SDH在铁路GSM-R系统中的应用

SDH在铁路GSM-R移动通信系统中的应用A perception on the application of SDH in GSM-R mobile communication system骆友曾摘要：本文介绍了SDH网络拓扑结构和常见的网络保护方式，并结合客运专线的业务需求提出了适合于GSM-R移动通信系统的组网方案。Abstract：This issue introduces the SDH network topology and some common methods of network protection as well. To meet the needs of business of Passenger Dedicated Line, together with the two elements discussed above, the issue proposes the formation of the network program suitable for GSM-R mobile communication system.关键字：GSM-R SDH ASON SNCP MSP PP MESH LMSPKey words：GSM-R SDH ASON SNCP MSP PP MESH LMSP随着铁路运输行业的快速发展，大量的客运专线已开工建设，列车设计时速已达到350km/h，随着列车的运行速度的越来越快，传统的无线列车调度通信系统由于其技术相对落后、功能单一，已经不能满足快速列车需要实时传送大量车地综合信息的需求，专门为高速铁路运输系统设计的GSM-R移动通信系统被引进到国内。GSM-R移动通信系统可实现跨越国界的高速和一般列车之间的通信，能将现有的铁路通信应用融合到单一网络平台中，以减少集成和运行费用，而且GSM-R移动通信系统是由已标准化的设备改进而成，在原有的GSM移动通信系统上增加了ASCI（高级语音呼叫业务）特性和铁路应用，能实时地提供列车控制信息，如车地信号控制数据，能灵活地提供调度所需的语音调度服务，如语音广播、组呼、增强多优先级与强占业务、功能寻址、位置寻址、接入矩阵等。目前，GSM-R移动通信系统已在青藏铁路格拉段，胶济铁路开通运营，实现了列车调度通信、列车控制数据传输、调度命令和车次号传送、区间公务（公安、维护等）通信等功能，铁道部正在进行大量的二次开发研究，以期满足旅客列车服务信息、机车工况等铁路信息化应用的需求。随着大量客运专线的开工建设和开通运营，GSM-R移动通信系统必将在客运专线上得到广泛应用，网络保护显得尤为重要，在高速铁路上面任何细小的失误都可能造成巨大的损失和灾难。高速铁路传输系统设计基于SDH网络，这就要求SDH系统必须具备有效快速的自愈保护功能。1 网络结构介绍SDH通信网络是由SDH网元设备通过光缆互连而成的，网络节点（网元）和传输线路的几何排列就构成了网络的拓扑结构。网络的有效性（信道的利用率）、可靠性和经济性在很大程度上与其拓扑结构有关。网络拓扑的基本结构有链形、星形、树形、环形和网孔形，如图1所示。图1 基本网络拓扑图l 链形网此种网络拓扑是将网中的所有节点一一串联，而首尾两端开放。这种拓扑的特点是较经济，在SDH网的早期用得较多，主要用于专网（如铁路网）中。l 星形网此种网络拓扑是将网中某一网元做为特殊节点与其他各网元节点相连，其他各网元节点互不相连，网元节点的业务都要经过这个特殊节点转接。这种网络拓扑的特点是可通过特殊节点来统一管理其它网络节点，利于分配带宽，节约成本，但存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈问题。特殊节点的作用类似交换网的汇接局，此种拓扑多用于本地网（接入网和用户网）。l 树形网此种网络拓扑可看成是链形拓扑和星形拓扑的结合，也存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈。l 环形网环形拓扑实际上是指将链形拓扑首尾相连，从而使网上任何一个网元节点都不对外开放的网络拓扑形式。这是当前使用最多的网络拓扑形式，主要是因为它具有很强的生存性，即自愈功能较强。环形网常用于本地网（接入网和用户网）、局间中继网。l 网孔形网（MESH）将所有网元节点两两相连，就形成了网孔形网络拓扑。这种网络拓扑为两网元节点间提供多个传输路由，使网络的可靠性更强，不存在瓶颈问题和失效问题。但是由于系统的冗余度高，必会使系统有效性降低，成本高且结构复杂。网孔形网主要用于长途网中，以提供网络的高可靠性。2 SDH的保护方式简单介绍l 复用段保护环MSP复用段倒换环是以复用段为基础的，倒换与否是根据环上传输的复用段信号的质量决定的。SDH复用段共用保护环的特点是将复用段能支持的总的净负荷容量平分给工作容量和保护容量，两者分别经相反的方向由不同的环来传送。所谓共用就是指光缆切断或节点失效时，环的保护容量可以由多节点环的多个复用段共用，这就使得这种结构在正常条件下的业务量携带能力比其他环要大。在非失效条件下，共用保护环中的空闲保护容量可以用来传送低优先等级的业务量。l 线性复用段保护LMSP这是一种专用的端到端保护机制，可以适用于任何物理结构（网状、环或混合形式），既可以是单向倒换，又可以是双向倒换。路径保护通常用来对付服务层的失效以及客户层的失效和性能劣化。保护方式可以是使用专用保护路径的方式，也可以是：方式，此时保护路径可以用来支持额外业务量，而且需要自动保护倒换（）协议来协调两端的操作。由于路径保护是专用路径保护机制，因而对于网路连接内的网元数没有限制。l 子网连接保护SNCP子网连接保护（）既适用于高阶通道，又适用于低阶通道。为了支持子网连接保护，需要有两个专用通道，一个携带业务量，另一个作备用。这种保护机制的最大特点是可以适用于任何物理传送结构，例如网孔形、环形或任意混合拓扑，而且既可以用来保护完全的端到端通道，又可以仅保护通道的一部分。后面这一点是与前述线性路径的主要区别点，使其在网络应用上有更大的灵活性。l 通道保护环PP对于通道保护环，业务的保护是以通道为基础的，也就是保护的是STM-N信号中的某个VC（某一路PDH信号），倒换与否按环上的某一个别通道信号的传输质量来决定的，通常利用收端是否收到简单的TU-AIS信号来决定该通道是否应进行倒换。例如在STM-16环上，若收端收到第4 VC4的第48个TU-12有TU-AIS，那么就仅将该通道切换到备用信道上去。二纤通道保护环由两根光纤组成两个环，其中一个为主环S1；一个为备环P1，如图2所示。两环的业务流向一定要相反，通道保护环的保护功能是通过网元支路板的“并发选收”功能来实现的，也就是支路板将支路上环业务“并发”到主环S1、备环P1上，两环上业务完全一样且流向相反，平时网元支路板“选收”主环下支路的业务。图2 二纤单向通道倒换环3适合于GSM-R系统的SDH组网方式由于铁路系统的特殊性，单一的组网方式已经不能适用于铁路通信的需要。多种网络互联业务保护方案的出现使得单一拓扑结构的光传输网络保护方案得到了补充和加强。如果全网采用MSP环状组网，那么随着站点数量的增加，某一处出现断纤或者站点故障倒换时间将无法获得保证，对于铁路系统来说这无疑是致命的。如果全网采用PP环组网，某一处出现断纤或者站点故障，虽然倒换时间可以保证，但是STM-N的业务无法获得保护。如果传输层采用1+1线性复用段，虽然多处断纤均能保证各站快速倒换不影响业务，但是如果某一站发生掉电，那么这个车站两侧的通信将完全中断。参考大多数欧洲高速铁路建设方案,传输层最好采用MESH组网，采用具有ASON功能的传输设备。接入层：根据基站的交织分布状况，在每两个车站之间组成一个或两个二纤通道保护环，用于对GSM-R基站、程控交换接入业务的汇聚，并对业务进行保护，确保即使在一个环路上某个甚至所有基站出现故障时，铁路沿线仍能提供完全覆盖，达到了ETCS LEVEL2的要求，从而极大地提高了网络的安全性和可靠性；根据业务需要，在车站、相关管理中心、控制中心、动车段区间等配套机构之间可组成1个二纤复用段保护环，用于将线路上的业务输送到相关管理、控制中心；另外，对于大型的车站，由于本身占地范围大，配套附属设备多，所以在大型车站组1个二纤通道保护环，用于提供车站内业务（例如站房、配电所、公安等信息）的承载。接入层各环保护倒换时间均小于50ms。骨干层：在控制中心、铁路沿线各车站等节点之间组成二纤MESH（网状）智能保护环，传送GSM-R业务到移动交换中心；同时，还可以利用骨干环中空闲的通道对接入层业务实现二次保护。在重要车站之间利用第三方光纤，形