SDH技術在地鐵信號系統傳輸網的應用研究

摘要：SDH技術具有完善的光線自動保護機制，能夠滿足鐵車在高速運行的過程中網絡傳輸的高度可用性。本文以北京地鐵2號線為例，從SDH技術體系入手，SDH技術在地鐵信號系統傳輸網的具體應用，為新技術應用解決建設需求。

關鍵詞：SDH技術;地鐵信號系統;傳輸網

當前我國正處于高速發展階段，隨著人們生活水平的不斷提高，私家車數量與日攀升，越來越多的私家車占據大面積的城市空間，城市道路擁堵不堪，因此，很多城市開始大力發展城市軌道交通，開發地下空間建設交通設施。但軌道交通屬于地下空間，信號網絡不暢，影響通訊體驗，亟需依靠先進的通信信號設備進行控制和管理。采用SDH技術，在軌道交通線路延伸設計時需考慮將延伸段骨干網接入既有的SDH傳輸網，以滿足軌道交通信號方面的使用性能。

1?SDH技術體系

1.1?SDH傳送結構

SDH信號根據標準化定義，分為幾個速率級別：

（1）STM-1：155.52Mbps;

（2）STM-4：622.08Mbps;

（3）STM-16：2.488Gbps;

（4）STM-64：9.953Gbps;

（5）STM-256：39.813Gbps;

因此，通常以STM-N來表示SDH線路接口。SDH之所以能夠達到同步傳送，正是因為線路接口速率統一、傳送的幀結構一致。STM-N幀中，是以STM-1幀為基本的傳送單元，以乘4的關系進行級別上升的。每個STM-1幀是一個9*270字節（byte）組成的固定格式的矩陣[1]。多個STM-1以字節間插的方式，最終組成STM-No。圖1即為SDH線路傳送的基本幀結構：

1.2?SDH網絡結構

SDH體系在擁有同步傳輸帶來的一系列優點的同時，穩定且帶有冗余的網絡構建方式更能夠帶來可靠性和經濟性。網絡的基本機構有鏈形、星形、樹形、環形，以下主要介紹星型與環形結構。

1.2.1?星型結構

此種網絡拓撲是將網中一網元做為特殊節點與其他各網元節點相連，其他各網元節點互不相連，網元節點的業務都要經過這個特殊節點轉接。這種網絡拓撲的特點是可通過特殊節點來統一管理其它網絡節點，利于分配帶寬、節約成本，但存在特殊節點的安全保障和處理能力的潛在瓶頸問題。特殊節點的作用類似交換網的匯接局，此種拓撲多用于本地網接入網和用戶網。

1.2.2?環行結構

環形拓撲實際上是指將鏈形拓撲首尾相連，從而使網上任何一個網兀節點都不對外開放的網絡拓撲形式。這是當前使川最多的網絡拓撲形式，主要是因為它具有很強的生存性，即自愈功能較強[2]。

2?SDH技術在地鐵工程的應用實例

2.1?工程概況

沈陽地鐵二號工程是沈陽快速軌道交通線網規劃方案中二號線的城區段，線路全長21.517km，全部為地下線路，全線設19座車站，個部為地下車站。全線最大站向距離1564m，最小站間距離716m。走向為由南向北，北起黃河北大街的松山路，沿黃河北大街向南，穿過白山立交，終點站為上深溝站。沈陽市地鐵二號線一期工程在線路南端設置渾南停車場，同時在沿線上設置2座主變電站。該地鐵工程專用通信系統包括：傳輸系統、專用無線通信系統、公務電話系統、專用電話系統、廣播系統、電視監視系統、時鐘系統、旅客向導系統、綜合布線系統、電源系統。

2.2?SDH傳輸系統設計

2.2.1?光纜線路設計

根據工程概況中描述，該工程在沈陽市區為南北向軌道交通線路。但是控制中心的位置卻在一號線西部終點十三號街。即光纜鏈路需要沿線路在上、下行隧道進行南北向貫穿的同時，還應從其中一個節點向西敷設至十三號街。

在二號線車站當中，青年大街車站為一、二號線換乘車站，因此選擇該車站為光纜鏈路的交匯。即青年大街車站既為二號線線路光纜貫穿的車站，同時也將控制中心方向的光纜引入二號線沿線。

由于軌道交通線路一般均設置在城市內部，跨市區建設的情況也僅為跨市后與外市線路接駁，因此，線路長度多不會超多80km。因此光纜方面選擇1310nm處衰減大、色散低，1550nm出衰耗小、色散大的G.652光纜。在本工程中，所敷設的4根光纜均為G.652型48芯[3]。

光纜依據傳輸系統環網，將傳輸環網分布于上、下行光纜中，避免因光纜整根受損而?發生環網多點中斷的情況。

2.2.2?傳輸網絡設計

本線路共計19座車站，即包含控制中心在內共計21個節點，其中控制中心節點為傳輸系統規劃的各環路的相切點。根據軌道交通業務需求分析，軌道交通中各個系統均需要與控制中心進行通信，即集中型業務。因此，可采用SNCP的保護方式。以太網業務使用RPR環網進行承載。為使傳輸系統環路規模避免過大（環網時鐘跟蹤單方向避免超過6個節點），將網絡規劃為2個SNCP環，以太網業務（除BAS系統）根據傳輸的SNCP環網涉及的車站進行組建。

在控制中心設置GPS同步，將GPS時鐘震蕩頻率信號做為傳輸網的外接時鐘源，傳輸的每個環路均跟蹤控制中心的外接時鐘源，每個環網的車站（停車場）節點均以最近距離的跟蹤方式進行跟蹤。

2.2.3?設備硬件規劃

本工程選用的MSTP設備為華為的NG-SDH族的OSN（Optical?Switching?Node）系列。其中車站及停車場選用OSN3500、控制中心選用OSN7500及OSN3500。

2.2.3.1?控制中心設備硬件規劃

控制中心由OSN7500及OSN3500兩端設備組成。其中OSN7500做為連接車站的主節點，OSN3500做為控制中心的業務接口擴展。

在OSN7500上，配置6個方向的STM-16光線路接口模塊。其中4個光線路模塊連接2個物理環網，另外的兩個模塊以MSP環的方式與OSN3500連接。同時，配置4個RPR處理及接口模塊，負責兩個物理環的以太網接入。

在0SN35OO上，配置4個方向的STM-16光線路接口模塊。其中2個光線路模塊以?MSP環網方式連接0SN7500，另外的兩個模塊備用預留。同時，配置4個RPR處理及接口模塊。

2.2.3.2?光纜纜芯使用規劃

根據光纜線路及網絡規劃，制定光纜纜芯使用滿足如下規則：

（1）每個物理環網自控制中心使用上行纜逐個連接各個環上車站，使用下行纜從環路上最后一個車站返回控制中心;

（2）上行纜的所有使用的纜芯無論是成端還是熔接，均需要在下行纜設置相同使用方式的備份芯。下行纜中使用的纜芯也需在上行纜中進行備份;

（3）需要穿過站點的纜芯需要進行直接熔接;

線路上的所有光纜均需要在青年大街站向西引入控制中心，即在青年大街站向西在上下行隧道敷設兩根聯絡光纜，聯絡光纜中的相應纜芯與線路上的光纜進行跳接，以實現線路上的車站與中心連接。

2.2.4?以太網業務規劃

在以太網數據業務中，根據需求模型將部分業務進行了冗余備份。根據業務模型及硬件規劃，將除BAS系統的業務按照物理環路，每個環路配置兩個RPR環網（冗余業務分別承載與不同的RPR環網之上）。由于BAS業務需求的帶寬要求比較固定（每車站10M），為BAS系統設置全網級別邏輯RPR環網，同樣的，環網為冗余[4]。

所有分配的以太網業務中，每個RPR中不同類別的業務均獨占一個MPLS?VPNoMPLS?VPN中，傳輸系統對外提供的端口為MPLSPE屬性，用于接入各個系統（C屬性），傳輸系統站建互聯使用RPR協議的端口為P屬性，用于MPLS?VPN標簽的透傳

2.3?工程實踐

2.3.1?時隙分配

根據網絡規劃，本工程線路上設置兩個SNCP環，同時在控制中心，OSN3500與OSN7500之間形成一個MSP環，即共計3個環網。3個環網相切于控制中心OSN7500。根據硬件規劃，所有的E1業務均承載于控制中心OSN3500上，而以太網業務在控制中心得兩個網元上均有承載。時隙分配圖將按照本工程環網逐個畫出，并標記跨環業務。

2.3.2?典型站數據配置

依據時隙分配圖，逐個車站進行相應的業務、承載環及VPN數據配置。數據配置篇幅較大，本文只采集了部分典型站的數據，如控制屮心OSN7500、控制中心OSN3500、青年大街、青年公園。其他站點均使用相同模板的數據配置腳本，只需按照時隙圖進行相應的時隙修改。

2.3.3?應用效果

截止至今，系統已經開通運行2年。2年之間，傳輸系統承載的E1業務、以太網數據業務無中斷事故。尤其是以太網部分，大顆粒帶寬系統，如電視監視、乘客信息等系統畫面播放能夠滿足前文分析的系統最大需求，在高負載情況下，仍能夠提供清晰的畫質。系統目前最常用的為專用無線、公務電話、專用電話、閉路電視、乘客信息、BAS、AFC等系統。傳輸系統穩定的運行為這些系統提供了高可用、高帶寬、不間斷的承載保證，為沈陽地鐵通信網打下堅實的承載基礎。

該線路運營初期，在信號系統CBTC未完成的情況下，車擱10分鐘。隨著信號系統CBTC逐步的完善，功能不斷的實現，車擱由原來的10分鐘縮短到現在的4分鐘。當前的運營隨有信號系統準CBTC的控制，但通信系統仍然是行調、安全等方面的控制核心之一[5]。

在指揮調度中心，運營過程中最常用的通信子系統為專用電話、專用無線、公務電話、閉路監控，同時SCADA、BAS做為電調和環調的主要系統也經常被使用。所有的常用系?統，均有傳輸系統進行承載。

3?結語

目前，SDH是地鐵通信網絡系統的主要技術手段，能夠有效保證地鐵站通信效果，但SDH現場配置耗時長限制了該技術的運用，易導致次日地鐵骨干網不可用現象，未來，在地鐵系統不斷優化的過程中，仍需從技術、成本等層面提高SDH使用，實現技術升級。

參考文獻：

[1]劉強.OTN技術在地鐵傳輸網中的應用[J].科技創新與應用，2020（13）：171-172.

[2]魏倩，魏文濤.SDH在廣州地鐵6號線信號系統傳輸網的應用[J].鐵道通信信號，2016，52（02）：57-60.

[3]賈寒超.開放式傳輸網在地鐵電視監控系統中的應用分析[J].河南科技，2014（20）：92.

作者簡介：甘洪流，男，1978/12，壯，廣西扶緩，工程師，本科，自動化鐵道通信。