低时延高铁干线光缆的建设与维护模式研究

陶 卓

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

现有光网络是面向传统业务，在建设过程中未充分考虑时延要求，已不能满足时延敏感型业务的需要。在“互联网+”时代，云业务、电子交易/金融类行业用户、4K/8K高清及虚拟现实（Virtual Reality，VR）等高吞吐量业务、5G移动网络承载等业务对时延提出了苛刻的要求。DC间时延过长，同步操作导致性能下降，只能进行异步备份，将严重影响用户体验。网络的时延性能越来越重要，时延成为专线业务选择网络的关键因素[1-3]。

基于光网络时延构成的量化分析，光纤传输时延占据光网络电路时延的90%以上。对于长途干线传输网络来说，光纤引入的时延占比最大，是优化时延的重中之重。每减少1 km的路由距离，业务双向传输时延将减少10 μs。因此，非常有必要对承载网络架构和低时延业务需求进行深入分析，从而进一步研究光传送网络的低时延优化方案，以更好地满足业务的需求。

1 与传统建设模式对比

干线光缆的常规敷设方式为沿高速、国道新建管道或租用高速管孔，或采用直埋、新建架空杆路。若采用租用高速铁路槽道的方式建设，工程的进度、质量等显著提高，表1描述了干线光缆线路工程各建设方式的优缺点。

2 高铁光缆搭建流程

建设流程：正式发函给高铁产权方提出建设需求→高铁产权方组织多方对接会→签订设计、施工、监理、维护单位意向书→设计单位勘察设计→高铁产权方组织预会审→设计文件报铁路局→铁路局组织会审→通过设计方案，签发会审纪要→签订设计、施工、监理、维护合同→采购甲供材，并送高铁方认可的第三方检测中心检测→施工单位编制施工组织方案报甲方和铁路方→组织施工→施工验收→运行。

注意事项：

（1）需把握高铁的建设时机，一般要求静态验收前完成施工，最好跟随高铁自有通信光缆同步实施；

（2）工程各参建单位应符合铁路建设要求；

（3）敷设在高铁槽道中的光缆需满足高铁建设方的技术指标要求，因此光缆采购前需确定光缆技术指标；

（4）高铁通道占用费参考《关于中国移动通信公司在铁路用地范围内设置网络通信设备的意见》（铁运〔2008〕184号）。

表1 干线光缆建设方式对比表

3 高铁光缆敷设要求

高铁主体部分光缆采用槽道敷设的方式，受槽道尺寸和槽道内其他线缆共存情况的影响，在光缆和接头材料选择、预留、接头固定和OA站选址上都和其他干线光缆的要求有所不同。根据高铁产权方要求，一般选择GYTZA53型号的光缆，选择专用减震的接头盒，同时在槽道内预留“S”蛇形弯。此外，采用沙袋或槽道接头盒专用固定支架辅助进行接头盒的固定。

3.1 高铁槽道设置

（1）设置于铁轨两侧，每侧均分为强电槽道和弱电槽道，距离铁轨约2.5 m，弱电槽道宽为350 mm，与强电槽道通过混凝土隔墙分割，隔墙厚度约为40 mm。槽道上方采用高强度轻质复合钢纤维盖板覆盖。

（2）安装于高铁高架外侧、采用SMC材质的架空封闭槽道，槽道宽度约300 mm，深200 mm。光缆直接敷设于弱电槽道内。

3.2 专用接头盒

采用高铁专用的防震接头盒，防震光纤收容盘用于混凝土槽道内的接头安装，避免列车高速运行引起的震动，进而造成接头盒紧固件松动影响气密性、光纤熔接部位损耗变大乃至通信中断。受高铁槽道空间限制，一般接头盒最大支持288芯光缆的接续。

3.3 接头盒固定

使用沙袋或槽道接头盒专用固定支架辅助固定，对接头盒位置进行有效固定和保护，防止振动对光纤造成机械损伤。

3.4 光缆预留

因槽道宽度和深度有限，光缆无法在满足弯曲半径的情况下做常规预留，预留应使用“S”蛇形弯，不得使用“8”字型。光缆在槽道中应用尼龙扎带绑扎固定在槽道一侧，每500 m预留“S”蛇形弯，预留长度为3～5 m。接头两侧不少于8 m预留。

3.5 桥梁段光缆引下

桥梁地段光电缆引下应安装不小于2 mm厚热镀锌钢槽防护，钢槽应固定在桥墩上，桥梁引下处设置排水转弯半径收容箱，钢槽内应间隔不大于2 000 mm设置光电缆固定绑扎横撑，桥墩底部砌筑2 500 mm高沙砖防护围桩。

4 高铁OA站设置

4.1 OA站设置思路

常规干线光缆采用县级核心机房设置光放站，路由距离长，时延大。高铁干线光缆采用就近设置光放站的方式或租用高铁机房设OA站，就近设置可大大缩短干线光缆路由长度，有效降低双向时延。这两种光放站的设置方案对比如表2所示。

4.2 OA站选取步骤

（1）根据中继距离画圈。根据光放站间距要求，每隔80 km在主干路由上选择一圆点，以10 km为半径画一圆圈区域。

表2 OA站设置方式对比表

（2）根据机房级别筛点。在圆圈区域内，筛选出综合业务接入机房及以上级别的站点作为光放站的备选站点，该备选站点须有独立自主产权。

（3）根据机房条件选点。对比筛选出的站点，综合考虑接入距离、路由稳定性、机房面积及机房环境等因素，选取最优的机房作为光放站点。

（4）对选取的机房通过改造，使其达到干线机房的维护要求。

5 高铁光缆维护模式

5.1 铁路通信站代维

与路局通信维护站签订光缆代维合同，约定维护界面以高铁引下人手孔为界，高铁主线由铁路维护公司代维，引接段由运营商自行维护。铁路通信维护部门对于铁路专网光缆的维护内容、标准和周期与干线要求基本一致，公网搭建光缆执行相同的维护标准。

铁路的维修天窗期为晚上12点至次日4点间，“行车不上道，上道不行车”。天窗不是每天都有，依据年度、季度的检修计划安排。铁路通信班组对于铁路通信线路、电缆和通信杆路按照大修、中修、维修三个修程进行维护。

大修是根据设备使用期限，为提高通信质量和容量扩充，对相关设备进行全面彻底地整修或更换。通信线路的大修年限为20年。

中修是按照一定周期集中进行的提高通信设备、设施强度与性能的维护工作。铁路通信线路的中修周期一般为7年，对处于易腐蚀的环境，可酌情缩短中修周期。原则上按区段连续进行。

维修是指按时执行维护计划，充分利用网管及监测设备，及时发现网络质量问题和故障隐患；保持设备完好，保证设备性能及功能符合指标要求。维修包括日常检修、集中检修和重点整修。

5.2 各地市主动维护

高铁光缆须着重做好备纤测试，做好故障的主动预防，同时对于高铁光缆出现纤芯中断的故障，应急预案可考虑如下。（1）对于个别纤芯故障，通过高铁光缆中其他正常纤芯进行应急调度，同时敦促代维单位按合同条款，尽快完成故障点抢修。（2）对于所有纤芯故障，通过其他路由光缆进行应急调度，同时敦促代维单位按合同条款，尽快完成故障点抢修。

6 高铁光缆优势

6.1 高铁光缆降低时延

高铁与高速、国道相比，路由最为短捷，并通过就近设置OA站，大大缩短了光缆长度，降低了光纤引入的时延。表3为高铁光缆较常规方式敷设长度对比表。

表3 高铁光缆较常规方式敷设长度对比表

从表3可看出，高铁光缆较高速光缆缩短约11%的光缆长度。

6.2 高铁敷设缩短工期

以某项目为例，利用高铁槽道265 km搭建干线光缆，光缆于2011年5月20日敷设，同年6月25日完工，而正常情况下265 km的自建管道光缆工程一般至少需要2年才能完成。与高速相比，高铁光缆缩短了协调周期，租用高铁槽道节约了新建管道所需的大量工期。

6.3 高铁敷设节省维护费用

高铁光缆采用铁路统一代维，同时，高铁的高可靠性，节省了大量抢修、巡线、看护及光缆迁改等成本。

7 结 论

高铁光缆须严格做好备纤测试，做好数据比对，发现问题及时分析、处理。受高铁施工天窗限制（晚12点至早4点），高铁光缆的维护时限不能满足目前运营商的干线维护要求，可能会出现无法及时修复故障的情况，需提前准备纤芯调度预案。

利用高铁设施敷设干线光缆的机会稍纵即逝，受高铁安全管控要求，在已投产高铁上敷设光缆的可能性基本上不存在，光缆必须随高铁施工同步敷设。

高铁光缆必须从指定桥墩引下，因此中继站和引接路由的选择可能会受一定限制。目前，高铁路由周边城市较为发达，可选站点较多，因此影响有限。

高铁槽道作为一种新的干线光缆建设方式，在做好减震技术设计的同时，结合维护要求，与铁路信号维护单位签订代维协议，是一种相对理想的建设方案。