軌道交通專用通信傳輸系統研究

盧 瀅

（中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070）

傳輸系統是城市軌道交通通信系統中的重要子系統，它不僅為通信其他子系統如公務、專用、無線、電視監控、廣播、乘客信息等系統提供語音、數據、圖像傳輸通道，還為自動售檢票、環境與設備監控系統、列車自動控制系統、電力監控系統等提供通道。

作為承載各種信息的媒介，傳輸系統應是一個實時、透明、無阻塞、可靠性高、組網靈活、擴展性好、功能齊全和安全的系統。

下面先對在上海軌道交通10號線一期工程專用通信傳輸系統實施過程中發現的問題進行討論。

1 組網方式

上海軌道交通10號線是一條穿越城市東西向客運走廊的徑向線，一期工程全程共計長約36 km，設31座車站，主備2個控制中心，1個停車場。

10號線采用M STP（內嵌RPR模塊）設備進行組網。由于網絡應用大量為以太網，通常采用共享帶寬的方式，其反映在M STP的帶寬利用上是均勻分布的業務模式，并兼顧M STP良好的環保護功能，10號線組網保護方式采用M S-SPR ING復用段共享保護環。

10號線一期共設有33個站點，包括2個控制中心，按ITU-T的規定，MS-SPR ING組環不能超過16個節點。因此，10號線一期以2個控制中心為交點，組建了3個環。各系統的業務分別通過2 M或以太網端口接入。10號線設有綜合監控系統，并將原通信系統中的電視監控、廣播、乘客信息系統納入其中。綜合監控系統以千兆以太網端口型式接入傳輸系統。

2 問題探討

在軌道交通工程中，傳輸系統作為骨干網絡傳送其他系統所需傳輸的信息。隨著軌道交通中業務不斷IP化發展，傳輸系統也面臨著如何滿足各業務需求的問題。下面針對M STP（內嵌RPR模塊）在10號線工程中遇到的問題作探討。

2.1 問題發現

上海軌道交通10號線傳輸系統采用MSTP（內嵌RPR模塊）方式組網，對于以太網業務而言是個二層組網結構，其下掛的綜合監控系統在各站點由三層交換機組網，如圖1所示。為完成綜合監控系統中視頻組播的功能，要求傳輸系統具有IGM P Snooping（Internet Group M anagement Protocol Snoop ing）組播偵聽功能。但到測試階段，發現從一個站點上傳至控制中心的視頻信息在其他站點也能收到，這說明在傳輸網絡中視頻信息并非是以組播方式傳送，而是以廣播方式傳送。

2.2 問題研究

根據測試結果，傳輸系統不具備IGMP Snooping功能，所以導致在各節點均有視頻流，沒有達到預期的要求。那么IGM P Snoop ing到底在什么情況下才能實現其功能呢？

首先介紹一下IGM P Snoop ing二層組播組偵聽協議，IGMP Snooping協議示意如圖2所示。

視頻源發送組播流，接收者A和接收者C在這個組播組中，而接收者B不在組播組中。在視頻源和接收者間的二層設備通過IGM P Snoop in g功能偵聽到組播流，就把該信息發給接收者A和C，而不發給接收者B。視頻源與三層組播設備間通過IGMP協議建立和維護組播組的關系。

由此可見，IGM P Snoop ing是運行在二層設備上的組播約束機制，通過偵聽和分析主機與三層組播設備之間交互的IGM P來管理和控制組播組，從而有效抑制組播數據在二層網絡中的擴散。

軌道交通中傳輸系統與綜合監控系統的組網結構表明，視頻源與三層組播設備間的交互并沒有通過二層設備，即傳輸系統，傳輸系統無法啟用IGM P Snoop ing功能，因此傳輸系統對于接收到的數據均以廣播形式發送。這就是在測試中看到的結果。

由此帶來的問題：是否會形成廣播風暴。

在軌道交通專用通信系統的應用中，以太網業務多是共享帶寬，例如CCTV、綜合監控、電源監控、PIS和AFC等。典型的組網如圖3所示。

傳輸設備A、B、C、D、E組成環形網絡，保護方式為M SP；每套傳輸設備上分別有一個以太網接口連接交換機F、G、H、I、J。

從圖3可以看到，各個交換機之間相互通信，系統形成環路，為防止交換機層面的廣播風暴發生，交換機必須啟用生成樹協議來防止廣播風暴發生。

傳輸設備為各個交換機之間的通信提供以太網傳輸通道，為了能夠實現共享以太網業務，并且要求業務有保護（一個站點以太網板故障，不會影響其他站點以太網業務），傳輸以太網業務配置方式應該為A—B—C—D—E—A。

對于MSTP（內嵌RPR）的傳輸設備可以通過源地址剝離的技術實現抑制傳輸層面的廣播風暴，（即當A點發出的信息再傳到A點時，就丟棄不再循環傳送）而不用啟用生成樹協議。由于傳輸設備沒有啟用生成樹協議，這樣交換機發送給傳輸設備的包含生成樹協議的報文，傳輸設備不會進行修改，而是透明傳輸給其他站點的交換機，所以，交換機之間生成樹協議傳遞是正確的，生成樹協議能夠正常啟動。既滿足地鐵共享型業務需求，又滿足一個站點故障時，不影響其他站點業務的保護需求。

2.3 研究結論

目前軌道交通專用通信中的傳輸系統多為二層網絡，為了防止軌道交通全線成為一個大的廣播域，一般要求其他接入系統如視頻監控系統在各站點均采用三層交換機組網。由此，傳輸系統與其他接入系統的組網架構將無法使傳輸系統啟用IGM P Snooping功能，在傳輸系統中數據無法以組播方式傳輸，只能以廣播方式傳送，因此只能以增加傳輸帶寬作為代價。對于MSTP（內嵌RPR）的傳輸設備，由于可以采用源地址剝離技術，因此可以抑制傳輸層面的廣播風暴。

3 設備選用

軌道交通專用通信傳輸系統中承載的業務主要包括TDM和IP兩類。隨著以太網技術的迅猛發展，各系統都逐步向IP方向發展，因此，傳輸系統中以太網業務的需求量越來越大，逐漸超過了TDM的需求。為了順應這種發展趨勢，各種傳輸設備在其固有的設計中也融入了適合IP傳輸的部分。

目前已建、在建的軌道交通專用通信傳輸系統采用的設備有OTN、M STP（內嵌IP模塊）、MSTP（內嵌RPR模塊）、SDH+以太網等。

3.1 OTN

OTN系統是為專網而開發，采用一次復用機制，集成多種用戶接口，一體化的實現低速和高速數據的接入和傳輸。同時它具有設備簡單、組網靈活、維護方便等優點，其獨特的幀結構及傳輸方式非常適用于獨立的專用網絡。為適應IP化發展，OTN也可提供100 M、1 000 M以太網接口。為更好地接入以太網業務而不形成大廣播域，可以采用專為傳輸以太網業務的三層設備，該設備可以與傳統OTN二層設備混合組網，共同網管。

但是OTN技術標準的唯一性使不同軌道交通線的不同傳輸網絡之間只能實現電接口層面的業務透傳，且不支持多方向的光傳輸。同時，OTN主體設備為進口設備，存在技術的獨有性和廠商的唯一性等問題，而且價格相對較高。所以在設備選擇時，各方都比較慎重。

3.2 SDH+以太網

這是SDH和以太網兩種技術的組合應用，SDH承載語音及低速數據，以太網承載高速數據。

以太網技術是一種基于IP協議的包交換技術，標準化程度高，其信息包長度可變，適合承載各種業務。流量優先權控制、VLAN標準、多生成樹協議、快速生成樹協議等技術為以太網提供了必要的QoS保證和保障快速恢復機制，以太網技術已經發展成為一種可管理、高可靠性的技術。

但由于以太網提供“盡力而為”的服務，對承載業務不可避免地存在時延、抖動和丟包等現象，承載業務的QoS、網絡安全都需進一步加強，另外，以太網的網絡管理功能較弱。因此，軌道交通中采用以太網獨立組建傳輸系統，目前還沒有先例。

而采用SDH和以太網兩種技術的組合方案，可以揚長避短，各盡所能，但該方案需要占用更多光纖，并由于采用兩套設備，增加了后期維護工作量。采用該組合方案的軌道交通線并不多。

3.3 MSTP

隨著各系統不斷IP化，MSTP應運而生。MSTP采用了目前成熟的SDH組網和保護技術，保留了固有的TDM交叉能力和業務接口，并在傳統SDH基礎上增加IP、RPR等模塊，實現了實時、非實時的數據業務對傳輸網絡的傳輸要求。但由于M STP是以TDM業務為主，IP業務為輔，隨著IP業務的大量需求，M STP將顯得力不從心。正如以上對10號線傳輸系統的分析，目前階段，IP業務需求尚在承受范圍之內，只有通過犧牲系統帶寬來滿足需求，這也是TDM向IP過渡時期的一個方案。

對于M ST P（內嵌R PR模塊）和M ST P（內嵌IP模塊），內嵌RPR在環網保護、以太網業務的保護和抑制廣播風暴等方面比內嵌IP更勝一籌。

3.4 PTN

分組傳送網（PTN）是一種以分組作為傳送單位，承載以太網業務為主，兼容TDM等業務的綜合傳送網絡。PTN是基于分組傳送、面向連接的多業務傳送技術，采用分組的架構，繼承了M STP的理念，融合了Ethernet和MPLS優點，并提供端到端Qo S控制，提供精確的頻率和時間同步，提供較為豐富的保護方式和電信級的維護管理，是下一代分組承載技術。

但PTN是一種新技術，目前還處于商用起步階段，其產品的成熟度、標準化程度、應用模式以及與M STP網絡的互通等諸多方面尚需進一步完善。對于軌道交通傳輸系統將關注PTN傳輸技術的后續發展。

4 結束語

隨著以太網技術的不斷發展，軌道交通各系統IP化需求的增加，給作為承載軌道交通信息的骨干核心網絡——傳輸系統提出了新的要求。本文通過在上海軌道交通傳輸系統實施中遇到問題的探討，引發出對幾種傳輸系統方案的思考，供傳輸系統建設參考。

[1]辛默．論城市軌道交通通信傳輸網的組建[J]．鐵路通信信號工程技術，2008（1）：40-41.

[2]隋志毅．軌道交通中CCTV實現方式及性能比較[J]．鐵路通信信號工程技術，2008（6）：24-26.