客運(yùn)專線傳輸系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

■ 胡新

客運(yùn)專線傳輸系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

■ 胡新

客運(yùn)專線傳輸系統(tǒng)是各業(yè)務(wù)網(wǎng)的基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)，其可靠性直接關(guān)系到各業(yè)務(wù)網(wǎng)的可靠性，進(jìn)而影響客運(yùn)專線的運(yùn)營安全。因此，高可靠性、高效率的傳輸系統(tǒng)是確保客運(yùn)專線運(yùn)營安全的重要基礎(chǔ)保障。

1 客運(yùn)專線傳輸系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求分析

根據(jù)業(yè)務(wù)性質(zhì)不同客運(yùn)專線傳輸系統(tǒng)電路業(yè)務(wù)主要分為以下兩大類.

（1）實(shí)時(shí)性或可靠性要求較高的業(yè)務(wù)。包括調(diào)度通信、GSM-R系統(tǒng)、CTC、微機(jī)監(jiān)測、電力SCADA系統(tǒng)、牽引變SCADA、防災(zāi)、電子客票、公安等保障鐵路運(yùn)營安全的通信業(yè)務(wù)，要求獨(dú)立組網(wǎng)和高度可靠的實(shí)時(shí)傳送通道，同時(shí)對外提供多種業(yè)務(wù)接口。

（2）基于傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議（TCP/ IP），以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為主，對可靠性或?qū)崟r(shí)性要求相對不高的業(yè)務(wù)。主要有綜合視頻監(jiān)控、會(huì)議電視、低速率接入、動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控、綜合維修、動(dòng)車管理等不直接影響行車安全的業(yè)務(wù)。

2 現(xiàn)有客專線傳輸系統(tǒng)基本架構(gòu)

現(xiàn)有客專線傳輸系統(tǒng)利用新建不同物理徑路的2條光纜組成骨干層、匯聚層（可與骨干層合設(shè)）、接入層。

（1）骨干層、匯聚層傳輸系統(tǒng)。完成各主干節(jié)點(diǎn)間的各類業(yè)務(wù)連接/調(diào)配，同時(shí)作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)與既有系統(tǒng)的互聯(lián)層。現(xiàn)有骨干層、匯聚層利用客運(yùn)專線2條光纜中的各2芯構(gòu)建1+1線性復(fù)用段保護(hù)鏈；主要承載業(yè)務(wù)有數(shù)據(jù)網(wǎng)通道（包括綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、會(huì)議電視系統(tǒng)、旅客服務(wù)系統(tǒng)、經(jīng)營管理信息系統(tǒng)、應(yīng)急通信系統(tǒng)）、運(yùn)營調(diào)度系統(tǒng)、CTC、調(diào)度通信系統(tǒng)、GSM-R系統(tǒng)、票務(wù)數(shù)據(jù)等所需的通道。

（2）接入層傳輸系統(tǒng)。完成接入節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)的接入、匯聚和轉(zhuǎn)接，將來自區(qū)間接入層的業(yè)務(wù)匯聚到骨干層、匯聚層。現(xiàn)有接入層利用客運(yùn)專線2條光纜中的各2芯構(gòu)建保護(hù)環(huán)，主要承載的業(yè)務(wù)有數(shù)據(jù)網(wǎng)通道、CTC、GSM-R系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、應(yīng)急通信、綜合視頻監(jiān)控、直放站監(jiān)測、微機(jī)監(jiān)測、區(qū)間防災(zāi)系統(tǒng)等所需的2 Mb/s通道、低速數(shù)據(jù)通道、音頻通道及10M/100M以太網(wǎng)通道等。

3 客運(yùn)專線傳輸系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

3.1 接入層傳輸系統(tǒng)

接入層利用不同物理徑路2條光纜中的各2芯構(gòu)建同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)，通常設(shè)置奇數(shù)基站（包括信號中繼站）環(huán)、偶數(shù)基站（包括信號中繼站）環(huán)和牽引供電專業(yè)環(huán)。

3.1.1 接入層組網(wǎng)方式

（1）光纖環(huán)回方式一。各環(huán)以雙纜中的1條作為主用光纖，另1條作為備用，構(gòu)建光纖迂回環(huán)路。光纖環(huán)回方式一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。

（2）光纖環(huán)回方式二。各環(huán)以雙纜中的1條作為主用光纖，另1條作為備用，構(gòu)建光纖迂回環(huán)路。光纖環(huán)回方式二的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。

（3）利用上層傳輸通道環(huán)回方式。各環(huán)以雙纜中1條作為主用光纖，利用上層傳輸系統(tǒng)車站間傳輸通道迂回環(huán)路。利用上層傳輸通道環(huán)回方式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖3。

3.1.2 接入層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

（1）可靠性分析。光纖迂回方式一及方式二均采用不同物理徑路的2條光纖，將其分別作為傳輸系統(tǒng)環(huán)路的主、備徑路，可靠性相同。利用上層傳輸通道環(huán)回方式采用上層傳輸通道構(gòu)建環(huán)回，增加了2端車站上層傳輸設(shè)備障礙風(fēng)險(xiǎn)，但利用上層傳輸保護(hù)功能降低了線路障礙風(fēng)險(xiǎn)，尤其是上層傳輸保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)跨線路保護(hù)能力時(shí)，降低線路障礙風(fēng)險(xiǎn)尤為顯著。考慮到上層傳輸設(shè)備設(shè)置在車站機(jī)房，發(fā)生設(shè)備障礙時(shí)，相對于線路障礙具有較高的風(fēng)險(xiǎn)控制能力，因此利用上層傳輸通道環(huán)回方式比光纖迂回方式一和方式二總體上的可靠性高。

（2）光纖使用效率。光纖迂回方式一和方式二使用不同物理徑路2條光纜中各2芯組網(wǎng)，光纖占用數(shù)量一致。光纖迂回方式一需對其中1條光纜在沿線每個(gè)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分歧引出，另1條光纖需在2端車站分歧引出，造成2條光纜資源運(yùn)用不對稱。光纖迂回方式二的2條光纜分別交替分歧引出，2條光纜資源運(yùn)用對稱，資源運(yùn)用效率高。利用上層傳輸通道環(huán)回方式利用上層傳輸系統(tǒng)提供的環(huán)回通道，節(jié)省2芯光纖資源，雖然占用了上層傳輸系統(tǒng)資源，但從光纖資源稀缺性方面，擴(kuò)容增加傳輸通道相對容易。因此，利用上層傳輸通道環(huán)回方式資源運(yùn)用效率最高。

圖1 光纖環(huán)回方式一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

圖2 光纖環(huán)回方式二的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

圖3 利用上層傳輸通道環(huán)回方式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

（3）應(yīng)急處置能力。設(shè)備障礙情況下應(yīng)急處置能力主要取決于設(shè)備可靠性及備件相應(yīng)支持能力，光纖迂回方式一和方式二與利用上層傳輸通道環(huán)回方式的應(yīng)急處置能力相同，以光纜障礙為例，對其應(yīng)急處置能力進(jìn)行比較。光纖迂回方式一的2條光纜分歧引出點(diǎn)不均衡，當(dāng)主纜出現(xiàn)障礙時(shí)，備用纜不能就近接入替代；光纖迂回方式二的2條光纜分歧引出點(diǎn)分布平衡，1條光纜出現(xiàn)障礙時(shí)，另1條光纜可就近接入替代，應(yīng)急處置能力較強(qiáng)；利用上層傳輸通道環(huán)回方式采用上層傳輸通道環(huán)回，可充分利用上層傳輸系統(tǒng)的各種保護(hù)功能，應(yīng)急處置能力最高。

3.1.3 電路保護(hù)方式分析

接入層環(huán)網(wǎng)電路保護(hù)方式主要分為通道保護(hù)和2纖復(fù)用段環(huán)保護(hù)。通道保護(hù)是對被保護(hù)電路設(shè)置1條徑路的備用通道，并在支路端口側(cè)雙發(fā)選收實(shí)現(xiàn)障礙時(shí)自動(dòng)切換，其有效帶寬等于傳輸系統(tǒng)帶寬。2纖復(fù)用段保護(hù)是將傳輸系統(tǒng)帶寬后一半作為前一半的公共保護(hù)通道，有效帶寬為傳輸系統(tǒng)帶寬的50%，發(fā)生障礙時(shí)在2端線路端口進(jìn)行自動(dòng)環(huán)回，實(shí)現(xiàn)電路切換。兩者保護(hù)能力一致，均具備抗單點(diǎn)線路中斷能力。

從有效帶寬方面，可以看出通道保護(hù)帶寬利用效率更高，但分析接入層承載業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)電路運(yùn)用特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，接入層承載的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)絕大多數(shù)均以環(huán)型方式組網(wǎng)，例如基站環(huán)、SCADA環(huán)等。因此，每相鄰2個(gè)業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)間電路需求基本一致，造成接入層傳輸環(huán)網(wǎng)相鄰各網(wǎng)元間電路分布十分均勻。以一個(gè)N點(diǎn)（N≥2）的業(yè)務(wù)網(wǎng)模型進(jìn)行分析。

假設(shè)某業(yè)務(wù)環(huán)網(wǎng)具有N個(gè)節(jié)點(diǎn)（N≥2），業(yè)務(wù)網(wǎng)相鄰節(jié)點(diǎn)間通過K帶寬電路相連。計(jì)算可得總電路數(shù)=N-1。

在通道保護(hù)方式下，主用電路總帶寬=（N-1）×K×1（1表示采用就近短徑路經(jīng)過的傳輸段數(shù)量）；保護(hù)通道利用反向迂回徑路，則保護(hù)通道總帶寬=（N-1）×K×（N-1）（N-1表示采用反向長徑路經(jīng)過的傳輸段數(shù)量）；總帶寬數(shù)量=主用電路總帶寬+保護(hù)通道總帶寬=（N-1）×N×K。

在2纖復(fù)用段保護(hù)方式下，主用電路總帶寬=（N-1）×K；各條電路共用1條保護(hù)時(shí)隙，則保護(hù)通道總帶寬= N×K；保護(hù)通道總帶寬=（2N-1）×K。

由此可見，當(dāng)N≥3時(shí)，通道保護(hù)方式的帶寬利用效率不具優(yōu)勢，而隨著N的增加，帶寬利用將成倍增加。在鐵路客運(yùn)專線接入層中，業(yè)務(wù)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量均遠(yuǎn)大于3，因此采用2纖復(fù)用段保護(hù)具有明顯的帶寬利用效率優(yōu)勢。此外，2纖復(fù)用段保護(hù)的環(huán)保護(hù)功能在系統(tǒng)開通時(shí)統(tǒng)一設(shè)置，不需要對每條電路逐一配置保護(hù)通道，維護(hù)方便。

3.2 骨干層、匯聚層傳輸系統(tǒng)

客運(yùn)專線的骨干層、匯聚層有合設(shè)與分設(shè)2種方式。目前分設(shè)方式電路運(yùn)用均采用骨干層、匯聚層分擔(dān)方式，可簡單地將匯聚層傳輸系統(tǒng)看成具備完整骨干傳輸系統(tǒng)功能的第二平面，在此不再對匯聚層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

3.2.1 骨干層組網(wǎng)方式

（1）利用本線光纜組網(wǎng)1+1保護(hù)鏈（方式一）。骨干層利用不同物理徑路2條光纜中的各2芯構(gòu)建1+1復(fù)用段保護(hù)鏈傳輸系統(tǒng)。方式一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖4。

（2）利用本線光纜組網(wǎng)1+1保護(hù)環(huán)（方式二）。骨干層利用不同物理徑路2條光纜中的各4芯構(gòu)建1+1復(fù)用段保護(hù)環(huán)傳輸系統(tǒng)。方式二的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖5。

（3）利用本線光纜及上層全路骨干傳輸網(wǎng)組網(wǎng)1+1保護(hù)環(huán)（方式三）。骨干層利用不同物理徑路2條光纜中的各2芯，并利用上層全路骨干傳輸系統(tǒng)通道構(gòu)建1+1復(fù)用段保護(hù)環(huán)傳輸系統(tǒng)。方式三的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖6。

3.2.2 骨干層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

骨干層組網(wǎng)方式中，除了方式二多占用4纖本線光纖資源外，其余方式光纖資源占用相同。在此從系統(tǒng)可靠性角度對比分析3種方式的骨干層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)（見表1）。

圖4 方式一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

圖5 方式二的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

圖6 方式三的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

表1 骨干層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

3.2.3 雙平面組網(wǎng)方式研究

通過對比分析可以看出，無論采用何種方式均無法解決網(wǎng)元單節(jié)點(diǎn)障礙情況下的本網(wǎng)元業(yè)務(wù)中斷風(fēng)險(xiǎn)。解決中斷風(fēng)險(xiǎn)可采用骨干層雙平面組網(wǎng)方式（見圖7）。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，將同類電路運(yùn)用及區(qū)間接入層保護(hù)通道平均分布到2套系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)任意單網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)障礙時(shí)，最少有一半電路具備業(yè)務(wù)承載能力。

圖7 骨干層雙平面組網(wǎng)方式示意

4 結(jié)論

通過上述分析，從提高客運(yùn)專線傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)承載可靠性角度出發(fā)，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及保護(hù)方式首選方案如下。

（1）接入層。利用上層傳輸通道環(huán)回方式組建2纖復(fù)用段保護(hù)環(huán)。

（2）骨干層。雙平面結(jié)構(gòu)和每個(gè)平面利用本線光纜及上層全路骨干傳輸網(wǎng)組建1+1復(fù)用段保護(hù)環(huán)。

胡新：北京鐵路通信技術(shù)中心，高級工程師，北京，100038

責(zé)任編輯 葛化一