浅谈铁路传输系统的保护技术

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【摘 要】传输系统是铁路通信系统中主要组成部分，为铁路所有业务网提供通道，已成为铁路行车密切相关的基础设施，其可靠性直接关系到行车及人身安全。文章主要是通过从设备级、网络级、业务级等3个层面的保护技术，阐述了铁路传输系统安全性和可靠性。
【关键词】铁路传输系统；MSTP技术；网络保护技术
【中图分类号】TN915.07 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0105-02
引言
铁路通信系统中为通信其他子系统和其他专业系统提供信息传输及通道。传输系统是整个铁路通信系统的主动脉，承载着各种重要数据业务，对行车安全起到至关重要的作用，因此保证传输系统的可靠性和安全性尤其重要。
一、定义
传输系统是一个基于光纤的宽带综合业务数字传输网络，为各种业务信息提供各种传输通道，构成传送语音、文字、数据和图像等各种信息的综合业务传输网。铁路传输系统主要承载了电话交换及接入系统、以太数据网、数字调度通信系统、时钟同步、GSM-R无线调度系统、电源及环境监测、应急通信系统区间接入、综合视频监控系统、会议电视、信号CTC、列控系统、电力和牵引供电系统SCADA、客服、公安、防灾安全监控系统、铁路运输管理信息系统TMIS、铁路车号自动识别系统ATIS、客票系统、列检5T系统等业务，目前铁路传输系统主要采用基于传统SDH、内嵌弹性分组环RPR的多业务传送平台MSTP设备。
弹性分组环RPR技术是一种在环形结构上优化数据业务传送的新型介质访问控制MAC层协议，能够适应多种物理层（如SDH、以太网、DWDM等），可有效地传送数据、话音、图像等多种业务类型。
在RPR的技术背景下，进一步推出了融合MSTP（内嵌RPR）的技术。在保留SDH优势的基础上，将RPR处理功能融入其中，吸收了SDH环网的50ms快速保护的优点，强化MSTP的以太网业务处理能力，并利用其环结构的优点，可以实现以太网带宽的统计复用、公平的带宽分配、更加严格的服务等级（CoS）和服务质量（QoS）以及更加安全的用户隔离功能，逐步成为 当前城域网建设的主流技术。RPR的出现，解决了目前铁路通信系统中大量IP数据业务应用的问题。
二、功能
传输系统为其他系统提供STM-16、STM-4等多种速率等级光接口、GE/FE、E1等多种业务接口，保证其他系统和其他专业的接口及通道的需求。铁路传输系统一般采用SDH传输制式，由三层网络构成，最上层为干线长途传输网（STM-64），主要负责完成各主干节点间的各类业务连接、调度，提供2Mb/s、10M/100M FE（E）、POS155M（O）、622M（O）、2.5G（O）等接口；第二层为本地中继层（STM-16），主要负责客专铁路沿线车站间的各类业务连接，提供车站2Mb/s、10M/100M FE（E）、POS155M（O）、622M（O）等接口；底层为接入层（STM-4），负责客专铁路沿线GSM-R基站、线路所、信号中继站、牵引变电所、开闭所、分区所、AT所、配电所等业务节点的传输接入，承担铁路区间节点的传输业务，解决区间2Mb/s通道、10M/100M宽带数据的接入，兼顾区间应急通信及防灾监控的接入条件。
三、保护技术
为确保铁路传输系统高可靠性、高安全性，传输系统保护从设备级、网络级 、业务级3个层面给予全面的保护。
3.1 设备级
传输设备重要板件如交叉时钟板、主控板、电源板、光接口板、2M支路板及以太网业务板等1+1热备份配置，在重要的2M业务如数字调度通信系统、应急通信系统、信号专业CTC系统等还采用支路保护倒换TPS技术，利用1∶N 的保护通过硬件设备板件实现2M业务的保护。
3.2 网络级
传输系统的网络级保护技术主要包括线型复用段保护LSP、环形复用段保护MSP、通道保护PP、子网连接保护SNCP、分组弹性环RPR保护。目前铁路传输系统中，应用广泛的技术有二纤双向环型复用段保护、四纤双向环型复用段保护、子网连接保护、分组弹性环保护。
3.2.1、线性复用段保护，包括1+1 线性复用段保护和1：N线性复用段保护。
3.2.2、环形复用段保护包括二纤单向复用段保护、二纤双向复用段
图一a：在网络正常情况下，网元A到网元C的主用业务放在S1/P2光纤的S1时隙（对于STM-16系统，主用业务只能放在STM-N的前8个时隙1#—8#STM-1[VC4]中），备用业务放于P2时隙（对于STM-16系统只能放于9#—16#STM-1[VC4]中），沿光纤S1/P2由网元B穿通传到网元C，网元C从S1/P2光纤上的S1、P2时隙分别提取出主用、额外业务。
网元C到网元A的主用业务放于S2/P1光纤的S2时隙，额外业务放于S2/P1光纤的P1时隙，经网元B穿通传到网元A，网元A从S2/P1光纤上提取相应的业务。
图一b：当网元A与网元B之间的光缆中断后，全网进行MSP保护倒换。
网元A到网元C的业务方向：网元A到C的业务在网元A （故障端点）进行桥接倒换，即将原本在S1/P2光纤上S1时隙的业务由交叉单元直接倒换到S2/P1光纤上的P1时隙上去（例如STM-16系统，是将S1/P2光纤上的1#—8#STM-1[VC4]全部环到S2/P1光纤上的9#—16#STM-1[VC4]），此时S2/P1光纤P1时隙上的额外业务被中断。然后沿S2/P1光纤的P1（即保护通道）经网元D、网元C穿通传到网元B，在网元B执行桥接倒换动作（故障端点），即将S2/P1光纤上的P1时隙所载的业务（包括A到C的业务）倒换回到S1/P2的S1时隙，业务占用工作通道（S1时隙）从网元B传递到C，网元C提取该时隙的业务，完成接收网元A到网元C的主用业务。
网元C到网元A的业务方向：网元C到A的业务，先由网元C将业务沿占用通道S2发到网元B，在网元B执行桥接倒换动作（故障端点），即将S2/P1光纤上的S2时隙所承载的主用业务倒换到S1/P2光纤的P2时隙上，这时P2时隙上的额外业务中断。然后沿S1/P2光纤经网元C、网元D穿通到达网元A，在网元A （故障端点）进行桥接倒换，将S1/P2光纤的P2时隙业务直接倒换到网元A落地。
通过以上方式完成了环网在故障时业务的自愈保护。