SDH技術(shù)在地鐵信號系統(tǒng)傳輸網(wǎng)的應(yīng)用研究

摘要：SDH技術(shù)具有完善的光線自動保護(hù)機制，能夠滿足鐵車在高速運行的過程中網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母叨瓤捎眯浴１疚囊员本┑罔F2號線為例，從SDH技術(shù)體系入手，SDH技術(shù)在地鐵信號系統(tǒng)傳輸網(wǎng)的具體應(yīng)用，為新技術(shù)應(yīng)用解決建設(shè)需求。

關(guān)鍵詞：SDH技術(shù);地鐵信號系統(tǒng);傳輸網(wǎng)

當(dāng)前我國正處于高速發(fā)展階段，隨著人們生活水平的不斷提高，私家車數(shù)量與日攀升，越來越多的私家車占據(jù)大面積的城市空間，城市道路擁堵不堪，因此，很多城市開始大力發(fā)展城市軌道交通，開發(fā)地下空間建設(shè)交通設(shè)施。但軌道交通屬于地下空間，信號網(wǎng)絡(luò)不暢，影響通訊體驗，亟需依靠先進(jìn)的通信信號設(shè)備進(jìn)行控制和管理。采用SDH技術(shù)，在軌道交通線路延伸設(shè)計時需考慮將延伸段骨干網(wǎng)接入既有的SDH傳輸網(wǎng)，以滿足軌道交通信號方面的使用性能。

1?SDH技術(shù)體系

1.1?SDH傳送結(jié)構(gòu)

SDH信號根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化定義，分為幾個速率級別：

（1）STM-1：155.52Mbps;

（2）STM-4：622.08Mbps;

（3）STM-16：2.488Gbps;

（4）STM-64：9.953Gbps;

（5）STM-256：39.813Gbps;

因此，通常以STM-N來表示SDH線路接口。SDH之所以能夠達(dá)到同步傳送，正是因為線路接口速率統(tǒng)一、傳送的幀結(jié)構(gòu)一致。STM-N幀中，是以STM-1幀為基本的傳送單元，以乘4的關(guān)系進(jìn)行級別上升的。每個STM-1幀是一個9*270字節(jié)（byte）組成的固定格式的矩陣[1]。多個STM-1以字節(jié)間插的方式，最終組成STM-No。圖1即為SDH線路傳送的基本幀結(jié)構(gòu)：

1.2?SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

SDH體系在擁有同步傳輸帶來的一系列優(yōu)點的同時，穩(wěn)定且?guī)в腥哂嗟木W(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方式更能夠帶來可靠性和經(jīng)濟(jì)性。網(wǎng)絡(luò)的基本機構(gòu)有鏈形、星形、樹形、環(huán)形，以下主要介紹星型與環(huán)形結(jié)構(gòu)。

1.2.1?星型結(jié)構(gòu)

此種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫菍⒕W(wǎng)中一網(wǎng)元做為特殊節(jié)點與其他各網(wǎng)元節(jié)點相連，其他各網(wǎng)元節(jié)點互不相連，網(wǎng)元節(jié)點的業(yè)務(wù)都要經(jīng)過這個特殊節(jié)點轉(zhuǎn)接。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞奶攸c是可通過特殊節(jié)點來統(tǒng)一管理其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，利于分配帶寬、節(jié)約成本，但存在特殊節(jié)點的安全保障和處理能力的潛在瓶頸問題。特殊節(jié)點的作用類似交換網(wǎng)的匯接局，此種拓?fù)涠嘤糜诒镜鼐W(wǎng)接入網(wǎng)和用戶網(wǎng)。

1.2.2?環(huán)行結(jié)構(gòu)

環(huán)形拓?fù)鋵嶋H上是指將鏈形拓?fù)涫孜蚕噙B，從而使網(wǎng)上任何一個網(wǎng)兀節(jié)點都不對外開放的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问健＿@是當(dāng)前使川最多的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问剑饕且驗樗哂泻軓姷纳嫘裕醋杂δ茌^強[2]。

2?SDH技術(shù)在地鐵工程的應(yīng)用實例

2.1?工程概況

沈陽地鐵二號工程是沈陽快速軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方案中二號線的城區(qū)段，線路全長21.517km，全部為地下線路，全線設(shè)19座車站，個部為地下車站。全線最大站向距離1564m，最小站間距離716m。走向為由南向北，北起黃河北大街的松山路，沿黃河北大街向南，穿過白山立交，終點站為上深溝站。沈陽市地鐵二號線一期工程在線路南端設(shè)置渾南停車場，同時在沿線上設(shè)置2座主變電站。該地鐵工程專用通信系統(tǒng)包括：傳輸系統(tǒng)、專用無線通信系統(tǒng)、公務(wù)電話系統(tǒng)、專用電話系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、電視監(jiān)視系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、旅客向?qū)到y(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、電源系統(tǒng)。

2.2?SDH傳輸系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1?光纜線路設(shè)計

根據(jù)工程概況中描述，該工程在沈陽市區(qū)為南北向軌道交通線路。但是控制中心的位置卻在一號線西部終點十三號街。即光纜鏈路需要沿線路在上、下行隧道進(jìn)行南北向貫穿的同時，還應(yīng)從其中一個節(jié)點向西敷設(shè)至十三號街。

在二號線車站當(dāng)中，青年大街車站為一、二號線換乘車站，因此選擇該車站為光纜鏈路的交匯。即青年大街車站既為二號線線路光纜貫穿的車站，同時也將控制中心方向的光纜引入二號線沿線。

由于軌道交通線路一般均設(shè)置在城市內(nèi)部，跨市區(qū)建設(shè)的情況也僅為跨市后與外市線路接駁，因此，線路長度多不會超多80km。因此光纜方面選擇1310nm處衰減大、色散低，1550nm出衰耗小、色散大的G.652光纜。在本工程中，所敷設(shè)的4根光纜均為G.652型48芯[3]。

光纜依據(jù)傳輸系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)，將傳輸環(huán)網(wǎng)分布于上、下行光纜中，避免因光纜整根受損而?發(fā)生環(huán)網(wǎng)多點中斷的情況。

2.2.2?傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

本線路共計19座車站，即包含控制中心在內(nèi)共計21個節(jié)點，其中控制中心節(jié)點為傳輸系統(tǒng)規(guī)劃的各環(huán)路的相切點。根據(jù)軌道交通業(yè)務(wù)需求分析，軌道交通中各個系統(tǒng)均需要與控制中心進(jìn)行通信，即集中型業(yè)務(wù)。因此，可采用SNCP的保護(hù)方式。以太網(wǎng)業(yè)務(wù)使用RPR環(huán)網(wǎng)進(jìn)行承載。為使傳輸系統(tǒng)環(huán)路規(guī)模避免過大（環(huán)網(wǎng)時鐘跟蹤單方向避免超過6個節(jié)點），將網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃為2個SNCP環(huán)，以太網(wǎng)業(yè)務(wù)（除BAS系統(tǒng)）根據(jù)傳輸?shù)腟NCP環(huán)網(wǎng)涉及的車站進(jìn)行組建。

在控制中心設(shè)置GPS同步，將GPS時鐘震蕩頻率信號做為傳輸網(wǎng)的外接時鐘源，傳輸?shù)拿總€環(huán)路均跟蹤控制中心的外接時鐘源，每個環(huán)網(wǎng)的車站（停車場）節(jié)點均以最近距離的跟蹤方式進(jìn)行跟蹤。

2.2.3?設(shè)備硬件規(guī)劃

本工程選用的MSTP設(shè)備為華為的NG-SDH族的OSN（Optical?Switching?Node）系列。其中車站及停車場選用OSN3500、控制中心選用OSN7500及OSN3500。

2.2.3.1?控制中心設(shè)備硬件規(guī)劃

控制中心由OSN7500及OSN3500兩端設(shè)備組成。其中OSN7500做為連接車站的主節(jié)點，OSN3500做為控制中心的業(yè)務(wù)接口擴(kuò)展。

在OSN7500上，配置6個方向的STM-16光線路接口模塊。其中4個光線路模塊連接2個物理環(huán)網(wǎng)，另外的兩個模塊以MSP環(huán)的方式與OSN3500連接。同時，配置4個RPR處理及接口模塊，負(fù)責(zé)兩個物理環(huán)的以太網(wǎng)接入。

在0SN35OO上，配置4個方向的STM-16光線路接口模塊。其中2個光線路模塊以?MSP環(huán)網(wǎng)方式連接0SN7500，另外的兩個模塊備用預(yù)留。同時，配置4個RPR處理及接口模塊。

2.2.3.2?光纜纜芯使用規(guī)劃

根據(jù)光纜線路及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，制定光纜纜芯使用滿足如下規(guī)則：

（1）每個物理環(huán)網(wǎng)自控制中心使用上行纜逐個連接各個環(huán)上車站，使用下行纜從環(huán)路上最后一個車站返回控制中心;

（2）上行纜的所有使用的纜芯無論是成端還是熔接，均需要在下行纜設(shè)置相同使用方式的備份芯。下行纜中使用的纜芯也需在上行纜中進(jìn)行備份;

（3）需要穿過站點的纜芯需要進(jìn)行直接熔接;

線路上的所有光纜均需要在青年大街站向西引入控制中心，即在青年大街站向西在上下行隧道敷設(shè)兩根聯(lián)絡(luò)光纜，聯(lián)絡(luò)光纜中的相應(yīng)纜芯與線路上的光纜進(jìn)行跳接，以實現(xiàn)線路上的車站與中心連接。

2.2.4?以太網(wǎng)業(yè)務(wù)規(guī)劃

在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，根據(jù)需求模型將部分業(yè)務(wù)進(jìn)行了冗余備份。根據(jù)業(yè)務(wù)模型及硬件規(guī)劃，將除BAS系統(tǒng)的業(yè)務(wù)按照物理環(huán)路，每個環(huán)路配置兩個RPR環(huán)網(wǎng)（冗余業(yè)務(wù)分別承載與不同的RPR環(huán)網(wǎng)之上）。由于BAS業(yè)務(wù)需求的帶寬要求比較固定（每車站10M），為BAS系統(tǒng)設(shè)置全網(wǎng)級別邏輯RPR環(huán)網(wǎng)，同樣的，環(huán)網(wǎng)為冗余[4]。

所有分配的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)中，每個RPR中不同類別的業(yè)務(wù)均獨占一個MPLS?VPNoMPLS?VPN中，傳輸系統(tǒng)對外提供的端口為MPLSPE屬性，用于接入各個系統(tǒng)（C屬性），傳輸系統(tǒng)站建互聯(lián)使用RPR協(xié)議的端口為P屬性，用于MPLS?VPN標(biāo)簽的透傳

2.3?工程實踐

2.3.1?時隙分配

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，本工程線路上設(shè)置兩個SNCP環(huán)，同時在控制中心，OSN3500與OSN7500之間形成一個MSP環(huán)，即共計3個環(huán)網(wǎng)。3個環(huán)網(wǎng)相切于控制中心OSN7500。根據(jù)硬件規(guī)劃，所有的E1業(yè)務(wù)均承載于控制中心OSN3500上，而以太網(wǎng)業(yè)務(wù)在控制中心得兩個網(wǎng)元上均有承載。時隙分配圖將按照本工程環(huán)網(wǎng)逐個畫出，并標(biāo)記跨環(huán)業(yè)務(wù)。

2.3.2?典型站數(shù)據(jù)配置

依據(jù)時隙分配圖，逐個車站進(jìn)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)、承載環(huán)及VPN數(shù)據(jù)配置。數(shù)據(jù)配置篇幅較大，本文只采集了部分典型站的數(shù)據(jù)，如控制屮心OSN7500、控制中心OSN3500、青年大街、青年公園。其他站點均使用相同模板的數(shù)據(jù)配置腳本，只需按照時隙圖進(jìn)行相應(yīng)的時隙修改。

2.3.3?應(yīng)用效果

截止至今，系統(tǒng)已經(jīng)開通運行2年。2年之間，傳輸系統(tǒng)承載的E1業(yè)務(wù)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無中斷事故。尤其是以太網(wǎng)部分，大顆粒帶寬系統(tǒng)，如電視監(jiān)視、乘客信息等系統(tǒng)畫面播放能夠滿足前文分析的系統(tǒng)最大需求，在高負(fù)載情況下，仍能夠提供清晰的畫質(zhì)。系統(tǒng)目前最常用的為專用無線、公務(wù)電話、專用電話、閉路電視、乘客信息、BAS、AFC等系統(tǒng)。傳輸系統(tǒng)穩(wěn)定的運行為這些系統(tǒng)提供了高可用、高帶寬、不間斷的承載保證，為沈陽地鐵通信網(wǎng)打下堅實的承載基礎(chǔ)。

該線路運營初期，在信號系統(tǒng)CBTC未完成的情況下，車擱10分鐘。隨著信號系統(tǒng)CBTC逐步的完善，功能不斷的實現(xiàn)，車擱由原來的10分鐘縮短到現(xiàn)在的4分鐘。當(dāng)前的運營隨有信號系統(tǒng)準(zhǔn)CBTC的控制，但通信系統(tǒng)仍然是行調(diào)、安全等方面的控制核心之一[5]。

在指揮調(diào)度中心，運營過程中最常用的通信子系統(tǒng)為專用電話、專用無線、公務(wù)電話、閉路監(jiān)控，同時SCADA、BAS做為電調(diào)和環(huán)調(diào)的主要系統(tǒng)也經(jīng)常被使用。所有的常用系?統(tǒng)，均有傳輸系統(tǒng)進(jìn)行承載。

3?結(jié)語

目前，SDH是地鐵通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要技術(shù)手段，能夠有效保證地鐵站通信效果，但SDH現(xiàn)場配置耗時長限制了該技術(shù)的運用，易導(dǎo)致次日地鐵骨干網(wǎng)不可用現(xiàn)象，未來，在地鐵系統(tǒng)不斷優(yōu)化的過程中，仍需從技術(shù)、成本等層面提高SDH使用，實現(xiàn)技術(shù)升級。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉強.OTN技術(shù)在地鐵傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（13）：171-172.

[2]魏倩，魏文濤.SDH在廣州地鐵6號線信號系統(tǒng)傳輸網(wǎng)的應(yīng)用[J].鐵道通信信號，2016，52（02）：57-60.

[3]賈寒超.開放式傳輸網(wǎng)在地鐵電視監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].河南科技，2014（20）：92.

作者簡介：甘洪流，男，1978/12，壯，廣西扶緩，工程師，本科，自動化鐵道通信。