EPON在铁路通信系统中的应用

靳 远

（中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055）

无源光网络（PON）是一种纯介质网络，系统可靠性高，维护成本低，是电信维护部门长期期待的技术。以太网与PON技术结合，便产生了以太网无源光网络（EPON）。它同时具备以太网和PON的优点，正成为光接入网领域中的热门技术。EPON技术的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率信号。比如ATM化的PON技术，结合无源分路器对光纤和光线路终端的共享作用，使成本可望比传统的以电路交换为基础的SDH等接入系统低20%～40%。

1 EPON概述

1.1 EPON组成

PON技术从90年代初开始出现，最初的PON技术是基于ATM体制，由于国内没有相应的ATM骨干网络，因而在国内没有规模应用。2004年以后，EPON和GPON两种新一代的PON技术产生，国内开始对这两种技术加以关注，目前应用更为成熟的是EPON。

EPON中主要的3部分包括位于局端的光线路终端(OLT)、终端光网络单元(ONU)、以及光无源分路器 (ODN)。如图1所示。

1.2 EPON的工作组成

1）OLT为局端设备，负责IP骨干网络的数据接入，提供系统与业务的核心数据、视频和电话网络间的接口，是一个多业务提供平台。在下行方向，它提供面向ODN的光纤接口。同时，OLT是统一网管的主要控制中心，用于分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。

2）ONU放置于接入点，比如区间各车站或车站上业务较多的工作区。它负责用户接入业务的覆盖，可为用户提供多业务接口。

3）OLT与ONU之间采用树型拓扑结构，通过ODN连接，网络拓扑为总线方式。利用铁路干线光缆作为主干光纤，比以往的SDH组网节省大量光纤资源。ODN的功能是分发下行数据和采集上行数据，应用灵活，环境适应性强。一个ODN可分为8路、16路和32路，并可多级连接。一个OLT最多可带32个ONU，最远传输距离为20 km，OLT最远传输距离为100 km，并具有自动测距和动态带宽分配功能。

4）OLT输出下行光信号用一根光纤通过ODN分成多路送给每一个ONU；每个ONU上行信号通过光耦合器合成在一根光纤上送给OLT。上、下行信号分别用不同的波长，在同一根光纤中传送。

1.3 EPON技术的优势

1）可升级性好、低成本。OLT和ONU之间仅有光纤、光分路器等无源器件，去掉了有源设备，从而避免电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，降低了相应的运维成本。

2）业务透明性较好，高带宽。可适用于任何制式和速率的信号，比较经济地支持模拟广播电视业务，支持三重播放(语音、视频、数据)业务。

3）高可靠性。无需机房和电源，设备简单、稳定可靠、寿命长、易于维护和价格低廉。

在QoS方面，OLT检测每个业务接入点，用于预测/分析ONU的业务情况和网络的拥塞情况，根据网络状况动态给各节点分配资源。调整其授权带宽和授权周期来保证业务的带宽和时延，以满足不同业务的QoS要求。

2 EPON技术在铁路通信中的应用

2.1 现行铁路通信系统介绍

铁路通信主要系统包括传输与接入、数据网、电话交换、数字调度专用通信、无线通信、会议电视、应急通信、综合视频监控等系统。各系统满足铁路对语音、数据、图像业务的需求。

主要分为两大类：一类是实时性、安全性要求较高的业务。本线实时性、安全性要求较高的业务有公务通信系统、调度专用通信系统、移动通信业务系统、应急通信系统、远动系统以及本线信号、信息系统中票务系统等TDM专线业务。

另一类是对安全性或实时性要求相对不高的服务。主要有旅客服务信息系统、不直接影响行车安全的各信息子系统、会议电视系统、综合视频监控等。

2.2 使用SDH存在的问题

使用现行的SDH组网存在以下问题。

1）大多数专业通信通道都要求2 Mbit/s，但这些系统大多采用IP作为数据协议，比如TDCS、CTC、电力远动等。

2）各节点对数据、话音、图像等多业务传送的带宽需求也是不断增加的。

3）各专用系统节点业务量存在一定阵发性而不是持续稳定的。

4）各种协转设备难以统一管理。

5）难以在应急抢险指挥中心为专用系统快速有效地提供信息通道保障。

采用EPON技术则能完全弥补此类不足。

2.3 EPON在铁路通信中的应用

2.3.1 车站上的应用

2.3.1.1 站场应用EPON

传统的传输加接入方式占用大量的物理线路资源，并且设备昂贵，维修费用巨大。采用PON技术的无源光网络系统在局端设备和远端各接入点ONU之间利用干线光缆的2芯组环，并做1+1热备方式组网。能够承载包括共电电话、自动电话、传真、数据等业务。作为局端的OLT接口也非常丰富，交换能力已经达到数百G，目前很多厂商的OLT都支持EPON技术的混合接入。

测试一大型站为实验基础，如图2所示。

局端设备放置通信机械室，与接入点1芯光纤组环。单根光纤提供1 G以上的带宽通道，并光缆可热备。车站局端设备外线侧（光纤）与车站远端设备相接，汇集来自信息机房、货运室、装卸检修所、以及办公场所等各种信息，内线侧与数调分系统、车站总机、PSTN、2/4线、共电电话、磁石电话、RS-232、RS-485、2 M、视频、数据等多种接口用户及多种制式用户设备连接。实现现行站场铜线通道、光通道以及数字通道的所有信息技术集成。车站远端设备可以提供自动电话、共电电话、磁石电话、RS-232、RS-48、2 M、视频、数据等多种接口及制式。对于大型编组站、货场等在清扫房、调车组休息间、充电间等场所可提供支持热插拔的光电话接入点，也可以对站场、咽喉区等监控点提供FE、2 M等接口，可以省去以往用光端机点对点传输的模式，接入点最多可提供32个。

2.3.1.2 铁路站场上应用EPON的优点

车站使用EPON技术代替现有组网方式的优势如下。

1）1 G大容量带宽（升级到10 G只需更换设备无需重新敷设光缆）、动态资源分配，满足长时期业务增加的需求。

2）多种接口及制式，基于局域网开发的统一网络管理系统。

3）对于大型站话务等需求点多，且分散利用传统敷设铜缆为载体的方式，造价巨大而且受环境影响严重，改用光缆作为站场物理载体环境适应性好，且费用低廉。

4）EPON技术建网，应用灵活，升级方便，维修率低，降低了运维成本。

截止到今日，EPON技术已经在杭州、上海、北京等多个大城市广泛应用于公网。全国EPON建设规模已经超过了3 000万线，并且韩国、日本已经大规模采用EPON进行公网建设。

2.3.2 在区间的应用

2.3.2.1 光通话柱

通常普速铁路区间通话柱是由电缆串接，而采用EPON技术可以用一芯光纤串接ODN的方式组建通话柱，可以取代传统的干线电缆串接的通话柱。应用可以热插拔的光便携电话，使用灵巧方便，如图3所示。

应用EPON的无源网络取代普速铁路上电缆的好处在于光缆不受电磁干扰和雷电影响，价格便宜，对于环境的适应性非常好，可以节省大量投资。

对于电气化改造的既有线，由于运量增加，甚至万吨级重载，对电缆产生的噪声、谐波等干扰巨大，区间应用EPON技术实现无源化光缆敷设，则能够完全避免此类现象，并且工程投资少。对于以往电缆所承载的业务，EPON也同样能够完美继承。

2.3.2.2 区间固定值守点

在普速铁路区间中，对通道需求的业务接入点通常比较分散，分散点多且业务量又很少，例如桥隧、牵引及配电所、线路所等分散点可以放置远端设备满足通道需求。如图4所示，直接勾入2芯自愈环中，与就近车站的局端设备连接。同样对于附近的视频监控点可以提供FE接口，节省点对点光端机的连接方式。

2.3.2.3 在高速铁路上的应用

对高速客运专线等高标准线路，区间的GSM-R基站同样适用。通常满足GSM-R基站设备的通道需求，需要设置传输/接入系统、交换机、路由器、电源设备等等。全线基站数量多，而且分散，基站设置MSTP传输接入系统造价高而且占用机房面积大，并且就近的视频监控点都是在通过基站的传输接入上传，需要设置大量交换机和路由器以满足数据业务需求。

如果应用EPON技术，则更为便利，只需在各基站设置远端设备，做1+1热备组网接入就近车站局端设备，实现各种接口透传到远端，完全能够解决客运专线区间接入点的需求。以京张城际为例，区间共设置GSM-R基站62座，区间监控点200个，使用光端机约90对，如果使用EPON技术在各基站配备拥有8个E1接口、6路POST接口和最少4个FE口的ONU，则可以全部解决区间各种业务点的通道需求，并节省干线光缆资源。

3 总结EPON技术在铁路上应用的合理性

考虑到铁路通信专网的特点及性质，对安全性、可靠性等规范要求高于商业级标准，在铁路站场上建议使用EPON技术，应用于组网的接入层则更为合适。还可以对沿线车站较近的值守点、监控点通过车站的EPON局端设备拉光纤在远端设置ONU的方式满足通道需求，组网灵活，而且节省投资。

在普速铁路区间使用EPON技术取代电缆连接通话柱的方式符合铁路通信发展需求，结合EPON工作原理和铁路通信设计规范，在区间应用光通话柱不但能够节省费用，而且其光缆的稳定性和环境适应性更优于传统的电缆，并且区间固定值守点也能很好地解决通道需求。

在高速的客运专线上使用EPON技术作为接入层能够解决大型站场业务需求、区间GSM-R以及监控点、值守点等的通道需求。其动态资源分配更适合日益增长的铁路通信系统。

EPON以它灵巧的适应性和基于以太网并采用TDM over IP技术，使成熟的时分交换系统与灵活的接入、宽阔的带宽IP技术相结合，兼容站场及区间多种信息、多种接口以及足够带宽需求。在通道需求较困难，并且安全性、可靠性要求不高领域，使用EPON技术是解决现有问题的最佳途径。

4 结束语

无论是核心网、传输网还是接入网，其发展的首要因素就是业务，是终端用户的需求。从业务发展现状来看，高带宽的消耗业务逐步涌现，高带宽业务和通道需求程度不断增加，而EPON以其容量大、传输距离长、较低成本、全业务支持等优势成为接入领域的热点，它在提供业务组合的同时，实现了较高的性能和可靠性，已经成为了下一代接入网发展的方向。随着EPON技术的普及，通过不断的应用、总结和优化，相信不久的将来EPON能够在铁路通信网中成熟地应用。

[1］胡保民，刘德明，黄德修．EPON：下一代宽带光接入网[J]．光通信研究．2002（5）：22-25.