南昌铁路局信息化承载网络融合探讨

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[摘要] 该文分析了当前铁路信息化承载网络存在的问题，提出融合多业务的铁路信息化IP承载网络建设思路和几点建议，总结了融合多业务的铁路信息化IP承载网络的建设意义。
[关键词] 通信技术 铁路 信息化 MPLS MSTP
随着铁路信息化的不断深化，各种铁路信息系统运用越来越多，铁路对通信网络需求呈现明显的宽带化、IP化趋势。将服务铁路信息化为己任的铁通公司，如何把握铁路信息化进程，与时俱进，为铁路跨越式大发展做出新贡献，成为现今铁通公司面临的主要任务。
1 当前铁路信息化承载网络现状和主要问题
中国铁通福建分公司承担着南昌铁路局福建省内铁路通信的任务。多年来，随着南昌铁路局陆续开通运行列车调度指挥系统（TDCS）、铁路客票系统、铁路信号监测系统等10多个生产管理系统以及铁路车务、机务、供电等10多个站段系统的办公管理系统，现有服务于铁路的通信网络负荷越来越重，网络复杂，网络保障难度大。当前在网运行的各种生产指挥、办公管理信息系统基本上是各自独立组网上，以各自信息处理中心为核心网络节点，通过传输接入网2M或64Kbps TDM电路沿铁路线路接入信息点或再通过驻地传送网接入信息点，如南昌铁路局福建省内客票系统组网（见图1）。
图1  福建铁路客票系统组图网
当前铁路信息化承载网络呈现4个主要问题：
1.1 网络拓展性差
铁路传输接入网在早期建设并投入使用，只能提供TDM业务。随着铁路各种信息系统的增加以及既有信息系统对带宽需求的提高，传输网络资源总体呈现紧张状况。另外传输接入网带宽粒度只有2M和155M，而各种信息系统对资源需求差异很大，需要大量HDSL高速调制解调器、协议转换器等设备来转换。不管是新信息系统开通还是既有信息系统网络扩容，实施复杂。
1.2 网络维护难度大
各种铁路信息系统通过TDM电路独立成网，不但各铁通机房接口多，连接跳线繁琐，而且铁通机房与各信息系统用户端成对堆叠许多调制解调器、协议转换设备，网络连接复杂，故障隐患点多。另外各种调制解调器、协议转换设备难以实现远程集中网管，用户端网络设备故障判断必须到现场，再加上铁路沿线交通不便，维护困难。
1.3 网络运行成本高
大量的铁路信息系统承载网络和难以实现全程端到端网络设备集中监控，必然导致繁重维护任务，需要更多维护保障的人力成本。另外南昌铁路局福建省内铁路线路大多处于山区，雷害多，协议转换器、调制解调器因雷害故障居高不下，每年要支出大量设备更换和维修成本。
1.4 信息共享代价大
铁路信息化的一个重要基础是铁路各专业、各部门、各系统要最大程度实现信息资源共享，而各系统承载网络的完全隔离独立导致信息共享的不菲代价。为实现共享，需要另增网络设备和传输通道来打通不同系统网络，不但需要较大的资源代价，而且增加保障难度。
2 融合多业务的铁路信息化IP承载网络建设的必要性和意义
（1）铁通主要机房IP网络设备与传输设备采用大容量端口对接，大量减少了传输设备端口和HDSL调制解调器、协议转换器等中间附属设备的投资和维护，也明显减少运行维护成本和故障隐患点。
（2）在IP承载网络传输层资源足够下，新增信息系统或信息系统网络资源调整，主要工作是由铁通网管进行数据配置，用户信源点主要通过以太网端口无缝接入，实施简单、新增设备少。
（3）IP承载网络传输层和IP层资源配置和扩容不用与铁路不同信息系统建设同步实施，完全可以从容规划，阶段性安排。
（4）实现用户接入、驻地网络端口IP化，确保铁通网管系统能够实现全程网络监控和管理，大量减少现场维护工作量，也易于铁路用户对承载网络端到端全程质量障碍的确认，避免铁通公司和铁路用户维护摩擦。
（5）为用户提供IP化的以太网端口，减少铁路用户自己的网络投资和维护成本，增加铁通的服务附加值，体现铁通专业服务品质，紧密铁通与铁路关系。
（6）顺应下一代通信网络发展的方向，为包括铁路话音通信、视频通信、无线通信以及自动化控制系统传送的IP化奠定了网络基础，满足了铁路信息化发展的要求。
3 融合多业务的铁路信息化IP承载网络建设思路
相比其他形态的网络，IP承载网络具有开放性、灵活性、低成本、易扩展等优势，是多业务的承载平台。由于铁路信息化进程上各种业务信息是可知、信息流大小是可计算的，从而对承载网络资源的需求完全可规划，这样就为业务系统在IP网络上质量保证提供重要基础，再加上IP技术的QoS和安全机制的部署，可以避免Internet上的安全和质量难题。建设一个融合多业务的IP化、宽带化铁路信息化承载网络是有效解决以上问题的理想选择。
3.1 网络拓扑结构要求
按照网络层次结构的建设思路，在铁路局管辖范围内，融合多业务的铁路信息化IP承载网可分骨干网络、接入网络和用户驻地网络三层结构。从南昌铁路局来看，以铁路局所在地区南昌或再加上原分局所在地福州为核心节点，以主要站段所在地为汇聚节点组成IP承载网骨干网络。骨干网络覆盖所有铁路生产指挥、办公管理信息系统的数据处理中心，保证数据处理中大容量数据处理和数据处理中心间数据高速交换的需要。接入网络是以主要站段地区为汇聚节点接入铁路沿线小站。用户驻地网则将接入网络从小站延伸至用户网络，为用户提供以太网IP端口，与用户网络无缝对接。南昌铁路局福建省内IP承载网络拓扑示意见图2。
图2  南昌铁路局福建省内IP承载网络拓扑示意图
3.2 主要设备的技术要求
3.2.1骨干网
铁路信息化IP骨干网络建立在铁通骨干网DWDM大容量传输系统上，骨干网核心、汇聚路由器采用POS155或POS622端口与SDH传输系统对接，通过传输链路完成路由器互联。要求骨干网核心、汇聚路由器要满足较强数据转发能力，以满足今后一段时间铁路信息化建设的需求，同时具备较强的MPLS（多协议标签交换）功能，支持二、三层MPLS VPN，满足不同信息流相互隔离的需要。核心路由器要有合适端口用于和上层网（铁道部网络）对接，汇聚路由器要丰富的以太网接口，用来收敛汇聚地区站段用户网络和铁路沿线小站信息点。
3.2.2接入网
接入网络技术选择比较关键，由于各个信息系统的信息点在铁路沿线有不同分布，每个小站接入网带宽需求有差异，以太网技术因具有造价低廉、连接简单且带宽配置灵活成为数据传送首选。同时铁路信息IP化、宽带化是一个长期过程，不可能是一蹴而就，非IP化的业务在一段较长时间还是存在。因此要求接入网既能支持以太网传送又支持TDM等传统业务。比较MSTP、PON（无源光网络）以及纯以太网等主要宽带接入技术，MSTP设备系统因适合铁路沿线链状分布、支持多端口种类、支持以太网、ATM等多种业务类型、具有灵活的服务提供能力、支持WDM的升级扩容、较大的光纤带宽利用率、较小粒度的动态带宽管理、更高安全性以及较低的光纤资源占用和投资成本等优势成为首选。MSTP支持完整的以太网功能，如VLAN、CAR（访问速率限制）、DiffServ（区分服务）以及透传等。
3.2.3驻地网
驻地网主要将接入网络以太网接口推送至用户信息点。铁路车站驻地网主要传送媒介是电话电缆，光纤资源比较匮乏。因此在距离车站通信机房较近用户信息点直接采用五类、超五类双绞线连接用户网络。超过100米的信息点，比较适合采用基于电话电缆、标准成熟、造价低廉、支持从几兆到几十兆的ADSL、ADSL2+、VDSL技术或光纤以太网，最终选用要依据信息传送带宽、距离和对称性要求等情况来决定。当铁路沿线接入网络MSTP系统设备以太网端口不足时，采用二层交换机进行扩展，当采用ADSL、ADSL2+、VDSL等连接时，用不同容量的DSLAM设备进行拓展。
3.3 安全质量保障的实现
3.3.1网络安全
铁路信息化IP承载网络的网络安全保障由传输和IP网络两个层面来实现，具有很高的安全性。骨干网和接入层都是承载在铁通SDH传输环网上，传输层引起的故障有良好的自愈能力。IP网络层汇聚节点双上行核心节点，传输层不能保护的故障，通过骨干网IP动态路由迂回业务，对于重要业务链路，可以实施MPLS FRR（快速重路由）技术实现业务快速恢复，骨干网关键节点可采用双设备热备，提高网络健壮性。
3.3.2信息安全
从网络拓扑看，各信息系统的信息流在IP承载网络接入层和骨干层共享了物理网络。在接入层，通过以太网VLAN技术对隔离不同信息流，而在骨干层则利用MPLS VPN技术隔离不同信息流，从而在全网上保证了各信息系统的信息安全。
3.3.3网络质量
在用户信息流引入IP承载网络边缘的以太网端口时，通过端口CAR技术来约定流速，确保不会过度占用资源。通过以太网帧802.1p标记标识信息流的转发保障等级，使信息流按照以太网排队、调度、拥塞管理机制，在二层以太网网络上按照信息流质量要求进行传送。铁路沿线不同小站信息点的相同系统的信息流通过各自MSTP以太网端口传送汇聚至主要站段MSTP系统的一个或多个以太网端口，送至IP骨干层边缘路由器，即送到MPLS网络的PE（Provider Edge）设备。在PE设备，先将信息流帧以太网802.1p转发等级标识映射成IP报文转发等级标识DSCP（Differentiated Services Code Point）。同时按照VLAN标识或基于信息流IP五元组（源IP、目的IP、源端口、目的端口、协议）分类，将信息流映射到骨干网对应MPLS VPN，将IP报文转发等级标识DSCP映射成MPLS报文转发等级，按照报文等级和MPLS VPN路径进行流量的队列调度、拥塞控制和监管整形，在骨干网上转发。从骨干网到目的地，又进行反向映射，从而在IP承载网络端到端实现质量保证。当局部网络拥塞，可通过实施MPLS TE（流量工程）技术可以使网络得到均衡；因此通过合理部署QoS和安全机制，IP承载网络不但能够满足一般信息系统承载的要求，同时也承载对质量要求很高的业务，如视讯会议、VOIP等高要求业务。
3.4 信息资源共享的实现
为实现不同信息系统的信息资源共享，可在MPLS网络（即骨干网络）边缘设备PE上做适当路由数据配置，打通不同VPN间共享信息资源的路由，或者在PE设备边旁挂防火墙，制定最佳策略，以增强不同MPLS VPN的信息系统互访的安全性。
4 南昌铁路局信息化承载网络改造建设的建议
（1）铁路信息化发展迅猛，骨干IP承载网络建设容量规划要有前瞻性。骨干网络QoS先期以网络轻载来保证，实施简单。
（2）接入网络分段分期逐步改造，新建MSTP系统后置换下来的TDM传送设备用来扩容未改造区段，充分利旧，节省投资。
（3）接入网络新上MSTP系统设备，除了配置基本以太网IP业务板外，根据需要适当配置ATM业务板，将铁通ATM骨干网络通过接入网延伸至铁路用户需求端，开发铁通ATM骨干网能力。