城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)的方案選擇

趙聰蕾

摘 要 在通信技術(shù)的迅速發(fā)展下，地鐵通信傳輸系統(tǒng)面臨著多種技術(shù)選擇，并且這些技術(shù)的特點各不相同，所以在方案選擇上，一定要結(jié)合地鐵通信傳輸系統(tǒng)的要求和特點，對當(dāng)前地鐵常用的傳輸系統(tǒng)方案進行分析。

關(guān)鍵詞 城市軌道交通；通信；傳輸系統(tǒng)；方案選擇

中圖分類號 U28 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）172-0123-01

1 課題研究的背景與意義

地鐵通信傳輸技術(shù)是地鐵正常運轉(zhuǎn)和運用不可短少的環(huán)節(jié)，因為地鐵傳輸各專業(yè)系統(tǒng)時所占用不同的信道和接口，所以，地鐵傳輸系統(tǒng)的綜合業(yè)務(wù)承載能力是關(guān)鍵，相應(yīng)地地鐵通信傳輸系統(tǒng)的技術(shù)方案選擇顯得尤為重要。

2 地鐵通信傳輸系統(tǒng)的要求

1）地鐵通信傳輸系統(tǒng)的功能要求。石家莊地鐵3號線一期首開段要求通信傳輸系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有：保障各車站、控制中心、停車場、車輛段之間的信息傳輸；可以根據(jù)需要為各類信息提供主、備用通道；有多種接口種類，信息可靈活分下或插入；有較大的帶寬擴展余量，遇到突發(fā)事件有一定的承受能力；設(shè)備設(shè)計采用獨立模塊化，方便使用拓展；具有集中告警維護、統(tǒng)一管理的網(wǎng)絡(luò)管理功能；系統(tǒng)應(yīng)具有自診斷功能，可進行故障管理、配置管理、系統(tǒng)管理和性能監(jiān)視；關(guān)鍵設(shè)備要備份插板熱，發(fā)生故障時可自動切換；要給與其他線傳輸系統(tǒng)的通信預(yù)留有接口。

2）地鐵通信傳輸系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求。石家莊市城市軌道交通3號線一期首開段要求通信傳輸系統(tǒng)能夠傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)按業(yè)務(wù)類型的不同可將分為兩大類，一是TDM業(yè)務(wù)，有專用電話音頻信息、無線通信系統(tǒng)信息；二是以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，有公務(wù)電話音頻信息、廣播音頻信息、視頻監(jiān)控和控制信息、乘客信息系統(tǒng)視音頻信息、時鐘信息、辦公自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息、通信各子系統(tǒng)網(wǎng)管、控制信號、自動售檢票系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息及其它信息。顯然，以太網(wǎng)業(yè)務(wù)所占用的帶寬較多，其承載能力應(yīng)該著重考慮。

3 地鐵通信傳輸系統(tǒng)典型方案比選

根據(jù)傳輸系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求分析、技術(shù)發(fā)展趨勢及地鐵實際應(yīng)用情況，石家莊市城市軌道交通3號線一期首開段通信傳輸系統(tǒng)可以選擇內(nèi)嵌RPR的MSTP方案（以下簡稱MSTP（RPR））、SDH+萬兆以太網(wǎng)方案、基于SDH的MSTP方案以及開放式傳輸系統(tǒng)方案（OTN），根據(jù)各種技術(shù)方案的特點，對其優(yōu)缺點進行分析比較，選擇更適宜的方案用于地鐵通信傳輸系統(tǒng)建設(shè)。

1）內(nèi)嵌RPR的MSTP。為了優(yōu)化在環(huán)型拓?fù)渖蟼鬏敂?shù)據(jù)包，一種全新的IP包承載技術(shù)被提出，RPR就隨之產(chǎn)生，它是一種新的MAC層協(xié)議，它的特點主要表現(xiàn)在兩點，一是業(yè)務(wù)帶寬顆粒靈活、可以動態(tài)共享和分配帶寬，二是公平接入各個節(jié)點、支持業(yè)務(wù)級別。RPR以其可靠的技術(shù)特點，既兼容了SDH的多個優(yōu)點，比如對SDH環(huán)網(wǎng)50ms快速保護、對延時和抖動性能嚴(yán)格保障等，又兼容了以太網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟、靈活和可擴展好的優(yōu)勢。

RPR技術(shù)雖然在解決TDM語音業(yè)務(wù)方面不如SDH技術(shù)，但其提供了很好的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載能力。通過與MSTP的融合，內(nèi)嵌RPR的MSTP實現(xiàn)方案將能很好的解決多業(yè)務(wù)承載問題。但內(nèi)嵌RPR的MSTP目前在地鐵領(lǐng)域的應(yīng)用也還存在一些問題，一是技術(shù)復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)成本居高不下，性價比不夠理想；二是無法構(gòu)建過于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對于跨環(huán)業(yè)務(wù)無法提供端對端的保護。

在MSTP環(huán)網(wǎng)帶寬上劃分出獨立的通道來支持RPR技術(shù)，這就是基于內(nèi)嵌RPR的MSTP。同傳統(tǒng)SDH相比，MSTP通過二層交換技術(shù)來共享以太網(wǎng)業(yè)務(wù)帶寬，采用通用成幀處理完成從以太網(wǎng)幀到SDH VC容器的映射，并采用了虛級聯(lián)和LCAS技術(shù)來提高帶寬分配的靈活性和可靠性。因為以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于環(huán)型網(wǎng)時固有的缺點，所以為支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在新一代的MSTP中引入RPR技術(shù)成為必然。

2）SDH+萬兆以太網(wǎng)方案。SDH是光同步數(shù)字系列的簡稱，采用塊狀的幀結(jié)構(gòu)來承載信息，整個幀結(jié)構(gòu)又由段開銷區(qū)、STM-N凈負(fù)荷區(qū)和管理單元指針區(qū)組成，3個區(qū)各司其職，使得不同速率等級數(shù)字流的接入得以實現(xiàn)，成為信息高速公路的主干，其主要特點有全球統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口，在不同設(shè)備之間進行傳輸是相通且兼容的；大量采用軟件進行網(wǎng)絡(luò)配置和管理，簡單便捷，對不同方向的數(shù)據(jù)流進行分下和插入靈活；所有網(wǎng)絡(luò)單元具有標(biāo)準(zhǔn)的光接口，可以在光路上互通；SDH自愈環(huán)技術(shù)成熟，網(wǎng)絡(luò)保護能力強。雖然SDH具有強大的網(wǎng)絡(luò)管理功能，但也存在其局限性，比如帶寬分配固定，不適應(yīng)大容量突發(fā)業(yè)務(wù)的應(yīng)用；接口種類較少，一般為基于2M的接口，大部分業(yè)務(wù)接口（低速數(shù)據(jù)、話音等）需要增加接入設(shè)備實現(xiàn)，但作為應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)，應(yīng)用經(jīng)驗最為豐富，通過增加相應(yīng)的設(shè)備，可支持城市軌道交通工程需要的各種業(yè)務(wù)。

現(xiàn)在隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增加，語音、視頻等業(yè)務(wù)的IP化，使用最廣泛的計算機網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)是萬兆以太網(wǎng)，應(yīng)用范圍從局域網(wǎng)也擴展到了城域網(wǎng)等領(lǐng)域。其具有如下特點：不像SDH那樣分配固定時隙，而是根據(jù)用戶需求采用統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)來分配帶寬，提高了帶寬利用率；技術(shù)成熟，設(shè)備廠家較多，成本較低；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，可擴展性、可兼容性、可維護性強。

對于TDM業(yè)務(wù)的傳輸，SDH系統(tǒng)依然是最好的選擇，而以太網(wǎng)業(yè)務(wù)直接利用以太網(wǎng)來傳輸也更適合，因此可以考慮采用SDH+萬兆以太網(wǎng)的方案構(gòu)建地鐵傳輸網(wǎng)。

3）基于SDH的MSTP。MSTP技術(shù)是利用SDH技術(shù)對傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流提供保護恢復(fù)能力和較小的延時性能，經(jīng)改造網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)支撐層可以適應(yīng)多業(yè)務(wù)應(yīng)用，實現(xiàn)對二層、三層的數(shù)據(jù)智能支持，可以將SDH復(fù)用器、數(shù)字交叉鏈接器、WDM終端、網(wǎng)絡(luò)二層交換機和IP邊緣路由器等多個獨立的設(shè)備集成為一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。因其特性，MSTP技術(shù)對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的傳輸存在很多不足，但是它對TDM業(yè)務(wù)的傳輸效率較高，比較適合傳輸TDM業(yè)務(wù)。

4）開放式傳輸系統(tǒng)。開放式傳輸網(wǎng)絡(luò)簡稱為OTN，是一種基于物理層的光傳輸系統(tǒng)，有較高的傳輸效率。OTN的主要特點有開放性、可多業(yè)務(wù)承載、系統(tǒng)簡化、可靠性高、系統(tǒng)重啟和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)快速簡單、出色的視頻特性、具有視頻的內(nèi)部交換能力、靈活的帶寬管理。但是OTN系統(tǒng)采用的是廠家內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的，不符合國際標(biāo)準(zhǔn)，背板帶寬不夠、節(jié)點箱槽位不多，當(dāng)單個站點接入較多業(yè)務(wù)的時候，只能增加節(jié)點數(shù)量，這樣不僅增加了成本，而且給以后擴大容量增加了難度。由此看來，OTN雖然有很多優(yōu)點，但其局限性較強，難以得到推廣。

4 地鐵通信傳輸系統(tǒng)方案選擇

根據(jù)石家莊地鐵3號線一期首開段通信傳輸業(yè)務(wù)需求分析可知，地鐵通信系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)需要能很好的承載TDM業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，上述方案均能滿足該功能需求，但綜合分析比較，MSTP更適合TDM業(yè)務(wù)為主，以太網(wǎng)業(yè)務(wù)為輔的應(yīng)用領(lǐng)域。OTN針對性強、接口豐富的優(yōu)點隨著通信IP化的趨勢而淡化，而其作為非國際標(biāo)準(zhǔn)、單一廠商特有產(chǎn)品導(dǎo)致的價格高，擴容困難等缺點卻日益突出，因此不適合選用OTN。

從應(yīng)用需求上考慮內(nèi)嵌RPR的MSTP與SDH+萬兆以太網(wǎng)方案均為較適合的方案，但SDH+萬兆以太網(wǎng)方案需構(gòu)建兩張網(wǎng)，目前，通信網(wǎng)絡(luò)正在向簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、利用單一平臺承載全部業(yè)務(wù)的方向發(fā)展。具體到地鐵傳輸網(wǎng)絡(luò)，單一的傳輸平臺與多傳輸平臺相比，資源利用率更高、維護管理更簡單、綜合成本更低。因此，適合選用內(nèi)嵌RPR的MSTP方案構(gòu)建本工程傳輸系統(tǒng)，SDH+萬兆以太網(wǎng)方案作為備選方案。

參考文獻

[1]上海申通地鐵集團有限公司軌道交通培訓(xùn)中心.城市軌道交通通信技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，2013.