城市軌道交通通信傳輸制式對比分析

李舜康

摘要：一直以來，在地鐵的中樞系統中，地鐵通信傳輸系統是最為重要的組成部分。近年來，越來越多的學者開始致力于研究地鐵通信傳輸系統，文章主要研究OTN、PTN和MSTP等在內的通信傳輸系統，通過對比不同通信傳輸系統的優點與缺點，最終選擇出合適的地鐵通信傳輸系統，并對地鐵傳輸系統的選擇提出了一系列的建議。關鍵詞：地鐵通信傳輸系統；開放式傳輸網絡；多業務傳輸平臺；分組傳送網

傳輸系統是城市軌道交通通信系統中的骨干子系統，是通信系統傳送語音、數據、圖像等各種信息的主要工具。目前，文章通過研究國內常用的地鐵通信系統，再結合通信行業當前重點傳輸技術，分析不同技術之間的優缺點，最終尋求適合城市軌道交通通信系統建設需求的傳輸技術。

1 目前主流傳輸技術

1.1 OTN

OTN（開放式傳輸網絡Open Transport Network）是一種基于光纖技術的綜合多業務傳輸系統，該系統借助于雙環路的方式為人們提供多種不同類型的服務，與其他的傳輸系統相比，OTN具有較高的網絡可靠性，由此，它能滿足軌道交通中各類任務的傳輸需求，最為常見的傳輸需求包括LAN、語音和數據等在內的需求。

OTN原為德國西門子公司針對專網開發的產品，目前有兩個版本：OTN 150/600/2500系列和OTN-X3M-622（STM4）/2500（STM-16）/10G（STM-64）系列，滿足不同環境的業務應用需求，OTN版本之間可平滑升級，目前應用的主要為OTNX3M系列。截至目前，OTN網絡體系結構主要由四部分組成，分別是：（1）OTN節點機；（2）網絡管理系統；（3）系統接入的接口模塊；（4）光纖主干網，光纖主干網在地鐵或輕軌正線區段沿左右線各敷設一條光纜，OTN節點機主要借助雙方向點對點的方式來連接出兩個不同的環，其一為主環，其二為副環，以上這兩個環的傳輸方向是相反的，它們是通過光纖連接方式來互相連接的。一般而言，在普通的情況下，主環可傳輸連接設備之間的全部數據，此時，副環一直處于備用的狀態，并監視著主環的傳輸過程，只有在特殊的情況下，副環才會在斷點處與主環發生閉合，從而負責傳輸全部的數據。

近年來，OTN節點機主要由兩大結構組成，分別是：（1）公用模塊；（2）標準接口模塊插槽，事實上，OTN的所有插槽和接口卡的尺寸都是統一的，任何接口卡都可插入任意槽里。所有的用戶設備都可通過接口卡來連接OTN系統，其中，接口卡主要負責轉換數字信號與信息。

OTN提供廣泛的、標準的接口模塊。用于各種不同的應用場合，從而省去了各種各樣的轉換、編解碼或PCM傳輸設備。

隨著目前用戶需求的改變，OTN也發展出支持IP交換設備的設備，保留了架構簡單，易于網管的特性，但更適應IP數據的傳輸。

1.2 MSTP

所謂MSTP，其實是多業務傳送平臺的英文縮寫，它指的是基于SDH的多業務傳送平臺。近年來，由于傳統的SDH技術只能支持電路交換和接入，該項技術往往只能傳送TDM的業務，而無法傳送帶寬頻繁變化的分組業務，基于此，為了解決這一問題，越來越多的專家開始致力于對8DH技術的研究，目前，有的學者提出可通過增加對數據業務的支持來完善SDH技術，尤其是對以太網業務的支持已經成為當前人們急需解決的一大難題。在以上這種背景下，基于SDH的多業務傳送平臺就被人們提了出來，該平臺也被人們稱為MSTP，與其他的傳輸平臺不同，MSTP進一步改進了傳統的SDH設備，它可以成功地接入多種不同的協議，同時也能夠為人們提供不同顆粒的業務。

MSTP其最大特點體現在對以太網業務的處理上。MSTP的發展，可以分為以下四個階段：

（1）第一代MSTP：第一代MSTP增加以下功能：點到點以太網通路；支持PPP映射；ATM VP環。

第一代MSTP提供了許多IP數據接口，保證了許多基于IP的數據業務可以在一個骨干傳輸網絡平臺上傳輸。但其缺點也非常明顯：帶寬消耗非常嚴重；映射成本昂貴、性能低；數據業務配置過程復雜。

（2）第二代MSTP（基于二層交換）：為了解決支持IP數據業務的問題，在技術上做了改進，加進了IP技術的部件和技術標準，可以支持以下標準：802.3MAC交換。支持X86/GFP、虛級聯、LCAS

MSTP（第二代）有如下技術缺點：支持數據業務成本昂貴；數據帶寬消耗仍比較嚴重；支持802.3情況下，不能支持端到端的QoS保證；沒有解決數據傳輸擁塞問題。

（3）第三代MSTP（含RPR功能的MSTP）：在此階段，RPR處理功能已融入MSTP，可以實現以太網帶寬的統計復用、公平的帶寬分配、更加嚴格的QOS以及更加安全的用戶隔離功能。因此，MSTP可借助于RPR功能來妥善地解決好數據業務傳輸與話音兩者之間的沖突，也就是說，該傳送平臺可借助于原先的SDH技術來傳輸TDM業務，此外，MSTP可借助于RPR技術來更為高效地傳輸不同的數據業務。

目前，在MSTP上實現RPR功能，主要采用內嵌式RPR，換句話來說，不同的廠家可借助于現有的設備來開發出適合自身發展的RPR板卡，從而實現自己設備對RPR環的兼容。

目前該種技術的產品雖然已有多個廠家生產，但在實際規模應用案例比較少，技術指標在實際應用的實現程度有待考證。

（4）第四代MSTP：第4代MSTP的特別之處在于它引進了ASON這一功能，此外，MEF UNI也開設出能夠自由傳送ASTN的控制臺，從而輕松地發現網絡的拓撲結構，實現全網帶寬動態的分配。

MSTP設備處在不斷的發展過程中，隨著各種新的傳輸技術的出現，都有可能結合到MSTP中，而使MSTP的功能更為完善。

MSTP主要用戶為電信網絡客戶，無專門針對專網特點研發的產品。隨著電信網絡更新需求，目前MSTP基本停止發展，廠家更傾向于發展PTN設備。

1.3 PTN

PTN（分組傳送網，Packet Transport Network）是指可以在WAN/MAN范圍內支持以分組業務為主的客戶層網絡的傳送服務層網絡，支持傳輸資源的統計復用及操作、管理和維護；具有電信級以太網業務的傳輸方式，是以太網擴展技術與傳送技術的復雜結合體。值得注意的是，PTN還在底層光傳輸介質與IP業務這兩者之間開設了一個單獨的層面，該層面的設計除了考慮到分組業務流量的突發性外，還兼顧到統計復用傳送的實際需求，將分組業務作為傳送的核心，同時繼承了光傳輸的原有優勢，因此，PTN具有高安全性、高可用性和可擴展等多種特點。從標準層面的角度來看，隨著科學技術的不斷發展，PTN技術已經朝著標準化的方向發展，借助于國內的CCSA和國際的ITU-T等的幫助，當前PTN的標準已經趨向于充實，并逐漸地朝著規模應用的方向發展。

綜上所述，從實現的方案來說，在當前的網絡技術背景下，筆者可將PTN分為2類，其一為以太網增強技術，其二為傳輸技術結合的MPLS，其中，PBB-TE為以太網增強技術的典型代表，而T-MPLS為MPLS的典型代表。與此同時，電信級以太網作為分組傳送的另一個演進方向也在逐漸地完善。與其他類型相比，電信級以太網是一種成本較低的改良方法，然而，與PTN相比，CE需要在全網端到端的安全可靠性等方面進行進一步的完善與改進。

事實上，可將PTN視為OAM增強版與2層數據技術這兩者的結合體，從實現的技術層面來說，目前，市場上兩大主流技術分別為PBT與T-MPLS，而這2項技術都只是SDH的替代品，值得注意的是，以上這2項技術并非是IP/MPLS的競爭者。PBT和T MPLS技術的網絡原理大致相似，兩者都是基于雙向點對點的連接，它們能夠實現中心的管理，在50ms內可實現保護的倒換。

分組化是光傳送網發展的必然方向，目前，我國的通信業正處于網絡技術的關鍵轉型期，近年來，通信行業正在積極地研究相關的技術，并致力于跟進相關產業的發展趨勢，作為分組傳送網的典型技術，PBT和T-MPLS正面臨著產品成熟度、標準和應用模式等多種不同的問題。

2 軌道交通傳輸系統技術分析對比

2.1 軌道交通傳輸系統需求分析

目前，軌道交通傳輸系統是一種專網傳輸系統，對于傳輸系統有自身的要求及應用特點。軌道交通通信系統是多個專業組成的復雜系統，傳輸系統作為其中的基礎平臺，它需要滿足不同專業的基本要求，這也是軌道交通傳輸與其他系統之間的本質區別。

（1）業務種類非常繁多，傳輸系統需要滿足多專業接入。如：公務電話、專用電話、無線、時鐘、廣播、視頻監控、AFC、SCADA等。早期的地鐵由于技術限制，各種專業需求的接口類型各不相同，需要傳輸系統能夠提供E1、以太網、RS422、廣播音頻接口、視頻接口等。隨著技術的發展，目前很多專業都將自己的接口定義成標準的以太網接口。傳輸系統接口簡化，主要提供E1及以太網接口。

（2）業務獨立要求高。由于各個專業都是地鐵安全運營不可或缺的組成部分，各個專業的業務都需要保證帶寬，同等優先級。各個專業之間帶寬需相互獨立。

（3）以太網業務實時性要求高。傳輸系統中承載的很多業務如CCTV、PIS等視頻業務對于實時性要求高。

（4）組網條件限制。由于地鐵線路都是鏈狀運行。車站之間是通過隧道光纜連接。站間路由單一固定，因此不能像電信網組網狀網絡，為了能夠做到保護，地鐵線路的組網形式為環狀網絡。

（5）業務方向集中。地鐵站間的通信量很小，大部分業務為車站至中心或者車輛段的業務。配置時需考慮環路帶寬。

（6）系統業務穩定性高。地鐵線路開通后業務基本固定。系統擴容及業務更改很少。

綜上所述，軌道交通傳輸系統有自身的特點，這部分與電信網和其它專網有很大的不同，在設備選型需要綜合考慮。

2.2 主流傳輸技術對比

2.2.1 OTN

OTN雖然是獨家生產的系統，但是其特點非常適合城市軌道交通應用需求，產品具有優良的可靠性、穩定性、方便調試和可維護性等特點，在各個線路中有很多的應用。基于此，OTN比較適用于地鐵這種封閉的專用網絡，該系統被廣泛地應用于國內外不同的地鐵工程，在占用開銷比特數較少的情況下，我們可選擇一次復用的機制來綜合多種網絡傳輸的協議，實現高速信息一體化的輸入。近年來，OTN的產品也在一直隨著業務需求的發展而不斷更新，并且其技術一直保持著自己的優勢和特點，十分適合目前和未來的軌道交通傳輸需求。

OTN系統具有如下優點：可承載語音、IP數據、窄帶低速、視頻等多種業務的通信傳輸；可通過軟件控制，靈活地分配所需帶寬；可綜合不同的網絡協議，具有多種標準接口，接入靈活方便，實現傳輸和接入的一體化；采用時分復用技術，使環上的各業務共享傳輸介質，互不干擾；采用雙環設計網絡，具有自愈保護功能；設備集成度高、可實現集中維護管理、組網靈活、網絡易于擴充；已投入運行的OTN系統較多，工程的可靠性也被極大地認可。

然而，OTN系統還存在諸多不足的地方，OTN設備的售后服務還比購完善，兼容性不高。由于OTN設備節點機業務接口的數量有限，我們可配置多個不同的OTN節點機，此外，與其他的設備相比，OTN設備的成本比較高。

OTN設備是獨家研制生產的進口設備，內部技術標準具有特殊性，私密性；目前OTN可與其它制式網絡在線路或業務層接口互連，但無法為其它制式網絡提供光支路；OTN設備節點機業務接口的數量有限，我們需要配置多個不同的OTN節點機。

2.2.2 MSTP

MSTP（內嵌RPR）逐步在城市軌道交通中廣泛應用，根據開通線路的情況，系統的適用性和穩定性良好，對于以太網業務不斷擴大的需求可以很好地滿足，該技術在運營商網絡中已經廣泛應用，支持廠家很多，在目前和未來一段時間內，是軌道交通傳輸系統可以選擇的技術。MSTP很好地解決了SDH設備在地鐵應用中的弊端，該系統已經被廣泛地應用于軌道交通業務的承載。

MSTP具有如下幾方面的優點，依次為：選擇當前成熟的SDH保護技術；提供ATM業務接口，實現數據業務對傳輸網絡的要求；標準化程度高，廠家選擇多，SDH層互通性好。

但MSTP也存在不足：MSTP由于對于以太網業務的承載具有一定局限性，更適應透傳業務和匯聚業務，對于以太網共線業務則表現出一定的不穩定性，目前，這種技術也逐步被MSTP（內嵌RPR）和PTN等其他技術替代。

引入以太網處理模塊，該模塊極大地增加了系統的開銷；延續了SDH的缺點，系統帶寬利用率不高。

2.2.3 PTN

PTN技術已經逐步標準化，其對于數據業務的承載優勢和兼顧SDH優勢的特點，適合軌道交通的業務特點。該技術受到電信運營商的支持，在過去幾年內大規模部署，對于PTN的發展起到很多推動作用，國內PTN技術的發展已經走在了全球前列，筆者經過對PTN的詳細研究，發現其具有如下幾方面的優點，依次為：高效的組網調度能力；靈活的多業務傳送能力；系統的電信級安全性；具端到端的業務開通能力。

但由于PTN更多的特點及特性針對運營商網絡，地鐵的組網結構在一定程度上限制了PTN技術特點的發揮，PTN進入地鐵運營還需要通過一定的線路的試用，目前不具備規模應用的案例。

當前大多數情況下選擇PWE3實現對TDM業務的支持；

技術含量比較高，層面較為復雜；

研制出成熟產品的企業比較少，實際商用的不多。

綜上所述，根據地鐵傳輸系統承載業務的特點，地鐵線路層傳輸系統可以考慮的技術為OTN、MSTP（內嵌RPR）；線網層傳輸系統可以選擇OTN、MSTP（內嵌RPR）或者PTN。