WDM-PON技术在铁路通信接入网中的应用研究

杨国荣

（西安铁路职业技术学院 陕西 西安 710014）

铁路运输在我国是最重要同时也是最主要的运输手段，在国民经济中具有及其重要的位置。然而铁路运输服务的专用通信系统构成了铁路运输指挥的神经系统，为了保证铁路运输的安全高效、畅通无阻，这就需要铁路专用通信提供准确、迅速、可靠的优质服务[1]。目前铁路专用通信建设了数字传输网、长途交换网、数据通信网三个基础网以及调度、会议、电视、GSM-R等应用网络，其中数字传送网采用三层组网方式。

1 铁路通信接入网存在的问题

随着我国高速铁路和客运专线的快速发展，120～160 km的快速铁路网已经覆盖我国的主要铁路线，广深线和秦沈客运专线的运营时速达到200 km以上，京沪、京广等350 km时速的高速铁路也已开通运营，铁路提速和高铁的发展要求铁路的专用通信必须是高度可靠、高度安全、高速接入的通信网络，以及双向、透明、大容量的车地安全与调度指挥的信息网络传输平台。另外，铁路通信信息网还要以铁路通信全网的优势提供更好的增值业务，使旅客和网络覆盖区的广大用户方便地享受信息服务，满足用户对铁路订购火车票、客货运输资讯信息、在列车就能享受语音、数据、传真、视频、移动通信及Internet等高品质的服务[2]。但是目前还存在一定的问题，具体表现在以下几个方面。

1）各专业系统均以各自专用的路由器、数字通道、数据交换机及配套设备进行组建，造成网络建设重复、设备利用率低、通道资源严重浪费并且没有完全覆盖所有车站，无法实现网络的资源共享，也无法适应未来铁路服务的的需求。

2）在网络覆盖面、多种业务承载、组网灵活性及多样性等方面还存在较大差距。各铁路局机构众多，投资来源各异，管理要求不同，模型差异比较大，尤其是当今科学技术发展快速，各条铁路线建设时间不一造成在同一铁路局内的各应用系统也存在分别建设、各自为政、在同一应用系统内部各铁路沿线的数据采集及汇聚组网方式、通道类型也存在很大差距。

3）伴随高速铁路的发展需要，目前大多数专业通信通道都以2 Mbit/s速率传输，接入速率普遍较低，不能满足今后话音、图像、数据等多业务传送的带宽要求。

4）各专用系统节点业务量具有随机性和阵发性而不是一直稳定的。所以很难在应急抢险指挥中心为专用系统高效地提供信息通道保障。

通过以上分析，将现存的相互独立的各专业系统综合成一个面向未来、功能齐全的综合接入网络系统，对铁路运营实现综合管理，这样即易于维护使用，又能够提高各子系统的利用率。并且还能减少人为因素所造成的失误，以及便于对新增的业务需求进行升级。WDM-PON技术能够完全弥补上述存在问题的不足，WDM-PON接入网具有优良的业务支持能力，能够为铁路运输安全运行、更好为旅客服务的重要技术手段，也是今后适合现代化铁路通信的首选技术，这不但是运营管理的需要，而且也是为旅客和货主提供全方位服务以及提高铁路竞争力的需要[3]。

2 铁路通信接入网的设计思想

铁路通信系统组网决定于铁路自身特点，铁路的特点是线长、点多、分散、路网复杂、支线较多、地形复杂。铁路通信接入网直接服务于铁路运输，满足铁路专用通信特点这一需求，即用户需求专用、区间自动电话用户数量较少而专线用户比较多、专用接口相对复杂、物理网络支持单一、业务种类繁多、用户和维护单位的费用提高、小站地理位置偏僻文化生活贫乏等。所以，建设更稳定、更安全、更可靠、更灵活的接入网是铁路通信的基本要求和发展趋势[4]。

1）铁路接入网独立组成网络

一般情况下，在较大的站点放置局端设备OLT，用户端设备ONU依据具体情况设置在每个中间站或者间隔设置。在铁路接入网和上层网络利用SDH制式的分叉复用器设备ADM通过相应的速率接口予以沟通，形成铁路接入网的保护通道，以便形成防护通道。

2）光线路终端（OLT）点与本地交换机实现V5相连

由于OLT的接口是V5，目前交换机都具有V5接口或者可以升级到V5接口，如果不能够升级，可以通过信令转换设备（STE），从而实现局端设备OLT和交换机的接口相连。

3）铁路接入的容量考虑

接入设备的光传输系统，基本上可采用PDH、SDH等系列产品，SDH系列要优先使用，以满足将来数字式调度电话和专用电话通道的需求。区段用户接入网选用内置或外置式SDH STM-N设备。另外光接入设备ONU（用户终端）、OLT还应具有2 Mb/s及64 kb/s交叉连接以及复用的能力，这样可以形成与上层网络环路保护通道，同时实现中间站的站间电话服务。当然ONU与OLT应具备30B+D、PCM、2B+D接口。

4）设备的选择

目前V5接口还在不断的完善之中，要实现交换机与局端设备OLT的连接，都是在V5的环境下进行的，因此考虑设备的选择时，首先选择成熟接入设备。铁路通信的接入网中需要传输的业务，和公用通信的差别较大，有一些新功能的要求，在满足铁路接入网技术条件下，综合考虑技术经济的情况，优先考虑采用国产化接入网设备，这对铁路接入网的发展是非常有利的。

5）支持网络融合

随着通信技术的不断进步，实现三网融合是必然趋势，根据铁路通信的特殊情况，铁路通信的线长点多，中间站又多处在偏僻地方，人烟稀少，文化生活缺乏。铁路接入网中应该支持数据、语音、图像的综合传输能力。为了解决这一问题在局端设备OLT中应增加CATV节目源模块，通过中间站的ONU下载下来，使中间站能够接收到清晰的CATV节目，丰富中间站的文化生活。

6）具有集中线束功能

设备应具有集线功能，可通过软件进行设定，经常使用的集线比为1∶N（一般N≥4）。但OLT和ONU间的用户集线比也不能过大，从而可以降低呼损，提高接通率。

3 铁路通信WDM-PON方案设计

3.1 铁路通信PON接入网的拓扑分析

拓扑结构是指传输线路与各节点的几何排列形状，它表示网络中各节点的位置及相互连接的布局情况，对网络造价、功能和可靠性等具有很大的影响。依据铁路的特点，适合于铁路的PON光纤接入网的拓扑结构通常有：星型网、链型网、环形网、T型网、综合网以及更复杂的多种接入网结构，它们都有各自的特点，也可以相互补充[5]。

链型网又叫线形网，传输线路使用两芯光纤，中间站各业务点都设置有分路设备ONU，OLT一般设在业务集中位置。针对网络可靠性的问题，在干线和局线中进行通道保护，在通信站及规模比较大的中间站可以使接入网和干局线相连，形成保护通道。这一类的网络在干局线通信网和接入网之间的业务沟通时，具有较强的业务沟通能力，业务分配也很灵活，缺点就是接入网自身的独立性比较差，其通道保护要由核心网完成，如图1所示。

图1 铁路链型接入网结构图Fig．1 Railway chain type access network structure

3.2 铁路通信接入网组网方式

为了适应铁路运输的需求，使铁路通信的可靠性得到保障，接入网实际组网方式有光路1+0、光路1+1、间隔自愈环式、自愈环方式几种组网方式。在此选择自愈环方式进行组网。

按照铁路通信中各站段的布局，可以在站段间采用环形的网络结构，形成传输系统的自愈环路保护，如图2所示。这样的组网方式能够在不同的环中依靠上层网构成相对独立的传输环，从而满足不同业务的需求[6]。

3.3 某铁路局A至B区段WDM-PON接入网方案设计

图2 自愈环组网Fig．2 Self-healing ring network

目前整个路局传输网采用SDH同步数字传输体系，实现骨干网光纤传输。随着通信网的不断发展及其铁路站段对业务需求的不断提高，目前的接入网需要不断完善和优化[7]。在此背景下，下面对铁路区间通信采用WDM-PON技术组网进行探讨。

1）某铁路局A至B区间设置 设A站和B站是某铁路局主要通信枢纽，AB之间设有X一个大通信站和1、2、3、4、5、6、7七个一般中间站。其路线图如图3所示。该段铁路是铁路运输十分繁忙的区段，对话音、数据及图像通信要求十分迫切。假设干线、局线已经采用DWDM系统，在区段考虑采用WDM-PON接入网系统进行组网。

图3 A-B区段图Fig．3 A-B section figure

2）A-B区段接入网组网设计 利用敷设于铁路两侧的光缆构建WDM-PON接入层，沿线各大通信站均设置STMN节点设备（包含波分复用器），连接相应的OLT或ONU，完成对各节点业务的接入、汇聚和转接，将来自区间接入层的业务汇聚至骨干层[8]。

根据通信业务需求，A、X、B车站与骨干层互连，在A、B端站设置光线路终端OLT、ONU（含波分复用设备），在 X、1、2、3、4、5、6、7 八个中间车站只设光网络单元 ONU。 本铁路区段接入网设计采用链状拓扑结构和自愈环方式进行组网，对于这两种组网方式的优点前面已经阐述，接入层组网采用WDM-PON技术优势实现A-B区段的通信，其系统构成图如图4所示，接入网通过本地中继网进行保护，本地中继网通过长途传送网进行保护。

图中已经表示出，A站的OLT通过波分复用器将给A、1、2、3、X 各站的信号分别调制到相应的波长 λA、λ1、λ2、λ3、λX 上，B 站的 OLT 通过波分复用器将给 B、7、6、5、4、X 各站的信号分别调制到相应的波长 λB、λ7、λ6、λ5、λ4、λX 上，这样各个中间站可以有独立的波长与相应的OLT之间实现虚拟的点对点的连接，实现各种业务的接入。另外A站的OLT还分配了一对保护波长λ保护1和λ保护2在A站和X站之间形成自愈环，以及B站的OLT也分配了一对保护波长λ保护1和λ保护2在B站和X站之间形成自愈环，这样有效地提高了通信的可靠性。

图4 A-B铁路区段WDM-PON接入网系统构成Fig．4 A-B railway sectionsWDM-PON access network system structure

为了提供灵活的铁路用户接入业务，OLT通过V5中继接口连接交换机，为其对应的ONU节点服务。这样就使OLT与ONU以及ONU之间均通过V5接口相连，并且为了满足业务需求，促进OLT间的业务交流，使处于不同OLT的ONU之间实现互连。为此，在A、B站设置了相应的网际接口，加强模块间的联系[9]。

4 铁路通信接入网采用WDM-PON技术的优势

1）组网方式灵活多样，保证了铁路现代通信的高可靠性要求。

2）WDM-PON接入网络对于所接入的各种业务实现透明传输。

3）WDM-PON接入网络不限制各种类型的接入业务，通过多个标准化的接口和业务节点相连。

4）WDM-PON接入网的网络管理系统具有独立性，维护管理方便，利用Q3接口连接TMN（电信管理网）。

5）WDM-PON接入网在各种业务节点方面系能够满足统目前我国铁路各站段的业务需求[10]。

5 结束语

目前尽管WDM-PON相关的技术还不够成熟，导致器件成本偏高，并且可提供商用WDM-PON系统的设备制造商还不多，但是我们有理由相信随着光通信技术的发展，相关成熟器件技术的不断成熟和用户对带宽业务需求的不断增长的情况下，必将会不断推动设备制造商和市场运营商对

WDM-PON技术的极大热情。

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