关于北京局站段车间班组联网方案的研究

赵运海

（中国铁路北京局集团有限公司北京通信段，北京 100069）

2018年10月，中国铁路北京局集团有限公司（简称北京局）为彻底解决长期制约站段信息化发展中网络带宽不足的问题，启动了车间班组“最后一公里”联网工程，到2019年底全部建成。该工程以建设全路领先水平为目标，将全局站段的网络带宽提升至1 000 M，将车间、班组的网络带宽提升到100 M，为集团公司运输生产和信息化建设铺设了“高速路”。通过两年多运用情况来分析和调研，各部室、各站段对运用效果反映良好。下面主要对联网方案、调试中实际实施中遇到的问题、运用的相关技术以及制订的解决方案进行研究。

1 站段车间班组联网概况

北京局2018～2019年度实施的站段车间班组联网工程主要包括81个站段、1 600多个车间、7 000多个班组。工程实施后生产站段网络带宽达到千兆，车间、班组网络带宽达到百兆。

2 站段车间班组联网技术方案

1）站段联网采用延伸既有通信数据网的方案，在站段机关设置PE路由器，均通过光纤接入所在地区的数据网汇聚或接入节点，实现1 000 M带宽接入。

2）车间班组联网依托集团公司通信数据网建设，将车站的通信数据网采用GPON（Gigabit-Capable PON）/PTN（Packet Transport Network）两种技术延伸至车间班组，实现车间班组的100 M接入。一种技术是在车站所在地设置的光线路终端（GPON OLT）设备，在车间、班组设置光网络单元（GPON ONU）设备，通过敷设光缆，实现100 M带宽接入。另一种技术是在车站所在地和车间班组均设置PTN设备，根据现场位置，通过敷设光缆，组成PTN环网，实现100 M接入。

3）为确保网络带宽达标，对数据通信网核心层-汇聚层-接入层间的带宽进行优化调整，将集团公司核心层至各汇聚层传输带宽提升到2万M，各汇聚层到各车站接入层带宽提升到2千M。北京局站段车间班组联网工程网络示意如图1所示。

图1 站段车间班组联网示意Fig.1 Schematic diagram of stations, depots and workshops networking

3 实施和运用中相关技术研究

站段车间班组联网实施后，将全局各单位通过“高速网”联通，为铁路各专业的运输生产提供基础网络通道，满足了生产和信息化的需求。下面将在实际实施中遇到的问题、运用的相关技术以及制订的解决方案进行研究。

3.1 新增设备的网络管理

全局新增GPON、PTN设备8 000多台，为加强设备的维护管理，将GPON/PTN设备均纳入车间网管进行监控管理。将GPON/PTN作为一项业务，分配集团公司内VPN编号，搭载在数据通信网络中，在路由器与GPON互联链中启用VRRP协议，实现GPON OLT与路由器间双链路冗余连接，提高GPON/PTN网管通道的可靠性。路由器侧启用VRRP协议示意如图2所示。

3.2 IP地址管理问题

按照《中国铁路总公司办公厅关于加强铁路信息网络IP地址管理的通知》（铁总办运函〔2014〕52号），办公网、车辆5 T、电力远动等非电务部门管理的业务IP地址由科信部门负责，电务部门负责数据网络数据的配置。其他如信号集中监测、综合视频监控、动力及环境监控系统、语音记录仪等由电务部门管理的业务系统IP地址由电务部门负责。因此在进行站段、车间、班组联网实施时，会面临网络割接等诸多问题，具体如下。

图2 路由器侧启用VRRP协议示意Fig.2 Schematic diagram of enabling the VRRP protocol on the router side

1）站段、车间、班组在原来没有联网时，如有新增联网需求，科信部直接新分配IP地址。电务部门在路由器、GPON（PTN）配置数据后，联网处所的终端即可入网。新增联网IP地址分配示意如图3所示。

图3 新增联网点IP地址分配示意Fig.3 Schematic diagram of IP address allocation for new network points

2）车间、班组如前期已联网，为节约IP地址资源，同时减少终端用户IP地址修改工作量，这些处所仍利用既有IP地址。因此就需要逐站进行割接，即由原来的2 M网倒入新建的车间班组网中。此种情况需要电务、科信部门共同组织，统一实施，这也是影响工程实施周期的主要因素。在北京局实施倒接中，沿线413个车站，3 892个班组，倒接用了将近4个月的时间。既有联网点IP地址割接示意如图4所示。

3）站段、车间、班组在新增信号集中监测、综合视频监控、动力及环境监控、语音记录仪等系统业务时，IP地址分配、数据配置和网络开通工作均由电务部门组织即可。如图5所示。

4）科信部门为加强IP地址的管理，将IP地址按站段、车间、班组分配给使用单位。站段机关实施时没有问题，问题主要反映在车间、班组联网实施方面。由此以来，如果按照各专业分配的IP地址来划子网实施，会导致在路由器的接口上分配多个子网，增加较多的VLAN和数据条目数，造成对路由器能力一定的占用。目前采取的方案为电务部门将科信部门分配的IP地址化整为零，扩大VLAN的覆盖范围，以减少路由设备的数据条目数和VLAN数，同时也增加了IP地址的可用率。

3.3 业务互通方面

此问题也主要集中在GPON和PTN方面。

3.3.1 GPON方面

出于网络安全方面考虑，一般同一G PON OLT下挂的ONU无论是同一VLAN还是不同VLAN间，其各业务间均是不互通的。这样在同一车站同一OLT下，同一单位不同的车间班组有互通需求时，会带来不便。

在实施时，对办公网业务因使用终端较多，避免各专业终端设置IP地址冲突导致整个VLAN不通影响范围大的情况，原则上不同VLAN和同一VLAN间均不相互通信。解决的方案：一是针对综合信息网涉及的专业较多、终端数量多，暂未开放在同一GPON下不同VLAN和同一VLAN间相互通信的问题。二是对如信号集中监测、专业视频监控等仅限于某个专业运用时，在路由器上设置将其本专业的VLAN的相关IP地址互通，以解决同GPON下某个专业内部相互通信问题。

图4 既有联网点IP地址割接示意Fig.4 Schematic diagram of IP address cutover of an existing network point

图5 新增业务IP地址分配示意Fig.5 Schematic diagram of IP address allocation for new services

3.3.2 PTN方面

PTN承载各项业务可以设置两种模式。一种模式为在PTN（与传输、数据网互联的处所）同一物理端口下，根据不同业务划分不同VLAN（模式一）；另一种模式为在PTN（与传输、数据网互联的处所）设置为不同的物理端口，不同业务使用不同端口（模式二）。根据业务类型不同，如CTC、TDCS等重要业务设置为模式二，满足业务运用的安全要求；如办公网、视频会议等业务可设置为模式一，实现业务灵活管理与运用。

3.4 业务保护方面

因在各车站设置1套OLT，即便双套路由器承载，也有冗余保护方面的问题。为做好保护冗余，发挥网络最大可靠性，将业务划分为3个等级；一是针对牵引远动、车辆5 T等行车通信业务，在沿线信息点设置双套ONU，两套ONU分别接至不同车站的OLT、路由器，实现全程双冗余保护。二是针对视频会议非行车类业务，使用单套ONU，单OLT承载，双路由器承载（在路由器侧启用VRRP协议）。三是针对视频监控、信号集中监测、动环监控等监测类业务，采取单ONU、单OLT、单路由器承载（在路由器侧不启用VRRP协议），如图6～8所示。

3.5 GPON工作模式（业务安全方面）

GPON主控板有主备和负荷分担两种工作模式。当工作在主备模式时，主板出现故障时业务无法自动切换到备板；当工作在负荷分担模式时，其中一块板子故障另一块板子业务仍可维持正常。这两种模式各个厂家出厂默认设置不尽相同，在调测时，应该根据实际业务应用和现场情况，GPON均设置为负荷分担工作模式。

3.6 ONU设备用电方面问题

ONU设备支持交流220 V和直流ONU-48 V两种供电方式。设备设置在各专业办公处所，基本上使用的均是交流电源（无后备电源）。在承载办公网时，因办公网终端与ONU共用同一电源，即便是电源停电后，网络和终端同时中断，用户也不会有较大的反应。但在提供自动电话接入时，应慎重考虑，进一步思考如何防止交流电源无电时，确保电话不中断和使用无感知的问题。目前北京局高铁区段自动电话采用GPON方式承载，但确保ONU使用的为通信直流电源（有后备电源）。

图6 双ONU双OLT双路由器保护方式Fig.6 Dual-ONU dual-OLT and dual-router protection mode

图7 单ONU单OLT双路由器保护方式Fig.7 Single-ONU single-OLT and dual-router protection mode

图8 单ONU单OLT单路由器接入方式Fig.8 Single-ONU single-OLT and single-router access mode

3.7 流量监测方面

随着集团公司100 M进班组后，各单位各项信息化业务的运用，数据流持续增加，通信部门不断加强网管监测，及时进行数据流量调整工作，确保车间班组网络运用良好。通信维护部门至少每月对全局接入路由器的接入办公网流量进行统计，掌握全局接入带宽占比较大的处所，超过75%的启用相关的扩容工作。

4 后续建议

加强与科信部门的沟通，重点在IP地址规划和运用方面加强协商，IP地址的分配不仅要按照各单位的需求，更重要的是应结合网络的技术、现状、特点，以确保为各专业提供技术支撑和做好服务。

继续与车机工辆部门做好对接工作，做好后续各专业的业务倒接工作，确保倒接工作有序进行，确保运用良好。在增加信息化运用时，建议各专业和电务部门要研判承载业务性质，涉及直接行车通信业务的，要确保实现全程径路的冗余保护。

自动电话业务仍维持在PSTN模式，采用传统接入网技术。站段、车间、班组联网完成后，自动电话业务在较长一段时间内会处于由PSTN向GPON方式的过渡时期。利用GPON接入技术实现传统自动电话业务，仍需要做进一步讨论与研究。

关于PTN和GPON技术比较，建议在后续有相关重要业务特别是有传输专线承载的数据业务时，如公安信息网、TDCS/CTC通道需求时，建议优先考虑PTN的方案；如只有数据网延伸的业务，可优先考虑GPON技术方案。

随着集团公司各项信息化业务的部署，数据流量会持续增加。通信和信息部门在落实维护要求和障碍处理流程的基础上，建立定期沟通机制，进一步加强数据流量监测，对带宽达到80%的网络区段、接入处所，适时启动带宽扩容事宜。