傳輸網絡的保護疊加在鐵路通信中的應用

任 明

（國家能源集團包神集團神朔鐵路 陜西 榆林 719306）

1 引言

在各類網絡通信技術朝著多維度、多樣化方向發展的大背景下，傳輸網絡中的信息安全防護方式也在隨著通信技術的發展朝著多種保護技術疊加的形式所轉變。信息保護疊加技術也逐漸成為承載傳輸網絡中信息安全保護任務的主要技術方案。在鐵路通信系統中，OTN網絡的使用越來越普及，其與SDH的嵌套使用也是鐵路傳輸網絡中所廣泛采用的方式。當在OTN網絡與SDH網絡在鐵路通信中組合使用時，其傳輸網絡所采用的信息安全的防護方式便是將以上兩類網絡各自的信息保護方式予以疊加，即采用保護疊加的方式來保障鐵路通信的安全。而保護疊加技術的使用中涉及許多通信技術的應用[1]，各層網絡保護優先級的確定也是信息保護疊加技術在鐵道傳輸網絡中的應用一個重要技術點，只有通過對不同優先級的保護進行延時倒換，方能保證對各類網絡中數據保護疊加工作有條不紊地進行。

2 保護疊加技術構成及種類

2.1 保護疊加技術的內涵

一個功能全面的傳輸網絡系統往往需要多種通信技術來實現其各種功能，其涵蓋WDM IP、SDH、MPLS等多種技術的多類組合方式。各技術都有其各自的生存性技術[2]，為保障各類技術層之間信息傳輸安全性和穩定性，便需要基于一致的IP地址，疊加各類通信技術的信息保護技術，從而實現保護的疊加。在整個網絡傳輸系統中各技術層和其對應信息保護技術的組合方式也是多樣，其可以是各類通信技術間層層嵌套的結構，也可以是有明確上下連接關系的通信結構，同時也可以對各技術層間的組合設定規范，從而以最大限度地保證網絡傳輸的功能，保障信息傳輸的安全性。

2.2 保護疊加技術的種類

在鐵路信息傳輸網絡的搭建中，根據SDH網絡和OTN網絡這兩類網絡各自信息保護的承載關系，即保護疊加技術在兩類網絡中應用方式的差異，其可被分為兩種類型。第一種保護疊加的形式是將SDH網絡保護和OTN網絡保護以嵌套的方式進行組合，SDH網絡信息安全防護通道均由OTN網絡所承載。另一種保護疊加的形式是將SDH網絡保護和OTN網絡保護以相交的方式相組合[3]。在這種保護疊加的架構中，SDH只有一條線路上的網絡保護與OTN網絡保護結構相關聯，與OTN網絡不涉及其他的鏈路的承載關系，這種傳輸網絡的保護疊加架構相對簡單。

在搭建多重網絡保護疊加的架構時，需要對各種技術層的網絡保護設定優先級，以免在所疊加的保護同步響應時，傳輸網絡的信息通信任務因倒換工作紊亂而受到影響。因此需要在多重保護疊加的網絡系統中添加倒換延時機制，在發現網絡通信任務異常時不立刻執行保護倒換，而是經過一定延時后，根據所設定的各層保護的優先級，首先執行優先級較高的保護操作，隨后依次執行次優先級的保護操作。由此保證保護疊加機制中各層保護有條不紊地實現其功能。

2.3 保護疊加技術的優勢

信息保護疊加技術逐漸成為多維度、多層級的信息傳輸網絡中承載傳輸網絡中信息安全保護任務的主要技術方案。從多重保護疊加結構的體系構成來說，其通過相互關聯各單層通信保護來構建網絡通信的安全防護保障，充分利用各技術層網絡保護的優勢有效避免網絡通信受信號波動的干擾，穩固提升了通信傳輸的穩定性。同時，多重的安全保護機制具有較高的容錯能力，可以在信息傳輸網絡存在一定故障的情況下保障通信信息安全可靠的傳輸，因此保護疊加技術可以有效提高網絡的可靠性。

在保護疊加機構搭建中，各層網絡保護技術可以根據實際的安全性要求進行靈活的嵌套或組合，其可以采用多層嵌套的方式來實現網絡的安全防護，對于安全等級要求較低的網絡則可以采用單層套用的方式進行通信保護，因此保護疊加技術在實際的網絡傳輸系統中的應用具有較高的靈活性，可以滿足不同網絡類型對信息安全防護的要求。

3 傳輸網絡的保護疊加技術在鐵路通信中的應用

3.1 嵌套式保護

在嵌套式信息保護疊加技術中，根據傳輸系統中信息點的個數可分為二纖疊加覆蓋技術和四纖疊加覆蓋技術，其中二纖保護傳輸體系在其信息傳輸結構中具有3個信息點，而四纖疊加覆蓋技術中是由多個信息點所構成的傳輸網絡結構。針對這兩類嵌套式保護技術具體分析如下。

3.1.1 二纖疊加覆蓋技術

在二纖保護傳輸體系中，當通信系統接收傳輸信號時，纖維傳輸結構會進行通信信息的對接，進而實現信號代碼的重組，依據二纖固有的結構建立雙向環形疊加保護。多個傳輸信號根據這一機制相互連接到一起，具有相同的網絡結構，從而構成信號傳輸的保護疊加。二纖保護傳輸體系頻譜分析圖見圖1。

圖1 二纖疊加覆蓋頻譜分析圖

在鐵路信息傳輸網絡的信號通信中，設所傳輸的信號為20-150，當通信系統進行第一個信息號“20”的傳輸時，纖導結構內的光路信號便信號代碼結構進行重組，當信號結構重組完成后，后續的傳輸信號便開始按照現有的信號結構進行傳遞。即剩余的21-150這些信號，其信號的網絡結構都將與第一個信號“20”的網絡結構一致，從而實現各單結構信號的連接。根據上述分析可以看出，在利用二纖結構進行傳輸信號的保護調節時，其不僅可以進行信號強度的調節，也能利用信號光路的統一實現信號的保護疊加，從而在滿足鐵路網絡信號通信要求的基礎上實現信息傳遞的安全性和穩定性。

3.1.2 四纖疊加覆蓋技術

四纖疊加覆蓋技術與二纖結構相比具有更多的信息傳輸點[4]，其在實際的鐵路傳輸網絡的信號傳遞中的應用也更為廣泛，其根據OTN網絡的設備的具體要求將不同類型的信號進行分組處理，并實現通信設備間的相互關聯，從而展開設備間信號高效穩定的傳輸。

四纖雙向RMSP保護嵌套OLP保護是在實際的鐵路傳輸網絡中常用的嵌套式保護方法[5]。以A、B、D 3點網絡通信設備的組網為例，其具體的結構圖見圖2。如圖2中所示，各網絡設備間由兩條STM-64鏈路相連接，其皆在OTN中實現網址的承載，雖然各鏈路具有不同的波長但其承載光路是在相同的光纖上，其所疊加的不同層級的保護操作由OTN網絡負責統一的倒換，從而實現保護疊加操作有條不紊進行。

圖2 四纖雙向保護組網圖

在具體的信號傳輸中，四纖保護傳輸體系首次根據信號的結構對信號進行分類，將相同結構的信號進行相互的關聯，并構建相同的信號光路。然后將分類好的信號信息進行分層的傳遞，對信息量較多、信號強度穩定的通信信息予以優先的傳遞。其次，對可辨識的信號進行傳遞，對于難以辨別的模糊信號予以最后傳遞。四纖保護傳輸體系與二纖結構相比具有對信號進行分類分級處理的能力，因此能夠在信號波動較大的情況下進行信息的傳輸，在鐵路傳輸網絡系統的信號傳遞中四纖結構比二纖結構具有更高的安全性和穩定性。

3.2 嵌套瞬時性保護恢復

嵌套瞬時性保護恢復技術是嵌套式信息保護疊加技術的進一步發展，它能夠憑借外部嵌套對傳輸中可能受到干擾的信號予以延時，等到外部擾動消除時，再進行通信信號的傳遞，以保證數據傳輸的安全性和穩定性。

以鐵路傳輸網絡的中信號傳輸為例，當使用嵌套瞬時性保護恢復技術進行通信數據疊加保護時，鐵路信息傳輸網絡會根據所傳輸信號通信光路環境的優良與否來決定信號傳輸的先后順序，對于光路傳輸環境通暢的數據傳輸網絡會優先傳輸，而對于傳輸光路中有信號干擾或信號阻塞的情況時，嵌套瞬時性保護恢復技術會對所傳輸信號進行延時處理，當檢測到傳輸光路恢復通暢時再進行延時數據的傳遞。通過采用延時傳輸的方式對通信系統中的不穩定性予以規避，以主動避讓的方式防止信號在傳輸線路中出現阻塞。

3.3 跨系統疊加保護

在進行鐵路傳輸網絡搭建時，所采用的信息保護結構主要是將SDH網絡保護和OTN網絡保護以相交的方式相組合。在這種保護疊加的架構中，SDH只有一條線路上的網絡保護與OTN網絡保護結構相關聯，與OTN網絡不涉及其他的鏈路的承載關系。跨系統疊加保護主要分為兩類，跨區域交叉保護和跨區域隔離保護。

3.3.1 跨區域交叉保護

跨區域交叉保護在鐵道傳輸網絡的搭建中主要指的是OTN網絡和SDH網絡通過光路復用的方式進行保護疊加。以跨區域交叉保護方式進行數據傳輸時，OTN首先將為獲得的信號構建相應的通信傳輸鏈，同時采用SDH光路進行數據傳輸的備用保障。當傳輸光路中因有信號干擾或信號阻塞的情況而無法進行信息傳送時，SDH復用光路將在外部構建一個信號保護屏障，這一數據保護屏障可以兼容原有信號的傳輸，從而減少通信數據在傳輸過程中所受到的外部擾動。

這種跨系統疊加保護的方式主要應用在所處地勢復雜的鐵路線路的信號傳輸保障，以避免鐵路信號傳輸受地形等外部情況干擾而造成數據傳輸質量的降低。跨區域交叉保護技術在實際鐵路傳輸網絡中應用時，首先需要基于一般的移動網絡進行構建，將通信傳輸信號分為多段進行傳輸，搭建OTN鐵道傳輸網絡的框架，為所分割的每段傳輸信號分配相應的通信代碼。在進行通信數據傳遞時，根據傳輸地域的差異將對每段信號的通信代碼進行更換。當傳輸信號途徑地勢偏遠信號強度較弱的地區時，SDH光路將從通信結構的外側進行數據信號強度的調節，進而保障傳輸信號在各個地域傳輸的穩定性。跨區域交叉保護技術主要使信號干擾強度較低的情況下具有較好的信號穩定作用，而對于高強度的信號擾動，此種保護疊加技術仍具有一定的局限性。

3.3.2 跨區域隔離保護

當OTN網絡和SDH光纖隔離保護技術分別負責鐵路通信結構的內部通信安全的保障和外部信號傳輸穩定性的保證時，這種跨系統疊加保護方式便是跨區域隔離保護。此種傳輸網絡信息保護技術主要針對在鐵路信號傳輸中，多個通信信息同步傳輸時其間的相互干擾所造成的數據傳遞不穩定，同時SDH光纖隔離可以有效地保障鐵道信號在不同的地域和地勢下傳輸的穩定性，使得數據在傳輸光路出現故障或阻塞時可以實現快速恢復，以保證信號持續性的傳輸。

現以需要承擔5條鐵路信號的通信電纜信號傳輸為例，當多組鐵路信號需要在同一線纜中實現數據的傳輸時常常會出現不同鐵路信息間信號的干擾，從而當傳遞大于兩條的鐵路信號時，信號在光路中傳輸的不穩定性便會增高甚至會出現信號中斷的情況。在鐵道傳輸網絡搭建中，往往采用跨區域隔離保護技術來解決這一問題，通過展開各區域鐵路信號傳輸的調節，從而實現網絡信息安全防護和保護疊加。在實施跨區域隔離保護技術時，需要將鐵路信息傳輸的光路分為獨立的5個虛擬傳輸路徑，每個信號傳輸路徑負責一條鐵道線路的信息傳遞，以防止多條線路信息同步傳輸時所導致的信號之間的干擾。此外，SDH光纖采用交叉保護來保障外部信號通信的穩定性。當通信線纜同時傳輸兩條及兩條的以上的線路信息時，網絡傳輸系統在所搭建的虛擬通信環境下，實現多條虛擬信號傳輸光路的相互疊加，構建跨越系統的通信連接結構，進而避免各鐵道線路信號在傳輸過程中的互相干擾。同時，當出現多個相似或相同信號傳輸時，SDH光纖隔離保護技術會以較快的速度實現虛擬光路傳輸渠道的構建，以保證外部信號傳輸的穩定性和可靠性。因此，當同一區域需要進行多條鐵路調度工作時，采用跨區域隔離保護技術進行鐵道傳輸網絡信號傳輸的安全防護，可以有效避免多路信號傳遞所出現的傳輸癱瘓和電波干擾等問題。

3.4 結構式疊加保護

在現代鐵路信息通信中，往往采用多個子網與單個主網相配合的結構進行數據的接收和傳輸，其間各子網和主網的信號傳輸保護便構成了結構式信息保護疊加。在這種鐵道傳輸網絡結構中，多個子網主要負責各類信息的接收，而主網絡主要用來進行線路信息的傳輸。當各個子網絡接收到各類外部數據之后，通過保護疊加技術對各類型數據進行調整，隨后通過主網絡將數據信號進行有序的傳輸。這種鐵路傳輸網絡即可按照子網絡和主網絡的類型進行結構的劃分，也可將網絡結構分為數據保護疊加部分和通信信號傳輸部分。在此類網絡結構中，各子網絡可以進行鐵路數據信號的同步傳輸，根據各類信息的形式進行對應的編碼，并對數據的信號強度和質量進行判斷，以避免數據保護疊加過程中的信號干擾。

現以結構式疊加保護技術在鐵路傳輸網絡中的應用為例，來展開對結構式疊加保護技術的討論。傳統的鐵路信息傳輸網絡一般以傳遞鐵路路線運輸信息為主，而對路線的日常信號傳輸和路段的信息傳輸重視程度較低，因為在進行多種類型數據傳輸時往往會給傳輸線纜造成過大的傳輸壓力，同時也會造成信號間的相互干擾。在以結構式疊加保護技術為基礎所構建的鐵道數據傳輸網絡中，鐵路信號傳輸系統的子網絡將鐵道日常信息、路段信息和路線運輸信息進行統一的收集，并對數據進行疊加保護調整，在主網絡中進行數據的依次傳輸，以路線運輸信息為最高優先級，其他兩類信息為次優先級，在保證鐵路信息傳輸效率和可靠性的情況下又保證了鐵道數據信號的全面性。

4 結語

隨著鐵路傳輸網絡朝著多類網絡技術疊加使用的方向發展，OTN網絡在道路信息傳輸中的應用越來越普及，鐵路傳輸網絡中的信息安全防護方式也在隨著通信技術的發展朝著多種保護技術疊加的形式轉變。信息保護疊加技術在鐵道傳輸網絡中的應用形式和方案也逐漸豐富，無論是跨系統的保護相交還是同系統的保護疊加技術在鐵路信息安全防護中都有著廣泛的應用。本文將信息保護疊加技術在鐵道信息保護中的應用分為四大類，并對各類保護疊加技術的具體應用方案進行了分析和討論，根據其各自的特點強調了其主要的應用場景，希望能為鐵路傳輸網絡中保護疊加技術的使用提供技術層面的參考。