区间光通信系统以及在铁路业务中的应用

区间光通信系统以及在铁路业务中的应用区间光通信系统以及在铁路业务中的应用 摘 要 目前铁路区间通信依赖于现有铁路沿线敷设的铜质电 缆 然而铺设电缆造价高 维护成本高 线路质量不可靠 不能 满足当前铁路快速和宽带化发展的需求 为了顺应铁路业务的发 展趋势 在对铁路区间通信的需求进行广泛调研和分析的基础上 研制推出了区间光通信系统 该系统不仅能完全替代既有的铁路 区间通话柱的语音业务功能 同时 还可为铁路既有业务系统提 供透明 宽带 稳定可靠和快捷的接入的传输通道 关键词 区间光通信系统 综合视频监控系统 0 系统概述 目前 铁路区间通信 包括隧道应急通信 严重依赖于现有铁 路沿线敷设的铜质电缆 然而铺设电缆造价高 维护成本高 线 路质量不可靠 使用效果差 不能满足目前长大区间 大于 30km 长大隧道的通信需要 另外 随着铁路通信业务的不断发展 也 要求在区间内能具备提供多业务的能力 不仅仅局限于原有的电 话业务 因此 现有的铜质电缆已不能满足要求 2005 年铁道部颁布 铁路运输通信设计规范 提出铁路运输通 信的发展方向为数字化 宽带化 智能化 综合化 目前铁路主 要线路位于铁道部 路局 站段 区间之间 除铁路区间外 其它线 路已经全部实现光纤数字化 目前 区间电话由 2 4 对电缆芯线 构成 每隔 1 5 公里左右设个通话柱 能选接到列车调度 电务 养路及各站电话等回线或车站的电话集中机中进行通信联系 多 数电缆均为 80 年代开始建设 已使用多年 线路老化严重 电气 特性差 线路质量不可靠 使用效果不好 目前铁路区段逐步实 施电气化改造 电缆线路抗干扰能力差 通话质量严重下降 同 时 既有铁路区间电缆仅能提供语音业务 不能满足业务发展中 对语音 数据 视频等宽带通信需求 而在区间多业务宽带通信 方面 目前国外铁路亦无成熟的解决方案可资借鉴 因此 如何 解决当前铁路区间电话业务的问题 并为今后区间高带宽 多业 务接入提供成熟的技术和可靠的产品 将成为铁路区间通信的一 个重要课题 当代的通信技术是先进的数字技术 计算机技术 微电子技术 与光电子技术的有机结合体 它将向着数字化 宽带化 智能化 高速化及个人化的方向发展 铁路通信的发展向来是以通信技术 的发展为基础 以铁路的发展需求为动力 近几年 以光纤为载 体的 epon 接入技术在中国市场得到了很好的发展 通过 epon 网 络能很好的完成宽带互联网接入 voip 等业务 epon 标准成熟 部署方便灵活 成本相对较低 容易维护和扩展 同时 还能克 服铜线传输距离的限制 具有带宽 容量大 易于管理操作 抗 干扰能力强等优点 研制了区间光通信系统 采用基于光传输平 台 ip 交换的方式替代现有的铜缆传输 电路交换的方式 更好地 解决了铁路区间通信现存的带宽受限 维护依赖性强 安全可靠 性差等问题 为铁路日常维护和应急处理提供更加完善的通信手 段 并为今后实现铁路最后一公里的宽带接入打下了坚实的基础 1 系统设计 1 1 总体架构 根据铁路通信系统总体规划以及区间光传输系统技术条件 初 稿 区间光通信系统由区间设备 站内设备 网管设备以及用户 终端等组成 系统总体架构图如下所示 系统由区间设备 站内设备以及网管监控维护终端设备等组成 提供交换功能 传输 语音以及独立的集中网管系统 1 2 设备部署 根据区间的长度 现场光纤情况 系统提供几种区间设备典型 部署方式以适应不同的现场情况 1 单 pon 口双向保护 手拉手方式 用于普通区间 小于 20 公里 区间设备提供双 pon 口分别通过区间光纤与上 下行的站内设 备进行连接 当某一光纤故障 某 pon 口故障或上下行的某站内 设备故障时 系统会自动切换到另一方向进行通信 用于站内设 备和区间设备之间的光纤连接保护 2 单 pon 口单向覆盖 用于普通区间 20 公里左右 采用此接入方式 站内设备和区间设备均提供单 pon 口接入区 间光纤 以 1 5 公里设置一个区间设备为例 可覆盖 20 公里 3 多 pon 口双向保护 用于长大区间 20 40 公里 由于区间较长超过 20 公里 区间设备可分为几组通过不同的光 纤同时接入上 下行车站 采用此接入方式 站内设备提供双 pon 口或更多 pon 口接入不同的区间光纤 区间设备提供双 pon 口通 过区间光纤同时接入上 下行车站 此部署方式可用于解决长大 区间的设备部署并提供区间光纤连接保护 1 3 设备组成 1 3 1 区间设备 1 设备组成 区间设备指的是区间宽带接入单元 该单元包括供电模块 电 池 光接入模块 电池管理模块 pmu 接口模块等 设备逻辑框 图及实物图片如下 2 设备特性 光接入模块和接口模块设备特性 提供多业务支持 即语音 数据及视频业务支持 支持 sip rtp rtcp sdp 协议 支持 g 711 a 及 u 律 g 723 g 729 语音编码 支持语音抖动缓冲处理及静音处理 支持回声消除 支持用户线参数配置 支持链路层的冗余保护 双 pon 口手拉手保护 支持基于 snmp 协议及 http 访问协议的网管设备 对外提供能适应各类环境条件的接口端子 满足特殊的环境及温湿度需求 如 满足经常性冷启动要求 满足超低温要求 40 供电模块和电池管理模块设备特性 供电为本地电池或外部直流电源 电池供电采用每日定时开 启 关闭 由 pmu 控制电池通断 1 3 2 站内设备 1 设备组成 站内设备由站内光通信接入单元和站内交换单元组成 均采用 标准 19 英寸 1u 设备 站内光通信接入单元由电源模块 交换模块 接口模块组成 设备逻辑框图及图片如下 逻辑框图 站内交换单元由电源模块 pon 端口 接口模块组成 逻辑框图 及设备图片如下 2 设备特性 站内光通信接入单元 支持 sip rtp rtcp sdp 协议 支持 g 711 a 及 u 律 g 723 g 729 语音编码 支持语音抖动缓冲处理及静音处理 支持中继线及用户线各类参数配置 实现灵活的呼叫配置 支持各种号码变换 支持短号配置 缩位拨号 支持路由功能 提供群振功能 提供严格的安全管理 支持终端注册认证 支持基于 web 的网管设备 站内交换单元 支持二层交换功能 支持 vlan 功能 提供多种 qos 功能 支持 acl 支持网络风暴抑制 支持链路层加密及接入单元注册控制 设备符合 ieee802 3ah 标准 1 3 3 中心设备 中心设备主要包括网管监控维护终端和接口转换等传输设备 系统提供网管设备 具备如下功能 支持本地及远程接入 支持多用户同时在线操作 网管设备放置于通信段或车间 对各站内传输 交换及区间 设备进行集中管理 并可提供多客户端同时登陆 支持远程管理 及软件升级 可在本地接入 也支持远程登陆 支持 snmp 及 http 协议 网管设备提供对设备的配置管理 性能管理 故障管理及安 全管理 2 系统主要功能与指标 2 1 电话呼叫 1 区间电话 摘机后听拨号音 拨 0 从上行站出局 听 2 次拨号音可拨打路 电或市话 摘机后听拨号音 拨 1 本机听回铃音 区间内所有电话同时振 铃 其中若有 1 部被叫电话摘机 开始通话 未摘机用户停止振 铃 摘机后听拨号音 拨 2 呼叫到上行站值班台 摘机后听拨号音 拨 3 呼叫到下行站值班台 摘机后听拨号音 拨 4 呼叫到行车调度 5 9 为预留号码 2 自动电话 该接口分配两个直拨号码 区间内所有的区间设备的自动电话 接口共用此两个号码 用户摘机后听到拨号音 直接拨号可以拨 打路电或市话 3 故障电话 电话摘机后 立即热线方式拨至故障台 117 开始通话 2 2 其他承载业务 1 应急接入 区间设备的以太网接口可作为铁路区间的应急通信系统的接入 点 为应急系统设备提供透明传输通道 上传至应急中心 2 视频接入 区间设备的以太网接口可作为铁路区间视频的接入点 为区间 视频监控提供透明的传输通道 上传至监控中心 3 监控数据 区间设备的数据接口可作为铁路区间的数据采集接入点 为前 端数据采集设备提供透明传输通道 2 3 交换能力及带宽 区间上 下行带宽均为 1000m twu 各端口最大带宽为 10m 最小带宽 64k 站内设备支持注册电话数目 60 门 站内设备最大并发呼叫数 20 路 2 4 传输指标 系统链路覆盖要求不低于 40 公里 无中继传输距离 20km 差分距离最大为 20km 设备提供长距离 40km 线路解决方案 光口传输适应 g 652 光纤特性 光通道保护倒换时间 150ms 3 铁路业务应用 3 1 语音通信业务 通过部署在铁路沿线的区间光通信区间设备 直接接上电话 就可以提供清晰 高质量的语音业务 并且完全兼容电缆通话柱 的使用终端和使用方式 实现区间电话 自动电话 救援电话等 语音业务 3 2 视频监控业务 随着铁路的发展 视频监控技术在铁路运输指挥 生产作业 公安保卫等领域逐步开展运用 在一定程度上促进了铁路生产力 的提高 并且成为铁路安全生产 提高效率 强化管理的重要技 术支撑 根据铁路综合视频监控系统总体规划以及铁道部综合视频监控 系统技术条件 试行 新建客运专线 快速铁路 重要区际干线 等都需要配备综合视频监控系统 然而铁路沿线的视频采集点的 图像上传将是一个非常复杂的问题 一方面监控点比较分散 施 工和建设成本比较大 另一方面 传输是否稳定 可靠将直接影 响综合视频监控系统的成败 利用区间光通信的传输网络 综合视频监控系统区间采集接点 就可方便地通过 lan 接口或数据接口接入区间光通信系统的区间 设备 通过区间光通信的网络可以将现场视频实时 稳定上传至 综合视频监控系统的接入接点或区域接点 该方案的应用 为综合视频的架设提供了便利 而且可以利用 宽带和稳定的网络资源 提高利用效率 降低建设成本 3 3 应急通信业务 我国铁路应急通信建设受铁路等级和地域条件等限制 发展较 为缓慢 早期 铁路应急通信基本上依赖于沿线的区间通话柱 提供话音和静止图像通信业务 存在业务功能少 速度慢 语音 和图像质量不够好 不及时等问题 严重影响应急抢险工作 利用区间光通信系统 就可以在区间或事故现场处提供 1000m 的网络带宽 可以将应急现场的多路实时视频 图片以及数据等 通过该网络及时传到车站或应急指挥中心 该方案的应用 提高了应急系统架设的速度 不必要再连接车 站或基站传输设备 直接在故障现场就近的通话柱 通过光缆 无线甚至网线的方式快速接入 这样缩短的故障的响应时间 提 高救援效率 3 4 区间覆盖数据业务 区间光通信区间设备可以提供 lan 口 现场的笔记本或移动终 端可以直接通过网线将静图或数据等通过该系统上传数据监控中 心 同时 该系统也可以在区间设备处增加一个无线 ap 设备 形 成在通信箱周边几百米范围内的移动终端 笔记本等设备的数据 通过无线的方式方便接入或上传 该方案的实施 可以为铁路区间宽带化应用和区间覆盖进行有 效探索 为今后实现铁路最后一公里的宽带接入打下了坚实的基 础 4 结束