铁路通信传输网采用PTN技术的场景研究

铁路通信传输网采用PTN技术的场景研究

雷超波

中铁十二局集团电气化工程有限公司天津市300308

摘要：近年来，随着人们生活水平的不断提高，对通信质量要求越来越高，通信技术的进步和发展也越来越快，从初始的PDH发展到速度更快的SDH，再加上IP数据传输，MSTP技术随即产生。

关键词：铁路通信传输；PTN技术；分析

一、PTN技术

随着通信业务量的不断增加，数据带宽不断加大，现有通信技术已经不能很好地满足现今通信需求的发展速度，PTN技术应运而生。PTN是以分组为传送单位，承载电信级以太网业务为主，兼容TDM、ATM和IP等各种业务的综合传送技术；基于分组架构继承了MSTP的运用维护理念，融合了MSTP和MPLS的双重优点，是下一代网络中分组业务主要的承载技术。

PTN继承了SDH/MSTP技术的所有优势，是一种大带宽技术，单端口可实现100GE和400GE，与MSTP的10G大带宽相比带宽大幅提升；PTN分组交换的统计复用技术、层次化的QoS技术实现了分组软硬管道技术，可实现数据业务承载统计复用的高效性，以及关键价值业务的刚性承载体验。PTN具有50ms保护功能，使通信系统具有很高的可靠性。PTN采用MPLS-TP，是面向连接的组网技术，端到端的组网方式更便于处理连接问题，同时也能组成其他较复杂的传输业务网络。PTN支持完善的时钟同步解决方案，例如同步以太网、1588V2时间同步技术，可很好地适配铁路行业GSM-R向LTE演进的要求，并在处理以太网业务时，与MSTP的EOS以太网传输技术相比，更具有传输时延低的优势。PTN容量大、分组化、高可靠性的优势决定了其拥有广阔的发展和应用空间。

二、铁路通信传输网技术选择

1、传输网骨干层

铁路通信传输网骨干层主要承载铁总至路局、路局间的业务传送。由于骨干网是跨铁路局性的全国网络，需要长距离传送、大颗粒承载、大容量及高可靠性的网络技术，所以骨干层适于选择OTN技术完成长距离传送，通过OTN定义ODU容器实现业务接入，并实现子波长级别的业务调度。冗余保护可通过光复用段、OCH或ODUk等实现对所有波长、单一波长或子波长业务的保护。

2、传输网汇聚层

铁路通信传输网汇聚层主要承载局管内的各类业务流量，在路局内铁路沿线大的站点完成业务汇聚。目前汇聚层主要采用OTN技术、MSTP技术，随着数据业务的发展，建设大容量、长距离、分组化的局干传送网是发展趋势，未来汇聚层适于引入PTN技术，采用环形、星型或链型组网，业务量很大时，可考虑采用OTN技术，完成对汇聚层业务的传送。

3、?传输网接入层

铁路通信传输网接入层传送系统承载的各类业务具有多样性、高可靠性、专用性等特点，接入层传送系统需构建一个宽带的、综合的、高可靠性的承载平台，以满足铁路业务的要求。目前接入层主要采用MSTP技术，随着数据业务的发展，建设大容量、融合多业务的接入层传送系统是发展趋势，接入层未来引入PTN技术，采用环形、星型或链型组网，完成对接入层业务的承载。

因此，PTN技术主要用于传输网汇聚层和接入层。当铁路建设需要高精度时间同步的业务网如LTE-R等时，不能仅仅依赖卫星空中传递时间信号，采用能地面传送1588v2信号的传送系统如PTN、增强型MSTP等，将成为必然的选择。

三、铁路通信传输网采用PTN技术的场景研究

以铁路通信将来可能需要承载的LTE-R和IP多媒体调度通信业务等典型业务为例，提出PTN技术在铁路运用的几种场景。

1、场景一：既有线改造工程，可采用原有

MSTP+新增PTN方案既有线原有传输业务要考虑充分利用既有传输资源，继续采用MSTP设备承载。

a.只新增IP多媒体调度业务可采用数据网+传送网接入层承载方式。区间新增多媒体调度终端可接入既有接入层MSTP，车站新增多媒体调度设备及终端可接入车站数据网；接入层MSTP新增承载多媒体调度通信分组化业务，作为车站数据网的延伸，数据网完成站间、车站与铁路局间、各铁路局间业务的承载。如果既有接入层MSTP设备带宽不能满足要求，根据业务量规模必要时进行扩容。

优点：本方案传输系统只采用原有MSTP单一成熟技术，运维体系完善、改造工作量小。

b.增加LTE-R业务考虑LTE-R业务的安全可靠性和时间同步要求，移动回传可采用PTN传输系统承载方式。在接入层的车站和基站处新增PTN设备，用于承载基站间及无线子系统与核心网间的4G回传业务；另外增设基站与既有机房不同址时，接入层PTN还将承载电源及机房环境监控业务、视频监控业务等。汇聚层传输根据容量需求可采用新增PTN方式，或系统容量较大时可采用既有OTN系统承载。接入层PTN和汇聚层PTN/OTN传输系统完成路局二级时间节点时间源信号到基站的地面传送。接入层PTN和汇聚层PTN/MSTP传输系统完成路局二级BITS节点频率源信号到基站的地面传送。LTE-R核心网间业务可以采用既有骨干层MSTP设备或采用数据网承载。

优点：本方案基站站点设置灵活，既解决4G业务传送和时间同步要求，又对既有汇聚、接入传输系统没有影响，骨干层传输只在容量不满足要求时进行必要的扩容。场景一的业务承载示意如图1所示。

2、场景二：新建线工程，可采用MSTP+PTN（或增强型MSTP）方案

新建线有LTE-R业务时，在车站、沿线设置传输设备，可采用MSTP+PTN方式，满足各种业务的安全接入，适应铁路业务高可靠性和信息化发展的需要。

汇聚层和接入层MSTP平面用于承载数据网、CTC、公安、客票等安全相关TDM业务及专线业务。在带宽轻载时，接入层PTN平面承载IP多媒体调度、视频、SCADA、动力及机房环境监控等分组化业务及LTE-R业务至车站业务；汇聚层PTN或OTN只承载LTE-R业务，上述其他业务在车站以上由数据网承载。

采用MSTP+PTN的技术组合，充分发挥两种技术的优势。MSTP技术成熟，点对点刚性管道承载涉及安全、资金、保密的业务，可靠性高；PTN网络轻载承载LTE-R业务和IP化业务，利于保障PTN网络传送业务的安全性，解决了LTE-R基站的时间同步地面链路。这种方式能够适应铁路TDM、专线业务与IP分组化业务长期、大量共存的状况。

3、场景三：新建线工程，可采用PTN方案

随着MSTP设备老化，现有传送网逐渐淘汰，新建线各个业务均通过PTN方式承载。这种方式理论上可以实现PTN承载铁路多业务的传送，网络相对简单，适应IP分组化业务的需求，且传输性能指标也能满足要求。但在实际运用中，特别是业务流量大、流量不稳定时，PTN传送性能以及网络的安全性尚待实验验证。同时还要考虑未来铁路5G业务开展时，PTN技术及现有网络架构对超低时延业务传送的可行性。

4、场景四：铁路支线及接入网应用

由于PTN多业务高效承载的优势，可以考虑在一些支线铁路采用线路1+1保护PTN方式，接入沿线各种信息和通信业务，对于其安全相关业务可以根据要求独立组网完成。另外，在一些站段信息化业务比较分散但容量较大时，也可考虑PTN方式作为车站以下的数据业务接入，环型组网，提高网络的安全性。当PTN作为接入网设备时，由于接入网有GPON、二/三层交换机、PTN、MSTP、xDSL、各种无线接入技术等多种技术可以选择，在具体工程实施时，需要根据具体接入业务特点通过经济技术比选来确定。

结束语

通过对铁路通信传输网的骨干层、汇聚层和接入层采用的技术选择进行分析，针对将来可能应用的典型业务，提出铁路通信传输网采用PTN技术的几种典型应用场景，对于铁路通信传输网工程技术发展和应用具有参考作用。

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