淺析城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)

李強(qiáng)

（大連市建設(shè)學(xué)校，遼寧 大連 116031）

改革開放以來，我國的綜合國力不斷提升。20世紀(jì)90年代及21世紀(jì)初，北京、上海、廣州、深圳等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市先后興建城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)，“十二五”期間，我國城市軌道交通的建設(shè)規(guī)模適度、發(fā)展速度穩(wěn)定，大連、濟(jì)南、太原、廈門等城市已經(jīng)開始修建城市軌道交通，“十三五”期間城市軌道交通投資額有望超過2萬億元，中國城市軌道交通建設(shè)將迎來新一輪的高潮期。截至2017年12月31日，已在北京、上海、廣州等35座城市開通運(yùn)營軌道交通線路，共171條線路，總里程高達(dá)5083.45km，車站3269座（圖1）。

圖1 2011～2017年中國城市軌道交通情況

城市軌道交通可以效解決城市人口數(shù)量龐大導(dǎo)致的交通擁堵問題，是緩解城市人口壓力的重要措施之一。城市軌道交通是現(xiàn)代都市公共交通體系中的重要組成部分，建設(shè)城市軌道交通系統(tǒng)有利于城市構(gòu)建完善的交通網(wǎng)絡(luò)，從而為市民出行提供極大的便利。在修建城市軌道交通的過程中，應(yīng)根據(jù)交通信息技術(shù)的發(fā)展及當(dāng)?shù)爻鞘熊壍澜煌ǖ囊?guī)劃，合理構(gòu)建城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)。

1 城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)的組成

城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)由骨干通信網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、用戶接口和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)組成，見圖2。

圖2 城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)組成

骨干通信網(wǎng)絡(luò)是通過傳輸介質(zhì)，將各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)即車站節(jié)點(diǎn)連接起來，構(gòu)成城市軌道交通通信網(wǎng)絡(luò)。隨著通信技術(shù)的進(jìn)步，傳輸介質(zhì)經(jīng)歷了雙絞線電纜、同軸電纜、光纖3個(gè)發(fā)展階段，我國近幾年修建的城市軌道交通通信網(wǎng)絡(luò)基本都采用光纖這種傳輸介質(zhì)。光纖是一種利用光在玻璃或塑料材質(zhì)制成的纖維中的全發(fā)射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。光纖有帶寬大、損耗低、重量輕、抗干擾、失真率低、性能可靠及成本低的特點(diǎn)，十分符合城市軌道交通通信系統(tǒng)需要傳輸數(shù)據(jù)、音頻、視頻等多種業(yè)務(wù)的要求，光纖全光中繼技術(shù)的成熟，使光纖城市軌道交通通信網(wǎng)絡(luò)更加便捷。城市軌道交通通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)為它提供可靠靈活的傳輸通道。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)環(huán)路連接，一個(gè)環(huán)路正常運(yùn)行，另一個(gè)環(huán)路為備用環(huán)路。兩個(gè)環(huán)路的功能相同，當(dāng)主環(huán)路出現(xiàn)故障時(shí)，備用環(huán)路必須可以立即啟用，這種結(jié)構(gòu)需要的光纜少，數(shù)據(jù)傳輸方便快捷，兩個(gè)環(huán)路之間切換自由。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2 城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)的作用

城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)是城市軌道交通系統(tǒng)中站點(diǎn)與OCC控制中心之間，以及車站與車站之間的信息傳輸系統(tǒng)，不同線路之間信息交換的通道，確保整個(gè)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)安全正點(diǎn)運(yùn)行，保障乘客及系統(tǒng)內(nèi)工作人員的生命及財(cái)產(chǎn)安全，在城市軌道交通中通信系統(tǒng)的地位非常重要。包括指揮軌道列車和管理運(yùn)行狀況、傳遞各種軌道交通信息，還連接起來城市軌道交通各個(gè)部門，統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸指揮、行車和列車運(yùn)行自動(dòng)化，大大提高了運(yùn)行效率。城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)具有以下功能:實(shí)行監(jiān)控城市軌道交通運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)傳遞；通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將廣播及旅客系統(tǒng)、AFC系統(tǒng)、ATC系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、自動(dòng)化辦公系統(tǒng)等多種系統(tǒng)的業(yè)務(wù)信息，及時(shí)準(zhǔn)確相互傳遞。城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)為城市軌道交通的順利運(yùn)行提供必要的傳輸保障，一旦出現(xiàn)意外，能夠及時(shí)將事故信息高效、準(zhǔn)確地傳遞給接收者，有效減少交通事故的發(fā)生，是城市交通軌道的安全運(yùn)行的技術(shù)支持。

3 傳統(tǒng)傳輸技術(shù)的應(yīng)用

城市軌道交通通信系統(tǒng)傳輸技術(shù)中承載各種信息的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，隨著城市軌道交通體系的發(fā)展，通信傳輸技術(shù)的應(yīng)用也有長足的發(fā)展。目前根據(jù)我國各城市城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求，應(yīng)用比較廣泛的傳輸技術(shù)有：SDH技術(shù)、ATM技術(shù)、OTN技術(shù)。SDH技術(shù)是一個(gè)同步數(shù)字系統(tǒng)，是一個(gè)完整而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膫鬏斁W(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng)。SDH技術(shù)適用于多種通用技術(shù)體制，可為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供2Mbit/的透明通道，組網(wǎng)靈活，擴(kuò)容能力強(qiáng)，支持IP業(yè)務(wù)的傳輸，采用模塊化設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)管理的功能強(qiáng)大，能提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，降低管理及維護(hù)費(fèi)用。但SDH技術(shù)設(shè)備接口單一，帶寬窄，對(duì)音頻業(yè)務(wù)的傳輸上失真率較高。ATM技術(shù)是一種異步傳輸模式，是一種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。ATM技術(shù)允許根據(jù)動(dòng)態(tài)流量劃分傳輸?shù)母鞣N業(yè)務(wù)，并分別設(shè)定和控制服務(wù)質(zhì)量。適用于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸速率高，支持語音、數(shù)據(jù)、傳真、實(shí)時(shí)視頻、CD質(zhì)量音頻和圖像通信。ATM可以根據(jù)需要，靈活方便的設(shè)置語音，視頻和數(shù)據(jù)交換一體化網(wǎng)絡(luò)，高度模塊化，靈活配置和擴(kuò)展通信網(wǎng)絡(luò)，可支持星形網(wǎng)絡(luò)、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)、鏈狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

OTN技術(shù)是開放性傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它綜合了SDH的優(yōu)點(diǎn)和DWDM的寬帶可擴(kuò)展性，不但可以透明傳輸各種信息(如語音、數(shù)據(jù)、數(shù)字視頻和局域網(wǎng))，而且更經(jīng)濟(jì)。更易于實(shí)現(xiàn)，接口廣泛，大幅降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營維護(hù)的成本，廣州、上海、香港等城市采用這種通信傳輸技術(shù)。

4 PTN傳輸技術(shù)在城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用

“十三五”期間，各個(gè)城市將加大城市軌道交通的發(fā)展，使城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)與路上公共交通網(wǎng)絡(luò)無縫對(duì)接，提高廣大乘客的出行舒適度，減輕道路擁堵的壓力。因此城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)承擔(dān)的業(yè)務(wù)將會(huì)更加多樣化，城市軌道交通信息的 IP 化應(yīng)用于通信的各個(gè)子系統(tǒng)。想要實(shí)現(xiàn)城市軌道交通通信的IP化服務(wù)，需要提供更先進(jìn)的傳輸技術(shù)、成熟的共享平臺(tái)以及虛擬專用局域網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)技術(shù)的支持。

PTN技術(shù)可以很好的適應(yīng)這種發(fā)展，PTN 技術(shù)是分組傳送網(wǎng)，是一種光傳送網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。PTN是下一代數(shù)據(jù)包傳輸平臺(tái)，面相分組，支持傳送平臺(tái)的基本功能。PTN的兩個(gè)主要特征是分組和傳輸。PTN以IP為核心。通過以太網(wǎng)為外部表現(xiàn)服務(wù)層和光傳輸介質(zhì)(如WDM)建立一層。它可以為L2/L2和L1用戶提供具有各種流量特性的以太網(wǎng)幀、MPLS(IP)、ATM VP和VC、PDH、FR知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

PTN技術(shù)設(shè)備接口類型主要有TDM和Ethernet，內(nèi)核分組交換，其設(shè)計(jì)理念符合城市軌道交通傳送網(wǎng)由TDM向分組化演進(jìn)的需求。通過PTN進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分組化演進(jìn)，具有平滑過渡、同時(shí)滿足IP化業(yè)務(wù)需求及原有TDM業(yè)務(wù)需求等優(yōu)勢，其演進(jìn)過程主要有以下幾個(gè)方面：由TDM向以IP/ETH分組為主轉(zhuǎn)變；業(yè)務(wù)接口由E1向FE變化；業(yè)務(wù)粒度由2M向10M/100M發(fā)展。PTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的目的在于，提高傳送網(wǎng)大顆粒業(yè)務(wù)的接入能力和轉(zhuǎn)發(fā)效率，提高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)滿足其他寬帶業(yè)務(wù)的接入需求。

城市軌道交通傳輸系統(tǒng)中，大部分子系統(tǒng)已采用IP數(shù)據(jù)鏈路組網(wǎng)。 PTN技術(shù)可以很好的適應(yīng)大量的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和一些傳統(tǒng)的TDM業(yè)務(wù)集成載體。PTN設(shè)備制造商已經(jīng)能夠提供1GE、10GE，甚至40GE級(jí)別的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，PTN不僅可以兼容ATM等服務(wù)，還可以保持SDH服務(wù)的良好特性。同時(shí)增加了對(duì)數(shù)據(jù)突發(fā)業(yè)務(wù)高效的統(tǒng)計(jì)復(fù)用和動(dòng)態(tài)控制，PTN簡化了網(wǎng)絡(luò)管理和規(guī)劃難度，實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)端到端的管理和維護(hù)。PTN技術(shù)適合城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)的發(fā)展，可以大力推廣。

5 結(jié)語

城市軌道交通通信系統(tǒng)的主干是城市軌道交通傳輸系統(tǒng)。它不僅測試了通信的發(fā)展方向，而且考慮到了通信系統(tǒng)的安全性。還應(yīng)考慮城市軌道交通通信業(yè)務(wù)的多樣性和復(fù)雜性，以及通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)接口的要求。因此，IP與綜合服務(wù)接入相結(jié)合是城市軌道交通傳輸系統(tǒng)的最佳選擇。PTN具有完善而強(qiáng)大的保護(hù)和倒換能力，在IP演進(jìn)過程中，逐漸顯示出其固有的優(yōu)勢。隨著PTN標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展，技術(shù)日趨成熟，性價(jià)比進(jìn)一步提高。PTN技術(shù)為城市軌道交通傳輸系統(tǒng)的選擇提供了一種新的途徑。