基于集通铁路电气化改造的传输系统组网分析

李慧娟

(中铁电气化局集团有限公司设计研究院，北京 100166)

1 概述

集通铁路是一条东西向的铁路干线，全线共37个车站，横穿内蒙古自治区13 个旗县，是一条集货运、客运为一体的重要铁路干线。传输系统作为一个承载网络，不仅要为通信子系统：数据网、接入网、综合视频、调度系统等提供相应主、备通道，还要为电力专业、信号专业、车辆专业等提供电力远动、牵引变远动、道岔缺口监测、信号CTC、红外轴温等业务主、备通道。因此，传输系统在铁路系统中占有举足轻重的位置，其组网方式直接或间接影响其他通信子系统的组网方式及其他专业的业务通道组网方式等。由于集通电气化改造工程涉及既有传输设备利旧等问题。因此，传输系统的组网方式要考虑既有传输设备的组网方式及既有传输设备的板卡应用情况等，从而保证全网互联互通。

2 集通线既有传输系统概况

目前，集通线全线设有一条24 芯光缆、一条18 芯光缆，敷设方式分别采用直埋和架空方式；传输系统分为2 层，分别为骨干（汇聚）层和接入层。骨干（汇聚）层由 SDH 2.5 Gbit/s 传输系统组网，接入层由2.5 Gbit/s、622 Mbit/s 及155 Mbit/s传输系统组网。与本工程相关的为骨干（汇聚）层SDH 2.5 Gbit/s 系统，设备型号为华为OSN 3500。骨干（汇聚）层的组网方式采用24 芯光缆中的2 芯构成1+1 线路保护。既有2.5 G 传输设备FE（e）、FE（o）接口剩余量少且可扩容板卡槽位较少，不易扩容。既有2.5 G 传输通道剩余量不足30%。

3 集通线传输系统组网分析

3.1 业务需求

根据各个专业的提资需求，典型业务需求如下。

牵引变远动：所亭或信号楼内接触网开关控制屏的通信接口均采用FE(e)口，区间独立网开关控制站控制屏的通信接口均采用FE(o)口。区间环内的牵引变远动业务通过传输设备传送至车站数据网，再通过数据网上传至呼和局调度所供电系统配套机房，共一主一备两路通道，每路传输速率为2 Mbit/s。

电力远动：全线电力远动信息分别纳入既有正镶白旗（锡林浩特）及大板综合维修段电力调度主站。电力远动业务通道采用铁路通信数据网承载以太网总线方式，一主一备共两路，每路传输速率为10 Mbit/s，电路挂接被控站数量不大于10 个。

接入网：全线新建车站、牵引变电所、10 kV配电所等新设一套NU 设备，每个NU 设备通过两个E1 接口接入传输系统，通过传输系统就近接入既有LT 设备，实现一主一备两个通道，每路传输速率为2 Mbit/s。

信号CTC：通过FE（o）口接入传输设备，通过传输设备传送至信号CTC 总机，实现主、备通道，传输速率为2 Mbit/s。

通过以上典型业务需求分析，可以看出传输系统承载的各业务接口及通道需求均会影响传输系统的组网方式。

3.2 传输系统组网方式

为加强传输组网安全性和新增系统及业务通道带宽需求，全线新设10 G 传输设备，构建骨干—汇聚— 接入3 层组网方式；为满足电气化改造要求，全线区间新设牵引变电所、分区所、10 kV 配电所等所亭及622 M 传输设备，构建区间电牵环。以贲蒙段和大哲段为例，根据骨干网的组建位置不同及区间电牵环的环网方式不同，共提出3 种组网方式。

1）基于通信站构建骨干网的传输组网

在各通信站新设SDH 10 Gbit/s 传输设备（例：贲红通信站、化德通信站、正镶白旗通信站），如无通信站，则设置在主要车站，构建基于通信站的骨干传输网。组网保护方式利用本次新设48 芯光缆和既有光缆中的各2 芯构建（1+1）线路保护。根据新建牵引变电所、分区兼开闭所、综合维修车间等业务需求及类型，可与既有2.5 G 设备构建接入层区间电牵环，组网保护方式选用二纤双向复用段保护。如图1 所示。

2）基于车站构建骨干网的传输组网

在各主要车站新设SDH 10 Gbit/s 传输设备（例：贲红、化德、正镶白旗），构建基于车站的骨干传输网。组网保护方式为（1+1）线路保护；区间电牵环的组网方式及保护方式保持不变。如图2所示。

3）基于10 G 传输设备构建区间电牵环的传输组网

骨干网的组网及保护方式与基于通信站构建骨干网的组网方式一致。新建牵引变电所、分区兼开闭所、综合维修车间等利用本次新设48 芯光缆和既有光缆中的各2 芯与新设10 G 传输设备构建区间电牵环，组网保护方式为二纤双向复用段保护。如图3 所示。

3.3 组网技术分析

已知传输系统的组网保护方式可以分为线路保护和环形保护；环形保护又根据业务倒换方式、节点间光纤数量、分路节点返回的支路方向等因素分为二纤单向通道保护环、二纤双向复用段保护环、四纤双向复用段保护环等。

1）从网络业务容量角度分析

图1 传输组网示意图（基于通信站构建骨干网）Fig.1 Schematic diagram of transmission networking (backbone network built on the basis of communication stations

图2 传输组网示意图（基于车站构建骨干网）Fig.2 Schematic diagram of transmission networking (backbone network built on the basis of train stations

图3 传输组网示意图（基于10 G传输设备构建电牵环）Fig.3 Schematic diagram of transmission networking (electric traction loop built on the basis of 10G transmission equipment

集通线新设电牵环节点数4 ≤K ≤9，若采用二纤单向通道保护或二纤单向复用段保护，其业务容量等于节点处的系统容量 ；双向通道保护的最大业务容量=环中节点数×节点处的系统容量，因为二纤双向复用段保护环传递业务信息时只占用环中的一半时隙通道，因此，如果采用二纤双向复用段保护环，业务容量如果采用四纤双向复用段保护环，业务容量=4×STM-4～9×STM-4。由以上数据可知，四纤双向复用段保护环的业务容量 > 二纤双向复用段保护业务容量 > 二纤单向保护环业务容量。

2）从业务容量对应的成本角度分析

首先，从光纤数量、STM-4 接口数量考虑，四纤环的成本都要高于二纤环的成本；其次，从综合角度考虑，当业务为集中型业务（例如汇聚层、骨干层），且业务容量不太多时，通道保护环成本最低，其次为二纤复用段保护环，最后为四纤复用段保护环；当业务为均匀型业务，且传输容量较小时，二纤复用段保护环成本最低，其次为四纤复用段保护，最后为二纤通道保护环。如图4 所示。根据各专业的业务需求，集通线区间电牵环的业务量小于155 Mbit/s，因此，二纤复用段保护环的成本最低。

图4 集中型及均匀型业务容量成本比较Fig.4 Comparison between the costs of centralized and distributed services

3）从保护时间及应用灵活性角度分析

已知，线路保护和通道保护时间最短，一般小于30 ms；二或四纤复用段保护时间一般为50 ms。从基本容量单位角度（VC12、VC3、VC4），通道保护倒换最灵活，但不适用于复杂的网络拓扑结构。而二纤复用段与四纤复用段保护相比较，二纤复用段保护更为灵活。

已知骨干网10 G 传输设备不具备环网条件，但具备不同路径、两条光缆的条件，且线路保护恢复时间较快，适用于集中型业务。因此，骨干层10 G 传输设备采用（1+1）线路保护方式组网。由以上1）、2）、3）点综合分析，区间电牵环的网保护方式宜采用二纤双向复用段保护。

3.4 业务需求及传输路径分析

由3.1 节可知，区间牵引变远动、电力远动等业务，需要利用传输系统接入车站数据网，再将业务传送至各系统调度中心。FE（o）、FE（e）接口需求量大，通道带宽需求量多。因此，接口数量、通道带宽等业务需求及传输路径对传输系统的组网具有一定的影响。

1）基于通信站构建骨干网的传输组网

首先，10 G 传输设备设置在通信站，48 芯光缆在通信站成端，传输节点较少，光纤损耗小，业务传输功率大。其次，10 G 传输设备利于维护。最后，区间业务通过2 根12 芯地区光缆将信息传送至车站数据网可避免2.5 G 系统通道带宽不足的缺点。业务流及路径如图5 所示。但既有2.5 G 设备存在FE（e）、FE（o）接口剩余量少、可扩容板卡槽位较少、不易扩容等缺点。

2）基于车站构建骨干网的传输组网

图5 基于通信站构建传输组网业务流及路径示意图Fig.5 Flowchart of transmission networking built on the basis of

图6 基于车站构建传输组网业务流及路径示意图Fig.6 Flowchart of transmission networking built on the basis of train stations

首先，如图6 所示，由业务流及路径可知，牵引变远动等业务至数据网不需要敷设12 芯地区电缆，可减少人工及材料成本。其次，骨干网设置在车站，有利于车站汇聚路由器至10 G 传输设备业务之间的传输。但也存在一些缺点，例如：牵引变远动等业务至数据网需要占用既有2.5 G 至622 M设备之间的通道，路径迂回且既有通道带宽剩余不足；既有622 M 设备FE（e）、FE（o）接口剩余量少、可扩容板卡槽位较少，不易扩容；10 G 设备不利于维护等。

3）基于10 G 传输设备构建区间电牵环的传输组网

基于10 G 传输设备构建区间电牵环可以有效避免传输通道不足、传输设备板卡无法扩容等问题；且设备选择性较大，无需考虑既有设备型号、规格等；各通信子系统组网方式更灵活。但是，10 G 传输设备为骨干层，常用于传输数据网等大颗粒业务，调度、接入网等小颗粒业务不直接接入骨干层。

综上所述，基于通信站构建骨干网的传输组网方式更利于实现，更优化。

4 结束语

随着通信网业务的不断扩展，各种业务的带宽需求逐渐增大，由OTN 技术衍生的OTN 交换技术、MS-OTN 等技术将逐渐取代传统SDH 传输技术；随着“两网融合”的全面实施，越来越多的业务转到数据网上承载，IP 化也已经成为铁路业务传输的趋势之一。