某軌道交通上層網傳輸系統擴容設計方案

秦祥

【摘要】為滿足某市軌道交通線網指揮中心系統項目建設需要，針對通信專業既有上層網傳輸系統進行升級擴容，為本項目新增業務提供穩定、可靠、冗余的傳輸通道，同時為后續新建線路的各項業務接入提供充足的接口和帶寬。

【關鍵詞】軌道交通 傳輸系統 擴容

1引言

上層網傳輸系統作為線網指揮中心系統的基礎網絡，是線網指揮中心系統的重要子系統。

該市軌道交通上層網傳輸系統為線網數據處理及應用系統、線網調度電話系統、線網視頻監視系統、PIS、ISCS、電話計費系統等專業和業務提供可靠、冗余、靈活的傳輸通道。

2系統構成

根據該市軌道交通上層傳輸網規劃，共設置A、B、C、D共4個區域控制中心。既有4個中心已分別設置了10Gb/s的傳輸節點設備，本工程上層網傳輸系統對上述4個中心既有節點進行擴容升級。根據業務需求共采購6套N7024CF設備，分別設置在各區域控制中心的上層網傳輸系統設備機房：A、B各控制2套中心設置，C、D各控制1套中心設置。

2.1既有上層網傳輸系統現狀

原上層網傳輸系統利用通信主干光纜連接四個區域控制中心組成光纖自愈環，該自愈環由兩個獨立的反向光纖環構成，如圖1。

圖1 上層網傳輸系統擴容前

N42E節點機箱

N42E節點機箱（圖2）帶有2個電源模塊（冗余）和1個BONA10G-X3-ETX公共邏輯卡。兩個熱插拔光收發器模塊插在每塊BORA10G-X3M公共邏輯卡上。N42E節點有八個通用接口插槽，可在任何混合接口的模塊中使用。接口卡插槽與BONA（寬帶光環適配器即中央控制器）卡之間的通信是利用節點背板通過星型結構來實現的。每個接口卡都有唯一的通道與BONA卡直接相連。

圖2 N42E節點機箱

N7024CF節點機箱

N7024CF（圖3）采用2U高的機箱，電源模塊為1+1冗余配置，支持熱插拔，支持AC交流和DC直流電源混合供電。節點箱外形小巧，支持從前面板操作所有重要部件，如可熱插拔的電源、風扇單元和管理端口。另外，可通過顯示屏和LED指示燈提供系統的快速診斷功能。

N7024CF支持與N42E和N415節點混合組網，N7024CF節點機箱帶有2個熱插拔10G光模塊，配置24個以太網接口，可配置為10/100/1000M自適應以太網電接口或1000M以太網光接口。

圖3 N70CF節點機箱

2.2既有上層網傳輸系統業務帶寬及端口使用情況

既有上層網傳輸系統承載時鐘、公務電話、門禁、票務、ISCS等系統業務，既有業務帶寬使用情況如表1，既有業務端口使用情況如表2。

表1既有業務帶寬使用情況

表2既有業務端口使用情況

2.3擴容方案

基于上層網傳輸系統現狀，為滿足新增業務需要，擴容方案在A、B控制中心分別增設一套N7024CF設備，與既有上層網傳輸設備進行光纖跳接和業務割接從而組成上層傳輸甲網，將剩余的4套N7024CF分別設置在四個控制中心組成上層傳輸乙網，在C控制中心新設上層傳輸乙網OMS網管系統并設置網管操作終端，將甲網OMS網管操作終端由A控制中心網管室遷至C控制中心網管室，形成統一管理的上層網傳輸系統的甲、乙網架構（圖4）。

圖4擴容方案的甲、乙網絡架構

擴容后的上層網傳輸系統新增線網指揮中心相關業務。為了避免或者減小系統擴容以及新增業務調試過程中對既有正常運營業務造成的影響，傳輸系統在新設的乙網為各新增業務設置主用傳輸通道，在承載既有業務的甲網為各新增業務設置備用傳輸通道。擴容方案的業務帶寬使用情況如表3，擴容方案的業務端口使用情況如表4。

表3擴容方案的業務帶寬使用情況

表4擴容方案的業務端口使用情況

3系統工作方式

3.1系統保護工作方式

本擴容方案的上層網傳輸系統利用并行光纖形成的雙環結構為環內每一節點的控制計算方法提供了唯一的“熱備份”或自愈能力。在出現故障時，由于光纖傳輸路徑自動重新配置，系統仍然工作。由于輸入光信號或同步丟失而造成的所有故障可由節點立刻檢測出來。

所有節點均可在故障（或光纖斷裂、或節點機退出服務等）發生后決定將信號傳輸倒換到另一環上。此機制保證所有節點的業務倒換到另一環上，或是它們中的兩個同時環回。每個節點基于其本身的狀態和從其它節點（僅從這些節點）接收的信息來判斷，以獨立地進行重新配置。

不管是否有網管，或者網管是否在激活狀態，上述為對系統進行保護和恢復的環重組過程，都不會受到影響。然而，網絡管理系統（OMS）將被告知有故障產生，并在OMS的網絡拓撲圖形界面上，由不同的顏色表示故障的點或段（通常以紅色表示故障段或點，以綠色表示正常）。

上層網傳輸系統以光纖為傳輸介質，連接四個區域控制中心的傳輸節點機箱組成環網，各區域控制中心的節點機箱提供南、北光方向形成雙光路保護自愈保護環，保障業務的可靠通信。

保護倒換準則：

a.信號丟失（LOS）

b.幀丟失（LOF）

c.告警指示信號（AIS）

d.超過門限的誤碼缺陷及信心劣化（SD）

如果工作環出現故障，上層網傳輸系統將檢測到這個故障，此時系統自動將信號完全倒換到保護環上。

如果節點失效，網絡保護倒換將在鄰近節點創建一個環回，將業務倒換到另外一個環上。在這種情況下，除了失效節點外，整個網絡都能正常工作。傳輸網絡利用這種方式來避免網絡中的單一節點失效。如果多個節點同時失效，那么傳輸網絡保護倒換會盡最大努力來最大限度地保護傳輸網絡的業務。

網絡自愈功能是利用上層網傳輸系統同心雙環的結構（圖5）完成的，不需要主動設定，也無需任何與系統相連的網管系統來建立這種保護機制。在這種方式下，重新配置環所需知道的只是獨立駐留在網絡中每個節點的信息。

圖5簡化的同心雙環設計

本系統自愈環保護倒換恢復時間小于50ms。

切換保護的時間是非常短暫的，系統在出現上述列舉的故障后，在50ms內即可識別故障并完成切換（注：這時間是指業務端口之間的故障判斷和切換，而不是光端口之間的故障判斷和切換）。切換不會影響任何業務通訊。對于CCTV圖像、電話通信、以太網等的實時業務而言，切換過程將不會中斷正常通訊，都能在50ms內實現業務倒換，甚至沒有感覺到已經產生過一個自愈和恢復的過程。

在故障發生和保護倒換自動動作的情況下，網絡的新的狀態將報告給OMS網絡管理系統，并且新的網絡拓樸結構邏輯圖將以圖形化的方式反映在OMS網管上。另外，導致保護倒換的故障將在OMS中形成一個告警報告。

4本擴容方案的優點

鑒于既有上層網72芯主干光纜的光纖資源相對充足，利用2芯光纖新建上層傳輸乙網，同時在甲網的A和B節點各增加一個節點箱的甲、乙網方案，相比直接在既有上層網傳輸系統中增加節點箱進行擴容的方案，本工程甲、乙網的擴容方案有以下優點：

1）上層網傳輸系統的帶寬容量翻倍。

本擴容方案組建了該市軌道交通上層網傳輸系統的甲、乙網絡架構，兩個傳輸網絡各提供10Gbps帶寬，使得上層網傳輸系統獲得20Gbps的總帶寬容量，為后續線路業務接入預留了充足的帶寬和端口。

2）傳輸網絡的安全性、可靠性更高。

本擴容方案中的上層傳輸甲、乙網完全獨立，核心業務的主備通道可以分別分配至甲、乙傳輸網絡互為備份，當一個網絡的傳輸功能完全失效，另一個傳輸網絡也可以確保核心業務的正常通信，加上傳輸系統自身的環網保護和自愈特性使整個上層網傳輸系統的安全可靠性更高。

3）減小實施過程對既有上層網傳輸業務的影響。

本擴容方案在實施階段，不需要對既有上層網傳輸業務進行調整，避免了對既有運營業務造成的未知風險。而且甲網的擴容僅需要在A、B控制中心增加設備，相比在四個區域中心都進行擴容和割接，極大的降低了實施的難度，同時也極大的減小了對既有上層網的傳輸業務的影響。

4）新增業務的各專業測試更加方便，提高了測試效率避。

本方案將線網指揮中心系統新增業務的主備通道分別設置在甲、乙網絡，各專業在測試階段使用傳輸乙網進行調試和測試，不僅避免了對承載既有傳輸業務的甲網所造成的影響，而且因為不會對既有業務造成影響，減少了各專業測試請點的流程，極大的提高了各專業測試的效率，有效的保證了項目的執行進度。

5結語

上層網傳輸系統是線網指揮中心系統的基礎網絡系統，是該市軌道交通的骨干系統，為各專業業務信息提供了透明的傳輸通道，是為各業務系統提供數據、圖像等傳輸方式的綜合通信網。本設計方案，利用新增傳輸乙網的方式從而達到擴容現有上層網傳輸系統的目的，最大程度減小對既有運營業務影響的同時，不僅為線網指揮中心系統新增業務提供更加可靠的傳輸通道，而且為后續整個線網軌道交通規劃的新增業務提供充足的網絡帶寬。