王飞

（中铁十一局集团电务工程有限公司，湖北 武汉 430073）

0 引言

随着铁路行业的持续发展，铁路通信技术也得到优化与创新，对铁路资源调度、安全生产运行等活动产生直接影响。铁路移动通信5GˉR 时代背景下，对铁路通信传输技术提出更高要求，原有的MSTP 技术难以适应生产需要，而PTN（分组传送网）技术则逐步扩大应用。PTN 技术不仅实现了铁路通信技术的创新，还可以为铁路通信网安全稳定运行提供保障，因此相关技术的应用场景也成为当前铁路通信领域的热点研究方向。

1 铁路通信传输网技术架构

1.1 传输网骨干层

传输网骨干层主要包含铁总至路局以及路局之间的业务传送，为满足跨铁路局性网路传输需求，需要确保网络技术的应用具有传送距离长、交叉容量大以及可靠性高的特点[1]。基于这样的需求，可以将OTN 技术应用于骨干层长距离传输中，实现ODU 容器定义以完成业务接入与业务调度。对于冗余保护来说，则可采用OCH 或ODUk 等完成不同业务类型保护，包括单一波长、子波长等。

1.2 传输网汇聚层

传输网汇聚层主要包含局管内业务流量的传送，并在铁路沿线规模较大的站点中进行汇聚。当前传输网汇聚层所采用的技术以OTN 技术以及MSTP 技术为主，随着数据业务升级，传输网汇聚层业务传输将持续朝向长距离、大容量的方向发展，进而有必要通过引入PTN 技术实现技术升级。通常情况下，传输网汇聚层的组网类型包括环型、链型等，在业务传输量较大时，可采取OTN 技术与PTN 技术配合使用的方式。

1.3 传输网接入层

传输网接入层运行过程中，需要构建相应的综合承载平台来满足多样性、专用性、高可靠性的铁路业务要求。目前，传输网接入层的技术应用以MSTP 技术为主，随着数据业务的持续升级，接入层传送系统将朝向大容量、多业务趋势发展，进而有必要引入PTN 技术以实现对接入层业务的承载。由此可见，PTN 技术通过环形、链型组网实现在传输网汇聚层、接入层的应用。例如，在进行铁路建设期间，若需要应用LTE-R 等对时间同步精度要求较高的业务网，仅依靠卫星传递时间信号是不够的，还需要进一步通过PTN 技术、增强型MSTP 技术等进行地面1588v2 信号的传送。

2 铁路通信传输网业务需求

2.1 传输网业务现状

结合当前传输网承载的业务情况来看，业务类型涉及以下3 种：①数据业务。数据业务包括视频监控、会议电视、旅客服务、电力SCADA 等，其业务流向通常是区间/车站—路局—铁总。其中区间/车站环节由MSTP 或以太网交换采用双平面传送实现业务承载；车站与路局环节通过数据网或MSTP 实现业务承载；路局与铁总环节由OTN 完成业务承载[2]。②TDM 业务。TDM业务包括GSM-R 以及自动电话等。③专线业务。专线业务包括票务、灾害预警、CTC/TDCS 信号等。其业务流向通常是区间/车站—路局—铁总，其中区间/车站环节由MSTP 实现业务承载；车站与路局环节通过MSTP 实现业务承载；路局与铁总环节由OTN 或MSTP 完成业务承载。

2.2 传输网业务发展趋势

随着高速铁路的持续发展，更多先进的通信信息技术进入铁路通信网络中，同时呈现出十分显著的变化趋势，对传输网也提出了更高的要求。首先，IP 网络的数据类业务将逐渐替代TDM 类业务，同时GSMˉR 无线通信系统也会进行升级更新，转变为LTEˉR 系统。LTEˉR 系统属于分组式的IP 网络架构，对时间同步精度的要求较高，结合当前的技术应用水平来看，可以满足其要求的技术包括北斗/GPS 授时以及IEEE1588v2技术。围绕IP 网络的业务升级还体现在调度通信业务方面，实现由有线调度通信向IP 多媒体调度通信的转变。在此过程中，可以通过IP 网络实现多媒体调度交换机与多媒体调度终端的联通，有效满足铁总、路局以及区间/车站之间的通信需求。除此以外，TDM 语音业务将逐步退出历史舞台转为软交换自动电话业务。其次，数据类业务在持续发展的过程中，对传输网带宽提出更高的要求，当前视频业务、监控类数据业务呈井喷式增长趋势，同时替代TDM 类业务所生成的相关数据类业务也大量增长。导致业务增长的原因主要包括两方面：①为满足铁路系统运行要求，在多个区域安装了相应的视频监控装置；②为提升监控视频的清晰度及相关数据质量，对传输带宽的需求量显著增加，增大扩容难度[3]。

3 PTN 技术在铁路通信传输网的应用

3.1 技术类型

PTN 技术属于一种以二层交换为基础的分组架构，其主要应用领域为分组信息业务，通过将各类数据进行数据包分配来实现有效、系统的系统资源传输与共享，主要应用在第三、四代移动通信网中[4]。PTN 技术在完成核心分组业务的基础上还可以满足其他业务的执行需求，即针对分组业务流量设置专门的业务层面，为分组业务传送提供更多途径。现阶段，PTN 技术分支主要包括PTN 保护技术以及PTN 同步技术。其中，PTN保护技术可以针对网络、链路、业务等多层面提供保护功能，网络层面中LSP 及PW 为线型保护对象，PTN 段层为环网保护对象；链路层面通过将TDM/ATM 接入链路来实现保护；而业务层面则可以为L3VPN 保护以及双归保护提供支持。由此可见，PTN 保护技术十分多样，可根据具体机制保护需求来提供相应的保护功能。对于PTN 同步技术来说，与SDH 原理一致，PTN 技术也可以实现时钟同步信号的接引与传递。与此同时，基于NTP 或PTP 协议还可以通过PTN 技术进行网络时间同步，并满足多种时钟模式的组网需求。

3.2 技术现状

当前，PTN 技术在我国铁路通信网中已经取得了一定的应用成效，作为一种光传送网络架构，PTN 技术可以有效针对分组业务流量进行设计，并满足具体的分组业务需求。具体来看，PTN 技术的应用优势主要包括以下5 个方面：①技术成本投入少，可以显著提升铁路通信网运行可靠性；②通过PTN 技术与IP 业务连接为铁路通信网系统的稳定运行提供保障；③PTN 技术提供了多元化的保护方式，一旦出现网络故障可及时对相关数据信息进行保护，并实现业务保护和恢复；④可以通过PTN 技术进行铁路通信网信息整合，突出SDH 及IP 技术的优势特征；⑤相较于SDH/MSTP 技术，PTN 技术可针对不同场景进行带宽灵活分配，促进铁路通信网运行管理水平的提升[5]。

随着信息技术的持续升级，PTN 技术在铁路通信网中的应用还可以进一步划分为传送平面、控制平面与管理平面。其中传送平面负责对各项基础数据信息进行整合与更新，并提供相应的保护性功能；管理平面负责对设备运行状态实施管理与分析，对于出现的问题提供解决方案，为铁路通信网安全运行提供保障。为提高PTN 技术在铁路通信网中的应用水平，就需要对其展开深入分析，进而拓展出更丰富的适用环节与应用场景。

3.3 发展趋势

结合PTN 技术目前的发展情况来看，其发展趋势主要集中在两个方向：①通过PTN 提高业务承载能力，实现PTN 与OTN 的有机结合，构成POTN 技术；②满足业务智能化运维及智能化管理需求，推动PTN 与SDN 的有机结合，构成SPTN 技术。随着技术升级的推挤，SDN 与POTN 还能够进一步形成SDˉPOTN 技术，真正意义上实现了SDN 分层架构与智能控制同POTN 基础网络技术资源的融合，有效满足集中式虚拟化网络资源调配需求。与此同时，应用接口与平台系统的应用也将逐步朝向开放化、标准化方向发展，为铁路通信业务提供更为灵活、高效的管理环境。

3.4 应用场景

现阶段，随着铁路通信业务的发展，将逐步实现LTEˉR 系统以及IP 多媒体调度通信业务等内容的升级，在此背景下，PTN 技术的应用范围将持续扩大，进而适用于更多元的应用场景当中。

3.4.1 既有线改造工程

在进行既有线改造工程的过程中，可以在原有的MSTP 技术基础上新增PTN 方案，来满足相关业务的资源传输需求，并仍通过MSTP 进行承载。针对上述内容可根据具体业务需求实施相应的方案：①铁路通信新增LTEˉR 业务。这一方案需要重点考虑LTEˉR 业务的安全性及时间同步要求，因此可采用PTN 进行承载。可以在接入层车站等区域安装相应的PTN 设备，满足基站之间的4G 回传业务需求；若原有机房及新增基站不同址时，那么PTN 还需要进行视频监控、环境监控等业务的承载。对于汇聚层来说，PTN 可满足基本传输需求，若传输量较大则可以采用OTN 系统进行承载。在这样的情况下，接入层PTN 可与汇聚层PTN/OTN 完成时间源信号的传送，与汇聚层PTN/MSTP 完成频率源信号的传送。此外，LTEˉR 核心网间业务可由MSTP 设备进行承载。这一方案的优势在于可以很大程度上提高基站设置的灵活性，在不影响接入层、汇聚层运行的基础上满足业务传送和时间同步要求，在必要情况下还需要考虑波道可扩充性[6]。②铁路通信新增IP 多媒体调度业务。这一方案中，多媒体调度终端可接入层MSTP，多媒体调度设备可与数据网相连，并由数据网完成区间/车站至路局以及路局之间的业务承载要求。值得注意的是，若接入层MSTP 设备带宽不足，可根据实际需求进行扩容。这一方案的优势在于可以实现MSTP 的深入、成熟应用，在满足业务需求的同时，尽可能缩减工作量。

3.4.2 基于MSTP+PTN 方案的新建线工程

新建线工程中新增LTEˉR 业务可以在车站以及铁路沿线等区域设置传输设备，采用MSTP+PTN 方案来满足业务接入需求，并可以为业务运行的信息化与高效性提供保障。其中，接入层与汇聚层MSTP 可以完成TDM 业务及专线业务的承载，接入层PTN 完成IP 多媒体调度、SCADA、食品及环境监控等业务的承载，而汇聚层PTN 或OTN 负责LTEˉR 业务的承载。MSTP+PTN方案的实施可以有效实现两种技术的有机结合，并发挥各自优势。MSTP 技术已经可以实现成熟应用，因此可以应用在安全、保密等方面的业务中；而PTN 则可以实现LTE-R 业务和IP 化业务承载，最大限度上保证网络传送业务的稳定性。目前，铁路通信系统仍然在TDM、专线业务与IP 分组化业务同时开展的情况，因此可以通过MSTP+PTN 方案来提供相应的解决途径。

3.4.3 基于PTN 方案的新建线工程

在既有工程中存在因MSTP 设备老化而影响通信业务传输的情况，有必要针对这一情况开展相应的新建线工程，并将PTN 方案引入其中，更好地满足其中业务承载需求，同时逐步替代原有传送网。基于PTN 方案的新建线工程在理论上可以有效适应IP 分组化业务需求，网络设置比较简单，并达到传输性能指标有关规定。然而若应用在实际场景中，该方案处于大流量环境下所呈现出的PTN 传送性能以及网络安全性还有待进一步探究。除此以外，随着铁路5G 业务的推广，还应深入研究PTN 技术的适应性与可行性。

3.4.4 铁路支线及接入网应用

对铁路支线及接入网应用场景来说，可以充分发挥PTN 技术在多业务承载方面的优势，进而应用在支线铁路的线路保护中。通过线路1+1 保护PTN 方案可以有效实现通信业务及相关信息的接入，同时由独立组网完成安全相关业务。与此同时，在信息化业务容量较大且较为分散的状态下，还可以通过环型组网PTN实施数据业务接入，保证网络运行的安全性与可靠性。值得注意的是，通过PTN 进行接入时可采用的无线接入技术包括GPON、PTN、MSTP 等多种类型，进而在实际应用场景中可以根据具体业务需求选择合适的技术。

4 结语

随着大数据、人工智能等技术的应用以及铁路通信业务IP 化趋势的加速发展，传输网承载业务势必面临转变，如何提升铁路通信系统业务能力也成为每一个铁路通信工作者需要解决的问题。目前，PTN 技术已经实现了成熟应用，同时可以有效适应我国铁路通信系统运行需求。在此期间，应不断针对PTN 技术的应用场景展开深入探索，实现高效管理与扩容目标，为铁路通信传输网安全稳定运行提供保障。