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              鐵路IP數據網解決方案
              發布時間:2016-10-16 丨 閱讀次數:3727

              一. 鐵路基礎通信網現狀、規劃及問題分析

              1.中國鐵路信息化建設的重要性

              根據中國鐵路部統計數據,截至2010年底,中國鐵路(國家鐵路和合資鐵路)營業里程已達86816公里,居亞洲第一位,世界第二位。

              “十二五”是中國鐵路現代化建設的關鍵階段,根據鐵道部《中長期鐵路規劃》的規劃,到2020年,全國鐵路營業里程將達到12萬公里以上,高速客運網總規模達到2萬公里以上,逐步形成 “八縱八橫”的中國鐵路網主骨架通道、“四縱四橫”鐵路高速客運通道以及四個城際快速客運通道。截至2013年6月,我國已建成開通京津、合寧、合武、石太、武廣、滬寧、鄭西、滬杭、京滬、京石武、哈大等客運專線,杭長、蘭新、青太等線亦正在建設中,2020年基本形成布局合理,結構清晰,功能完善、銜接順暢的鐵路網絡。

              為解決鐵路運輸能力與運輸需求之間的主要矛盾,緩解鐵路對國民經濟的瓶頸制約,鐵路的信息化建設發揮了巨大的作用。經過30多年的發展,鐵路信息系統從無到有、從小到大,從單機版本到多層次的網絡應用,全路信息技術人員總數已達5500多人,建立了覆蓋鐵道部、鐵路局和主要站段的基礎通信網,先后開發了以列車調度指揮系統、鐵路運輸管理信息系統、客票發售與預訂系統為代表的一大批應用信息系統,極大地提高了鐵路的生產力。

              信息化是鐵路發展的重要保障,是鐵路行業現代化的主要標志,是保障運輸安全、提高生產效率和管理水平的重要手段。為適應當今鐵路信息化快速發展的需求,必須加快建設統一的基礎通信網絡平臺,對新建網絡進行科學規劃,對既有網絡進行合理整合,不斷完善和發展鐵路基礎通信網。

              2.鐵路基礎通信網概況和規劃

              鐵路通信網已基本形成了由基礎通信網、移動通信網、業務網構成的通信網絡架構,能提供基本的語音、數據、圖像通信,滿足鐵路運輸生產及經營管理必要的通信需求。

              基礎通信網主要包括通信線路(光纜、電纜)、傳輸網、數據通信網。傳輸網網絡基本覆蓋18個鐵路局及鐵路沿線車站,由骨干層、匯聚層、接入層組成,基本采用光數字同步傳輸技術。鐵路數據通信網由骨干網、區域網組成,目前鐵路數據通信網骨干網尚未建設,區域網在路局設置核心節點及部分匯聚、接入節點。

              3.鐵路綜合數據網現狀及問題分析

              既有的鐵路數據通信網包括客專數據通信網、TMIS廣域網、客票廣域網、CTC/TDCS信號網等由業務部門自行組建的專用網,在保證安全性的同時,也帶來信息分散存儲、資源共享困難、單系統可靠性低、維護成本高的諸多難題,難以進行跨應用系統的IT資源整合。然而當前的鐵路數據通信網卻面臨著如下問題:

              組網架構及網絡帶寬:

              1. 全路缺少承載跨局業務(如GSM/R、GPRS)的數據骨干網,造成跨局業務互通能力有限;如何搭建高性能高可靠的數據骨干網?

              2. 如何保證重要節點如骨干網大區節點、路局核心節點的高可用性?

              3. 目前鐵道部、鐵路局、車站、站段及班組車間網絡帶寬不足,隨著車站層面的IP業務越來越多尤其是綜合視頻監控業務,帶寬導致數據網承載多業務的能力非常有限;如何在保護既有投資的前提下平滑升級網絡帶寬,如何在傳輸系統容量不足的情況下解決車站高帶寬接入問題,如何解決車站邊緣的班組、車間信息孤島問題?

              多業務統一承載:

              1.目前鐵路各業務系統分別由專有數據網承載,造成多張物理數據網并存的現狀,隨著鐵路信息化建設的加快發展,數據通信網的接入用戶大量增加,分立的數據承載網無法實現網絡資源的共享,也增加用戶接入系統建設的成本與復雜度,如何實現在綜合數據網承載盡可能多的業務系統?

              2.針對在綜合數據網上實現業務統一承載的趨勢,如何保證業務系統的安全性,如何簡化配置,提高管理效率?

              二. H3C鐵路綜合數據網解決方案

              新一代的鐵路綜合數據網作為鐵路基礎通信網的重要組成部分,物理層面將建成自上而下覆蓋各路局、車段的完整數據網,業務層面將囊括除CTC/TDCS信號、TRS客票系統外的所有業務系統,是鐵路未來信息化戰略的重要一步。綜合數據網由骨干網絡及區域網絡構成。區域網網絡由核心層、匯聚層、接入層三層結構組成。

              1. 鐵路綜合數據網架構及帶寬提升方案

              全路綜合數據網骨干網絡作為部局及跨局業務的基礎承載網絡目前仍沒有建設,導致大量的關鍵業務(GSM-R/GPRS,綜合視頻監控等)只能通過路局間或路局-鐵道部臨時直連鏈路方式開通,業務承載能力受限,安全等級低。隨著鐵路信息化建設的加快發展,越來越多的信息系統提出了部局間的大顆粒調度需求,骨干網絡的缺失凸顯了這一瓶頸。

              另外,當前無論是新建客運專線數據網還是既有線數據網的接口帶寬基本上都是155M POS接口,根據設計院提供如下圖所示的流量模型,當前網絡帶寬遠遠不能滿足未來業務擴展的需求。

              1.1數據骨干網高可靠架構

              綜合數據網骨干網建議采用“一網雙平面”架構,通過BGP相關協議分為兩個邏輯獨立的環網,形成“一個骨干網絡、兩個平面”的一種新的網絡架構。如上圖所示,各大區節點分別部署兩臺核心路由器(分屬A、B兩個平面),即圖中的A平面核心路由器和B平面核心路由器。同平面內的核心路由器之間通過2.5G POS連接起來組成一個環網。同時,同一大區節點內的兩臺路由器之間利用GE或者10GE的光纖互連。業務層面劃分如下:

              ? A平面承載GSM-R/GPRS、客服、視頻監控、會議電視、5T、微機信號檢測等關鍵業務;

              ? B平面承載車輛管理、綜合設備管理、辦公系統等非關鍵業務,同時作為A平面的備份平面;

              1.2 關鍵節點設備的高可靠性

              綜合數據網的骨干網大區節點和路局區域網絡核心節點的路由器處于十分重要的位置,承載著大流量的業務數據轉發和交互。如果關鍵節點路由器出現接口、光模塊及宕機等情況將給整個網絡帶來災難性的后果。H3C 路由器支持創新性的路由器IRF2虛擬化技術,能夠將多臺物理路由器虛擬成一臺路由器,支持跨設備的鏈路聚合,減少路由震蕩,絕對保證關鍵節點單臺設備的可靠性和穩定性。

              1.3 數據網帶寬平滑升級

              鐵路綜合數據網建設現階段,路局區域網接入層—匯聚層—核心層基本采用155M POS接口帶寬,隨著車站層面上線的業務系統(如視頻監控、客服系統)越來越多導致對帶寬壓力加大。目前部分路局已經完成了傳輸網改造,可以為數據網提供更高的帶寬。然而對大部分廠家來說,提高數據網帶寬意味著更換業務板卡,甚至更換主控引擎或主機,對原有投資造成了極大浪費,如何在保護用戶投資的基礎上完成數據網的帶寬升級改造呢?

              H3C 路由器特有的Super子卡的接口速率可以在155M POS / 622M POS / GE帶寬之間進行平滑切換,能夠有力的解決上述問題。

              1.4 數據網RPR實現業務自愈與帶寬提升

              綜合數據網大區節點及路局核心節點的傳輸系統采用OTN技術基本已成趨勢,雖然OTN技術可以提高傳輸網的整體傳輸容量和鏈路層面的50ms故障自愈,但是卻無法保證路由器層面的業務高可用性。H3C路由器通過RPR接口板卡實現業務層面的50ms故障自愈。

              在路局區域網絡車站接入節點存在傳輸資源不足的情況下,可以優先考慮采用RPR+裸光纖技術,既能保證50ms故障自愈又能提升網絡帶寬。青藏鐵路二期工程視頻監控攝像頭大量上線,為了應對視頻監控帶來的帶寬壓力,采用了多個2.5G RPR環網,實現了所有監控圖像數據統一匯聚到拉薩和格爾木兩個大節點存儲;廣珠城際鐵路由于站間距相對較短,車站路由器直接采用了光纖直連技術,相比傳統的通過路由器155M POS接口帶寬提升了6倍。

              1.5 應對車站邊緣的“信息孤島”

              目前鐵路車站之間大量的班組、車間基本都以信息孤島的形式存在,一方面傳輸系統無法深入到所有的班組、車間及工區,另一方面即使傳輸系統延伸到班組、車間層面往往也只能提供2M左右的低帶寬,無法承載視頻監控、語音VOIP等高帶寬業務。如何解決信息孤島的問題?如果在車站邊緣網絡部署EPON方案,既能滿足業務帶寬需求,又對光纖資源不會造成較大壓力,當然為了提高可靠性采用雙EPON組網就更有優勢。

              2 鐵路綜合數據網多業務統一承載

              由于歷史原因,目前全路同時并存著多張數據承載網絡,最為典型的是TMIS業務網和IP數據網,多張物理網即無法實現網絡資源的共享,也增加了運維成本,多網多業務融合勢在必行。未來”多網合一“的工作完成后,除了客票和CTC/TDCS信號系統外,大部分業務系統將會遷移到綜合數據網上來,屆時在該網上承載的業務系統將會達到70個以上,如何在一張物理網上承載如此眾多的復雜的業務系統呢?

              2.1 綜合數據網多業務承載

              根據鐵路數據業務的多樣性,綜合數據網需構建成為一個寬帶的、綜合的、根據業務特點提供區分不同服務質量要求的數據業務通信承載平臺,實現“一個物理平臺,多個邏輯平臺”,在一張基礎數據通信網上承載多張業務網,既要滿足鐵路各個業務的安全性、可擴展性、易管理、QOS保證等方面的要求,又要滿足鐵道部、鐵路局相關部門及全路所有段、所、車站、車間、工區等信息點的業務接入需求。

              MPLS VPN技術能夠在一張物理網上承載多個邏輯子網,能夠提供端到端的業務隔離,接入方式靈活,可擴展性好,標準成熟,在電力行業、政府行業已經大規模部署,適合鐵路行業大規模組網應用。

              在MPLS VPN承載方式選擇中,優先選擇三層VPN(BGP/MPLS VPN),確實有部分業務必須由二層方式實現,可以采用MPLS L2 VPN。

              2.2 車站低性能PE路由器業務接入

              鐵路綜合數據網路局區域網是典型的核心-匯聚-接入縱向分層架構,設備性能依次下降,網絡規模依次擴大。在部署MPLS VPN業務時,車站層面的PE路由器接入業務需要大量接口,處理業務報文需要大容量的內存和轉發能力,也就是說MPLS VPN業務的智能化和業務壓力都集中在PE設備上。

              在當前情況下,除了新建客運專線及既有線數據網改造使用的車站路由器性能較高之外(如H3C的SR系列路由器),大部分車站路由器性能較低(如H3C的MSR系列路由器),承載多業務接入時在包轉發率、LSP條目、路由表項方面壓力比較大,難以同時具備高性能和大量接口成為車站PE設備的軟肋,如何解決這類問題?

              針對這種情況可以采用H3C 分層PE的HOPE技術。匯聚節點或者大型車站的高端路由器作為SPE,維護VPN的所有路由, 車站低端接入路由器作為UPE,只維護其直接連接的VPN站點路由。

              2.3 車站局域網多業務統一接入

              隨著車站層面興起的業務系統越來越多,尤其是5T系統、防災系統、事故救援等新建業務系統都需要接入到綜合數據網,大型車站的業務系統甚至高達50個以上。如果為每個業務系統配置單獨的交換機網絡接入到車站PE,一方面會消耗PE路由器上大量的接口,另一方面在車站層面形成了各業務系統專網不利于網絡資源共用,如何解決車站層面的多業務系統統一接入呢?

              車站核心交換機支持MCE技術,接入交換機上針對不同的業務系統用VLAN方式隔離然后轉發到核心交換機上,在核心交換機上把不同業務系統采用不同的VRF表邏輯隔離,然后通過GRE/802.1Q隧道轉發到車站PE路由器。H3C支持更為先進的車站交換機縱向虛擬化技術,可以將車站核心交換機、接入交換機等眾多物理設備虛擬成一臺交換機,一方面實現了MCE的雙機熱備,另一方面極大地提高了眾多業務系統的CE接入能力。

              2.4 綜合數據網多業務立體防護

              綜合數據網承載了鐵路幾乎所有的信息化業務系統,業務安全的重要性不言而喻,如何立體全面的保證業務安全?

              首先在車站局域網內部,H3C的EAD安全準入方案能夠對車站、路局的各種類型接入終端形成統一的安全防護、認證、授權及相關審計。

              其次,H3C車站PE路由器支持內置防火墻、IPS、負載均衡等安全插卡,安全插卡支持設備虛擬化,每個虛擬防火墻可以與各VPN業務綁定,從而保證車站業務系統的接入PE時的安全性。

              再次,MPLS VPN雖然可以做到多業務系統的邏輯隔離,但是對VPN并沒有加密功能。H3C Group Domain VPN解決方案可以通過密鑰分發技術完成MPLS VPN隧道的加密和解密,從而保證全網業務信息的安全性。

              2.5 業務快速部署

              目前全國鐵路有7000多個車站、車間、工區及編組站等信息節點,在高原、嚴寒及沙漠地區如青藏鐵路、哈大客專及蘭新鐵路還存在大量無人值守車站,如何在這些信息化力量薄弱的地區快速完成業務部署,配置相關MPLS VPN及QOS參數,設備出現問題后進行問題快速定位及排錯?

              H3C的設備零配置BIMS方案基于IMC網管平臺、TR069技術開發,可以充分解決車站設備的零配置接入問題。零配置方案能夠使車站路由器通過U盤或者3G插卡實現零配置部署,同時交換機也可以通過DHCP相關協議實現零配置部署,零配置方案能夠大大提高車站多業務的快速部署能力。

              三. 總結

              隨著鐵路信息化建設水平的不斷提高,各種新型業務系統層出不窮,很多路局已經意識到了數據大集中對信息化的重要性,部分路局已經通過云計算、虛擬化及大數據相關技術建設了相對高性能的調度大樓數據中心。綜合數據網在完成多業務專網的整合、提高網絡資源利用率的基礎上,能夠將所有業務系統的信息實時轉發到路局數據中心,對鐵路的信息化建設有著至關重要的作用。


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