高速公路传输“一张网”综合承载探析.pdf

技术通信：高速公路传输“一张网”综合承载探析罗华坚，傅志明，袁红叶（浙江交投高速公路运营管理有限公司，浙江杭州）摘要：高速公路机电信息化水平不断发展，对通信系统传输能力提出了更高要求。（光 传送网）作为当前传输领域主 流技术，能 满足高速公路多业务“一张网”综合承载，已成为 高速公路传输网重构的首选。本文着眼于高速公路部署和应用研究，通 过对高速公路业务流向与流 量的分析，梳理传输架 构与配置 需求，在简要阐述理论与技术特征的基础上，结合高速公路实际，提出了包括网元建立、拓扑 选择、波道配置和业务保护等方面的建设路径与樸型，以期供类似工程参考。关键词：高速公路；张网；综合；配置；波道传 输网是高 速公路 信息化基础 设施的“神经系统”，构 建起各业务节点之间信息传送的通道，影响 着高速业务正常运营，保障着路网安全。近年来，随着机电 系统信息化、数字化水平不断提升，以接口为主流的业务大量涌现，对传输带宽、时延、信道隔离度等性能要求更为严苛，传统基于交叉或交换的单一技术显然难以适应。（）即光传送网，以全新理念重构 光网，“无限”挖潜光纤传输极限，实现多业务硬隔离“一张网”综合承载。面对高速公路异构而庞杂的业务，如何科学有效部署并发挥其最大优势，是传输工程建设首要任务。一、业务需求分析经过多年发展，高速公路、等 传输技术迭代且并存，依托于不断革新的电域技术，进一步保障了业务节点之间的信息传递。作为新一代传输技术，最显著的特点是拓展 光域并融合优化电域功能，大幅提升业务统一承载效率，其部署主要考虑两方面需求。（一）业务流向流向是指业务数据传递源宿及相应路径，其直接决 定拓扑结构。在省域范围内，高速公路通信管理架构结合监控、收费等业务需求部署，采用“省 级中心（集团级）路段中心基层站所”三级架 构，部分省份因管理需求会设置区域级通信中心。高速公路业务流向需求适配于通信管理架构，形成“接人层汇聚层骨干层”三级架构模型，如图所示。接入层面向高速公路基层站所内或外场机电设备，通过双绞线、裸纤等传输介 质，汇集监控、收费、办公等末端业务统一接入并向上传递。汇聚层处于接人 层和骨干层之间，汇聚本图高速公路业务流向模型辖区路段各基层站所业务并向上转发，部分业务 落后供调用，起承 上启下作用。骨干层处于传输网顶 层，按需调度区域至省中心或各区域之间的 长距业务，并 保 障其可靠 传输。总 体 而言，高 速公路业务流向较为多元，根 据监控、收 费 等业务网设备设置情况或上级单位管理需求，以逐级汇聚流向为主，以按需落地或调度流向为辅。（二）业务流量流量是指单位时间内通过监测点的比特数，其决定建设容量与端口配置。高速公路传输网不仅承载监控、收 费、办公三大传统业务，还承载服务区、网管、各业务 线等延伸业务。随着未来车路协同、超高清视频、数字孪生等技术发展应用，对传输通道及带宽 的需求将不断跃升。以沿海某省份高速公路站所业务现状为例，主要业务流量分析如表所示。表高速公路主要业务流分析表业务类型接口速率实际业务带宽（）说明收费含门架和收费站的交易、抓拍流水，抓拍照片等监控含主线、隧道视频等办公含办公、视频会议语音服务区含服务区视频与抓拍照片 年增刊（总第 期）丨中 国交通信息化 结合上述分析和未来流量增长，业务侧接入层配置以端口为主，提供对监控、收费和办公等主要业务的高速接入能力，同时支持语音、服务区等综合业务 的小颗粒接入。汇聚层和骨干层应同步配置相应的端口，以提供对等的端到端传输能力。线路侧端口配置参照图。接入层视为流量落地区，应配置路途经站较多，仅通过设置即可基本满足光信号正常传输，电中继功能可通过沿线等效实施。站、管理处等站站、管理处等（图高速公路网元建立模型端口，支持大颗粒业务点对点直达和小颗粒业务灵 活交叉调度。随着云化部署趋势及车路协同、数字孪生等新场景的应用，流量调用区将逐步转向流量二级落地。因此，骨干层应配置线路端口，提供业务通道，保证多业务隔离可靠传输。现状远期二、张网部署方 案技术以为基础，融入设计理念，结合光域和电域各自技术优势，解决了技术在组网融合性、调度灵活性和保护多样性等方面的不足，从而满足高速公路多业务“一张网”高效、高可靠承载性，其部署方案应结合光域和电域特点，重 点从以下几方面提出。（一）网络组织、网元建立按实现功能不同，网元分为、四种类型。为光终端设备，负责对本 站业务复用进线路进行传输，或实现相应解复用功能，通常对应一个光 方向。为光分叉复用设备，能直接用在光域进行光信号的上路或下路，一般为两个光方向。和均为中继站，前者将光信号进行线性放大，而后者重点在电域完成信号的整形、再生及重定时，从而改善信号质量。考虑节点业务量与未来技术 演进，高速公路部署和两 种网元即可，对应各基层站 所、管理处或管理中心，如图所示。完成监控、收费等业务复用并传输，以“背靠背”光层形式解决两个及以上光方向的需求，通过“共电层”形式满足不同光方向之间 的业务灵 活调度由于高速公路光、拓扑选择按网元连接关系，拓扑主要分 为点对点型、链型、星型、环型、型五类，如图所示。点对点是最基本的组网拓扑形式，传统釆用该方式；链型是点对点的延伸，串联各节点，随着链路级数的增加，系统隐患递增；星型拓扑有一个中心节点与非中心点相连，集中管理效率高，显然存在单节点瓶颈与失效的风险？，环型拓扑将所有节点串联并首尾闭环，能形成对业务的双向保护，是目前普遍采用的拓扑结构，但双边断纤业务全阻的可能性依然存在；型即全连接网状网架构，该方式可靠性高且调度灵活，但结构复杂成本高。（）点对点 盟（）链型（）星型环型（）型图拓扑类型 示意图结合高速公路光缆路由实际，对于多路段成网场景或是承载重要业务的骨干网，应当部署“非完全型”拓扑结构，通过光路中断历史数据分析，具备光缆多路由条件的应连尽连，兼顾系统可靠性与投资效益最大化。对于路由短跨距或不成网场景，则釆用异路由、异缆形成物理环型拓扑为主，同缆逻辑环为 辅，配置双向保护，以保障业务安全。（二）系统配置、容量配置波长资源是波道配置的核心，一个波道对应一个特定频率波长，它可独立完成一路或多路业务信号传输，不同波道之间彼此物理隔离，从而保证业务安全性。目前主流系统容量是 入和入，？入系统中心频率 间隔为，入系统中心频率则为，频段区间 为？。高速公路骨干层配 置单波道 线路侧端口，对等配置支路侧端口，初期系统容量建议配置，保持平滑升级至 的能力，若存在多个骨干环共复用段，则该复用段应 分别独立配置光层而不应进行共享，以此提升系统总容量。业务容量配置，视区域数量取定值，按监技术控、收费、办公等业务细分（）业务子波长，保障多区域大颗粒业务高速接入。配置示意参照表。表高速公路骨干层容量配置表波道编号中心频率（）波长（）线路侧配置支路侧配置说明区域：监控、收费、办公区域：监控、收费、办公 区域：监控、收费、办公 区域：监控、收费、办公 高速 公路汇聚接入层配置单波道线路侧 端口，对等配置或支路侧端口，初期系统容量建议配 置，可灵活选用共享式 或 独享 式 模式。业务容量配置，按业务数量取定值，若监控、收费等主要业务数量为，则该部分业务容量为乂，剩余（：“）可细分至（）供综合业务小颗粒接入。配置示意参照表。、波道配置部署之前，应结合高速公路实际业务流量、流向合理规划波道。由容量 配置分析可知，对于 系统，建议按区域规划波道，按业务划分子波道；对于系统，建议按业务划分波表高速公路汇聚接入层容量配置表波道编号中心频率（）波长（）线路侧配置支路侧配置说明 业务 业务 业务 道，预留小颗粒综合业务接入。根据技术光电特性，波道配置模式可细分七类，如图所示。对于系统内超长距汇聚型业务，按模式一、五、六配置点对点直达波道，可最大程度保障独享带宽与最低时延。若为区域间分散型业务，建议参照模式二、七配置共享式波道，基于电层交叉，保障业务调度的灵 活性。对于跨系统调 度，当具备多路由连接时，可参照模式三，利用主环和链路空闲波道资源，于源端和宿端分别配置波道，中间站波道穿通不落地，从而保障业务多跨连通并节省投资。此外，也可釆用模式四将多局向波道纳入同一电层交叉单元，提高业务调度的灵活性和可靠性。总体而言，波道应当结合高速公路实际需求灵活配置，各模式可单独釆用，也可叠加 实施。实际业务开通实施过程中，尤其要注意波道“复用唯一性”和“封装单调性”。同个系统内同 向波长资源唯一且不可复用的，但不同方向的同波长可复用，序号示例省中心管理处管理处站所核心汇聚丨：聚接入！管理处站所管理处站所汇聚接人反：聚接入备丨备管理处站所汇聚接入主配界模 式梭式一：域行波道业务点对点配罝直达波（独享）入梭式二：域间“手拉手配 波道（共弘）主跨系统丨丨？备校式二：结 构跨系统转接（光穿通）乜跨系统丨丨？备投式四：结 构跨系统转 接（电 交 叉）人？主？备校式五：站所上行丨波道业务，点对点配置达波（独￥）（丨颗 粒）主备梭式六：站所行丨波道业务点 对点 配良达波（独挛（抛）模式七：站所行丨波逬 业务，点 对点配罝茛达波（共车（？粒）图例：？终端落地光垲转接电交叉图波道配置模式示意图年增刊（总第 期）中 国交通信息化 应当按区域按业务有序使用波长，排序完一轮再考虑复用。刚性管道属性，使它不具备业务的整合汇聚功能，当支路业务端口与线路封装颗粒一致时，即便实际业务非饱和，也将独占线路资源，其余业务无法复用该线路资源再行封装。（三）业务保护高速公路的恶劣环境使 得传输网须具备强大的业务保护 能力，作为多业务承载平台，未来将承载巨量业务，丰富而可靠的业务保护显得尤为重要。根据保护位置的不同，可分为设备级保护、光域保护和电域保护三种方式可独立部署也可叠加使用。、设备级保护设备级保护指硬件级别 的保护，主要依靠空间选择或硬件配置来完成对业务的保护，包括双跨保护、单板保护和电源冗余保护三种。双跨保护包括双平面保护、双节点保护两种方式。双平面保护是指通过两套传输系统形成对业务的保护，两套系统路由互异性越大，双平面保护健壮性就越强。例如，高速公路部署之后，可选择原有、等 传输网作为备用路径，实现传输路由三重保护。双节点保护是指通 过两个节点或单节点的两台设备形成主备保护，当一个节点、一台设备甚至组网光缆 发生故障时不影响业务正常传输，双节点保护优于单节点双设备保护。显然，双跨保护是对传输健壮性的结构性提升，随着新技术新业务发展，建议立足业务规划和资源规划，逐步实施双跨保护。单板保护 和电源冗余保护 原理基本一致，即配置冗余 板卡、模块或系统 来 完成对主用业务的 保护，包括交叉板、主控板、支线路 板、电源系统（模块）等冗余配置。该类保护对高速公路业务 承 载至关重要，能 有 效避免因单板或链路失效导致的业务中断，在高速公路部署过程应作为基础项予以保证实施。、光域保护光域保护基于对光信号的保护，按保护对象和范围的不同，可分为保护、保护、保护和保护等，高速公路主要釆用 以下两种光域保护方式。（）保护利用异路由光缆线路提供该段落业务 的保护，不需要触发全网协议，因此该方式 简单、可靠。它由单板进行光信号的双发与选收，通过比较主备通道的告警、主备通道光功率相对差异来判断是否执行倒换。由于保 护本身就会引入约的插损，所以在光缆选用、光功率检测以及主备线路的损耗均衡方面需要特别关注。的位置与连纤示意如图所示。（）顾名思义是对系统复用段进行保护，与类似，本质是面向于对线路故障的保护，差别在于保护的跨度更大。单板位于之前，因此建设和维护成本比更高；同时，该保护纳入了更多的光器件，所以对于光路指标调整的灵活性和富 余度要优于保护。保护示意如图所示。钃图 保护示 意图图 保护 示意图、电域保护电层保护 指保护颗粒为电信号，包括保护、环网保护和保护等，高速公路首 选保护方式。保护利用电层交叉的双发选收进行保护，交叉粒度为，主要对 线路方向的各单元进行保护。当业务经支路板封装 映射后，通过交叉板并发至主备线路板时隙，即接口背板侧个主用和备用，从而避免主用时隙故障而引起业务中断。保护示意如图所示。保护的前提是具备通道资源，两者的差异主要表现在保护对象 的不同，保护对象是单个光通道，而是基于光通道里的，颗粒度更细，保护灵 活性更大。图 保护 示意图三、一张网承载实际应用近年来，随着浙江交投 高速公路运营 管理有限公司管理的高速公路里程持续增长，在运营管理和服务等方面实施区域化的同时，通信系统传输网未实现融合统一，仍旧以原路段为单位进行建设或运维，存在规划性差、结构复杂、互通性弱等 结构性缺陷。为 此，在浙江省 交通集团统一部署下，建设高速公路骨干网，采用技 术，构 建路段至集团 中心的多业务综合承载平台，网络拓扑如图所示。根据“一张网”部署方案，环和环骨干环以彭埠为核心进行组网，通 过诸暨、金华等区域管理中心和大禹谷、歌山等路段的设置完成区域间业务调度。对于超长距复用段，选取沿线站所安装设备，提供光信号 优化。在节点间具备多路由的场景下，如歌山神仙 居、诸暨至诸技术拽长中心鳎？了腱柃則（）服矽埠？分系统一分系统（中间含金 平东）？衝州松 阳晡水？獅脱想金“獅織？偷魏孤丨咖龄游廳從戴：想无德趨臨挪财從似奶遞公姐：纖狐？似捣姐奶此細纖战处悠姐？（嫩紙助總娜也？似？奶此？患紙？働战獅？财；？盡彭埤？奶级著出货上二达链在在免：？皆；玄找“试怎找匕？二？“？：“二二：一？二？令钱錄於學找“？駐找如總？總丄？边錄说？碰激勒找找“繼念进？，？似故挪？似總出？（？獅技令？術！找“永秘图丨浙江交 投系统（环部分）波 道配置图业务规划曰預留办公丨办公（留）网？矜 岛速留养护 线 留荇运线預 留舱控？（？留办公丨办公留收收（播网淬护线留营运线預 留？（）办公丨办公（枚 收？（留）网 速！？护留荇线預留暨北、金华至衢州等，条件满足的 应连尽连，形成了“非完全型”保护 结 构，最大程度保障了路由最短径与业务安全性。波道配置示意如图所示，环和环独立组网，分别拥有 系统总容量，波道从开始 顺序编排 使用，对应主环各节点，单波可再细分至子波长，用于区域内各类业 年増刊（总第 期中圔交通值？化 务综合承载，区域间光域隔离，区域内业务电域 级 别硬隔离。以诸暨为例，配置点对点波道直达彭埠，反向配置波道保护，复用该波道，并提供子通道用于承载监控、收费、办公、网管和服务区等业务，结合双向波道配置形成保护。同时，浙交投骨干网灵活采用了多种波道配置模式，主环与支链之间配置釆用模式三，形成光路直通，提高了效率节省了投资；彭埠、丽水等节点配置参照模式四，形成“共电层”灵活调度；此外，以“手拉手”模式配置区域间的波道，为今后区域间新业务的开展和灵活调度提供了技术保障，真正实现“一张网”综合承载。四、结束语本文基于对技术的分析与实践，围绕高速公路实际运营业务需求展开方案阐述，并提供业务、组网、配置等方面若干模型及建议。作为高速公路综合业务统一承载平台，能较好满足高速公路各业务对带宽、时延以及快速开通等方面诉求，提升了传输效率。其集约化的设备及功能形态，使传输网结构得以简化，并在一定程度上缓解机房空间和电源的压力，从而降低高速公路传输网和。目前，浙交投髙速公路骨干网全面建成并投产，已承载了高速公路监控、收费、办公和网管等业务，相比原系统，传输性能方面有了较大提升。经统计，带宽提升倍以上，累计时延降低约，光缆故障引起的业务中断次数下降约。未来，高速公路将充分发挥“一张网”综合承载功能，助力存量业务网络优化和、车联网等新技术应用。参考文献交通运输 部 公路枓学研究 院中华 人民共和国交通运输部（年第号公告）：高速公路通信技术 要求人民交通出版 社，】李允博，李 晗王磊等干线网传输节点技术现状及发 展方向探讨电信技术，（）：】季康 网络资源动 态优化 技术探索与实践信息通信网技术业务 发屣 砑 讨会丨史春 辉，隋吉生朱立军浅谈组 建吉林电力省干南部网中国新 通信（）：陈守 用的保护方 式及应用探封信息通信，（）：责任编辑：郭潇威（上接笫页）好稳定。（二）各雌环网効蝴链路矩离长泰至万世青，万世青至大凭山，大 凭山至青笠山，青笠山至安建，安建至中寨，中寨至梨尾寨，梨尾寨至天宫。华安机房至西陂 隧道，华安机 房至西陂隧道，西陂至西陂，西陂至西陂。四、改造后各项性能提升情况分析此次髙速公路外场监控网络改造后，各项性能指标均达到了预期的效果，具体如下：监控网络结构合理化，杜绝了以往部分站点及隧道供电故障后，导致大面积外场监控网络中断的现象；设备更新换代后，环网交换机具备千兆带宽，稳定性明显提升，外场设备通信问题大大减少；新设备具备比较完整的环网监测功能，简化了环网结构实时后台，有利于设备故障判断及环网断点位置分析；新的外场监控环网监测后台绿色、易管理、易扩展，不仅可以对环网结构进行监测，还可以对每个环网交换机端口设备情况进行监测，出现设备掉线后可以快速告警，有利于外接设备的故障判断，方便了外场监控设备的故障排査。五、结束语高速公路外场监控网络提升专项改造工程，解决了原外场监控网络情况不稳定、故 障判断难度大、故障监测滞后等问题，全面优化升级了原外场监控网络链路结 构和设备，排除了网络结 构及设备原因而导致的安全隐患，进一步提升了高速公路运营服务。参 考文献胡 治国高速公路监控系统网络及信息 安 全体系构 建中国交通信息化，（）：刘培陈 後新高速公路监控分中心网络配置探折中国交通信息化，（）：包责任编辑：邦潇威