城市軌道交通傳輸系統方案研究

尹文

【摘要】 目前城市軌道交通通信系統的傳輸網，主要采用MSTP、RPR、OTN三種方式。對這3種傳輸組網技術進行分析比較，認為MSTP+RPR組網方案可作為城市軌道交通通信傳輸網絡的優選方案。

【關鍵詞】 城市軌道交通 多業務傳輸平臺 彈性分組環 開放式傳輸網絡

一、引言

隨著通信網絡及計算機的技術發展日新月異。新技術、新系統、新的解決方案的不斷涌現，為城市軌道交通通信傳輸網絡的組網方案提供了豐富的解決方案。

傳輸網絡是城市軌道交通通信系統中最重要的子系統。城市軌道交通通信系統傳輸網絡傳送的信息主要有：專用電話（含各種調度電話、站間行車電話），無線通信，公務通信，有線廣播，閉路電視監控，時鐘，電力監控（SCADA），自動售檢票信息（AFC）， 列車自動監控信息（ATS），火災自動報警（FAS），機電設備監控（BAS） 計算機辦公網絡（OA），以及其他運營管理數據或信息。其中絕大部分信息與行車和運營相關。因此，一般在設計過程中著重對傳輸網絡進行方案比選，以確保整個通信系統的可靠、成熟、先進和經濟合理。

二、方案研究

當前國內外城市軌道交通通信系統傳輸網絡的主要有MSTP（多業務傳輸平臺）、RPR（彈性分組環）和OTN 3種技術，下面對其進行分析。

2.1 MSTP技術

MSTP（多業務傳輸平臺）技術源于SDH，經過近幾年的發展，已經囊括PDH、SDH、POS、以太網、ATM、RPR、SHDSL、DDN等技術于一體，它可通過多業務匯聚方式實現業務的綜合傳送，通過自身對多類型業務的適配性實現業務的接入和處理，非常適應多業務和多種技術相融合的應用場合。MSTP傳輸平臺是光傳輸網絡發展的里程碑，在固化原有基于TDM傳送的PDH/SDH功能的同時，增加了EoS（Ethernet over SDH）、AoS（ATM over SDH）二大核心處理功能，實現同一平臺網絡節點和技術的融合。

從業務的發展現狀和MSTP技術在網上的應用情況來看，在MSTP傳送技術中，POS技術可為IP互連提供更可靠、更高效的通道連接；ATM技術可實現基于ATM的DSLAM共享匯聚；PDH、SDH接入功能可高效處理大量的TDM業務；高速以太網互連技術可實現各種數據設備之間的可靠連接。隨著數據業務的開展，

MSTP技術在發揮傳送功能方面，繼承了SDH穩定、可靠的特性，并融合了數據網靈活、多樣的業務處理能力，可大量應用于專線、以太網接入、DDN專線等業務的接入，可在多業務方面發揮越來越重要的作用。MSTP采用多種適配容器（VC-12/3/4）和以EoS方式，對以太業務進行封裝，可有效避免封裝的效率問題；另外，采用L2S、LCAS、CAR、LPT、多徑傳輸等技術，保證可靠地傳輸。

技術的發展，使MSTP可接入各種級別的SDH業務及 ATM/IP業務，實現了多業務同平臺傳輸；易于實現傳輸網絡的業務調度和帶寬管理，可應用于各種層次的網絡。表1是MSTP的主要接口類型。

基于SDH的第三代MSTP已經商用化。從目前公用網和專用網的業務使用情況看，近期TDM業務仍占相當份額，數據業務正不斷增加。在步入能保證服務質量（QoS）的可控制、可管理的純IP寬帶傳輸網之前，密切關注以SDH為基礎的多業務平臺組網技術的使用和發展，應該是一種穩妥的、可持續發展的策略。

MSTP技術的不足之處，是雖然能提供各種以太網接口及L2功能，但本質上仍是基于TDM的技術，不能動態分配信道帶寬，不太適合具有突發業務特點的數據業務。因此MSTP技術的市場定位應該是以TDM業務為主、以數據業務為輔。

2.2 RPR技術

為使網絡有一個基于分組交換的網絡結構，而且能將SDH的恢復能力和有保證的性能與以太網對數據的友好特性結合起來，RPR（彈性分組環）就在這種背景下應運而生。RPR綜合了SDH、以太網、MPLS、ATM、WDM等協議和技術的優點，為數據業務提供了一種優化的解決方案。RPR組網方案可以保證語音、數據、視頻等業務在統一的平臺上傳輸。

不同于基于SDH技術的MSTP，RPR是為基于在2個（或更多個）反方向的環上傳輸分組數據而優化的一種二層技術。RPR的核心基礎是以太網技術，其處理的基本數據單元是分組數據包。RPR利用2根光纖連接而成的雙環結構（內環和外環），內環和外環上的信號傳送方向相反。每臺RPR節點設備都擁有一個MAC地址，同時擁有環中所有節點的網絡拓撲表，網絡建立初始通過拓撲發現協議建立拓撲表。

RPR的帶寬效率高，傳統的SONET網絡需要環帶寬的50%作為冗余，RPR仍然保持類似于SDH中APS的保護機制，利用2個反向旋轉的環來控制數據業務量。RPR允許數據業務流在源節點和目的節點之間的環上傳輸，以此來實現空間的重新利用。目的節點從環中剝離數據分組，當一個分組從環中被剝離出來的時候，它就不再占用環的帶寬，而是釋放下游段供其他分組使用。

RPR有先進的保護機制，其目的是提供50ms的業務保護，這與SDH的ASP相類似。目前正在研究采用業務環回或者繞開的方法來避免發生的故障。采用環回法時，和故障鄰近的節點會把一個環上的業務環回到另一個環上（比如把內環上的業務環回到外環上），這種方法使數據流在經過很長一段路徑到達目的節點時，都會保持連通性。繞開法，實際上是讓數據流掉轉方向，通過一段路徑后到達目的節點。當故障發生在節點旁邊時，可以將這2種方法結合使用，先環回，方便的時候再繞開。

彈性分組環聯盟的創建，推動并加速了IEEE802-17標準的制定和技術發展。其成員包括了網絡與通信領域的一百多家公司，如3 Com、Cisco、Nortel Networks和Luminous Networks等，我國的華為公司和中興公司都是該組織的成員。隨著國際上標準化工作取得重要進展，越來越多的國內外設備廠商開始提供RPR產品。現在RPR技術在較大程度上得到了市場認可，各個大設備制造商的產品已經面世。由于RPR技術適應了業務需求的變化，因此不斷得到商用。在我國，中國網通已經從2001年開始在南方城市部署RPR設備，中國電信也從2003年開始在各類IP城域網中采用RPR技術，并制定了《在寬帶IP城域網中應用彈性分組環技術的技術指導意見》。

RPR技術的不足之處，是RPR產生的背景是為數據業務提供解決方案，對TDM業務的支持能力不可能達到SDH（或MSTP）技術的水平，因此RPR技術的市場定位應該是以數據業務為主、以TDM業務為輔。

2.3 OTN技術

OTN（開放式傳輸網絡）是由德國西門子公司開發并在全球專業網投入使用的光纖傳輸技術。它仍然采用了時分復用技術，屬于同步傳輸體系，但其幀結構與傳統的SDH不同，幀的長度為31.25μs，幀速為32000幀/s。 OTN網絡的每一幀被劃分為384個比特組（相當于384個時隙），每個比特組中的比特數分別為3、12、48及192，從而決定了各級OTN網絡設備的傳輸帶寬36 Mb/s、150 Mb/s、600 Mb/s和2500 Mb/s。

OTN傳輸技術的主要業務，是快速和高質量地進行音頻、中低速數據、E1、10M/100M以太網、視頻（M-JPEG、MPEG-2/4、H.264）及寬帶廣播（15KHz）信號傳輸；主要特點，由于采用了一次復用機制，在占用較少開銷比特數（不到2%）的情況下，綜合不同的網絡傳輸協議，集成多種用戶接口，一體化的實現低速和高速信息的接入和傳輸。該傳輸網絡的自愈能力強，網絡管理機可在網絡中任何一個節點接入，對全網進行管理；能夠通過軟件實現帶寬分配，對于視頻信道的傳輸可以做到按信道切換。其主要不足，是OTN傳輸技術是獨家產品，技術支持受限。

近年來，OTN系統在OTN-2500 Mb/s 設備上開發了622Mb/s光收發模塊，能與SDH/MSTP相連，因此目前OTN網絡設備與標準通用傳輸設備的互連、互通技術有了新的進展和提高，接口瓶頸取得了突破，OTN系統的發展動向值得進一步關注。

2.4 技術比較

MSTP 、RPR 、OTN 3種制式的主要技術比較，如表2所示。

3種傳輸技術各有優缺，都可以滿足城市軌道交通對傳輸網絡業務的部分需要，并且在一定的時期內也是適用的。但根據當前地鐵通信業務的需求及發展，尤其是視頻的數字化，及綜合監控和乘客咨詢系統的出現，地鐵通信業務的需求出現了以太網化、數字化、寬帶化的趨勢。所以在軌道交通傳輸系統設備選型時，不但要考慮自身特點，還要很好地把傳輸技術的發展趨勢同軌道交通通信自身業務的特點結合起來統一考慮，其目的是建設一個高可靠、可發展、多業務的綜合傳輸網絡平臺，以滿足軌道交通運營管理初期、近期和遠期的發展需求。

三、結語

綜上所述，建議在城市軌道交通中采用MSTP+RPR的混合組網方案作為優先方案。MSTP同時具有承載傳統TDM業務和數據業務的綜合能力，但承載數據業務的能力一般，特別是不能動態分配信道帶寬、不太適合具有突發業務特點的數據業務；RPR也同時具有承載傳統TDM業務、數據業務和視頻業務的綜合能力，但承載傳統TDM業務的能力一般。而MSTP技術和RPR技術之間具有很強的互補性，首先MSTP技術成熟而且成本較低，其次RPR技術也已成熟且成本越來越低，再次傳統的TDM業務（包括對外出租電路業務）仍然在大量使用，同時各種數據業務和視頻業務正處于迅猛發展的勢頭。為了更好地融合語音、數據和視頻三種業務的需求，并在城市軌道交通中提供高可靠性、高品質的業務承載平臺，所以推薦采用MSTP和RPR技術，即MSTP+RPR。MSTP以承載傳統的TDM業務以及部分非突發性的數據業務，RPR以承載數據和視頻業務為主，并可以為綜合監控和乘客咨詢系統提供通道，節省投資，2種技術互相備用、互相補充。MSTP和RPR兩種技術同時采用，既地解決了語音業務又解決了數據和視頻業務，大大提高了整個傳輸網絡的可靠性，不失為一種較全面的解決方案。

參考文獻

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