傳輸系統在軌道交通領域的應用及發展趨勢

張春杰 武智博

摘? 要：文章以傳輸系統為對象，論述采用雙平面網絡為組網手段，使用分組平面承載大顆粒數據業務，分組平面以IP業務為核心，在MPLS技術的基礎上引入SDH的傳輸理念并且業務通過彈性管道進行承載，線路側單光口帶寬可達40 G，相較SDH網絡有4倍的提升。使用SDH平面承載傳統E1等小顆粒業務，二者物理分離。可以有效解決傳統光網絡系統硬管道、傳送效率低、對于大顆粒業務承載差等技術難題。

關鍵詞：傳輸系統;OTN;雙平面組網

中圖分類號：TN914;U239.5? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）07-0066-03

Application and Development Trend of Transmission System in the Field of Rail Transit

ZHANG Chunjie，WU Zhibo

（Neusoft Group Co.，Ltd.，Shenyang? 110179，China）

Abstract：This paper takes the transmission system as the object，discusses the use of biplane network as the networking means，the use of packet plane to carry large granular data services，packet plane to IP services as the core，on the basis of MPLS technology，the introduction of SDH transmission concept and services through the elastic pipeline to carry out，the line side single optical port bandwidth can be up to 40 G，which is 4 times higher than SDH network. SDH plane is used to carry small particle services such as traditional E1，which are physically separated. It can effectively solve the technical problems of traditional optical network system，such as hard pipe，low transmission efficiency，and poor carrying capacity for large-scale granular services.

Keywords：transmission system;OTN;biplane networking

0? 引? 言

在軌道交通領域，專用通信系統是一個集運營指揮、企業管理、服務乘客和傳遞各種信息為一體的網絡平臺，它是一個安全可靠、可擴容、組網靈活、并能傳遞語言、文字、數據、圖像等各種信息的綜合業務數字通信網。

專用通信系統一般由傳輸系統、公務電話系統、專用電話系統、無線通信系統、視頻監視系統、廣播系統、時鐘系統、乘客信息系統、綜合布線系統、電源系統及接地系統構成，個別城市軌道交通系統可能由于其特有的組織結構有細微差異。

通信系統之所以能夠提供列車安全高效運營服務，為乘客提供高質量的出行服務以及緊急情況下能迅速轉變為供防災救援和事故處理指導。傳輸系統在軌道交通運營起著至關重要的作用，軌道通信中乘客信息系統準確快速地向乘客提供乘車信息，通告以及廣告投放、視頻監視系統在城軌調度大廳及時監視各站點視頻監控信息，站務人員使用無線手臺進行通信，以及信號、票務、綜合監控等核心系統功能實現質量的好壞，其根本仰仗的是作為通信“高速公路”的傳輸系統。

東軟集團股份有限公司致力于城市軌道交通通信系統的建設，本文作者分別在沈陽地鐵1號線、2號線、10號線專用通信系統以及9號線公安通信系統、長春地鐵1號線通信系統擔任項目經理與項目總工角色，基于傳輸系統在軌道交通領域的業務特點以及發展趨勢對項目進行產品選型以及技術路線規劃，旨在為軌道交通提供高可用、高性價比以及具備前瞻性的產品和解決方案。

1? 傳輸系統的現狀

在軌道交通專用通信中，其他子系統的信息交互通道均由傳輸系統承載，一旦傳輸系統出現中斷，毫無疑問各子系統將成為孤島。

初期的地鐵建設，由于各線路控制中心仍然以傳統SDH設備組建傳輸網，因此大部分網絡骨干匯聚層為STM-16或STM-64，專門用于傳輸E1及IP業務，并為重要業務提供保護路徑。

MSTP雖然支持以太網業務通過協議封裝和速率適配后映射到SDH的虛容器（VC）中傳輸，但是其開銷成本高、映射效率低，且不具備業務IP化所要求的統計復用、帶寬共享、靈活調度等功能，無法有效應對數據流量的突發變化，影響IP化分組業務的傳輸效率，如圖1所示。

而隨著國家第二批軌道建設的批復以及第三批軌道交通建設的規劃，各市地鐵、輕軌線路逐漸增加、成網，對業務承載的需求也更加多樣化。

由于我國大部分軌道傳輸網均為單網運行，一旦有影響列車運行的施工就必須審請施工點，中斷行車運行。隨著城軌的行車間隔逐漸縮短以及運營時間的不斷加長，維護部門申請窗口點越來越困難，時間也非常緊張。在這一段有限的時間里要實施線路調整和故障處理，現場人員的作業難度和壓力也越來越高。因此傳輸系統在軌道交通領域的應用一般側重于業務的可靠性、可維護性、網絡結構模塊化以及高帶寬多接口傳輸。

下面將主要對業務可靠性與網絡結構可擴展進行論述。

1.1? 業務可靠性

如文章開頭所述，傳輸系統是其他各子系統的高速通道，如何使這條高速通道安全可靠是首先要考慮的問題。

光數字傳輸系統分為設備級保護和網絡級保護，其中網絡級保護要求系統須具備網絡自愈保護倒換功能，即一旦檢測到符合開始倒換的條件后，保護倒換須在50 ms內完成。主、備用環路之間的切換不影響正在工作中的用戶的正常使用。完成倒換動作后向傳輸網絡管理系統報告保護倒換事件。設備級保護要求傳輸系統的設備關鍵板件（業務交叉處理、交換處理（或主控）、電源等）必須采用1+1熱備份，所有板卡均具有熱插拔功能。而無論是網絡級保護還是設備級保護均要求在前端無感知的前提下完成保護動作。

由于傳輸系統起著為所有子系統提供承載通道的特殊性，所以一般運營單位對傳輸通道的狀態、性能額外關注，這就要求傳輸系統需要具備自診斷功能，即系統可進行故障管理、性能監視、系統管理、配置管理等。

為提高系統可靠性，對網內傳輸的各種信息進行環路保護;通信系統在控制中心設置網管系統及設備，采用簡明、直觀的維護管理界面和系統安全機制，傳輸系統可通過本地管理接口和控制中心維護管理終端相連，可方便地對節點、傳輸通道進行配置和管理，監視每個傳輸節點主要模塊和用戶接口模塊的工作及運用狀態，可提供聲光報警功能和告警信號數據輸出。

另外，傳輸系統還應該具有自愈性功能，所謂自愈性就是當環路中的傳輸設備發生故障和光纜斷路時，傳輸環路須自動脫離故障設備和組成新的環路繼續工作，并發出故障報警信息，而這一系列動作無需人為操作。

1.2? 網絡結構可擴展

隨著我國人口城市化及地理空間城市化的加速，地鐵線路在建設初期的設計規劃往往要隨著城市的擴張而進行相應的延伸，使地鐵項目的建設具有線路延長建設的獨特性。而基于地鐵線路建設的特性，對傳輸系統提出了須具備網絡結構可擴展的要求以為今后的業務發展預留容量及擴展條件。傳輸網絡還能提供較好的兼容性能，可兼容并連接本網絡以外的其他網絡或系統。

1.3? 系統通道高帶寬

傳輸系統的大帶寬主要體現在傳輸網絡的高帶寬以及傳輸通道的高帶寬上，傳輸網絡由最早的2.5 G環網到現在的20 G、40 G，甚至100 G的環網的已經在國內的某些城市得到應用，而傳輸技術也由原來的SDH傳輸模式發展到現在的SDH+PTN混合組網模式，在一些骨干節點上已經有100 G OTN設備的應用。

對傳輸通道的高帶寬需求主要體現在IP業務上。例如視頻監視系統在早期均采用低分辨率的模擬攝像頭，且每個站點的攝像頭數量也相對較少，其設計意圖主要是對重點部位進行監視。而如今隨著國家對社會安全的重視，地鐵車站又具有人流密集、流動性大的特點，加上國內以“?？怠薄坝钜暋薄按笕A”為首的一批視頻設備廠商的迅猛發展，地鐵車站的攝像頭分辨率由原來的標清向高清甚至超高清過度，而視頻監視設計意圖也由原來的對重點部位進行監視轉變為無死角監視。

分辨率的提升意味著對傳輸通道帶寬需求的提升，監視意圖的轉變意味著攝像頭數量的增加，加之目前人臉識別，客流預警等AI技術的興起，更是對傳輸系統提出了更加嚴苛的要求，既要提供大帶寬，又要保證低延遲。

2? 傳輸技術在軌道交通領域的發展趨勢

傳輸技術發展路線大致可以分為三個階段，即PDH（異步傳輸）階段、SDH（同步傳輸）階段、混合組網（SDH+ PTN）階段。

PDH（異步傳輸）階段，較多地應用“小八兆”光端機，即每臺設備可以傳輸4個E1信號，它主要適用于低速率點對點的傳輸，不能環狀布局，也沒有保護倒換機制。

SDH（同步傳輸）階段，由于其具備國際統一的數字傳輸標準、豐富的開銷、靈活的業務調度能力、豐富的業務接口等優勢也被譽為光傳送網的常青樹，目前在軌道交通以及其他領域依然有應用。但是隨著IP業務越來越大以及傳統E1業務的萎縮，SDH采用RPR組網方式對IP業務的剛性承載造成了帶寬資源的浪費，例如視頻監視、乘客信息、地鐵辦公網等子系統業務瓶頸也往往出現在傳輸系統上，在這種背景下，基于SDH+PTN模式的混合組網設備孕育而生。

混合組網（SDH+PTN）階段即將傳輸網區分為SDH與PTN兩個平面，SDH平面用于承載傳統E1業務，PTN平面用于承載IP業務，例如一個40 G傳輸網絡，可以將其中2.5 G帶寬設置為SDH平面承載E1業務，將剩下的37.5 G帶寬配置為PTN平面用于承載IP業務，這樣有效解決了傳輸系統對IP業務承載的瓶頸問題。

在未來，運用在軌道交通領域的傳輸技術將向“大容量，多業務，高集成”的方向發展，而基于軌道交通的特殊性，傳統的波分設備由于對小顆粒業務傳送的劣勢導致其并不能很好地運用到軌道交通領域，要求能夠承載多業務的光傳送網，既可同時支持MPLS-TP技術、SDH技術和OTN技術，又可靈活地適應從E1到GE級別，滿足任意速率任意種類業務的接入傳輸需求。通過一種設備同時實現各種類型業務的統一交叉，提供高帶寬、組網靈活且富有彈性的光傳送管道，同時支持IEEE 1588v2時間同步，具備簡單高效、端到端的運維保障的統一傳送平臺。

對于2M業務，仍支持基于SDH平面進行承載，并采用和既有MSTP技術一致的組網模式和保護模式。對于IP業務，采用基于分組處理平面，利用MPLS-TP協議進行IP業務的處理。因此未來的傳輸系統將是一個基于多業務、多平面傳送的集中交叉業務平臺。

由于專門提供了分組處理平面，采用MPLS-TP協議進行IP業務處理。MPLS-TP基于現有的MPLS技術實現簡單高效的分組傳送，在業務可靠性方面，可提供分層、完善的業務保護方案，通過構筑兩道防線為業務提供全方位可靠性保障。第一道防線基于電信級保護提供小于50 ms的故障自愈，第二道防線提供包含光層保護、VC及ODUk保護、MPLS-TP保護的分層業務保護，確保多業務統一承載時的高可靠性。

3? 相關案例

沈陽地鐵9號線、10號線以及長春地鐵1號線均選用了基于雙平面的組網傳輸系統，為后續全國地鐵通信網建設樹立新的標桿，為各類業務提供了充足的帶寬，并支持帶寬平滑擴容，在實現網絡安全性保證的同時，具備更加智能與靈活的特性。

在這四個階段中我們也見證了朗訊、諾西、西門子、北電等一些廠商的倒下以及國產品牌華為、中興、烽火的崛起。而由于中美貿易摩擦，美國政府對中興、華為、?？档葒a廠商的制裁，網絡設備從標準到關鍵器件的完全自主化與國產化也將是未來發展的必然。

當前已經邁入智能鐵路時代，隨著5G技術的成熟，覆蓋范圍的擴大，萬物互聯，海量連接的時代即將到來。越來越多先進技術與行業需求的集成融合將加速鐵路行業的數字化、現代化以及智能化。而具備“大帶寬，多業務，高集成”傳送能力的傳輸系統可以為城軌接入業務提供高可靠、易擴展的承載能力，滿足軌道交通業務多元化的發展需求。

4? 結? 論

由于目前傳統E1業務仍然有少部分應用，通過上述技術及相關地鐵建設案例的分析，可以得出雙平面的混合組網是軌道交通通信傳輸系統較為適合的解決方案的結論，而隨著新一輪軌道交通的建設，雙平面組網方案也將被越來越多的用戶認可。

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作者簡介：張春杰（1972.01—），男，漢族，山東萊蕪人，高級工程師，軌道交通業務總監，碩士，研究方向：計算機及通信技術;武智博（1986.05—），男，漢族，遼寧沈陽人，高級職稱，資深系統工程師，本科，研究方向：軌道交通通信系統集成。