軌道交通傳輸組網(wǎng)規(guī)劃分析

摘? 要：該文分析了軌道交通各通信、機(jī)電子系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特性，闡述各子系統(tǒng)對(duì)傳輸通道帶寬、延時(shí)和抖動(dòng)指標(biāo)方面的需求;介紹了目前常見類型的傳輸設(shè)備在帶寬和可靠性等方面的技術(shù)特點(diǎn);分析了典型地鐵線路通信信道帶寬需求，在帶寬需求計(jì)算過程中，充分考慮了各子系統(tǒng)擴(kuò)容及可靠性需要，給予了適當(dāng)?shù)膸捰?jì)算冗余量。在此基礎(chǔ)上，提出了新形勢(shì)下的軌道交通建設(shè)規(guī)劃中的傳輸設(shè)備選型和組網(wǎng)建議。

關(guān)鍵詞：軌道交通;傳輸網(wǎng);分組傳送網(wǎng);環(huán)網(wǎng)保護(hù)

中圖分類號(hào)：U282+.1? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）24-0063-03

Abstract：Analyze the business characteristics of the communication and electromechanical subsystems of rail transit，and explain the requirements of each subsystem on the transmission channel bandwidth，delay and jitter indicators. The technical characteristics of bandwidth and reliability of common types of transmission equipment are introduced. The bandwidth requirements of communication channels of typical subway lines are analyzed. In the calculation of bandwidth requirements，the expansion and reliability requirements of each subsystem are fully considered，and an appropriate amount of bandwidth calculation redundancy is given. Therefore，the transmission equipment selection and networking suggestions in the rail transit construction planning under the new situation are put forward.

Keywords：rail transit;transmission network;packet transmission network;ring network protection

0? 引? 言

軌道交通通信系統(tǒng)中的傳輸子系統(tǒng)為各通信、機(jī)電子系統(tǒng)提供了多種類型的通信通道，承載了各子系統(tǒng)的語音、數(shù)據(jù)及圖像信息。只有穩(wěn)定可靠的傳輸子系統(tǒng)，才能保證整個(gè)通信、機(jī)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為軌道交通運(yùn)營的指揮提供高效、可靠的保障。傳輸子系統(tǒng)是整個(gè)通信、機(jī)電系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，它的可靠性、重要性在整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)中具有舉足輕重的意義。因此，我們應(yīng)在規(guī)劃階段做好需求分析工作。

1? 軌道交通各子系統(tǒng)對(duì)通信通道性能需求的分析

軌道交通各通信子系統(tǒng)和機(jī)電子系統(tǒng)對(duì)通信通道的通信帶寬、傳輸延時(shí)等要求各有不同，各子系統(tǒng)的業(yè)務(wù)通道需求如下：

專用電話。從可靠性和技術(shù)成熟性考慮，大部分地鐵傾向采用程控交換機(jī)作為專用調(diào)度電話系統(tǒng)，需要傳輸系統(tǒng)提供TDM電路通道用于連接車站與控制中心（和備用控制中心）。TDM電路具有帶寬、延時(shí)固定和可靠性極高的特點(diǎn)。

公務(wù)電話。如今軟交換技術(shù)相當(dāng)成熟，國內(nèi)通信運(yùn)營商已基本完成從程控交換向軟交換技術(shù)的遷移，新建地鐵的公務(wù)電話基本采用軟交換技術(shù)。軟交換技術(shù)的電話系統(tǒng)能夠提供比程控交換更為豐富的業(yè)務(wù)。采用軟交換技術(shù)的公、專合一組網(wǎng)已有不少成功應(yīng)用案例。該系統(tǒng)要求IP網(wǎng)絡(luò)具有較低延時(shí)和抖動(dòng)特性，以保證通話質(zhì)量。

專用無線。目前普遍采用TETRA制式的無線通信系統(tǒng)，該制式技術(shù)對(duì)交換中心組網(wǎng)沒有明確要求，有采用TDM和IP組網(wǎng)兩種方案。從技術(shù)變化趨勢(shì)看，新型號(hào)的交換中心基本采用IP組網(wǎng)。該系統(tǒng)也要求IP網(wǎng)絡(luò)具有較低延時(shí)和抖動(dòng)特性，以保證通話質(zhì)量。

視頻監(jiān)控。隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展，目前新建視頻監(jiān)控都是基于IP網(wǎng)絡(luò)的高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。隨著視頻清晰度的不斷提高，該系統(tǒng)對(duì)傳輸通道的帶寬需求上升較大。

廣播。基于IP技術(shù)的數(shù)字廣播系統(tǒng)已在地鐵廣泛應(yīng)用。由于應(yīng)用了緩存技術(shù)，該系統(tǒng)對(duì)帶寬、延時(shí)的要求并不高。

時(shí)鐘。時(shí)鐘系統(tǒng)一般為二級(jí)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，車站的二級(jí)母鐘通過NTP協(xié)議與控制中心的一級(jí)母鐘同步。由于二級(jí)母鐘本身具有較高時(shí)間精度，對(duì)傳輸可靠性要求并不是很高，另外NTP協(xié)議報(bào)文較小，因此該系統(tǒng)對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求、可靠性指標(biāo)要求均較低，僅要求抖動(dòng)指標(biāo)穩(wěn)定即可。

乘客信息系統(tǒng)。由于近年來高清技術(shù)持續(xù)發(fā)展，新建地鐵對(duì)高清直播的需求也越來越突出。隨著4K技術(shù)的節(jié)目源不斷豐富，將對(duì)傳輸帶寬有較大的需求。因此建議該系統(tǒng)應(yīng)盡可能采用IP組播技術(shù)，以降低對(duì)傳輸帶寬需求。

辦公自動(dòng)化。它是典型的企業(yè)信息化管理系統(tǒng)，由于軌道交通運(yùn)營企業(yè)的特殊性，該系統(tǒng)對(duì)該網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求較高。

視頻會(huì)議系統(tǒng)。高清視頻會(huì)議對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶寬、延時(shí)、抖動(dòng)指標(biāo)均有較高要求。

綜合監(jiān)控。它是基于以太網(wǎng)的二級(jí)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性要求較高，建議采用光纖直接組網(wǎng)方案。

信號(hào)。該系統(tǒng)的安全性及可靠性要求極高，一般情況采用路由器或三層交換機(jī)，通過獨(dú)立的光纜直接組網(wǎng)。

自動(dòng)售檢票。近年來互聯(lián)網(wǎng)支付應(yīng)用的持續(xù)普及，導(dǎo)致該系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求極高，對(duì)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)也有較高要求。

電力監(jiān)控。該系統(tǒng)對(duì)安全性及可靠性有較高的要求，而且光電復(fù)合纜在供電系統(tǒng)已有較為普及的應(yīng)用，一般采用光纖直接組網(wǎng)方案。

2? 典型地鐵線路傳輸組網(wǎng)帶寬需求的分析

本示例以30個(gè)車站地鐵線路為模型，加上控制中心、停車場(chǎng)、車輛段共33個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)。設(shè)計(jì)以控制中心和車輛段為交點(diǎn)的兩環(huán)相交組網(wǎng)。其中電力監(jiān)控、綜合監(jiān)控和信號(hào)系統(tǒng)采用光纖獨(dú)立組網(wǎng)，其他業(yè)務(wù)承載在傳輸環(huán)網(wǎng)上，各個(gè)業(yè)務(wù)帶寬估算如表1所示，總帶寬接近5G。如果為了提高以太網(wǎng)性能指標(biāo)，在帶寬最高占用率下調(diào)到0.5的情況下，總帶寬需求將接近7G。

3? 常用傳輸技術(shù)及其特點(diǎn)

多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）?；赟DH技術(shù)的MSTP能夠提供多種類型的通信通道，它的接口類型也非常豐富。但由于SDH技術(shù)的本質(zhì)是TDM技術(shù)，雖然可靠性極高，但由于各通道的帶寬獨(dú)享，存在帶寬效率低的問題。主流MSTP設(shè)備環(huán)網(wǎng)最高帶寬一般為10G，可能無法滿足今后高帶寬需求環(huán)境。

波分復(fù)用（WDM）。WDM技術(shù)很好地解決了SDH技術(shù)在一條光纖通道的帶寬上限問題。密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了1.6T級(jí)別的系統(tǒng)應(yīng)用。WDM的本質(zhì)是光域上的頻分復(fù)用技術(shù)，存在調(diào)度不靈活、保護(hù)機(jī)制不完善的問題，不能直接用于低階業(yè)務(wù)，一般還需要與MSTP/SDH設(shè)備配合使用。

光傳送網(wǎng)（OTN）。OTN是結(jié)合了WDM的SDH技術(shù)演進(jìn)，提供ODUn級(jí)別的業(yè)務(wù)調(diào)度能力，可提供比SDH技術(shù)更高帶寬級(jí)別的40G、100G、400G傳輸環(huán)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

分組傳送網(wǎng)（PTN）。PTN主要基于分組交換和面向連接的多業(yè)務(wù)統(tǒng)一傳送技術(shù)，除了能提供IP業(yè)務(wù)之外，也能提供基于PWE3偽線技術(shù)的TDM的業(yè)務(wù)。PTN繼承了SDH的OAM機(jī)制，具有豐富的保護(hù)方式，已能夠提供50ms電信級(jí)的保護(hù)倒換功能，其他各項(xiàng)性能指標(biāo)也與MSTP/SDH相當(dāng)。

4? 設(shè)備選型分析

如果設(shè)備選型MSTP設(shè)備，受復(fù)用段保護(hù)環(huán)APS協(xié)議限制，每環(huán)節(jié)點(diǎn)不能超過16個(gè)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)較多時(shí)，將用多環(huán)相交的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)配置較為復(fù)雜。而且MSTP設(shè)備對(duì)以太網(wǎng)共享環(huán)的業(yè)務(wù)支持普遍較差，因此，不建議選用MSTP設(shè)備。

如果選用了WDM設(shè)備，為配合低階業(yè)務(wù)的接入，還需增加MSTP設(shè)備，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，一定程度上也會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)可靠性。另外，目前業(yè)務(wù)總帶寬未超過10G，沒有選用WDM設(shè)備需求，同理也不宜選用純OTN設(shè)備。

分組傳送網(wǎng)（PTN）設(shè)備，能夠提供豐富的低階業(yè)務(wù)通道、OAM和QoS機(jī)制，具有與MSTP相似的可靠性、可維護(hù)性。國內(nèi)主流通信設(shè)備商的PTN設(shè)備都支持OTN技術(shù)，其傳輸環(huán)網(wǎng)能夠平滑升級(jí)至10G以上，能更好地支持將來4K或8K的高清視頻需求。PTN設(shè)備在近10年來在運(yùn)營商的接入層面大量使用，技術(shù)已經(jīng)非常成熟。因此，推薦選擇PTN設(shè)備組建傳輸網(wǎng)絡(luò)。

5? 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

各節(jié)點(diǎn)應(yīng)采用環(huán)網(wǎng)保護(hù)方式組網(wǎng)。目前一條地鐵線路車站數(shù)量一般在20座以上，雖然PTN技術(shù)已經(jīng)沒有SDH復(fù)用段保護(hù)環(huán)16個(gè)節(jié)點(diǎn)的限制，但從網(wǎng)絡(luò)可靠性方面考慮，1個(gè)環(huán)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)控制在16個(gè)以內(nèi)，可以防止大環(huán)網(wǎng)同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)斷點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)致斷環(huán)、多節(jié)點(diǎn)離網(wǎng)等現(xiàn)象發(fā)生。適當(dāng)減少環(huán)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，可以提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，也可降低環(huán)網(wǎng)內(nèi)的總帶寬。

多環(huán)組網(wǎng)時(shí)，強(qiáng)烈建議選擇相交環(huán)組網(wǎng)，不建議選擇相切環(huán)組網(wǎng)，以防止相切點(diǎn)故障時(shí)導(dǎo)致的環(huán)間業(yè)務(wù)中斷。

6? 結(jié)? 論

PTN技術(shù)在安全性、可靠性、可維護(hù)性、技術(shù)指標(biāo)方面與MSTP技術(shù)相當(dāng)，同時(shí)PTN網(wǎng)絡(luò)具備比MSTP網(wǎng)絡(luò)更高帶寬，非常適合軌道交通信息化管理高速發(fā)展的需求。具體組網(wǎng)時(shí)也可參考MSTP相交環(huán)組網(wǎng)方案。

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作者簡介：俞斌（1972-），男，漢族，福建龍巖人，工程師，本科，長期從事通信工程建設(shè)工作，積累了大量通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)公眾網(wǎng)、專用網(wǎng)的設(shè)計(jì)均有較高的技術(shù)水平。