高速铁路高速铁路数据网及其性能测试和分析刘小兵：中国铁道科学研究院，硕士研究生，北京，100081沈京川：中国铁道科学研究院通信信号研究所，研究员，北京，100081摘要：随着铁路信息化以及高速铁路建设的快速发展，高速铁路数据网作为承载信息业务的载体，其安全性、可靠性和可用性等指标引起人们极大的关注。以海南东环铁路数据网为例，分析高速铁路数据网的网络结主要承载视频监控系统、会议电视系统和旅客服务系构、带宽需求及分配、虚拟专网技术、工程统。测试方法和结果分析等。2数据网承载业务及带宽需求关键词：高速铁路；数据网；网络测试；误数据网作为各种数据通信业务的基础承载平台，其可靠性、安全性、网络拓扑结构与带宽需求密切相关。视频监控的编码格式为H.264,需要的带宽资源为速铁路的视频监控、会议电视、旅客服务、办公司管理信息系统等新兴业务不断出现。由于铁路行业的特殊性，其数据网的安全性、可靠性和可用性引起人们更多的关注，这也是铁路数据网和普通数据网的区别所在。因此，在新建高速铁路数据网的测试中就要重点关注其安全性、可靠性和带宽资源等问题。1工程案例结合海南东环铁路数据网，介绍高速铁路数据网特点、性能测试和分析。海南东环铁路北起海南省海口市，途经海口、长流、秀英、新海口、美兰机场、文昌、琼海、博鳌、万宁、神州、陵水、田独到达三亚，是海南省首条城际旅游联络线（见图1）。该线数据网图1海南东环铁路线平面示意图-14-高速铁路数据网及其性能测试和分析刘小兵等高速铁路2Mb/s;会议电视的编码方式为MPEG2,需要的带宽为3数据网拓扑结构4Mb/s;旅客服务约占用2Mb/s通道资源。2.1视频监控系统3.1数据网拓扑结构选择2网络结构：视频监控系统由视频监控中心、监控基于TCP/IP的网络互联技术在当前数据通信领域占站和前端设备构成。视频图像管理、记录和处理采用监据主导地位，TCP/IP已经是事实上的工业标准，海南省控中心和监控站两级分布式处理结构。在广州调度中心东环铁路数据网也采用TCP/IP技术组网。设置视频监控中心，各监控站负责各现场监控点摄像头3.2网络结构的选择视频信息的就近接入、处理和存储以及区间视频接入点海南东环铁路数据网采用铁道部通过的混合三层上传视频信息的存储，并接受视频监控中心的调度和控网结构，即核心层、汇聚层、接入层。制。视频监控业务汇聚点为视频监控中心和监控站两(1)核心层，对数据网汇聚层提供的数据进行高级，其拓扑结构为树型。速转发，是数据专用网络的核心部分。核心节点设在广带宽需求：因视频图像管理、记录和处理采用监控州调度所通信机房。核心层由核心层路由器组成，核心中心和监控站二级分布式结构处理，故无需将所有视频路由器选用千兆位分布交换式核心路由器设备，核心交信息传向视频监控中心，海南省东环铁路所有车站均有换容量为128Gh/s。视频监控业务，经计算，共需要17×2Mb/s通道资源。(2)汇聚层，对数据网接入层接人的业务进行汇2.2会议电视系统聚，是专用数据网实施业务管理的主要层面。专用数据网络结构：会议电视系统按主会场/分会场模式设网在一等站所在地通信机房设汇聚节点，各汇聚节点通计，主会场与各分会场之间采用星型组网方式。在广州过POS STM-1(155Mb/s)通道以双链路冗余保护的方调度所设置会议电视主会场设备、多点资源管理系统，式接入广州核心节点，汇聚层由路由器、三层交换机等在海口、文昌、琼海、博整、万宁、三亚等站设置会议设备组成。电视分会场设备，分析其数据流向，其拓扑结构构成树(3)接入层，数据网接入层的各个站点一般设在形结构。由于视频会议对流畅和清晰度要求都很高，因沿线各个车站，通过接入车站的视频监控、会议电视和此，其通道资源占用要比一般的视频业务大，以保证会旅客服务等业务，该层业务通过汇聚层连接到核心层来议电视质量。实现业务的传输。带宽需求：每个分会场到主会场的带宽需求为6×此外，为了构成更可靠的冗余保护，可以将现有设4 Mb/so计的城西一海口东，琼海一博鳌，神州一陵水的站点连2.3旅客服务系统接起来，构成双环网保护，可以增强数据网的环路保护网络结构：旅客服务系统按中心和车站两级架构设能力。计，在广州设置中心旅客服务系统，在沿线除海口、综3.3利用数据网组网技术的选择合维修段、动车所三处外设置车站旅客服务系统。分析利用既有通信资源组建P网络的技术有以下几种方其数据流向可知，旅客服务业务为汇聚型业务，其网络式。拓扑结构为树型。(1)IP over Optical方式。利用光纤直连的模式建带宽需求：每个业务汇聚点到旅客服务系统中心的设铁路专用数据网，具有资源丰富和稳定性好，同时也带宽需求为14×2M/s。存在价格高等不利因素。适于光纤资源富裕的新建高速综上所述，海口东、文昌、琼海、博鳌、万宁、陵铁路，目前新建铁路数据网的汇聚层和骨干层大量使用水、三亚应为所有数据业务的汇集点，以上所有业务及了该方式、某些线路的接入层也使用了这种方式。考虑到适当余量，故接人层设计为快速以太网(FE)(2)IP over SDH方式。由于全路一等及以上车站100Mb/s网线，而汇聚层和骨干层设计为POS155Mh/s链所在地通信机械室已具备丰富的E1,STM-1,STM-4资路。源，而基于传输层速率为2.5Gb/s和622Mh/s,接入层速CHINESE RAILWAYS 2011/05-15-高速铁路高速铁路数据网及其性能测试和分析刘小兵等率622Mb/s和155Mb/s光接入网系统，分为基于同步数字能很好的满足该铁路线的业务需求和安全性可靠性要求的多业务传输平台(MSTP)和POS两种方法，分别对应(见图2)。FE网线端口和POS光纤端口，基本覆盖铁路沿线二、三4测试方法及结果分析等站和线路所。在安全性方面，SDH传输网具有很强的自愈保护功能。在数据网动态测试中，时常会有各种误码、丢包为此，海南东环铁路的汇聚层和到广州调度中心的现象发生。在测试中不仅要确定相关的网络是否满足设骨干层采用IP over Optical方式，海口通信站和三亚通信计指标和铁道部标准规范要求，而且分析误码和丢包产站的接入层环使用IP over SDH为主的铁路数据网。生的原因和发生故障的地点都很重要，以便更早确定故3.4网内隔离技术障，缩短排除故障时间，保障铁路安全、顺利开通。在高速铁路数据网是一个统一的宽带数据接入平台，传统的铁路数据网测试中，主要是通过Pig指令来判断将视频监控、会议电视、旅客服务等业务接入，业务之数据网路由能不能联通，这种方法只能测试网络联通与间有严格的隔离和控制。高速铁路多协议标签交换虚拟否，不能测试出网络链路的带宽、吞吐量等总体性能。专网(MPLS VPN)从设备、线路到路由提供全程冗余吞吐量是指一个出口路由协议(MP)的基于字节P保护，采用多协议标签交换(MPLS)作为通道机制，吞吐量等于一个特定时间间隔内在该MP上观测到的所有实现透明报文传输。核心网络相对于铁路用户是不可见成功P包数量除以该时间间隔，也即：成功P包数中字的，但它可以达到与数字数据网(DDN)和反射路由器节数/业务秒。(FR)相同的安全级别。铁路用户还可以采用自身网络传输时延定义为从开始发送数据帧到数据帧发送完原有保护措施，如防火墙、数据安全加密等，增强网络毕所需要的全部时间。传输时延是两个相关P包传送参抗攻击能力。目前新建的高速铁路数据网中VPN技术一般都没有做服务质量(QS)，以后业务资源紧张时可能会导致各业务资源相互冲突，影响某些业务的使用，丢包率是丢失的IP包传送结果与所有的IP包的比建议对VPN的带宽资源做适当管理，以保证各业务的资源不冲突，保证其服务质量。接入层环、汇聚层环、骨干层环网3种典型结构如综上所述，海南东环铁路数据网采用混合型网络拓扑结构，利用广州现有的核心路由器GE构成核心节点，汇聚层节点分别设置在海口通信站和三三通信站海口通信站亚通信站，主备汇1×P0S1551×P0S155聚路由器各1台，1113本护10在各车站设置接入FEFE路由器1台，各应17用业务通过交换机FEFEFE接人站点路由器或长流美兰文品琼海博整和乐万宁陵水通过交换机接入站客点路由器，专用数据网采用MPLSVPN技术来实现，