高速鐵路通信傳輸網組網方案研究和優化思考

■ 趙運海

因高速鐵路具有高安全性、高速度、高計劃性、集中調度的特點，相比普速鐵路來講，對通信通道種類、數量的需求越來越多，如高速鐵路調度指揮、應急處理、運行監測和控制等各項信息傳送均需通過通信傳輸網進行傳輸，通信傳輸網的組網方案直接決定各項信息傳送的可靠性和穩定性。我國高速鐵路通信傳輸網絡從設計源頭和相對普速鐵路相比，比較完善且具有較高的穩定可靠性，也為高速鐵路調度指揮、信息化需求等提供了穩定可靠的通信通道。通過總結近幾年來高速鐵路通信傳輸網絡維護和運用的問題，高速鐵路通信傳輸網絡仍具有一定的優化空間。通過對相關高速鐵路傳輸網組網結構、承載業務和存在問題的研究分析，提出了高速鐵路通信傳輸網組網優化的思路和方案。

1 高速鐵路通信傳輸網組網結構

某高鐵線路通信傳輸網組網見圖1。

1.1 骨干及中繼層分析

骨干及本地中繼層采用10 Gb/s的傳輸系統，在部分車站（部分車站和線路所未設）設有1臺10 Gb/s的傳輸設備，構成兩纖“1+1”復用段保護環。主要承載跨局骨干通道和局管內較大車站間的局內通道。同時承載了鐵路局、站段至各接入層網元的保護通道。

1.2 接入層組網分析

接入層采用622 Mb/s的傳輸系統，在車站、基站、牽引變電等處所各設1臺622 Mb/s的傳輸設備。接入層在任兩個車站間都組成三個兩纖復用段622M保護環，分別為奇數基站環、偶數基站環、牽引電力環。因接入層在各網元間有大量的業務落上下，因此復用段保護環更加適合接入層承載的業務需求。這樣不僅提高了接入層的資源利用率，同時也便于業務的配置和管理。

2 高速鐵路通信傳輸網承載業務分析

高速鐵路通信傳輸網直接承載主要包括通信、信號、供電、信息、公安、工務等專業將近20項業務，可靠性均要求較高，具體見表1。

通過對以上承載的業務進行分析，將承載業務組網的類型分為點對點匯聚型、串聯匯聚型、串聯抽頭環型、串聯環回型4種。

圖1 某高速鐵路通信傳輸網組網示意

表1 高速鐵路通信傳輸網承載的業務

（1）點對點匯聚型。主要包括通信專業的接入網、數據網（核心節點至匯聚節點），信息專業的鐵路計算機網、客票，信號專業的RBC，公安專業的公安信息聯網（派出所至公安處）等系統的組網（見圖2）。

此類業務要求的可靠性高，一般為2M接口和155M以上的POS接口，局端至各現場至少兩條以上電路。要求兩條電路為不同徑路，在具備條件的同時應為不同設備的傳輸系統承載。

（2）串聯匯聚型。主要包括供電專業的電力SCADA、牽引SCADA、故標，工務專業的防災安全監控等系統的組網（見圖3）。

圖2 點對點匯聚型

此類業務要求的可靠性高，一般為2個FE接口，且在中心起匯聚功能，節約局端FE端口。要求現場至局端為不同徑路，在局端為不同傳輸設備承載，在現場車站或基站為不同傳輸設備板卡承載。

（3）串聯抽頭環型。主要包括信號專業的CTC、微機監測等系統（見圖4）。

此類業務要求的可靠性高，一般為2M接口，在數量大的車站增加至局端電路。要求局端至車站或基站的電路為不同徑路，局端為不同傳輸設備承載，在現場車站或基站具備條件時由不同傳輸設備承載。

（4）串聯環回型。主要包括通信專業的調度通信、應急通信、GSM-R（BSC至BTS間）、動環監控，信號專業的道岔融雪，公安專業的公安信息聯網（派出所至警務區及警務區間）等系統的組網（見圖5）。

此類電路要求的可靠性高，局端至環首尾站兩條電路必須為不同徑路。在局端為不同傳輸設備承載，有條件的處所還應使某站至上、下行站的兩條電路分擔在不同傳輸系統承載。

3 高速鐵路通信傳輸網組網分析

3.1 承載業務的流向分析

通過以上的業務分析，不管匯聚型還是環回型的業務，均使用兩條以上通道，且業務源點均為各基站、車站或牽引處所，業務宿點均為鐵路局所在地或較大車站所在地。為確保傳輸電路的可靠性，特別是杜絕單點傳輸設備障礙，造成大面積傳輸通道中斷，要求業務宿點至各業務源點的業務承載在不同徑路、不同傳輸設備（承載業務的源點為接入層設備除外）提供的傳輸通道上。

以A站至基站17的業務為例，A站至基站17的兩條路徑分別為（見圖6）：第一條徑路：A站622M—B站622M—基站11—基站13—基站15—基站17；第二條徑路（為保護電路或迂回電路）：A站10G—B站10G—C站10G—C站622M—基站19—基站17。

3.2 通信傳輸組網存在問題分析

圖3 串聯匯聚型

圖4 串聯抽頭環型

圖5 串聯環回型

圖6 承載的業務流向示意

高速鐵路通信傳輸系統按以上所述組網和電路的配置，極大提高了其承載電路的可靠性，杜絕了單站傳輸設備故障引起傳輸系統承載的業務面積性中斷的現象。但是仍存在以下幾個需考慮的問題。

（1）骨干及本地中繼層除承載骨干電路外，承載了大量接入層至較大車站的傳輸通道；接入層不僅承載了接入層電路，同時也承擔了中繼層的功能，使接入層通道占用率大大提高且不同區段極不平衡。如距離鐵路局（落地業務較多處所）越近的接入層利用率越高，反之越低；以北京鐵路局京廣高鐵為例，假設A站為北京，按3個接入層622M保護環平均利用率統計，AB站間利用率52%，EF站利用率39.7%，MN站利用率19.9%。

（2）在有的車站或線路所僅安裝1套接入層622M設備，無骨干層或中繼層的10G傳輸設備。車站622M設備如果出現故障，會引起本站調度、CTC通道全部中斷，直接影響行車（見圖7）。

（3）數據網使用的電路一般為155M以上顆粒，接入層無法滿足，只能在骨干及中繼層上的1套傳輸系統上承載，降低了數據網所用電路的安全系數和數據網所承載業務的可靠性。

（4）各車站的高頻開關電源為單套，如果某車站高頻開關電源故障，依舊會造成整條線路承載的通信業務中斷。如圖6中的B站電源障礙，影響設備用電時，C站及以后的傳輸系統上承載的所有業務均中斷。

4 高速鐵路通信傳輸網組網和優化的思考

通過對既有高速鐵路通信傳輸網組網和承載業務的分析，在高速鐵路傳輸網網絡結構、保護機制比較完善的基礎上，為進一步提高高速鐵路通信傳輸網的可靠性，以防止某車站全部業務通道中斷、部分區段業務通道中斷、某項業務通道全部中斷等方面為出發點，為鐵路運輸生產提供穩定、可靠、暢通的通信手段，對高速鐵路通信傳輸網，建議在以下幾個方面進一步開展優化工作。

（1）根據業務量的需要，在骨干層和接入層間增加中繼層（見圖8），或提高接入層的鏈路帶寬（見圖9）。優化后雖然增加了投資，但是達到了如下效果：①接入層、中繼層、骨干層承載的業務流向更加清晰，更加便于維護管理，車站級以上的電路均承載在中繼層2.5G和骨干層10G中的1個2.5G帶寬中，接入層只承載車站級以下的電路；②提高了整條線傳輸資源的容量，可將車站級以上包括數據網電路的所有業務實現異網元級保護，進一步提高傳輸系統承載業務的可靠性；③釋放了接入層的資源，解決了瓶頸處資源緊張的問題。

圖7 單臺設備承載業務示意

圖8 增加中繼層后傳輸網示意

（2）在高速鐵路車站所在地均要設置獨立的中繼層和接入層傳輸設備，以使車站使用的重要行車通信業務等所用電路分擔在不同的傳輸設備，環回通道由其他傳輸系統承載，確保業務通道雙網元、雙徑路承載，提高相關重要業務的可靠性。如以CTC通道為例，A站—B站CTC通道由骨干層10G系統承載，B站—C站的CTC通道由接入層622M系統承載，C站—D站CTC通道再由10G系統承載，在D站—A站的環回通道由非本條線的其他傳輸系統承載（見圖10）。

（3）充分利用局干傳輸網進行調整優化。在局干所在處所，將原經過接入層至業務匯聚點的徑路調整至由局干環至業務匯聚點（見圖11），取得了以下效果：①充分利用局干網既有資源，節約了設備投資；②提高了傳輸系統承載業務的可靠性，能夠避免高鐵線上車站斷電影響面積性中斷的隱患，如在B站接入局干環，可避免A站、B站電源障礙后影響B站以后所有傳輸通道中斷現象；③釋放了接入層資源，解決了瓶頸處資源緊張的問題。

（4）結合骨干傳輸網的改造，充分利用骨干傳輸網提供迂回保護通道，進一步提高高速鐵路傳輸網絡承載業務的安全可靠性（見圖12）。

利用骨干環或局干環為高速鐵路傳輸網提供622M以上保護通道，對數字調度、GSM-R、CTC、MSC至RBC、牽引供電、防災安全監控等行車通信業務使用通道做SNCP保護（具備條件時可全部進行保護），以使高速鐵路傳輸系統承載的業務在實現不同徑路光纜承載和不同網元的基礎上，又增加了一條路由，實現高速鐵路傳輸網上承載的通道電路經第三路由的自動保護，達到高速鐵路上車站通信機械室電源供電和雙條光纜中斷業務不受影響的效果。且此種方式簡單靈活，特別適合對已開通的傳輸網實施保護工作。

如以AB站奇數基站環為例，BSC設在H站，基站1、3、5、7、9為一個基站環。

圖9 增加接入層帶寬后傳輸網示意

圖10 在D站—A站的環回通道由非本條線傳輸系統承載示意

圖11 業務匯聚點由局干環承載后示意

未利用骨干環保護通道前，H站至基站環2M電路徑路見圖13。如果B站—H站間的任何一車站電源供電或兩條光纜中斷，BSC至此基站環的電路全部中斷，此基站環的GSM-R業務全部中斷。

利用骨干環保護通道后（將BSC至基站環頭的2M電路或BSC至基站環尾的2M電路中任何一條進行SNCP保護即可，以將BSC至基站環尾的2M電路保護），H站至基站環2M電路徑路見圖14。

圖12 利用骨干傳輸網提供迂回保護通道示意

圖13 未利用骨干環保護通道前H站至基站環2M電路徑路

圖14 利用骨干環保護通道后H站至基站環2M電路徑路

如果B站—H站間（不含H站）的任何一車站的電源供電或兩條光纜中斷，可自動切換至骨干環的保護通道中，使BSC至基站1的2M電路不會中斷，保證GSM-R業務的暢通。

5 結束語

通過以上對相關高速鐵路通信傳輸網組網結構、承載業務和存在問題的研究，以防止某車站全部業務通道中斷、部分區段業務通道中斷、某項業務通道全部中斷等方面為主要出發點，提出高速鐵路通信傳輸網絡優化的思路和方案。通信網絡優化是一項長期的維護工作，優化的內容和方案應結合各類實際運用條件確定，并應隨著通信傳輸網絡的變化而變化，最大條件地確保通信傳輸網和承載的業務具備多路由傳輸，以使通信網絡以“通”為目標，為鐵路運輸生產提供穩定、可靠、暢通的通信手段。