城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化組網(wǎng)研究*

李永輝 辛 煒 陳 東

(西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)計(jì)算機(jī)與通信工程系，614200，峨眉∥第一作者，講師)

近年來，我國(guó)很多城市的軌道交通線路經(jīng)歷了從無(wú)到有，從單條線路到多條線路的發(fā)展過程，網(wǎng)絡(luò)化特征日趨明顯［1－2］。其傳輸系統(tǒng)、公務(wù)電話系統(tǒng)、專用電話系統(tǒng)、有線廣播(PA)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控(CCTV)系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、乘客導(dǎo)乘系統(tǒng)(PIS)等也向著統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)發(fā)展。將城市軌道交通各條線所屬的通信網(wǎng)絡(luò)互連互通，形成一個(gè)多線路的綜合信息傳輸網(wǎng)絡(luò)(一個(gè)可靠實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理和擴(kuò)展性強(qiáng)的傳輸網(wǎng)絡(luò))，并能適應(yīng)各種業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的動(dòng)態(tài)需求，能提供各種通信業(yè)務(wù)以及未來新業(yè)務(wù)的接口，是城市軌道交通傳輸系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)［3］。

本文從城市軌道交通通信綜合信息傳輸平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)出發(fā)，結(jié)合近、遠(yuǎn)期城市軌道交通通信業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和組網(wǎng)提出了建議。

1 傳輸網(wǎng)絡(luò)的總體構(gòu)架

城市軌道交通線路多是分線分期進(jìn)行建設(shè)，一條線路采用一套通信系統(tǒng)。單個(gè)傳輸網(wǎng)上的通信節(jié)點(diǎn)數(shù)目有限，其建設(shè)重點(diǎn)是單線傳輸網(wǎng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。為適應(yīng)傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展需要，現(xiàn)將整個(gè)城市軌道交通傳輸系統(tǒng)作為一個(gè)總體，分層次進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、維護(hù)和管理。該傳輸系統(tǒng)由骨干(網(wǎng))層、匯聚層和接入層等組成。骨干層作為傳輸?shù)暮诵牟糠郑?fù)責(zé)整個(gè)城市范圍內(nèi)核心節(jié)點(diǎn)的連接，并實(shí)現(xiàn)與其它網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。骨干層節(jié)點(diǎn)數(shù)量少、業(yè)務(wù)容量大，側(cè)重于對(duì)業(yè)務(wù)性能的監(jiān)視、管理以及提供可靠的路由保護(hù)。在一定時(shí)間內(nèi)，骨干傳輸層相對(duì)穩(wěn)定。匯聚層主要負(fù)責(zé)承載各線(跨線)間的運(yùn)營(yíng)和管理信息，負(fù)責(zé)一定區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)匯集和疏導(dǎo)，應(yīng)具有強(qiáng)大的業(yè)務(wù)調(diào)度能力和多業(yè)務(wù)接入能力。接入層負(fù)責(zé)城市軌道交通各條線路通信業(yè)務(wù)的接入，節(jié)點(diǎn)數(shù)目多，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)量相對(duì)較小。接入層因針對(duì)某條特定的線路應(yīng)用而設(shè)計(jì)，更新變化可能更快，因此對(duì)可擴(kuò)展性和設(shè)備性價(jià)比要求較高。城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)總體構(gòu)架圖

傳輸網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)使得業(yè)務(wù)傳輸和設(shè)備維護(hù)管理層次分明、分工明確，更便于建設(shè)者根據(jù)不同層面的需求以及技術(shù)發(fā)展的成熟度，分期、分步、分階段引入不同性能的設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)層次的劃分應(yīng)根據(jù)本地傳輸網(wǎng)的規(guī)模、承載的業(yè)務(wù)特性及傳輸節(jié)點(diǎn)的數(shù)量進(jìn)行合理規(guī)劃。對(duì)于規(guī)模較小的城市，在業(yè)務(wù)接入點(diǎn)數(shù)量不是很多的情況下，可省略匯聚層，按兩層網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。傳輸節(jié)點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)綜合考慮城市軌道交通總體發(fā)展規(guī)劃及其他相關(guān)因素。同時(shí)，為提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，建議傳輸網(wǎng)各層采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以雙向復(fù)用段和單向通道保護(hù)環(huán)為主。

2 技術(shù)類型及選擇

在早期的城市軌道交通通信系統(tǒng)中，傳輸業(yè)務(wù)主要有專用電話、公務(wù)電話、無(wú)線基站數(shù)字鏈路、廣播、時(shí)鐘、視頻監(jiān)控和各種網(wǎng)管信息等，以時(shí)分復(fù)用(TDM)業(yè)務(wù)為主，幾乎沒有IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。隨著城市軌道交通的發(fā)展，通信系統(tǒng)承載的業(yè)務(wù)發(fā)生了很大變化，最大的變化是IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的大量增加［4］。因此，當(dāng)前城市軌道交通傳輸網(wǎng)的最大特點(diǎn)是承載信息的多樣化，既有2 Mbit/s及以下的低速率業(yè)務(wù)，又要考慮10 M/100 M/1000 Mbit/s的高速率業(yè)務(wù)，且不同業(yè)務(wù)對(duì)服務(wù)質(zhì)量(QoS)的要求各不相同。在當(dāng)前技術(shù)條件下，可用于城市軌道交通通信傳輸?shù)募夹g(shù)主要有開放傳輸網(wǎng)絡(luò)(OTN)、千兆以太網(wǎng)(Ethernet)、多業(yè)務(wù)平臺(tái)(MSTP)、彈性分組環(huán)(RPR)和分組傳輸網(wǎng)絡(luò)(PTN)等幾種類型［5－10］。

OTN是西門子公司開發(fā)的一種開放式光環(huán)路傳輸網(wǎng)絡(luò)，采用TDM技術(shù)，已在我國(guó)多條城市軌道交通線中得到了應(yīng)用［6］。但其明顯的缺點(diǎn)是不能滿足大帶寬需求，產(chǎn)品獨(dú)家生產(chǎn)，沒有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

千兆以太網(wǎng)是被廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但由于IP技術(shù)采用的是“盡力而為”的服務(wù)原則，不能滿足城市軌道交通通信傳輸網(wǎng)絡(luò)中語(yǔ)言及相當(dāng)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(tǒng)。

MSTP技術(shù)源于SDH(同步數(shù)字分級(jí)系統(tǒng))，還支持 PDH(準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸系統(tǒng))、POS、以太網(wǎng)、ATM(異步傳輸模式)、DDN(數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng))等透?jìng)?、二層交換的功能，通過多業(yè)務(wù)匯聚方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的綜合傳送，通過自身對(duì)多類型業(yè)務(wù)的適配性實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的接入和處理，已在我國(guó)多條城市軌道交通線上得到應(yīng)用［6］。MSTP與RPR相結(jié)合的方式，既能保證大量的TDM業(yè)務(wù)對(duì)傳輸性能的要求，同時(shí)又融合了RPR技術(shù)對(duì)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高效的處理功能，被視為城市軌道交通傳輸系統(tǒng)的主流技術(shù)［6－10］。

PTN是傳送網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù)的融合，是針對(duì)分組業(yè)務(wù)流量的突發(fā)性和統(tǒng)計(jì)復(fù)用傳送的要求而設(shè)計(jì)的。PTN以分組業(yè)務(wù)為核心并支持多業(yè)務(wù)提供，具有面向連接的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制、較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性、豐富的OAM(操作維護(hù)管理)、嚴(yán)格的QoS機(jī)制以及50 ms的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)等技術(shù)特征［11］。PTN被認(rèn)為是下一代本地傳送網(wǎng)的主要代表技術(shù)［12］。

MSTP技術(shù)成熟，在城市軌道交通領(lǐng)域已大量使用，系統(tǒng)兼容性和擴(kuò)展性較好，特別是對(duì)承載TDM業(yè)務(wù)具有一定的優(yōu)勢(shì)。PTN在承載IP分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面有更好的性能，但其標(biāo)準(zhǔn)化工作尚未完成，成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少［14］?；诋?dāng)前城市軌道交通通信業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，建議傳輸系統(tǒng)使用MSTP+RPR的方式。隨著業(yè)務(wù)全數(shù)據(jù)化的進(jìn)程和PTN產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸成熟，可逐步采用PTN技術(shù)替換和升級(jí)現(xiàn)有的傳輸系統(tǒng)。

3 組網(wǎng)建議

3.1 組網(wǎng)方案

根據(jù)城市軌道交通建設(shè)現(xiàn)狀及規(guī)劃，其通信傳輸系統(tǒng)可采用如下組網(wǎng)方案。

方案一:對(duì)即將或正在規(guī)劃軌道交通的城市，按照城市的地理位置分布，以整個(gè)城市的地理覆蓋作為傳輸系統(tǒng)骨干層分布范圍來考慮，分片區(qū)(如東、南、西、北等)設(shè)立區(qū)域式控制中心(OCC)，由其負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)多條線路的集中控制管理，并構(gòu)成骨干層的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn);各線路的OCC作為匯聚層接入交換節(jié)點(diǎn)，連接相應(yīng)的區(qū)域OCC，如圖2所示。本方案主要以城市的地理分布為規(guī)劃著眼點(diǎn)，傳輸網(wǎng)絡(luò)總體業(yè)務(wù)平衡，分層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)便于系統(tǒng)的總體維護(hù)和集中式指揮調(diào)度。

圖2 城市軌道交通傳輸網(wǎng)組網(wǎng)方案一

方案二:對(duì)已建軌道交通線路的城市，實(shí)現(xiàn)既有線路非網(wǎng)絡(luò)化傳輸系統(tǒng)的互聯(lián)互通，并為以后的線路預(yù)留傳輸接口。將已有線路OCC考慮為骨干層和匯聚層的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合地理分布，采用分散式指揮調(diào)度模式。組網(wǎng)方案如圖3所示。

圖3 城市軌道交通傳輸網(wǎng)組網(wǎng)方案二

3.2 業(yè)務(wù)的擴(kuò)容方案

當(dāng)骨干層需新增以太網(wǎng)業(yè)務(wù)時(shí)，可在現(xiàn)有的MSTP+RPR網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，進(jìn)行業(yè)務(wù)的擴(kuò)容。當(dāng)在匯聚(接入)層新增一個(gè)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)終端時(shí)，利用現(xiàn)有的SDH接口，將新業(yè)務(wù)與SDH網(wǎng)絡(luò)直接對(duì)接(見圖4)，不需要對(duì)SDH設(shè)備做任何改動(dòng)。新的業(yè)務(wù)終端采用10 M/100 M以太網(wǎng)接口，利用RPR設(shè)備將以太網(wǎng)接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為155 M數(shù)據(jù)流，通過光纖傳輸后，在骨干傳輸網(wǎng)的SDH設(shè)備端使用RPR設(shè)備將155 M數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為若干E1接口數(shù)據(jù)，與SDH設(shè)備的E1接口對(duì)接。

如果接入的是多個(gè)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，可利用雙向光纖鏈接多個(gè)RPR板卡，組成一個(gè)155 M的RPR環(huán)網(wǎng)，如圖5所示。當(dāng)系統(tǒng)帶寬升級(jí)時(shí)，只需將兩節(jié)點(diǎn)間的光接口斷開，更換為更高速率的光接口板，就能實(shí)現(xiàn)兩節(jié)點(diǎn)間的帶寬升級(jí)。即使在更換光接口板時(shí)，系統(tǒng)也并不中斷業(yè)務(wù)傳遞，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行反方向鏈路的業(yè)務(wù)傳遞。若在兩節(jié)點(diǎn)間增加新的節(jié)點(diǎn)，只需斷開原兩節(jié)點(diǎn)的鏈接，插入新的節(jié)點(diǎn)分別與原兩節(jié)點(diǎn)鏈接即可。

圖4 新增一個(gè)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)終端的接入示意圖

圖5 新增多個(gè)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)終端的接入示意圖

與采用分組交換體系的以太網(wǎng)交換機(jī)不同，RPR采用分組ADM體系，這使得環(huán)上的分組處理過程大大簡(jiǎn)化。對(duì)環(huán)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果數(shù)據(jù)流的目的地不是本節(jié)點(diǎn)，這個(gè)數(shù)據(jù)流會(huì)向前傳遞，而不必進(jìn)入交換隊(duì)列進(jìn)行等待。這種結(jié)構(gòu)使得RPR可非常高效地對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)包進(jìn)行上、下路傳輸，從而實(shí)現(xiàn)高速率的網(wǎng)絡(luò)流量。另外，TDM業(yè)務(wù)可直接加載在其相應(yīng)的VC(虛擬通道)上處理，對(duì)TDM類業(yè)務(wù)也不會(huì)帶來影響。RPR占用的SDH通道帶寬可根據(jù)需要靈活配置。隨著未來數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)，可在SDH網(wǎng)絡(luò)中逐步增加分配給RPR的帶寬，無(wú)需更新設(shè)備就可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)。

4 結(jié)語(yǔ)

在城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)中，構(gòu)建一個(gè)結(jié)合傳統(tǒng)業(yè)務(wù)和未來業(yè)務(wù)的多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的綜合傳輸，將是一個(gè)必然的趨勢(shì)。本文所做的工作很好地適應(yīng)了這一趨勢(shì)。

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