城市軌道交通通信傳輸系統網絡化組網研究*

李永輝 辛 煒 陳 東

(西南交通大學峨眉校區計算機與通信工程系，614200，峨眉∥第一作者，講師)

近年來，我國很多城市的軌道交通線路經歷了從無到有，從單條線路到多條線路的發展過程，網絡化特征日趨明顯［1－2］。其傳輸系統、公務電話系統、專用電話系統、有線廣播(PA)系統、視頻監控(CCTV)系統、時鐘系統、乘客導乘系統(PIS)等也向著統一的網絡信息平臺發展。將城市軌道交通各條線所屬的通信網絡互連互通，形成一個多線路的綜合信息傳輸網絡(一個可靠實用、技術先進、經濟合理和擴展性強的傳輸網絡)，并能適應各種業務對帶寬的動態需求，能提供各種通信業務以及未來新業務的接口，是城市軌道交通傳輸系統建設的目標［3］。

本文從城市軌道交通通信綜合信息傳輸平臺的網絡結構出發，結合近、遠期城市軌道交通通信業務的特點，對傳輸網絡的規劃和組網提出了建議。

1 傳輸網絡的總體構架

城市軌道交通線路多是分線分期進行建設，一條線路采用一套通信系統。單個傳輸網上的通信節點數目有限，其建設重點是單線傳輸網的安全性、可靠性和經濟性。為適應傳輸系統網絡化發展需要，現將整個城市軌道交通傳輸系統作為一個總體，分層次進行網絡構架、維護和管理。該傳輸系統由骨干(網)層、匯聚層和接入層等組成。骨干層作為傳輸的核心部分，負責整個城市范圍內核心節點的連接，并實現與其它網絡的互聯互通。骨干層節點數量少、業務容量大，側重于對業務性能的監視、管理以及提供可靠的路由保護。在一定時間內，骨干傳輸層相對穩定。匯聚層主要負責承載各線(跨線)間的運營和管理信息，負責一定區域內的業務匯集和疏導，應具有強大的業務調度能力和多業務接入能力。接入層負責城市軌道交通各條線路通信業務的接入，節點數目多，單個節點的業務量相對較小。接入層因針對某條特定的線路應用而設計，更新變化可能更快，因此對可擴展性和設備性價比要求較高。城市軌道交通通信傳輸系統的網絡總體結構如圖1所示。

圖1 城市軌道交通通信傳輸系統總體構架圖

傳輸網絡的分層結構使得業務傳輸和設備維護管理層次分明、分工明確，更便于建設者根據不同層面的需求以及技術發展的成熟度，分期、分步、分階段引入不同性能的設備。網絡層次的劃分應根據本地傳輸網的規模、承載的業務特性及傳輸節點的數量進行合理規劃。對于規模較小的城市，在業務接入點數量不是很多的情況下，可省略匯聚層，按兩層網絡建設。傳輸節點的設置應綜合考慮城市軌道交通總體發展規劃及其他相關因素。同時，為提高網絡的可靠性，建議傳輸網各層采用環形拓撲結構，以雙向復用段和單向通道保護環為主。

2 技術類型及選擇

在早期的城市軌道交通通信系統中，傳輸業務主要有專用電話、公務電話、無線基站數字鏈路、廣播、時鐘、視頻監控和各種網管信息等，以時分復用(TDM)業務為主，幾乎沒有IP數據業務。隨著城市軌道交通的發展，通信系統承載的業務發生了很大變化，最大的變化是IP數據業務的大量增加［4］。因此，當前城市軌道交通傳輸網的最大特點是承載信息的多樣化，既有2 Mbit/s及以下的低速率業務，又要考慮10 M/100 M/1000 Mbit/s的高速率業務，且不同業務對服務質量(QoS)的要求各不相同。在當前技術條件下，可用于城市軌道交通通信傳輸的技術主要有開放傳輸網絡(OTN)、千兆以太網(Ethernet)、多業務平臺(MSTP)、彈性分組環(RPR)和分組傳輸網絡(PTN)等幾種類型［5－10］。

OTN是西門子公司開發的一種開放式光環路傳輸網絡，采用TDM技術，已在我國多條城市軌道交通線中得到了應用［6］。但其明顯的缺點是不能滿足大帶寬需求，產品獨家生產，沒有國際標準。

千兆以太網是被廣泛使用的網絡技術，但由于IP技術采用的是“盡力而為”的服務原則，不能滿足城市軌道交通通信傳輸網絡中語言及相當一部分控制信息的QoS要求，故不適合于安全性、可靠性要求較高的城市軌道交通通信傳輸系統。

MSTP技術源于SDH(同步數字分級系統)，還支持 PDH(準同步數字傳輸系統)、POS、以太網、ATM(異步傳輸模式)、DDN(數字數據網)等透傳、二層交換的功能，通過多業務匯聚方式實現業務的綜合傳送，通過自身對多類型業務的適配性實現業務的接入和處理，已在我國多條城市軌道交通線上得到應用［6］。MSTP與RPR相結合的方式，既能保證大量的TDM業務對傳輸性能的要求，同時又融合了RPR技術對以太網數據業務高效的處理功能，被視為城市軌道交通傳輸系統的主流技術［6－10］。

PTN是傳送網技術和數據網技術的融合，是針對分組業務流量的突發性和統計復用傳送的要求而設計的。PTN以分組業務為核心并支持多業務提供，具有面向連接的數據轉發機制、較強的網絡擴展性、豐富的OAM(操作維護管理)、嚴格的QoS機制以及50 ms的網絡保護等技術特征［11］。PTN被認為是下一代本地傳送網的主要代表技術［12］。

MSTP技術成熟，在城市軌道交通領域已大量使用，系統兼容性和擴展性較好，特別是對承載TDM業務具有一定的優勢。PTN在承載IP分組數據業務方面有更好的性能，但其標準化工作尚未完成，成熟的應用經驗相對較少［14］。基于當前城市軌道交通通信業務的特點，建議傳輸系統使用MSTP+RPR的方式。隨著業務全數據化的進程和PTN產業鏈的逐漸成熟，可逐步采用PTN技術替換和升級現有的傳輸系統。

3 組網建議

3.1 組網方案

根據城市軌道交通建設現狀及規劃，其通信傳輸系統可采用如下組網方案。

方案一:對即將或正在規劃軌道交通的城市，按照城市的地理位置分布，以整個城市的地理覆蓋作為傳輸系統骨干層分布范圍來考慮，分片區(如東、南、西、北等)設立區域式控制中心(OCC)，由其負責區域內多條線路的集中控制管理，并構成骨干層的網絡節點;各線路的OCC作為匯聚層接入交換節點，連接相應的區域OCC，如圖2所示。本方案主要以城市的地理分布為規劃著眼點，傳輸網絡總體業務平衡，分層次的網絡結構便于系統的總體維護和集中式指揮調度。

圖2 城市軌道交通傳輸網組網方案一

方案二:對已建軌道交通線路的城市，實現既有線路非網絡化傳輸系統的互聯互通，并為以后的線路預留傳輸接口。將已有線路OCC考慮為骨干層和匯聚層的節點，同時結合地理分布，采用分散式指揮調度模式。組網方案如圖3所示。

圖3 城市軌道交通傳輸網組網方案二

3.2 業務的擴容方案

當骨干層需新增以太網業務時，可在現有的MSTP+RPR網絡結構下，進行業務的擴容。當在匯聚(接入)層新增一個以太網業務終端時，利用現有的SDH接口，將新業務與SDH網絡直接對接(見圖4)，不需要對SDH設備做任何改動。新的業務終端采用10 M/100 M以太網接口，利用RPR設備將以太網接口數據轉換為155 M數據流，通過光纖傳輸后，在骨干傳輸網的SDH設備端使用RPR設備將155 M數據轉換為若干E1接口數據，與SDH設備的E1接口對接。

如果接入的是多個以太網業務節點，可利用雙向光纖鏈接多個RPR板卡，組成一個155 M的RPR環網，如圖5所示。當系統帶寬升級時，只需將兩節點間的光接口斷開，更換為更高速率的光接口板，就能實現兩節點間的帶寬升級。即使在更換光接口板時，系統也并不中斷業務傳遞，會自動進行反方向鏈路的業務傳遞。若在兩節點間增加新的節點，只需斷開原兩節點的鏈接，插入新的節點分別與原兩節點鏈接即可。

圖4 新增一個以太網業務終端的接入示意圖

圖5 新增多個以太網業務終端的接入示意圖

與采用分組交換體系的以太網交換機不同，RPR采用分組ADM體系，這使得環上的分組處理過程大大簡化。對環中的每個節點，如果數據流的目的地不是本節點，這個數據流會向前傳遞，而不必進入交換隊列進行等待。這種結構使得RPR可非常高效地對本地數據包進行上、下路傳輸，從而實現高速率的網絡流量。另外，TDM業務可直接加載在其相應的VC(虛擬通道)上處理，對TDM類業務也不會帶來影響。RPR占用的SDH通道帶寬可根據需要靈活配置。隨著未來數據業務的不斷增長，可在SDH網絡中逐步增加分配給RPR的帶寬，無需更新設備就可實現網絡的升級。

4 結語

在城市軌道交通通信傳輸系統中，構建一個結合傳統業務和未來業務的多業務網絡，實現語音、數據和視頻業務在同一個網絡的綜合傳輸，將是一個必然的趨勢。本文所做的工作很好地適應了這一趨勢。

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