西安地鐵專用通信傳輸系統業務保護模式

呂健

摘 要：介紹了西安地鐵2號線傳輸系統的業務保護方式，分析了各種保護模式的特點。

關鍵詞：地鐵；傳輸系統；保護模式

西安地鐵2號線通信傳輸系統承載著運營設備及管理信息傳送，是地鐵通信系統最為重要的組成部分。完善的傳輸系統業務保護模式，對地鐵的運營管理至關重要，本文主要對西安地鐵2號線傳輸系統的保護模式進行介紹。

1 西安地鐵傳輸系統組網結構

西安地鐵2號線傳輸系統由MSTP（基于SDH的多業務傳送節點）骨干傳輸設備、PCM（脈沖編碼調制）接入網設備和網絡管理設備組成，其系統結構如圖1所示。

西安地鐵2號線采用MSTP的傳輸技術體制來構建光傳輸系統。全線共25個節點，以運營中心為核心，分別組成二個相交環。

其中運營中心—綜合維修樓—車輛段—北客站—北苑—運動公園—行政中心—鳳城五路—市圖書館—大明宮西—龍首原—安運路—北大街13個站點組成第一個環；運營中心—停車場—韋曲南—航天城—鳳棲原—三爻—會展中心—緯一街—小寨—體育場-南稍門-永寧門-鐘樓13個站點組成第二個環；兩個環網均以傳輸速率為2.5Gbit/s的四纖復用段保護環方式工作，具有抗單點失效的自愈保護功能。

各站的MSTP光傳輸設備通過2M接口與PCM設備相連，實現本工程的點對點型RS422數據；點對點型2/4W；點對點型FXO/FXS等業務的接入。系統實現的功能是將局端的窄帶業務（EM/RS422/FXO/FXS）按照標書要求的數量進行調制編碼，將這些業務集中編碼為標準的2M，在MSTP傳輸網絡上進行長距離傳輸并在2M層面上進行組網，在遠端站點進行解碼后將遠端站點所需要的業務下落。

光傳輸系統提供2Mbit/s數字中繼接口滿足公務電話系統的傳輸通道需求，提供2/4線音頻接口、2Mbit/s數字中繼接口滿足專用電話系統和專用無線通信系統的傳輸通道需求，提供RS422低速數據接口以點對點應用方式滿足無線及時鐘系統的傳輸通道需求，提供以太網數字接口（10M/100M口）滿足無線、廣播、電源、網管、信號、PIS、AFC等系統的傳輸通道需求，提供以太網數字接口（1000M口）滿足電視監視系統、ISCS綜合監控系統等的傳輸通道需求。

2 西安地鐵傳輸系統系統保護模式

西安地鐵2號線傳輸系統從設備級保護、網絡級保護、業務級保護三個層面進行了全面的系統保護，從而確保了傳輸系統通信系統的安全，下面分別介紹保護機制的實現方式。

2.1 設備級保護

設備級保護層面，各站點的光傳輸設備均對重要板件如主控板、交叉時鐘板、電源板等都進行了1+1熱備份配置；傳輸設備支持1+1和1：N（1≤N≤14）這兩種線路保護方式，業務倒換時間小于50ms，符合ITU-T建議要求。

PCM接入設備硬件保護支持電源、交叉、控制、時鐘1+1熱備份，提高系統可靠性；雙路電源輸入，保證系統外部供電保護。

2.2 網絡級保護

網絡級保護層面，采用四纖雙向復用段保護環的方式組網，進而從網絡級層面保證了傳輸網絡的安全穩定可靠運行。

四纖環是由4根光纖組成，這4根光纖分別為S1、P1、S2、P2。其中，S1、S2為主纖傳送主用業務；P1、P2為備纖傳送備用業務；也就是說P1、P2光纖分別用來在主纖故障時保護S1、S2上的主用業務。需要注意S1、P1、S2、P2光纖的業務流向，S1與S2光纖業務流向相反（一致路由，雙向環），S1、P1和S2、P2兩對光纖上業務流向也相反，從圖2（a）可看出S1和P2，S2和P1光纖上業務流向相同。

在環網正常時，網元A到網元C的主用業務從S1光纖經B網元到網元C，網元C到網元A的業務經S2光纖經網元B到網元A（雙向業務）。網元A與網元C的額外業務分別通過P1和P2光纖傳送。網元A和網元C通過收主纖上的業務互通兩網元之間的主用業務，通過收備纖上的業務互通兩網之間的備用業務，見圖2（a）。

當B—C間光纜段光纖均被切斷后，在故障兩端的網元B、C的光纖S1和P1、S2和P2有一個環回功能見圖2（b）（故障端點的網元環回）。這時，網元A到網元C的主用業務沿S1光纖傳到B網元處，在此B網元執行環回功能，將S1光纖上的網元A到網元C的主用業務環到P1光纖上傳輸，P1光纖上的額外業務被中斷，經網元A、網元D穿通（其它網元執行穿通功能）傳到網元C，在網元C處P1光纖上的業務環回到S1光纖上（故障端點的網元執行環回功能），網元C通過收主纖S1上的業務，接收到網元A到網元C的主用業務。

網元C到網元A的業務先由網元C將其主用業務環到P2光纖上，P2光纖上的額外業務被中斷，然后沿P2光纖經過網元D、網元A的穿通傳到網元B，在網元B處執行環回功能將P2光纖上的網元C到網元A的主用業務環回到S2光纖上，再由S2光纖傳回到網元A，由網元A下主纖S2上的業務。通過這種環回，穿通方式完成了業務的復用段保護，使網絡自愈。

保護倒換完成時間小于50ms，完成倒換動作后應向網絡管理設備報告倒換事件。

2.3 業務級保護

業務級保護層面，需要針對語音、低速數據、數據、視頻等不同業務進行不同的保護。

1）對語音和低速數據的業務級保護

本工程對語音、低速數據（RS422、2/4線音頻等）等窄帶業務的保護分為三個層次。

設備級保護：對系統設備關鍵單元冗余熱備份的設備級保護。

網絡級保護：采用了光傳輸層的保護，如MSP（復用段保護）、SNCP（子網連接保護），確保在單點失效情況下業務的快速保護倒換和不中斷，并且業務毫無感知，充分保證業務傳輸質量。

業務級保護：對語音和低速數據業務在傳輸系統中固定分配傳輸通道，提供端到端的永久直達電路，不存在數據丟失、帶寬擁擠、信號失真等情況，時時刻刻充分確保語音和低速數據業務對時延、抖動、誤碼率等指標有最嚴格要求的實時性業務的優質傳送，從而可確保地鐵系統的公務電話、調度電話、時間定時信號、控制信號、中繼信號等的優質可靠安全的傳送。

2）對以太網數據業務和視頻的業務級保護

傳輸系統對以太網數據（如無線、廣播、電源網管、信號、AFC、PIS等）和視頻（CCTV、ISCS等）等寬帶業務進行了完備的保護考慮和設計。

設備級保護：對系統設備關鍵單元冗余熱備份的設備級保護。

網絡級保護：采用了兩種保護方式，一種是網絡路徑上的保護，采用備份路由的方式，對占傳輸網絡帶寬資源的信號數據業務和ISCS業務進行了1主1備雙路由的配置，主備路徑配置不同的插板；另外一種是復用段保護。

內嵌RPR保護：內嵌RPR的MSTP方案在幀結構與光接口上仍然采用SDH的標準，在用戶側提供以太網接口FE/GE，通過以太網業務處理后（包括透傳、二層、L2VPN等功能處理）適配到RPR MAC，利用RPR核心技術處理多級CoS、拓樸發現、環保護、公平算法和OAM管理等項功能，并通過GFP/LAPS等封裝協議將RPR MAC數據映射到SDH的VC通道中，還可使用虛級聯和LCAS協議提供多路徑傳輸、帶寬動態調整保護和靈活的帶寬擴展，對SDH設備的無縫兼容并擁有SDH的電信級可靠性，還可將SDH固有的多種保護機制和RPR保護機制結合一起構成業務的雙重保護機制，當SDH保護失敗時，才啟動RPR保護，大大提高了業務保護的可靠性。

因此以太網數據和視頻作為RPR業務受到較多層次的保護，主要有：

⑴Wrapping、Steering和Wrapping+Steering三種保護方式；⑵生成樹和LCAS等功能的保護；⑶光傳輸層的保護，如MSP、SNCP；⑷網絡路徑上的主備用路由保護；⑸設備級的關鍵單元冗余熱備份保護。

內嵌RPR單板是在SDH設備上提供的以太網環網處理的單板，可以實現多路快速以太網和千兆以太網的接入；支持以太網數據的二層交換、用戶隔離、流分類、數據流量控制、VLAN的管理、優先級配置（CLASSA/B/C）和映射等數據特性功能；采用RPR技術實現空間重用、公平訪問、智能保護倒換（<50ms）、路徑優化等環網功能；RPR單板同時支持MPLS技術，并可基于LSP ID區分業務等級，提供基于MPLS的差分服務，從而提供端到端的業務QoS保證；并且內嵌RPR環帶寬可調，可根據業務容量的增長靈活配置帶寬，使得業務具有很強的可擴展性，支持系統的可持續發展。

傳輸系統的內嵌RPR的MSTP方案在業務處理速度、擴展性、CoS、保護倒換時間、帶寬利用率、抑制廣播風暴、拓撲自動發現等多方面都具有很強的優勢，特別是具有了環路帶寬的公平分配機制，克服了生成樹（STP）的固有缺陷，內嵌RPR作為MSTP的補充正成為MSTP技術的新亮點。

3 結語

在充分滿足運營要求的前提下，完善西安地鐵2號線專用通信傳輸系統的業務保護功能，能有效的提高西安地鐵運營管理效率。隨著傳輸系統新技術的不斷應用，傳輸系統的保護模式必定會有更大的進步，這將是未來工程建設中值得關注的課題。

[參考文獻]

[1]李偉章，徐幼銘.城市軌道交通通信[M].北京：中國鐵道出版社，2008.

[2]周順華，金鋒.城市軌道交通設備系統[M].北京：人民交通出版社，2009.

[3]李偉章.現代通信網概論[M].2版.北京：電子工業出版社，2008.

[4]魏曉東.城市軌道交通自動化系統與技術[M].北京：電子工業出版社，2008.