任 明

（國家能源集團包神集團神朔鐵路 陜西 榆林 719306）

1 引言

在各類網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)朝著多維度、多樣化方向發(fā)展的大背景下，傳輸網(wǎng)絡(luò)中的信息安全防護方式也在隨著通信技術(shù)的發(fā)展朝著多種保護技術(shù)疊加的形式所轉(zhuǎn)變。信息保護疊加技術(shù)也逐漸成為承載傳輸網(wǎng)絡(luò)中信息安全保護任務(wù)的主要技術(shù)方案。在鐵路通信系統(tǒng)中，OTN網(wǎng)絡(luò)的使用越來越普及，其與SDH的嵌套使用也是鐵路傳輸網(wǎng)絡(luò)中所廣泛采用的方式。當(dāng)在OTN網(wǎng)絡(luò)與SDH網(wǎng)絡(luò)在鐵路通信中組合使用時，其傳輸網(wǎng)絡(luò)所采用的信息安全的防護方式便是將以上兩類網(wǎng)絡(luò)各自的信息保護方式予以疊加，即采用保護疊加的方式來保障鐵路通信的安全。而保護疊加技術(shù)的使用中涉及許多通信技術(shù)的應(yīng)用[1]，各層網(wǎng)絡(luò)保護優(yōu)先級的確定也是信息保護疊加技術(shù)在鐵道傳輸網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用一個重要技術(shù)點，只有通過對不同優(yōu)先級的保護進行延時倒換，方能保證對各類網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)保護疊加工作有條不紊地進行。

2 保護疊加技術(shù)構(gòu)成及種類

2.1 保護疊加技術(shù)的內(nèi)涵

一個功能全面的傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)往往需要多種通信技術(shù)來實現(xiàn)其各種功能，其涵蓋WDM IP、SDH、MPLS等多種技術(shù)的多類組合方式。各技術(shù)都有其各自的生存性技術(shù)[2]，為保障各類技術(shù)層之間信息傳輸安全性和穩(wěn)定性，便需要基于一致的IP地址，疊加各類通信技術(shù)的信息保護技術(shù)，從而實現(xiàn)保護的疊加。在整個網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)中各技術(shù)層和其對應(yīng)信息保護技術(shù)的組合方式也是多樣，其可以是各類通信技術(shù)間層層嵌套的結(jié)構(gòu)，也可以是有明確上下連接關(guān)系的通信結(jié)構(gòu)，同時也可以對各技術(shù)層間的組合設(shè)定規(guī)范，從而以最大限度地保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓δ?，保障信息傳輸?shù)陌踩浴?/p>

2.2 保護疊加技術(shù)的種類

在鐵路信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的搭建中，根據(jù)SDH網(wǎng)絡(luò)和OTN網(wǎng)絡(luò)這兩類網(wǎng)絡(luò)各自信息保護的承載關(guān)系，即保護疊加技術(shù)在兩類網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用方式的差異，其可被分為兩種類型。第一種保護疊加的形式是將SDH網(wǎng)絡(luò)保護和OTN網(wǎng)絡(luò)保護以嵌套的方式進行組合，SDH網(wǎng)絡(luò)信息安全防護通道均由OTN網(wǎng)絡(luò)所承載。另一種保護疊加的形式是將SDH網(wǎng)絡(luò)保護和OTN網(wǎng)絡(luò)保護以相交的方式相組合[3]。在這種保護疊加的架構(gòu)中，SDH只有一條線路上的網(wǎng)絡(luò)保護與OTN網(wǎng)絡(luò)保護結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)，與OTN網(wǎng)絡(luò)不涉及其他的鏈路的承載關(guān)系，這種傳輸網(wǎng)絡(luò)的保護疊加架構(gòu)相對簡單。

在搭建多重網(wǎng)絡(luò)保護疊加的架構(gòu)時，需要對各種技術(shù)層的網(wǎng)絡(luò)保護設(shè)定優(yōu)先級，以免在所疊加的保護同步響應(yīng)時，傳輸網(wǎng)絡(luò)的信息通信任務(wù)因倒換工作紊亂而受到影響。因此需要在多重保護疊加的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中添加倒換延時機制，在發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)異常時不立刻執(zhí)行保護倒換，而是經(jīng)過一定延時后，根據(jù)所設(shè)定的各層保護的優(yōu)先級，首先執(zhí)行優(yōu)先級較高的保護操作，隨后依次執(zhí)行次優(yōu)先級的保護操作。由此保證保護疊加機制中各層保護有條不紊地實現(xiàn)其功能。

2.3 保護疊加技術(shù)的優(yōu)勢

信息保護疊加技術(shù)逐漸成為多維度、多層級的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)中承載傳輸網(wǎng)絡(luò)中信息安全保護任務(wù)的主要技術(shù)方案。從多重保護疊加結(jié)構(gòu)的體系構(gòu)成來說，其通過相互關(guān)聯(lián)各單層通信保護來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)通信的安全防護保障，充分利用各技術(shù)層網(wǎng)絡(luò)保護的優(yōu)勢有效避免網(wǎng)絡(luò)通信受信號波動的干擾，穩(wěn)固提升了通信傳輸?shù)姆€(wěn)定性。同時，多重的安全保護機制具有較高的容錯能力，可以在信息傳輸網(wǎng)絡(luò)存在一定故障的情況下保障通信信息安全可靠的傳輸，因此保護疊加技術(shù)可以有效提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

在保護疊加機構(gòu)搭建中，各層網(wǎng)絡(luò)保護技術(shù)可以根據(jù)實際的安全性要求進行靈活的嵌套或組合，其可以采用多層嵌套的方式來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的安全防護，對于安全等級要求較低的網(wǎng)絡(luò)則可以采用單層套用的方式進行通信保護，因此保護疊加技術(shù)在實際的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用具有較高的靈活性，可以滿足不同網(wǎng)絡(luò)類型對信息安全防護的要求。

3 傳輸網(wǎng)絡(luò)的保護疊加技術(shù)在鐵路通信中的應(yīng)用

3.1 嵌套式保護

在嵌套式信息保護疊加技術(shù)中，根據(jù)傳輸系統(tǒng)中信息點的個數(shù)可分為二纖疊加覆蓋技術(shù)和四纖疊加覆蓋技術(shù)，其中二纖保護傳輸體系在其信息傳輸結(jié)構(gòu)中具有3個信息點，而四纖疊加覆蓋技術(shù)中是由多個信息點所構(gòu)成的傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。針對這兩類嵌套式保護技術(shù)具體分析如下。

3.1.1 二纖疊加覆蓋技術(shù)

在二纖保護傳輸體系中，當(dāng)通信系統(tǒng)接收傳輸信號時，纖維傳輸結(jié)構(gòu)會進行通信信息的對接，進而實現(xiàn)信號代碼的重組，依據(jù)二纖固有的結(jié)構(gòu)建立雙向環(huán)形疊加保護。多個傳輸信號根據(jù)這一機制相互連接到一起，具有相同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成信號傳輸?shù)谋Ｗo疊加。二纖保護傳輸體系頻譜分析圖見圖1。

圖1 二纖疊加覆蓋頻譜分析圖

在鐵路信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的信號通信中，設(shè)所傳輸?shù)男盘枮?0-150，當(dāng)通信系統(tǒng)進行第一個信息號“20”的傳輸時，纖導(dǎo)結(jié)構(gòu)內(nèi)的光路信號便信號代碼結(jié)構(gòu)進行重組，當(dāng)信號結(jié)構(gòu)重組完成后，后續(xù)的傳輸信號便開始按照現(xiàn)有的信號結(jié)構(gòu)進行傳遞。即剩余的21-150這些信號，其信號的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都將與第一個信號“20”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一致，從而實現(xiàn)各單結(jié)構(gòu)信號的連接。根據(jù)上述分析可以看出，在利用二纖結(jié)構(gòu)進行傳輸信號的保護調(diào)節(jié)時，其不僅可以進行信號強度的調(diào)節(jié)，也能利用信號光路的統(tǒng)一實現(xiàn)信號的保護疊加，從而在滿足鐵路網(wǎng)絡(luò)信號通信要求的基礎(chǔ)上實現(xiàn)信息傳遞的安全性和穩(wěn)定性。

3.1.2 四纖疊加覆蓋技術(shù)

四纖疊加覆蓋技術(shù)與二纖結(jié)構(gòu)相比具有更多的信息傳輸點[4]，其在實際的鐵路傳輸網(wǎng)絡(luò)的信號傳遞中的應(yīng)用也更為廣泛，其根據(jù)OTN網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的具體要求將不同類型的信號進行分組處理，并實現(xiàn)通信設(shè)備間的相互關(guān)聯(lián)，從而展開設(shè)備間信號高效穩(wěn)定的傳輸。

四纖雙向RMSP保護嵌套OLP保護是在實際的鐵路傳輸網(wǎng)絡(luò)中常用的嵌套式保護方法[5]。以A、B、D 3點網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的組網(wǎng)為例，其具體的結(jié)構(gòu)圖見圖2。如圖2中所示，各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間由兩條STM-64鏈路相連接，其皆在OTN中實現(xiàn)網(wǎng)址的承載，雖然各鏈路具有不同的波長但其承載光路是在相同的光纖上，其所疊加的不同層級的保護操作由OTN網(wǎng)絡(luò)負責(zé)統(tǒng)一的倒換，從而實現(xiàn)保護疊加操作有條不紊進行。

圖2 四纖雙向保護組網(wǎng)圖

在具體的信號傳輸中，四纖保護傳輸體系首次根據(jù)信號的結(jié)構(gòu)對信號進行分類，將相同結(jié)構(gòu)的信號進行相互的關(guān)聯(lián)，并構(gòu)建相同的信號光路。然后將分類好的信號信息進行分層的傳遞，對信息量較多、信號強度穩(wěn)定的通信信息予以優(yōu)先的傳遞。其次，對可辨識的信號進行傳遞，對于難以辨別的模糊信號予以最后傳遞。四纖保護傳輸體系與二纖結(jié)構(gòu)相比具有對信號進行分類分級處理的能力，因此能夠在信號波動較大的情況下進行信息的傳輸，在鐵路傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信號傳遞中四纖結(jié)構(gòu)比二纖結(jié)構(gòu)具有更高的安全性和穩(wěn)定性。

3.2 嵌套瞬時性保護恢復(fù)

嵌套瞬時性保護恢復(fù)技術(shù)是嵌套式信息保護疊加技術(shù)的進一步發(fā)展，它能夠憑借外部嵌套對傳輸中可能受到干擾的信號予以延時，等到外部擾動消除時，再進行通信信號的傳遞，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性。

以鐵路傳輸網(wǎng)絡(luò)的中信號傳輸為例，當(dāng)使用嵌套瞬時性保護恢復(fù)技術(shù)進行通信數(shù)據(jù)疊加保護時，鐵路信息傳輸網(wǎng)絡(luò)會根據(jù)所傳輸信號通信光路環(huán)境的優(yōu)良與否來決定信號傳輸?shù)南群箜樞颍瑢τ诠饴穫鬏敪h(huán)境通暢的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)會優(yōu)先傳輸，而對于傳輸光路中有信號干擾或信號阻塞的情況時，嵌套瞬時性保護恢復(fù)技術(shù)會對所傳輸信號進行延時處理，當(dāng)檢測到傳輸光路恢復(fù)通暢時再進行延時數(shù)據(jù)的傳遞。通過采用延時傳輸?shù)姆绞綄νㄐ畔到y(tǒng)中的不穩(wěn)定性予以規(guī)避，以主動避讓的方式防止信號在傳輸線路中出現(xiàn)阻塞。

3.3 跨系統(tǒng)疊加保護

在進行鐵路傳輸網(wǎng)絡(luò)搭建時，所采用的信息保護結(jié)構(gòu)主要是將SDH網(wǎng)絡(luò)保護和OTN網(wǎng)絡(luò)保護以相交的方式相組合。在這種保護疊加的架構(gòu)中，SDH只有一條線路上的網(wǎng)絡(luò)保護與OTN網(wǎng)絡(luò)保護結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)，與OTN網(wǎng)絡(luò)不涉及其他的鏈路的承載關(guān)系?？缦到y(tǒng)疊加保護主要分為兩類，跨區(qū)域交叉保護和跨區(qū)域隔離保護。

3.3.1 跨區(qū)域交叉保護

跨區(qū)域交叉保護在鐵道傳輸網(wǎng)絡(luò)的搭建中主要指的是OTN網(wǎng)絡(luò)和SDH網(wǎng)絡(luò)通過光路復(fù)用的方式進行保護疊加。以跨區(qū)域交叉保護方式進行數(shù)據(jù)傳輸時，OTN首先將為獲得的信號構(gòu)建相應(yīng)的通信傳輸鏈，同時采用SDH光路進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫溆帽Ｕ?。?dāng)傳輸光路中因有信號干擾或信號阻塞的情況而無法進行信息傳送時，SDH復(fù)用光路將在外部構(gòu)建一個信號保護屏障，這一數(shù)據(jù)保護屏障可以兼容原有信號的傳輸，從而減少通信數(shù)據(jù)在傳輸過程中所受到的外部擾動。

這種跨系統(tǒng)疊加保護的方式主要應(yīng)用在所處地勢復(fù)雜的鐵路線路的信號傳輸保障，以避免鐵路信號傳輸受地形等外部情況干擾而造成數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的降低?？鐓^(qū)域交叉保護技術(shù)在實際鐵路傳輸網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用時，首先需要基于一般的移動網(wǎng)絡(luò)進行構(gòu)建，將通信傳輸信號分為多段進行傳輸，搭建OTN鐵道傳輸網(wǎng)絡(luò)的框架，為所分割的每段傳輸信號分配相應(yīng)的通信代碼。在進行通信數(shù)據(jù)傳遞時，根據(jù)傳輸?shù)赜虻牟町悓γ慷涡盘柕耐ㄐ糯a進行更換。當(dāng)傳輸信號途徑地勢偏遠信號強度較弱的地區(qū)時，SDH光路將從通信結(jié)構(gòu)的外側(cè)進行數(shù)據(jù)信號強度的調(diào)節(jié)，進而保障傳輸信號在各個地域傳輸?shù)姆€(wěn)定性。跨區(qū)域交叉保護技術(shù)主要使信號干擾強度較低的情況下具有較好的信號穩(wěn)定作用，而對于高強度的信號擾動，此種保護疊加技術(shù)仍具有一定的局限性。

3.3.2 跨區(qū)域隔離保護

當(dāng)OTN網(wǎng)絡(luò)和SDH光纖隔離保護技術(shù)分別負責(zé)鐵路通信結(jié)構(gòu)的內(nèi)部通信安全的保障和外部信號傳輸穩(wěn)定性的保證時，這種跨系統(tǒng)疊加保護方式便是跨區(qū)域隔離保護。此種傳輸網(wǎng)絡(luò)信息保護技術(shù)主要針對在鐵路信號傳輸中，多個通信信息同步傳輸時其間的相互干擾所造成的數(shù)據(jù)傳遞不穩(wěn)定，同時SDH光纖隔離可以有效地保障鐵道信號在不同的地域和地勢下傳輸?shù)姆€(wěn)定性，使得數(shù)據(jù)在傳輸光路出現(xiàn)故障或阻塞時可以實現(xiàn)快速恢復(fù)，以保證信號持續(xù)性的傳輸。

現(xiàn)以需要承擔(dān)5條鐵路信號的通信電纜信號傳輸為例，當(dāng)多組鐵路信號需要在同一線纜中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸時常常會出現(xiàn)不同鐵路信息間信號的干擾，從而當(dāng)傳遞大于兩條的鐵路信號時，信號在光路中傳輸?shù)牟环€(wěn)定性便會增高甚至?xí)霈F(xiàn)信號中斷的情況。在鐵道傳輸網(wǎng)絡(luò)搭建中，往往采用跨區(qū)域隔離保護技術(shù)來解決這一問題，通過展開各區(qū)域鐵路信號傳輸?shù)恼{(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息安全防護和保護疊加。在實施跨區(qū)域隔離保護技術(shù)時，需要將鐵路信息傳輸?shù)墓饴贩譃楠毩⒌?個虛擬傳輸路徑，每個信號傳輸路徑負責(zé)一條鐵道線路的信息傳遞，以防止多條線路信息同步傳輸時所導(dǎo)致的信號之間的干擾。此外，SDH光纖采用交叉保護來保障外部信號通信的穩(wěn)定性。當(dāng)通信線纜同時傳輸兩條及兩條的以上的線路信息時，網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)在所搭建的虛擬通信環(huán)境下，實現(xiàn)多條虛擬信號傳輸光路的相互疊加，構(gòu)建跨越系統(tǒng)的通信連接結(jié)構(gòu)，進而避免各鐵道線路信號在傳輸過程中的互相干擾。同時，當(dāng)出現(xiàn)多個相似或相同信號傳輸時，SDH光纖隔離保護技術(shù)會以較快的速度實現(xiàn)虛擬光路傳輸渠道的構(gòu)建，以保證外部信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。因此，當(dāng)同一區(qū)域需要進行多條鐵路調(diào)度工作時，采用跨區(qū)域隔離保護技術(shù)進行鐵道傳輸網(wǎng)絡(luò)信號傳輸?shù)陌踩雷o，可以有效避免多路信號傳遞所出現(xiàn)的傳輸癱瘓和電波干擾等問題。

3.4 結(jié)構(gòu)式疊加保護

在現(xiàn)代鐵路信息通信中，往往采用多個子網(wǎng)與單個主網(wǎng)相配合的結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)的接收和傳輸，其間各子網(wǎng)和主網(wǎng)的信號傳輸保護便構(gòu)成了結(jié)構(gòu)式信息保護疊加。在這種鐵道傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，多個子網(wǎng)主要負責(zé)各類信息的接收，而主網(wǎng)絡(luò)主要用來進行線路信息的傳輸。當(dāng)各個子網(wǎng)絡(luò)接收到各類外部數(shù)據(jù)之后，通過保護疊加技術(shù)對各類型數(shù)據(jù)進行調(diào)整，隨后通過主網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)信號進行有序的傳輸。這種鐵路傳輸網(wǎng)絡(luò)即可按照子網(wǎng)絡(luò)和主網(wǎng)絡(luò)的類型進行結(jié)構(gòu)的劃分，也可將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)保護疊加部分和通信信號傳輸部分。在此類網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，各子網(wǎng)絡(luò)可以進行鐵路數(shù)據(jù)信號的同步傳輸，根據(jù)各類信息的形式進行對應(yīng)的編碼，并對數(shù)據(jù)的信號強度和質(zhì)量進行判斷，以避免數(shù)據(jù)保護疊加過程中的信號干擾。

現(xiàn)以結(jié)構(gòu)式疊加保護技術(shù)在鐵路傳輸網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用為例，來展開對結(jié)構(gòu)式疊加保護技術(shù)的討論。傳統(tǒng)的鐵路信息傳輸網(wǎng)絡(luò)一般以傳遞鐵路路線運輸信息為主，而對路線的日常信號傳輸和路段的信息傳輸重視程度較低，因為在進行多種類型數(shù)據(jù)傳輸時往往會給傳輸線纜造成過大的傳輸壓力，同時也會造成信號間的相互干擾。在以結(jié)構(gòu)式疊加保護技術(shù)為基礎(chǔ)所構(gòu)建的鐵道數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)中，鐵路信號傳輸系統(tǒng)的子網(wǎng)絡(luò)將鐵道日常信息、路段信息和路線運輸信息進行統(tǒng)一的收集，并對數(shù)據(jù)進行疊加保護調(diào)整，在主網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)的依次傳輸，以路線運輸信息為最高優(yōu)先級，其他兩類信息為次優(yōu)先級，在保證鐵路信息傳輸效率和可靠性的情況下又保證了鐵道數(shù)據(jù)信號的全面性。

4 結(jié)語

隨著鐵路傳輸網(wǎng)絡(luò)朝著多類網(wǎng)絡(luò)技術(shù)疊加使用的方向發(fā)展，OTN網(wǎng)絡(luò)在道路信息傳輸中的應(yīng)用越來越普及，鐵路傳輸網(wǎng)絡(luò)中的信息安全防護方式也在隨著通信技術(shù)的發(fā)展朝著多種保護技術(shù)疊加的形式轉(zhuǎn)變。信息保護疊加技術(shù)在鐵道傳輸網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用形式和方案也逐漸豐富，無論是跨系統(tǒng)的保護相交還是同系統(tǒng)的保護疊加技術(shù)在鐵路信息安全防護中都有著廣泛的應(yīng)用。本文將信息保護疊加技術(shù)在鐵道信息保護中的應(yīng)用分為四大類，并對各類保護疊加技術(shù)的具體應(yīng)用方案進行了分析和討論，根據(jù)其各自的特點強調(diào)了其主要的應(yīng)用場景，希望能為鐵路傳輸網(wǎng)絡(luò)中保護疊加技術(shù)的使用提供技術(shù)層面的參考。