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鐵路區間綜合通信解決方案

    傳統區間通信系統的主要業務為話音業務,然而隨著我國鐵路的迅速發展和鐵路專網信息化程度的提高,區間通信系統除提供話音服務外,數據、圖像及視頻等多媒體業務將有更多需求,需要作為一個統一的通信平臺為區間話音電話、應急搶險求援電話(117)、應急搶險圖像傳輸、視頻監控等多業務提供不同層次、不同要求的通信網絡服務,這使區間通信系統面臨著新的挑戰和發展機遇。
    在“光進銅退”的背景下,基于光傳輸介質的通信系統越來越受到關注,其具有成本低、傳輸距離長、帶寬高、維護簡易及抗電氣干擾等優點,能夠很好地滿足鐵路沿線對寬帶業務傳輸能力和質量的需求,并有利于降低建造和維護費用。因此,結合鐵路沿線實際情況和特點,采用光通信取代既有電纜模擬通信的區間通信系統具有十分重要的意義。

一、背景與挑戰

    中國普速鐵路區間通信為通話柱方式,主要業務為話音業務,然而隨著我國鐵路的迅速發展和鐵路專網信息化程度的提高,既有線區間通信方式存在著越來越多的挑戰:年久失修、不支持數據視頻業務、可靠性低、傳輸距離受限、維護困難、銅纜建設維護成本高等,限制了區間通信的進一步應用和發展。

    既有區間通信存在如下的一些問題:

1)年久失修,線路老化,易受干擾,通話體驗差

a  既有通話柱主要在上世紀80-90年代建設,按照鐵路通信設備的維修周期,已到大修周期(20年),待整體改造;

b  電纜絕緣性差,漏氣受潮等現象普遍存在,電氣特性指標嚴重下降,大部分僅能勉強維持語音通話;

c  干擾嚴重:電氣化鐵路使用電纜容易受到電氣干擾,電氣化鐵路在7米高處有25kv高壓電,在車輛通過時對電子設備將引起電場強度0.1V/m的電磁干擾,進而產生噪聲,影響通信質量;

d  通信段每個月會對區間通話柱進行檢修,作為區間“有事”時最后的通訊手段。實地考察發現,主要是自動電話功能的保障,其他端口已無法使用。

2)傳輸帶寬受限,支持業務少,不支持數據、視頻等新業務接入

a  現有的區間通話柱所涉及的主要業務是進行區間維護、防護等語音通信,由于有其它無線通信方式等,通話柱的語音使用率極低,新改造單純滿足區間語音通信意義不大。

b  傳輸帶寬受限:隨著用于應急救援的視頻傳輸及與安全行車相關的車-地通信等新型多業務接入的提出,以電纜為基礎的模擬通信系統根本不能滿足上述多業務的傳輸帶寬;

3)單一通話通道,無備用鏈路,單點故障易導致業務癱瘓,可靠性低

a  既有通話柱采用單通道電話線方式,線路故障后,業務中斷

b  無備用鏈路,出現故障后無法自動切換到備用工作狀態正常工作

4)長途電纜傳輸距離受限,不支持長大區間通信

a  區間距離增大。隨著行車方式體制改革及運輸布局的調整,既有中小客運站業務減少或取消、部分貨物裝卸線停用等原因,需要封閉既有鐵路車站,這就導致車站間距增加,現已出現超過30 km的長大區間。

b  傳輸距離受限:隨著傳輸距離的增大,長途電纜電氣性能也會顯著下降,使得語音通話質量也隨之下降。根據電氣化鐵路的實地測量,0.9mm芯徑的低頻電纜線路在敷設、接續、接地和環阻等測試項目均良好的條件下,15 km以內能夠提供話音業務,12 km以內能夠提供視頻業務。但現在的站間距離經常超過30 km,使用電纜很難保障通信質量。

5)區間電纜故障后人工問題排查難,不便遠程管理,維護難

a  電纜的絕緣性能下降后很難查,出現故障需人工定位問題,逐個電纜檢查,耗費時間長,人工成本高,維護效率低。

b  鐵總正在逐漸取消銅纜,逐漸過渡到光纖時代。

c  設備維護不能遠程管理,出問題后人工排查難。

6)銅纜較貴, 建設和維護成本越來越高

a  沿線電纜一般采用銅纜,制造電纜需要使用大量的金屬資源,建造和維護成本較高,也不利于防盜。

b  對于銅纜,鐵路系統一般每周都需要檢查一次,整個鐵路線的銅纜維護耗費大量的人工工作量,維護成本高,成為鐵路部門亟待解決的問題。

 

    針對既有通話柱存在的問題,客戶對鐵路區間通信有如下的應用需求:

1)光進銅退,實現區間光通信

a  區間光纖通信,由于光纖中無電流通過,可以消除電磁干擾對語音的影響

b  需用PON組網,一根光纖實現全線通信,可以節省大量光纖資源

c  用光纜代替銅纜鋪設,降低建設和維護成本

2)繼承語音,滿足現有區間語音通信場景

a  既有區間通信主要進行語音通信業務,包括自動電話、區間電話、防護電話、應急搶險電話業務,區間通信系統需要支持這四種區間主要語音通信業務。

3)高速帶寬,實現區間數據、視頻新業務接入

    在區間通信柱配置以太網接口,需要提供從區間到其它區間、沿線各車站的數據通道,作為區間數據、視頻監控等新業務的接入平臺。目前應急搶險、平交道口視頻監控、安防監控業務等對數據、視頻接入的需求較高:

a  應急搶險業務:應急搶險業務是鐵路區間遇到險情需要緊急搶險時,區間用戶通過通話柱與車站的自動電話網、調度網、117話務臺、市話/長話的語音通信,以及與緊急救援中心等進行的數據通信,不僅應用到緊急搶險電話,同時還需要應用到數據、視頻終端實現現場數據、視頻回傳。

b  平交道口視頻監控業務:鐵路平交道口是事故多發地段,一直是鐵路行車安全的隱患。為了加強對平交道口的管理和職守人員的責任心,對已發事故進行科學的分析,有必要在鐵路平交道口進行實時圖像監控。

c  安防監控業務:在險情易發點布置傳感器、攝像機,采集監控數據和視頻數據,通過區間綜合通信系統向監控中心回傳數據進行分析、查看視頻。

4)長大區間,支持30km以上區間組網場景

a  可實現長大區間組網要求。既有線區間一般小于20km,也有少部分區間長度大于30km,區間組網需要支持30km以上的大區間。

b  區間組網要考慮可靠性,能否防護通信鏈路單點故障,單點故障時可自動切換到備用鏈路工作,倒換時間要小于10s。

c  根據可靠性要求可支持多種組網方式,使用不同項目需求。

 

二、解決方案

    華為綜合EPON、PBX、太陽能、IP、企業網管優勢自研產品,攜手行業TOP級產品集成供應商,為鐵路行業客戶提供鐵路區間綜合通信解決方案,協助其實現大帶寬、綜合業務接入、抗干擾、高可靠、大區間、可演進的區間綜合通信系統。


    支持區間多種語音、數據、視頻業務接入,滿足新業務接入需求

a  支持區間自動電話、區間電話、防護電話、搶險電話,滿足區間多場景語音通信需求

b  區間設備提供多LAN接口,支持區間數據、視頻業務接入,滿足新業務發展需求 

c  區間設備提供串口,支持區間監測數據業務實時接入回傳

    提供大帶寬數據通道,滿足大數據業務發展需求

a  在區間內上下行方向分別支持1G帶寬,保障區間數據業務帶寬的增長需求 

b  站內設備支持GE/10GE上行端口,保障1G甚至10G的出口帶寬,解決數據上行出口瓶頸 

c  對業務支持動態帶寬分配(DBA)策略,提高PON端口的上行線路帶寬利用率,使用戶可以享受到更高帶寬的服務,特別是那些對帶寬突變比較大的業務

    區間設備提供多樣化供電方式,滿足項目不同場景供電需求

a  區間設備支持4種供電方式(蓄電池、直流遠供、本地交流、太陽能) 

b  針對區間不同供電特點需求,提供多種供電方式靈活配置,選擇最優供電方案,適應不同的供電場景需求

c  主推一體化方案,內置蓄電池不需要定期更換充電,免維護,降低維護成本 

d  與蓄電池供電共平臺設計,只需裁剪光伏板即可成為蓄電池供電方案

   集中網管,遠程統一管理,直觀體驗,支持分域、分權、分時專業化管理

a   上層OSS網管集中管理所有設備,具有配置管理、故障管理、安全管理、性能管理、拓撲管理等功能 

b   OSS界面拓撲參照現場設備布局,界面直觀、簡單易用

c   分權:基于設備、業務為不同用戶分配不同權限 

d   分域:指派用戶管理指定區域,限定用戶管理范圍 

e   分時:可設定設備有效的工作/休眠時間范圍、周期

    良好的維護管理功能,提高工人維護效率,降低維護成本

a   集中網管,遠程監控、配置、管理站內、區間設備,大大提高維護便捷性。 

b   當采用PON上行時,支持一站部署,即插即用。可以自動從網管獲取配置、配置自動生效,ONU上線自動上報網管。 

c   遠程批量升級:支持自動批量升級、升級失敗后能回滾以及提供軟件與補丁合一包,升級只需一步加載完成。 

d   網絡性能監控:支持網絡優化和用戶監控。

e  方式,消除單蓄電池供電需要定期更換的維護成本,解放可觀人力

    多方位可靠性設計,對通信鏈路進行全方位單點故障防護

a   區間手拉手冗余保護組網,保障整個通信鏈路中出現單點故障時業務不中斷

b   手拉手保護出現故障時業務自動倒換,時間僅50ms,做到用戶無感知故障

c   區間語音接入支持雙備份注冊,主車站語音設備故障時,可自動切換到備車站語音設備。

e   站內設備主要單板提供主備1+1冗余熱備,單板實現熱插拔,提高維護效率

    工業級區間ONU接入設備,適應鐵路沿線惡劣環境

a   周密的可靠性設計,MA5621具備寬溫域、低功耗、靜音設計、耐嚴寒和酷暑的特點,并具備防煙霧及腐蝕、防盜、抗震動等特性

b   專業的自然散熱設計,MA5621通過多種技術實現了設備無需風扇散熱,耐70℃高溫(2小時內,可耐85℃高溫)。

c   高標準防雷等級,交流電源接口實現共模6kV,差模6kV;用戶接口的FE/GE自適應口共模6kV;串口共模4kV,遠高于技術條件規定的基本標準

d   對電子設備的元器件進行降額設計,提高使用的可靠性

e   提供防腐蝕設計,減少單板表面走線,合理的熱設計布局(形成溫差,避免結露)。

     提供系統級、應用級、MAC地址安全防護,全方位保障網絡安全

a   系統級安全防護手段,提供防御DoS攻擊、防御用戶側ICMP攻擊、防御用戶側IP攻擊、源路由過濾、防火墻防護

b   應用安全防護手段,保證接入數據的安全機制,包括HWTACACS、RAIO、PITP、DHCP Option82、802.1x、防御MAC Spoofing、防御IP Spoofing、用戶隔離和線路安全(EPON采用三重攪動)等特性。

c   MAC地址安全防護,提供防御MAC地址欺騙、靜態源MAC地址綁定、靜態源MAC地址過濾、防御MAC地址漂移、VMAC多種防護手段,在不同場景下防御惡意用戶對MAC地址發起的攻擊。

     提供完備的QoS功能,保證在網絡通信過程中,用戶業務在帶寬、時延、抖動和丟包率等方面獲得可預期的服務水平

a   支持帶寬控制(基于端口、MAC地址、IP地址和TCP、UDP端口號),控制粒度64kbit/s,充分滿足技術標準規定256kbps控制粒度。 

b   支持基于流規則的QoS能力:包過濾 、重定向、流鏡像、流量統計、流量整形、帶寬控制、優先級標記

c   支持HQoS(Hierarchical Quality of Service),解決多用戶的多業務帶寬保證:第一級完成對用戶帶寬的保證,第二級完成對每個用戶內部各業務的帶寬保證。實現保證帶寬絕對通過,突發帶寬公平通過。

 

三、為什么選擇華為

     鐵路區間綜合通信解決方案作為區間語音、數據、視頻業務的承載平臺,對數據接入能力、接入方式、網絡可靠性、供電多樣性、設備遠程管理、區間長度都提出了挑戰性需求。在通信行業耕耘數十載,華為公司憑借豐富的接入、語音產品開發能力、網絡設計、交付和運維經驗,深入理解鐵路行業客戶建設訴求,并基于與通號院的聯合創新中心,充分汲取了華為ICT產品開發能力和通號鐵路行業系統集成經驗,開發了滿足鐵路區間通信多樣化需求的解決方案,為鐵路客戶解決區間通信問題,提高區間通信能力和效率。同時實現了:

1、集成化:針對鐵路區間通信特點提出的端到端解決方案,滿足不同類型區間通信建設項目(區間通話、安防監控、緊急救援、平交道口監控等)建設需求。區間業務接入統一集成在通信柱內,可根據接入點需求快速部署和開通,節省部署時間,提高部署效率,同時保證更高的網絡性能。

2、標準化:滿足《鐵路區間光通信系統暫行技術條件》的區間通信系統要求,提供標準接口,實現與既有、新建的自動電話網、調度交換網、117緊急救援中心、防護電話互通。保證生命周期內,與周邊系統的良好融合。乃至在新技術變革來臨時,實現系統的平滑演進。

3、行業化:華為與鐵路行業專家通號進行聯合開發,充分發揮通號在鐵路領域的集成設計經驗、及對鐵路行業屬性需求的理解能力,通過對網管、供電等多方面的行業特性定制,使方案滿足鐵路區間環境需求、以及鐵路設備操作維護的易用性需求。

4、擴展化:業務接入設備采用模塊化設計,可通過更換單板的方式將區間帶寬GE平滑升級到10GE,甚至更大帶寬;業務上立足區間既有語音通信,擴展各種數據、視頻業務,將鐵路區間緊急救援、平交道口視頻監控、安防監控等業務都可以通過區間通信系統進行承載。

    從選擇華為公司的一刻起,我們傾力為您提供最佳解決方案,實現高可靠、高靈活、可演進的鐵路區間通信承載網絡。

 

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