地鐵通信民用傳輸系統淺析

中鐵建電氣化局集團南方工程有限公司，湖北 武漢 430079

1 概述

開通地鐵民用通信系統是電信運營商通信網絡覆蓋在地鐵范圍內的延展，是地鐵信息化的一個體現，也是地鐵人文化的一個體現。

地鐵民用移動通信系統是區別于地鐵專用通信系統的一套獨立通信系統，由分布系統、傳輸系統、電源系統和集中監測告警系統組成。

2 通信系統構成

根據面向對象和功能的不同，城市軌道交通通信可分為以下四大系統：專用通信系統、民用通信系統、公安通信系統、政務通信系統（北京市特有，其他城市無）。

（1）專用通信系統是城市軌道交通行車指揮和工作人員傳遞各種信息的設施之一。它是運營指揮、企業管理、服務乘客的網絡平臺。是城市軌道交通正常運轉的神經系統。專用通信系統包括：傳輸系統、無線系統、專用電話系統、公務電話系統、閉路電視監視系統、廣播系統、時鐘系統、電源及接地系統、網絡管理系統等子系統。

（2）民用通信系統主要是將移動運營商的手機信號引入地下區域內，為乘客提供更優質的公眾移動通信服務，同時為部分增值服務提供條件，使城市軌道交通符合現代化的生活節奏，提高城市軌道交通和移動運營商的服務水平。民用通信系統包括：傳輸系統、無線系統、電源及接地系統等子系統。

（3）公安通信系統是將地面公安通信系統網引入城市軌道交通，為保證市民的出行安全，保障城市軌道交通列車的安全出行，快速、準確、高效地執行城市軌道交通安全保衛任務提供通信保障。公安通信系統包括：傳輸系統、計算機網絡系統、公安無線系統、公安視頻監控系統、電源及接地系統等子系統。

（4）政務通信系統是地面政務通信網絡的地下延伸，是北京市政務通信系統的有機組成部分，為北京市政務網提供良好的服務。政務通信系統與公安無線系統共用覆蓋網絡。

各通信子系統主要設備集中位于通信機房中，分別設置在控制中心、車站、區間變電所、車輛段/停車場等位置。圖1是某車輛段通信機房的現場實例圖。

圖1 車輛段通信機房現場實例

3 傳輸系統

傳輸系統是一個基于光纖傳輸的寬帶綜合業務數字網絡，為傳送語音、數據和圖像等各種信息提供傳輸通道。

傳輸系統具有集中維護管理功能，采用簡明、直觀的維護管理界面和系統安全機制，監視每個傳輸節點主要模塊和用戶接口的工作狀態，并提供聲、光報警以及告警信息的打印功能。

3.1 傳輸系統通用技術要求

所有設備的設計和制造均符合ISO 和IEC 標準。相同規格的設備和部件具有互換性，其中包括接口板。

供貨商提供的設備是可靠的，并連續24h 不間斷地運行。系統設備體積小、重量輕，便于安裝、操作和維護，并且耗能少、防塵、防銹、防震、防潮。

傳輸系統從設備級、網絡級和業務級三個層面進行了全方位的可靠性設計和考慮。設備級采用具有高可靠性指標的光傳輸產品，且對主控、交叉、時鐘、電源等重要板卡進行了主備冗余配置，并支持熱插拔，確保設備連續24h 不間斷地運行。設備相關電纜、配線材質及敷設方式滿足消防規范的要求，并能防鼠害和防雜散電流腐蝕。

傳輸系統具備獨立的網管設備，能實時地、詳細地反應本系統內部各板卡和接口的狀態信息，同時也能向網絡管理系統開房接口，上傳故障管理信息。

供貨商提供的傳輸系統設備既能滿足當前工程要求，又能滿足擴展要求。系統擴展時不影響已有設備的運行，硬件增加較少，軟件基本不變，且與其他系統之間的接口盡量簡單。

3.2 產品要求

（1）系統設備

圖2 民用傳輸系統的組網方案實例

系統采用模塊化設計，不僅滿足各種任務的性能要求，而且可使系統得以逐步擴展。

（2）部件的可互換性和標準化

系統內所有的相同零部件均具有可互換性。所有系統項目的可互換性遵照商業慣例。所有批量生產的設備、零部件和元器件均是標準產品。

系統內相同功能的元件在電氣上和機械上都是可互換的，且在有美觀要求時，其外觀也一致。

（3）維護和故障管理

系統具備獨立的網管設備，實時地、詳細地反應傳輸系統內部板卡和接口的狀態和故障信息，向中心維護管理人員報告。網管設備能實時地顯示和記錄本系統的故障發生的起止時間、內容和地點，且伴有聲光報警。

系統中包括對該系統故障和非正常條件進行識別、響應的硬件和軟件，減少故障對系統運行的影響。系統對故障和非正常條件的響應可包括如下策略：自動或人工改變系統配置、系統操作方式的調整和恢復運行。

系統故障檢測、報告和響應設計使故障時對系統運行效率的影響減至最小。

系統運行恢復包括排除故障部件的所有動作，使系統恢復正常運行。

（4）設備設計準則

所有設備材料的質量符合國際國內相關標準。所有的材料、緊固件、工具等都采用公制標定，所有的尺寸采用國際單位制表示。

產品外部金屬裝飾帶修邊，無毛刺，表面光滑。設備的金屬構件表面除了加工裝配面和電鍍表面以外，都進行防銹和噴涂處理。在裝配前，對封閉結構的內表面也進行噴涂或防銹處理，處理質量符合SCC 標準。

（5）一致性

在整個系統中，設備的形式和外觀協調一致，采用統一風格的標志、字母和符號。

4 民用傳輸系統

4.1 組網方案

民用傳輸系統采用MSTP 的傳輸技術體制來構建光傳輸系統。環網的傳輸速率為2.5Gb/s，采用四纖復用段保護式組網。

光傳輸系統的網絡同步采用主從同步方式。主時鐘為集中設置的同步設備（GPS+BITS），備用時鐘采用設備內部時鐘。任一網絡單元的同步定時單元具有跟蹤基準時鐘的功能。

以北京城市軌道交通某運營線路為例，民用傳輸系統的組網方案如圖2所示。

4.2 系統功能及系統保護

4.2.1 MSTP 多業務傳送功能

（1）功能支持以太網透傳功能

MSTP 支持以太網業務傳統功能，即以太網接口的數據幀不經過二層交換，直接進行協議封裝和速率適配后，映射到SDH 的虛容器VC 中，然后通過SDH 節點進行傳輸，功能如圖3所示。

圖3 以太網透傳功能基本模型圖

MSTP 設備以太網傳統功能滿足以下要求：

①傳輸鏈路帶寬可配置。

②保證以太網業務的透明性，包括以太網M A C幀、VLAN 標記的透明傳送。

③以太網單板提供GFP/LAPS/PPP 三種封裝協議，通過網管進行設置就可選擇所需要的封裝協議。為了保證互聯互通的順利，原則上采用GFP 協議封裝以太網幀。

④數據幀采用ML-PPP 封裝或采用VC 通道的連續級聯、虛級聯映射來保證數據幀在傳輸過程中的完整性。

（2）支持以太網環網功能

MSTP 的以太網環網功能是指在SDH 環中分配指定的環路帶寬來傳送以太網業務，要求如下：

①以太網環路的傳輸鏈帶寬可配置。

②以太網環路帶寬具有統計復用功能。

③以太網環路中各節點端口帶寬可動態分配。

④以太網環路具有保護倒換功能。

（3）支持多方向匯聚功能

MSTP 支持以太網業務時，具有支持以太網業務的多方向匯聚的功能，最大支持1:48 的匯聚比。

（4）支持傳統的TDM 業務。

TDM（時分復用）是指一種通過不同信道或時隙中的交叉脈沖，同時在同一個通信媒體上傳輸多個數字化數據、語音和視頻信號等的技術。本線MSTP 設備在備用(臨時)控制中心、控制中心設置PCM 接入設備。

4.2.2 系統保護

系統保護分為三個層次：設備級保護、網絡級保護和業務級保護。

（1）設備級保護

系統各站點的光傳輸設對重要板件（如主控板、交叉時鐘板、電源板等）都進行了1+1 熱備份配置，從設備級的層面保證了系統的安全穩定可靠運行。先進的芯片技術保證了產品有最高的集成度，系統支持交叉和時鐘合一板。

（2）網絡級保護

采用四纖雙向復用段保護環的工作方式，環網傳輸速率均為2.5Gb/s。當網絡線路發生中斷或接口發生故障時，復用段保護對各自的業務進行保護，主要保護E1 級EPL 業務。具體保護工作方式和專用傳輸系統SDH 環網的復用段自愈保護工作方式相同。

（3）業務級保護

系統對以太網數據和視頻等寬帶業務進行了最完備的保護考慮和設計。

①設備級保護：對系統設備關鍵單元冗余設備備份的設備級保護。

②網絡級保護：采用重要業務走單獨虛容器，其他實時性要求較低的業務從共享通道傳送的方式。

③對以太網數據業務和視頻業務在傳送通道上的保護方式主要是利用SDH 環網保護，大大提高了業務保護的可靠性。

④支持支路板的TPS 保護，從業務級層面保證了業務的安全穩定可靠運行。

4.3 系統網絡管理功能

系統設置一套集中網管系統，分別管理全線傳輸系統所有的MSTP 光傳輸設備和時鐘同步設備。

（1）傳輸網管功能

①傳輸網管功能包括自身管理、故障管理、性能管理、配置管理、安全管理等管理功能。網管系統具有自身的管理功能，能進行以下操作：系統啟動與關閉，系統備份、數據庫和運行情況記錄、打印，并具備在線幫助功能，以幫助操作人員對各功能和命令正常操作。網管系統在以下情況對正常的業務電路不產生任何影響：投入服務和退出服務、發生故障、網元中系統控制卡的插入和拔出等。

②故障管理（告警）功能。網管系統將告警分為設備告警、業務質量告警、通信告警、環境告警、處理差錯告警五類，并分為緊急告警、嚴重告警、一般告警和提示告警四個等級。網管系統對警告采取以下管理措施：

a.告警監視。實時監視網元各種告警和工作狀態，所有的告警都有時間標記。

b.告警指示。當產生/存在告警時，有相應的可聞、可視的指示。

c.告警報告收集。告警是由網元產生并上報給網管系統的。網管系統可以實時收集網元發出的告警信息，并自動更新當前告警列表。

d.告警屏蔽。網管系統能根據操作員設定的告警屏蔽條件屏蔽所有符合條件的告警。

e.告警嚴重等級分配。網管系統支持對指定的告警原因，重新分配嚴重等級。

f.告警相關性分析與定位。網管系統可根據網絡配置信息以及接收的告警信息頻度和種類，對告警信息的關聯進行綜合分析，在多個告警中確定故障根源。通過分析，網管系統能以圖形顯示方式故障定位在機架、子架、單元盤，或者以文本顯示的方式將故障定位至局站、子架、單元盤，并給出可能的故障原因。

根據告警分析和定位結果，網管系統可以在網絡拓撲圖中以不同形式（如鏈路變色、網元閃爍、聲音提示等）顯示告警發生的位置及告警信息，并提示操作人員對告警進行確認。網管系統針對不同嚴重級別的告警，以不同的顏色進行顯示：紅色表示緊急告警，橙色表示嚴重告警，黃色表示一般告警。對于已確認的告警和未確認的告警，有相應的標志（如顏色變化）加以區分。

按照操作人員設定的查詢條件（如告警類別、告警原因、告警等級、告警時間等），網管系統提供告警的查詢和統計功能。

g.告警確認。網管系統提供告警確認功能。網管系統支持操作用戶對所有從網元接收到，尚未確認的告警進行確認，未經確認的告警保持對用戶的提示，直到用戶進行確認或告警已經被清除。

h.告警存儲。網管系統能存儲網元的告警，可查詢。

i.告警同步。把網管系統顯示的告警與網元實際的告警狀態進行核準，有人工和自動兩種校正模式。

j.告警報告的生成和輸出。告警報告能寫入文件，并能以ASCII 碼文件的格式輸出到外部設備。

③性能管理功能。網管系統能以固定的時間間隔收集系統性能參數，進行以下管理操作：

a.可提供用于查詢指定測量任務的所有屬性，如測量時段、測量周期、測量對象及測量屬性、狀態（正在運行，已經結束、暫停、尚未開始）和測量數據。

b.可提供性能分析工具軟件，整理并輸出性能檢測報表，進行統計和分析。

c.可以直觀的形式（如折線圖或直方圖等），顯示性能監測參數的統計結果。

d.可將統計結果打印輸出。

e.網管系統存儲設備可提供性能測量數據的保存功能，允許操作人員設置性能數據的條數和尺寸大小，對超過上限的性能數據，在提示操作人員進行歸檔后刪除，也可將性能測量數據轉儲到大容量存儲介質，供操作人員進行脫機分析。

④配置管理功能。操作人員在對網絡和網元設備進行任何配置時，網管系統可提供以下維護和管理功能：

a.配置數據日志。其包括記錄所改變配置內容、時間、用戶名稱等。

b.配置數據合法性檢查。當網管系統改變網絡和設備配置時，系統將檢查被管理網元是否能提供此類配置，與其他配置是否沖突，是否有足夠權限等。如有差錯，將及時向操作人員報告，并生產日志。

c.配置數據一致性檢查。檢查網管系統中保存的配置數據是否與網元中的實際數據一致。

d.網絡和設備配置信息的瀏覽、查詢和打印功能。

⑤ 安全管理功能。其主要包括以下內容：

a.操作權限劃分。能按系統功能和管理范圍細分操作權限。

b.用戶管理。用戶管理包括用戶信息的創建、修改于刪除，用戶密碼分配，用戶授權，用戶登錄鑒權和用戶操作鑒權。

c.日志管理。日志管理可提供日志管理功能，用于記錄、顯示查詢操作人員的登錄信息和操作信息。

（2）BITS 網管功能

①數據管理。網管數據管理的內容如下：

a.局位數據。確定當前局位置，實現局位的增加、刪除、修改操作。

b.系統工作參數。對整機的系統工作方式等運行參數、系統時間等進行設定和管理。

c.單板參數。設定當前局各個單板的運行參數。

d.輸入源工作參數。設定當前局各種參考源的優先級別、源可用性、源的狀態和源可用性判斷依據等。

e.輸出信號。設定當前局所有輸出板的輸出信號類型等。

f.版本信號。查詢當前終端軟件版本號等。

g.數據加載。加載各種系統配置數據。

h.用戶權限設置，設定每個維護人員的用戶名稱、用戶權限和密碼。

②監視控制

a.單板監控。監視設備每一單板的實時運行狀態，對每塊單板的各種運行狀態進行查詢、設定和控制。

b.聲光告警。對設備的各種運行異常實現聲光報警，查詢當前告警狀態，并可對設備運行告警歷史事件記錄和觀察。

c.時鐘板工作監控。對設備的核心部件時鐘板的運行狀態進行實時監測，對其運行狀態進行控制。

d.輸入參考源板監控。對設備的所有參考源的可用性能進行優先排序，并對設備運行狀態進行實時監測，協助維護操作人員對設備的參考源進行全面的管理。

e.輸出信號監視。對設備的所有時鐘信號輸出的狀態進行檢測與控制。

5 系統接口

傳輸系統在各車站需要電源系統提供220V 交流電一路。接口參數如下：

接口類型：220V 交流電。

線纜：RYY3X1.0 mm 2 黑色；接地 電纜：BY1X10mm2，黃綠色。

接口數量：各車站分別一根。

接口界面：電源接口界面在通信機房電源設備輸出端，接地接口界面在通信機房地線盤。

6 結束語

為緩解與城市發展相伴出現的地面交通壓力,我國軌道交通發展已經開始進入蓬勃發展的黃金時期。乘客對乘坐地鐵時享受移動通信服務的要求在不斷的提升。地鐵民用通信分布系統主要為滿足這一需要而建立。其主要功能是在地鐵線路的地下空間內實現民用移動通信網絡的覆蓋，讓乘客享受與地面一樣的移動通信服務。為了更好的建設民用通信系統，需要更詳細的了解其基本原理及功能。

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