传输技术在城市轨道交通中的应用万芳

传输技术在城市轨道交通中的应用

摘要：介绍了城市轨道交通传输系统承载的各种业务类型。对适合城市轨道交通的各种传输技术及在国内的应用作了比较。分析了城市轨道交通中现有通信业务的特点。单一的传输技术已很难满足轨道交通业务的快速增长,提出推荐采用MSTP(多业务传输平台)和RPR(3单性分组环)两种传输技术,以充分发挥各自的优越性,取长补短。

关键词：城市轨道交通,传输技术,通信业务 随着城市轨道交通(以下简为 城轨 )的发展,传输技术在城轨领域得到了广泛的应用。其采用的技术体制各异,如何有效地利用传输技术体制,使其能有效地与城轨的业务特点相结合,已成为城轨通信技术的关键点。

目前城轨传输系统承载的业务主要有:程控中继(G.703)、无线中继(G.703)、调度中继(G.703)、电力监控视频系统(G.703)、电视监控(802.3)、广播系统(15kHz、802.3)、时钟系统(RS422、802.3)、计算机网络(802.3)、列车自动监控系统(802.3)、自动售检票系统(802.3)、门禁系统(802.3)等。

近几年来,新业务的出现对传输带宽提出了更高的要求,如数字化视频信号、乘客信息显示系统(PIDS)等。这些业务的特点是数据量大,尤其是PIDS,存在突发性的数据,通常需要在一定的时间内完成大量的数据传输。

从以上这些业务可以看出,TDM(时分复用)业务以及以太网业务已成为城轨交通传输承载的主要业务,而且两者都占较大的比重。其中,TDM业务一直沿袭了传统的业务,主要是2M中继业务;但以太网业务增长迅猛,对传输系统的带宽要求越来越高。因而从现在城轨业务来看,如何合理地选择传输技术,充分发挥各传输技术的优势,就显得非常重要。

根据城轨业务的特点,适合城轨各种业务传输的技术主要有:基于SDH(同步数字传输序列)的多业务传输平台(MSTP)、开放式传输网络(OTN)系统、异步传输模式(ATM)以及RPR(弹性分组环)技术。

1、基于SDH的多业务传输平台MSTP

MSTP技术源于SDH,经过近几年的不断发展,已经囊括PDH(准同步数字传输)、SDH、POS(基于SDH的数据包)、以太网、ATM、RPR、SHDSL(对称高速数据用户线)、DDN(数字数据网)等技术于一体。现在的MSTP已经发展到第三代产品,能为以太网业务提供QoS(业务服务质量),能够提供多点到多点的连接、用户隔离和带宽共享等功能。

MSTP主要是通过通用成帧过程(GFP:GeneralFrameProcess)协议、VC虚级联技术以及LACS(链路容量调整机制)对以太网业务实现高效率的传输。

尽管MSTP能提供各种以太网接口以及L2(2层交换)功能,但其本质上仍是基于TDM的技术,不能动态分配信道带宽,不太适合具有 突发业务 特点的数据业务。因此,MSTP今后的主要用途仍然是提供TDM电路。其提供数据接口的功能应该说只是一种过渡措施,数据业务的解决方案应依赖基于分组交换的技术。因此,MSTP技术的市场定位应该是以TDM业务为主、以数据业务为辅。

MSTP技术在城轨中应用较多,如广州地铁的3号线、5号线。

2、OTN系统

OTN是德国Siemens公司开发并在全球专业网投入使用的光纤传输技术。它仍然采用了TDM技术,属于同步传输体系。OTN的自愈能力强,可在网络中任何一个节点接入网络管理机,对全网进行管理;能够通过软件实现带宽分配,对于视频信道的传输可以做到按信道切换。主要不足是:OTN传输技术是独家产品,技术支持受限。

近年来,OTN系统在OTN-2500Mbit/s设备上开发了视频图像接口(M-JPEG或MPEG-2),使其在轨道交通的应用较多;另外,为OTN-2500Mbit/s开发的622M光收发模块与SDH相连,使OTN设备与标准通用传输设备的互连、互通技术有了新的进展和提高,接口瓶颈取得了一定突破,未来的发展值得关注。

OTN这种独家的专用技术,使其在专用网络中应用很多,在城轨中的应用案例也很多,如广州地铁、上海地铁、深圳地铁、重庆轻轨、天津轻轨等。

3、异步传输模式(ATM)

ATM是ITU-T(国际电信联盟组织 通信)在20世纪80年代为B-ISDN(宽带综合业务数据网)定义的传输技术,是一种基于统计复用的面向接续的技术。

ATM的技术特点是能根据业务的需求分配网络带宽,使得网络带宽的利用率提高;具有严格的QoS保障,有良好的流量控制均衡能力及故障恢复能力,网络可靠性高。

ATM技术的不足之处在于:对信息传输存在一定的时延、抖动及丢包等现象;在话音通信方面,主要采用电路仿真方式;在LAN(局域网)领域由于千兆位以太网的崛起,ATM的优势不复存在;在广域网领域,ATM受到来自IP(网间互连协议)技术的竞争。总的来说,ATM已逐渐退出传输系统市场,仅运用在运营商的接入层。

ATM在城轨中也有应用案例,在北京八通线中,传输系统采用SDH和ATM两种技术,SDH用于传统的2M电路业务,ATM用于承载以太网数据以及视频图像业务。

4、RPR技术

为使网络有一个基于分组交换的网络结构,而且能将SDH的恢复能力和有保证的性能与以太网对数据的友好特性结合起来,RPR就在这种背景下应运而生。RPR综合了SDH、以太网、MPLS(多协议标签交换)、ATM、WDM(波分复用)等协议和技术的优点,为数据业务提供了一种优化的解决方案。RPR组网方案可保证语音、数据、视频等业务在统一的平台上传输。

不同于基于SDH技术的MSTP,RPR是基于在2个(或更多个)反方向的环上传输分组数据而优化的一种二层技术。RPR的核心基础是以太网技术,其处理的基本数据单元是分组数据包。

RPR的带宽效率高。传统的SONET(同步光网络)需要环带宽的50%作为冗余。RPR则不然,它仍然保持类似于SDH中APS(导换协议)的保护机制,利用两个反向旋转的环来控制数据业务量。RPR允许数据业务流在源节点和目的节点之间的环上传输,以此来实现空间的重新利用。目的节点从环中剥离数据分组,当一个分组从环中被剥离出来的时候,它就不再占用环的带宽,而是释放下游段供其它分组使用。

由于RPR是一种较新的技术,目前在国内城轨领域已有应用案例,如广州地铁公安通信传输系统一直采用RPR技术。由于RPR在支持数据及视频(图像)业务方面的优势,使其在网络及各种运营商领域运用更为广泛。

5、结语

单纯从应用来看,上述各种技术都能够应用于城轨传输,问题在于如何选择合理的传输技术。由前面的分析可知,城轨传输承载业务主要是传统的TDM业务(电话业务)和以太网业务。对以太网业务又可细分为对运营行车安全有直接影响的和没有直接影响的。对运营行车有直接影响的以太网业务有(以广州地铁为例):列车自动监控系统(2 100M共享总线),自动售检票系统(100M共享总线),门禁系统(10M共享总线),通信各系统的网管通道(10M共享总线);对于运营行车无直接影响的业务有:计算机网络(100M共享总线),电视监控(2 100M共享总线),乘客信息显示系统(2 100M共享总线)。在城轨中,对于电路交换业务来说,要求接续快、近乎零时延的传输技术最为合适。对于运营行车有直接影响的业务都要求传输系统提供的通道为独立的带宽独享的通道,因而能提供独立通道、带宽保证的传输系统是非常适合的。但对于计算机网络、乘客信息显示系统等来说,经常会出现突发性的数据。因而对于这些系统来说,能够承载突发性数据的传输系统最为合适。尽管这些系统对运营行车无直接影响,但还是为运营服务的,因而还要求传输网络时延小、网络组网灵活。

从各种传输技术及以上业务的分析来看,单一传输技术现在已很难满足轨道交通业务的快速增长,能取长补短、充分发挥各传输技术的优越性才是最合理的选择。MSTP同时具有承载传统TDM业务和数据业务的综合能力,但承载数据业务的能力一般,特别是不能动态分配信道带宽,不太适合具有 突发业务 特点的数据业务。RPR也同时具有承载传统TDM业务、数据业务和视频业务的综合能力,但承载传统TDM业务的能力一般。MSTP技术和RPR技术相互之间具有很强的互补性。从城轨业务的具体需求来看,传统的TDM业务仍然占一定的份额,且是保障列车运行、通信畅通的主要业务;同时各种数据以及视频业务正在迅猛发展,为了更好的融合语音、数据和视频(图像)业务的需要,充分发挥各种传输技术的优势,取长补短,将在未来轨道交通传输技术的应用中显得尤为重要。目前国内城轨传输采用多种技术相结合也有案例。

根据笔者的设计经验以及对传输技术的了解,建议采用MSTP+RPR方案作为城轨传输技术,即采用两种传输技术相结合。SDH承载TDM业务以及对运营行车有直接影响的、且通道要求独立的系统业务;RPR承载数据及视频(图像)业务以及计算机网络等业务。 参考文献

[1]王健全,杨万春,张杰,等.城域MSTP技术[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2]莫锦军.网络与ATM技术[M].北京:人民邮电出版社,2003.查阅：已获批28个城市的轨道交通线路规划详解图（更新中）查阅：2012年全国各省市城市轨道交通项目概览（更新中）查阅：城市轨道交通中标企业

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