信令網(wǎng)、管理網(wǎng)三部分。

（1）同步網(wǎng)處于數(shù)字通信網(wǎng)的最底層，負(fù)責(zé)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備之間和節(jié)點設(shè)備與傳輸設(shè)備之間的始終同步、幀同步以及全網(wǎng)的網(wǎng)同步，保證地理位置分散的物理設(shè)備之間數(shù)字信號的正確接收和發(fā)送。

（2）信令網(wǎng)在邏輯上獨立于業(yè)務(wù)網(wǎng)，負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間傳送業(yè)務(wù)相關(guān)或無關(guān)的控制信息流。

（3）管理網(wǎng)的主要目標(biāo)是通過實時和近實時監(jiān)視業(yè)務(wù)網(wǎng)的運行情況，采用各種控制和管理手段，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，保證通信服務(wù)質(zhì)量。

2 金山鐵路通信網(wǎng)建設(shè)方式及其提供的服務(wù)

2.1 金山鐵路工程概況

金山鐵路改建工程從上海南站引出至金山衛(wèi)站，全長56.4 km，途經(jīng)上海市徐匯、閔行、松江、金山四個區(qū)，共設(shè)上海南、莘莊、春申、新橋、車墩、葉謝、亭林、金山園區(qū)、金山衛(wèi)等9個車站。線路最高時速160 km/h，全線電氣化，全封閉。本項目由鐵道部和上海市共同出資，是鐵道部和上海市探索快速城區(qū)鐵路交通建設(shè)、提高城市綜合交通能力的重要舉措，對加強金山鐵路沿線與中心城區(qū)之間的交通聯(lián)系，完善城市軌道交通布局，滿足居民出行需求以及城市集約化和一體化發(fā)展有著重要意義。工程自2009年12月9日正式開工，于2012年9月28日建成。列車全線運行時間最短32 min。

2.2 金山鐵路通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

金山鐵路通信系統(tǒng)包括傳輸系統(tǒng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)范疇的電話交換及接入系統(tǒng)、無線列調(diào)系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)，隸屬于支撐網(wǎng)的同步及時鐘分配系統(tǒng)等。

2.2.1 通信傳輸系統(tǒng)

利用工程內(nèi)新設(shè)的20芯光纜以及既有浦東鐵路12芯光纜中的其中2芯，開通新橋至金衛(wèi)西1+1 622 M/s傳輸系統(tǒng)。接入層車站節(jié)點包括春申、新橋、車墩、大橋管理所、葉榭、亭林、金山園區(qū)、金山衛(wèi)站8個節(jié)點設(shè)置MSTP的622 M設(shè)備（采用華為OSN2500設(shè)備）。擴容既有金山衛(wèi)站SDH 622 M/s傳輸設(shè)備。各電氣化所亭站點均在相關(guān)所亭內(nèi)新設(shè)STM-4 ADM設(shè)備（采用華為OSN1500設(shè)備），并接入就近車站內(nèi)。利用上海路局滬昆2.5G傳輸系統(tǒng)以及上海樞紐既有傳輸通道引入上海調(diào)度所。利用新橋信號樓、新橋通信站既有滬昆2.5G傳輸設(shè)備，并對其進行擴容。系統(tǒng)組成見圖1。

2.2.2 電話交換及接入系統(tǒng)

金山鐵路不新設(shè)程控交換設(shè)備，全線納入既有鐵路電話交換網(wǎng)統(tǒng)一編號組網(wǎng)，實現(xiàn)與既有鐵路電話專網(wǎng)的互通。

公務(wù)通信系統(tǒng)納入既有鐵路專網(wǎng)。對新橋通信樓既有程控電話交換機擴容至2×2M V5.2接口，自動電話用戶通過接入網(wǎng)系統(tǒng)接至在新橋信號樓新設(shè)置的OLT設(shè)備，新橋信號樓OLT設(shè)備通過V5.2接口接入既有程控電話交換機。

沿線車站、電氣化所亭、電力配電所等區(qū)間接入點等站內(nèi)接入點新設(shè)ONU設(shè)備（華為F02AV-U），分段接入新設(shè)OLT設(shè)備。車站ONU至OLT采用2×2 M直連，區(qū)間ONU至OLT采用1×2 M直連，相鄰ONU間采用1×2 M互連。

圖1 金山鐵路傳輸系統(tǒng)拓?fù)鋱D（簡圖）

2.2.3 無線列調(diào)系統(tǒng)

無線通信系統(tǒng)采用450 MHz無線列調(diào)C制式，并設(shè)置無線車次號校核和調(diào)度命令傳送系統(tǒng)。

（1）列車無線調(diào)度通信系統(tǒng)系統(tǒng)采用有線、無線相結(jié)合的鏈狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在新增加的車站設(shè)置車站電臺，對新建信號樓的既有車站設(shè)置車站電臺，所有車站電臺通過有線通道連接接入到既有無線調(diào)度總機和監(jiān)測總機內(nèi)。其中，上海南（含）～新橋（含）的車站電臺接入到既有滬杭臺管轄、新橋（不含）～金山的車站電臺接入到既有上海樞紐調(diào)度臺管轄。

（2）為保證相鄰車站電臺的場強連續(xù)覆蓋，對于鐵路區(qū)間弱場地段采用光纖直放站+天線的方式解決場強覆蓋問題，并新設(shè)光纖直放站網(wǎng)管。

2.2.4 調(diào)度通信系統(tǒng)

全線鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)由數(shù)字調(diào)度系統(tǒng)構(gòu)成，按1個調(diào)度區(qū)劃分納入上海調(diào)度所統(tǒng)一管轄。新增上海樞紐支線臺，管轄車墩、葉榭、亭林、金山園區(qū)、金山衛(wèi)、金衛(wèi)西6個站。

車墩、葉榭、亭林、金山衛(wèi)4個車站新設(shè)數(shù)調(diào)分系統(tǒng)，與車站調(diào)度交換機同址設(shè)置數(shù)字錄音儀，通過錄音接口與車站調(diào)度交換機相連。其余車站利用既有數(shù)調(diào)分系統(tǒng)。由于既有上海調(diào)度所內(nèi)既有上海樞紐調(diào)度主系統(tǒng)均無法擴容，且無空余時隙進行組環(huán)交換，因此在上海調(diào)度所內(nèi)新設(shè)一套數(shù)調(diào)主系統(tǒng)。在沿線各車站設(shè)置車站值班臺，通過2B+D接口接入車站型調(diào)度交換機，車站值班臺預(yù)留2 M口，調(diào)度臺處設(shè)置應(yīng)急電話分機。

沿線牽引變電所、分區(qū)所、開閉所的調(diào)度分機以2 M接口接入各牽引變電所亭的ONU設(shè)備，再通過車站的ONU設(shè)備以環(huán)路中繼口接入車站調(diào)度交換機分系統(tǒng)中。

2.2.5 同步及時鐘分配系統(tǒng)

（1）同步分配系統(tǒng)

利用新橋通信站既有BITS設(shè)備擴容，全線按一個同步區(qū)設(shè)置，采用主從同步方式，為全線通信傳輸設(shè)備提供同步時鐘信號。SDH時鐘傳送節(jié)點數(shù)不大于20個，并建立合理的時鐘傳遞鏈路，防止形成時鐘環(huán)。

（2）時間分配系統(tǒng)

利用上海調(diào)度所既有設(shè)置的二級時間同步設(shè)備（即二級母鐘及時間信號分配設(shè)備），完成時間同步信號的分配，同時設(shè)有GPS作為時間同步源。并對上海調(diào)度所二級時間同步設(shè)備的分配單元進行擴容。

二級時間同步設(shè)備和車站三級時間同步設(shè)備（信息系統(tǒng)專業(yè)設(shè)置）之間，采用64k專線鏈路（RS422接口）將上海局調(diào)度所主時鐘設(shè)備的時間同步信號傳送到車站通信機房，為車站三級時間同步設(shè)備提供時間同步信號源。

2.3 通信系統(tǒng)與各信息系統(tǒng)的接口

金山鐵路傳輸系統(tǒng)采用基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺MSTP（Multi-Service－TransferPlatform），同時實現(xiàn) TDM、以太網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)的接入、處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務(wù)節(jié)點。傳輸系統(tǒng)為信息系統(tǒng)提供的通道見表1。

表1 通信系統(tǒng)與各信息系統(tǒng)典型接口形式

3 工程實施建議

3.1 光進銅退原則

由于電氣化鐵路電磁干擾環(huán)境較為復(fù)雜，同時出于防雷考慮，各級通信、信息終端連接時優(yōu)先采用光纜，并合理選擇光電轉(zhuǎn)換設(shè)備以實現(xiàn)設(shè)備的連接。如金山鐵路春申站、新橋站信息箱及大橋管理所通信專用箱變、無線通信直放站箱變處的電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)均采用光纜加光貓的方式就近接入通信傳輸系統(tǒng)，設(shè)備開通以來工作較為穩(wěn)定。

3.2 合理劃分承載業(yè)務(wù)等級

目前鐵路通信系統(tǒng)信息業(yè)務(wù)及信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)主要由兩種IP數(shù)據(jù)通信網(wǎng)來承載，即獨立IP數(shù)據(jù)通信網(wǎng)和綜合數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。根據(jù)國家政策及鐵路有關(guān)規(guī)定，對于涉及鐵路運輸安全控制、資金往來等系統(tǒng)的業(yè)務(wù)（包括CTC/TDCS、列車控制及聯(lián)鎖、客票、公安等系統(tǒng)），使用獨立IP數(shù)據(jù)通信網(wǎng)承載；鐵路其他信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)及通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，使用綜合IP數(shù)據(jù)網(wǎng)承載。

3.3 MSTP與既有SDH的互聯(lián)互通

因鐵路既有通信系統(tǒng)廣泛采用SDH傳輸系統(tǒng)，工程中不可避免的遇到新建MSTP系統(tǒng)與既有的SDH互聯(lián)互通問題。MSTP與現(xiàn)有SDH的互通是指MSTP承載的FE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)穿越SDH網(wǎng)絡(luò)的互通，兩者之間實現(xiàn)互通的條件是：MSTP承載的FE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)所經(jīng)路由任何節(jié)點不能有E1或非STM-N接口轉(zhuǎn)接。

現(xiàn)有鐵路SDH網(wǎng)絡(luò)主要服務(wù)于TDM業(yè)務(wù)及專線業(yè)務(wù)，以2Mb/S電路為主，各SDH網(wǎng)絡(luò)間的轉(zhuǎn)接電路大多采用DDF跳線方式，無法形成端到端的VC-3/VC-4/VC-12全程通過，造成MSTP承載的FE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無法穿越SDH。為此，需對相應(yīng)SDH網(wǎng)絡(luò)節(jié)點增設(shè)STM-N支路板卡，將轉(zhuǎn)接電路由DDF跳線方式改為STM-N中繼方式。該改造方式在實現(xiàn)FE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)透傳的同時，實現(xiàn)了電路調(diào)度由人工DDF跳線轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)管數(shù)據(jù)配置，大大提高網(wǎng)絡(luò)管理效率。

4 結(jié)束語

鐵路通信系統(tǒng)在提供語音業(yè)務(wù)的同時還為眾多信息系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)承載通道。新的需求催生新的應(yīng)用，按照鐵路信息化總體規(guī)劃，將逐步建設(shè)運輸組織、客貨營銷、經(jīng)營管理等領(lǐng)域共計38個信息系統(tǒng)。如何在一張通信網(wǎng)中更好的承載眾多數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是通信專業(yè)今后需要著重研究和探討的問題。