張春杰 武智博

摘? 要：文章以傳輸系統(tǒng)為對(duì)象，論述采用雙平面網(wǎng)絡(luò)為組網(wǎng)手段，使用分組平面承載大顆粒數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，分組平面以IP業(yè)務(wù)為核心，在MPLS技術(shù)的基礎(chǔ)上引入SDH的傳輸理念并且業(yè)務(wù)通過(guò)彈性管道進(jìn)行承載，線(xiàn)路側(cè)單光口帶寬可達(dá)40 G，相較SDH網(wǎng)絡(luò)有4倍的提升。使用SDH平面承載傳統(tǒng)E1等小顆粒業(yè)務(wù)，二者物理分離?？梢杂行Ы鉀Q傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬管道、傳送效率低、對(duì)于大顆粒業(yè)務(wù)承載差等技術(shù)難題。

關(guān)鍵詞：傳輸系統(tǒng);OTN;雙平面組網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN914;U239.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(lǐng)域，專(zhuān)用通信系統(tǒng)是一個(gè)集運(yùn)營(yíng)指揮、企業(yè)管理、服務(wù)乘客和傳遞各種信息為一體的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，它是一個(gè)安全可靠、可擴(kuò)容、組網(wǎng)靈活、并能傳遞語(yǔ)言、文字、數(shù)據(jù)、圖像等各種信息的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)。

專(zhuān)用通信系統(tǒng)一般由傳輸系統(tǒng)、公務(wù)電話(huà)系統(tǒng)、專(zhuān)用電話(huà)系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、綜合布線(xiàn)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)及接地系統(tǒng)構(gòu)成，個(gè)別城市軌道交通系統(tǒng)可能由于其特有的組織結(jié)構(gòu)有細(xì)微差異。

通信系統(tǒng)之所以能夠提供列車(chē)安全高效運(yùn)營(yíng)服務(wù)，為乘客提供高質(zhì)量的出行服務(wù)以及緊急情況下能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楣┓罏?zāi)救援和事故處理指導(dǎo)。傳輸系統(tǒng)在軌道交通運(yùn)營(yíng)起著至關(guān)重要的作用，軌道通信中乘客信息系統(tǒng)準(zhǔn)確快速地向乘客提供乘車(chē)信息，通告以及廣告投放、視頻監(jiān)視系統(tǒng)在城軌調(diào)度大廳及時(shí)監(jiān)視各站點(diǎn)視頻監(jiān)控信息，站務(wù)人員使用無(wú)線(xiàn)手臺(tái)進(jìn)行通信，以及信號(hào)、票務(wù)、綜合監(jiān)控等核心系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的好壞，其根本仰仗的是作為通信“高速公路”的傳輸系統(tǒng)。

東軟集團(tuán)股份有限公司致力于城市軌道交通通信系統(tǒng)的建設(shè)，本文作者分別在沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線(xiàn)、2號(hào)線(xiàn)、10號(hào)線(xiàn)專(zhuān)用通信系統(tǒng)以及9號(hào)線(xiàn)公安通信系統(tǒng)、長(zhǎng)春地鐵1號(hào)線(xiàn)通信系統(tǒng)擔(dān)任項(xiàng)目經(jīng)理與項(xiàng)目總工角色，基于傳輸系統(tǒng)在軌道交通領(lǐng)域的業(yè)務(wù)特點(diǎn)以及發(fā)展趨勢(shì)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行產(chǎn)品選型以及技術(shù)路線(xiàn)規(guī)劃，旨在為軌道交通提供高可用、高性?xún)r(jià)比以及具備前瞻性的產(chǎn)品和解決方案。

1? 傳輸系統(tǒng)的現(xiàn)狀

在軌道交通專(zhuān)用通信中，其他子系統(tǒng)的信息交互通道均由傳輸系統(tǒng)承載，一旦傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)中斷，毫無(wú)疑問(wèn)各子系統(tǒng)將成為孤島。

初期的地鐵建設(shè)，由于各線(xiàn)路控制中心仍然以傳統(tǒng)SDH設(shè)備組建傳輸網(wǎng)，因此大部分網(wǎng)絡(luò)骨干匯聚層為STM-16或STM-64，專(zhuān)門(mén)用于傳輸E1及IP業(yè)務(wù)，并為重要業(yè)務(wù)提供保護(hù)路徑。

MSTP雖然支持以太網(wǎng)業(yè)務(wù)通過(guò)協(xié)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(kāi)銷(xiāo)成本高、映射效率低，且不具備業(yè)務(wù)IP化所要求的統(tǒng)計(jì)復(fù)用、帶寬共享、靈活調(diào)度等功能，無(wú)法有效應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)流量的突發(fā)變化，影響IP化分組業(yè)務(wù)的傳輸效率，如圖1所示。

而隨著國(guó)家第二批軌道建設(shè)的批復(fù)以及第三批軌道交通建設(shè)的規(guī)劃，各市地鐵、輕軌線(xiàn)路逐漸增加、成網(wǎng)，對(duì)業(yè)務(wù)承載的需求也更加多樣化。

由于我國(guó)大部分軌道傳輸網(wǎng)均為單網(wǎng)運(yùn)行，一旦有影響列車(chē)運(yùn)行的施工就必須審請(qǐng)施工點(diǎn)，中斷行車(chē)運(yùn)行。隨著城軌的行車(chē)間隔逐漸縮短以及運(yùn)營(yíng)時(shí)間的不斷加長(zhǎng)，維護(hù)部門(mén)申請(qǐng)窗口點(diǎn)越來(lái)越困難，時(shí)間也非常緊張。在這一段有限的時(shí)間里要實(shí)施線(xiàn)路調(diào)整和故障處理，現(xiàn)場(chǎng)人員的作業(yè)難度和壓力也越來(lái)越高。因此傳輸系統(tǒng)在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用一般側(cè)重于業(yè)務(wù)的可靠性、可維護(hù)性、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模塊化以及高帶寬多接口傳輸。

下面將主要對(duì)業(yè)務(wù)可靠性與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展進(jìn)行論述。

1.1? 業(yè)務(wù)可靠性

如文章開(kāi)頭所述，傳輸系統(tǒng)是其他各子系統(tǒng)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(wèn)題。

光數(shù)字傳輸系統(tǒng)分為設(shè)備級(jí)保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)級(jí)保護(hù)，其中網(wǎng)絡(luò)級(jí)保護(hù)要求系統(tǒng)須具備網(wǎng)絡(luò)自愈保護(hù)倒換功能，即一旦檢測(cè)到符合開(kāi)始倒換的條件后，保護(hù)倒換須在50 ms內(nèi)完成。主、備用環(huán)路之間的切換不影響正在工作中的用戶(hù)的正常使用。完成倒換動(dòng)作后向傳輸網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)報(bào)告保護(hù)倒換事件。設(shè)備級(jí)保護(hù)要求傳輸系統(tǒng)的設(shè)備關(guān)鍵板件（業(yè)務(wù)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(wú)論是網(wǎng)絡(luò)級(jí)保護(hù)還是設(shè)備級(jí)保護(hù)均要求在前端無(wú)感知的前提下完成保護(hù)動(dòng)作。

由于傳輸系統(tǒng)起著為所有子系統(tǒng)提供承載通道的特殊性，所以一般運(yùn)營(yíng)單位對(duì)傳輸通道的狀態(tài)、性能額外關(guān)注，這就要求傳輸系統(tǒng)需要具備自診斷功能，即系統(tǒng)可進(jìn)行故障管理、性能監(jiān)視、系統(tǒng)管理、配置管理等。

為提高系統(tǒng)可靠性，對(duì)網(wǎng)內(nèi)傳輸?shù)母鞣N信息進(jìn)行環(huán)路保護(hù);通信系統(tǒng)在控制中心設(shè)置網(wǎng)管系統(tǒng)及設(shè)備，采用簡(jiǎn)明、直觀(guān)的維護(hù)管理界面和系統(tǒng)安全機(jī)制，傳輸系統(tǒng)可通過(guò)本地管理接口和控制中心維護(hù)管理終端相連，可方便地對(duì)節(jié)點(diǎn)、傳輸通道進(jìn)行配置和管理，監(jiān)視每個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)主要模塊和用戶(hù)接口模塊的工作及運(yùn)用狀態(tài)，可提供聲光報(bào)警功能和告警信號(hào)數(shù)據(jù)輸出。

另外，傳輸系統(tǒng)還應(yīng)該具有自愈性功能，所謂自愈性就是當(dāng)環(huán)路中的傳輸設(shè)備發(fā)生故障和光纜斷路時(shí)，傳輸環(huán)路須自動(dòng)脫離故障設(shè)備和組成新的環(huán)路繼續(xù)工作，并發(fā)出故障報(bào)警信息，而這一系列動(dòng)作無(wú)需人為操作。

1.2? 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展

隨著我國(guó)人口城市化及地理空間城市化的加速，地鐵線(xiàn)路在建設(shè)初期的設(shè)計(jì)規(guī)劃往往要隨著城市的擴(kuò)張而進(jìn)行相應(yīng)的延伸，使地鐵項(xiàng)目的建設(shè)具有線(xiàn)路延長(zhǎng)建設(shè)的獨(dú)特性。而基于地鐵線(xiàn)路建設(shè)的特性，對(duì)傳輸系統(tǒng)提出了須具備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展的要求以為今后的業(yè)務(wù)發(fā)展預(yù)留容量及擴(kuò)展條件。傳輸網(wǎng)絡(luò)還能提供較好的兼容性能，可兼容并連接本網(wǎng)絡(luò)以外的其他網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)。

1.3? 系統(tǒng)通道高帶寬

傳輸系統(tǒng)的大帶寬主要體現(xiàn)在傳輸網(wǎng)絡(luò)的高帶寬以及傳輸通道的高帶寬上，傳輸網(wǎng)絡(luò)由最早的2.5 G環(huán)網(wǎng)到現(xiàn)在的20 G、40 G，甚至100 G的環(huán)網(wǎng)的已經(jīng)在國(guó)內(nèi)的某些城市得到應(yīng)用，而傳輸技術(shù)也由原來(lái)的SDH傳輸模式發(fā)展到現(xiàn)在的SDH+PTN混合組網(wǎng)模式，在一些骨干節(jié)點(diǎn)上已經(jīng)有100 G OTN設(shè)備的應(yīng)用。

對(duì)傳輸通道的高帶寬需求主要體現(xiàn)在IP業(yè)務(wù)上。例如視頻監(jiān)視系統(tǒng)在早期均采用低分辨率的模擬攝像頭，且每個(gè)站點(diǎn)的攝像頭數(shù)量也相對(duì)較少，其設(shè)計(jì)意圖主要是對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行監(jiān)視。而如今隨著國(guó)家對(duì)社會(huì)安全的重視，地鐵車(chē)站又具有人流密集、流動(dòng)性大的特點(diǎn)，加上國(guó)內(nèi)以“?？怠薄坝钜暋薄按笕A”為首的一批視頻設(shè)備廠(chǎng)商的迅猛發(fā)展，地鐵車(chē)站的攝像頭分辨率由原來(lái)的標(biāo)清向高清甚至超高清過(guò)度，而視頻監(jiān)視設(shè)計(jì)意圖也由原來(lái)的對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行監(jiān)視轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)死角監(jiān)視。

分辨率的提升意味著對(duì)傳輸通道帶寬需求的提升，監(jiān)視意圖的轉(zhuǎn)變意味著攝像頭數(shù)量的增加，加之目前人臉識(shí)別，客流預(yù)警等AI技術(shù)的興起，更是對(duì)傳輸系統(tǒng)提出了更加嚴(yán)苛的要求，既要提供大帶寬，又要保證低延遲。

2? 傳輸技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)

傳輸技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)大致可以分為三個(gè)階段，即PDH（異步傳輸）階段、SDH（同步傳輸）階段、混合組網(wǎng)（SDH+ PTN）階段。

PDH（異步傳輸）階段，較多地應(yīng)用“小八兆”光端機(jī)，即每臺(tái)設(shè)備可以傳輸4個(gè)E1信號(hào)，它主要適用于低速率點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸，不能環(huán)狀布局，也沒(méi)有保護(hù)倒換機(jī)制。

SDH（同步傳輸）階段，由于其具備國(guó)際統(tǒng)一的數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)、豐富的開(kāi)銷(xiāo)、靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度能力、豐富的業(yè)務(wù)接口等優(yōu)勢(shì)也被譽(yù)為光傳送網(wǎng)的常青樹(shù)，目前在軌道交通以及其他領(lǐng)域依然有應(yīng)用。但是隨著IP業(yè)務(wù)越來(lái)越大以及傳統(tǒng)E1業(yè)務(wù)的萎縮，SDH采用RPR組網(wǎng)方式對(duì)IP業(yè)務(wù)的剛性承載造成了帶寬資源的浪費(fèi)，例如視頻監(jiān)視、乘客信息、地鐵辦公網(wǎng)等子系統(tǒng)業(yè)務(wù)瓶頸也往往出現(xiàn)在傳輸系統(tǒng)上，在這種背景下，基于SDH+PTN模式的混合組網(wǎng)設(shè)備孕育而生。

混合組網(wǎng)（SDH+PTN）階段即將傳輸網(wǎng)區(qū)分為SDH與PTN兩個(gè)平面，SDH平面用于承載傳統(tǒng)E1業(yè)務(wù)，PTN平面用于承載IP業(yè)務(wù)，例如一個(gè)40 G傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以將其中2.5 G帶寬設(shè)置為SDH平面承載E1業(yè)務(wù)，將剩下的37.5 G帶寬配置為PTN平面用于承載IP業(yè)務(wù)，這樣有效解決了傳輸系統(tǒng)對(duì)IP業(yè)務(wù)承載的瓶頸問(wèn)題。

在未來(lái)，運(yùn)用在軌道交通領(lǐng)域的傳輸技術(shù)將向“大容量，多業(yè)務(wù)，高集成”的方向發(fā)展，而基于軌道交通的特殊性，傳統(tǒng)的波分設(shè)備由于對(duì)小顆粒業(yè)務(wù)傳送的劣勢(shì)導(dǎo)致其并不能很好地運(yùn)用到軌道交通領(lǐng)域，要求能夠承載多業(yè)務(wù)的光傳送網(wǎng)，既可同時(shí)支持MPLS-TP技術(shù)、SDH技術(shù)和OTN技術(shù)，又可靈活地適應(yīng)從E1到GE級(jí)別，滿(mǎn)足任意速率任意種類(lèi)業(yè)務(wù)的接入傳輸需求。通過(guò)一種設(shè)備同時(shí)實(shí)現(xiàn)各種類(lèi)型業(yè)務(wù)的統(tǒng)一交叉，提供高帶寬、組網(wǎng)靈活且富有彈性的光傳送管道，同時(shí)支持IEEE 1588v2時(shí)間同步，具備簡(jiǎn)單高效、端到端的運(yùn)維保障的統(tǒng)一傳送平臺(tái)。

對(duì)于2M業(yè)務(wù)，仍支持基于SDH平面進(jìn)行承載，并采用和既有MSTP技術(shù)一致的組網(wǎng)模式和保護(hù)模式。對(duì)于IP業(yè)務(wù)，采用基于分組處理平面，利用MPLS-TP協(xié)議進(jìn)行IP業(yè)務(wù)的處理。因此未來(lái)的傳輸系統(tǒng)將是一個(gè)基于多業(yè)務(wù)、多平面?zhèn)魉偷募薪徊鏄I(yè)務(wù)平臺(tái)。

由于專(zhuān)門(mén)提供了分組處理平面，采用MPLS-TP協(xié)議進(jìn)行IP業(yè)務(wù)處理。MPLS-TP基于現(xiàn)有的MPLS技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單高效的分組傳送，在業(yè)務(wù)可靠性方面，可提供分層、完善的業(yè)務(wù)保護(hù)方案，通過(guò)構(gòu)筑兩道防線(xiàn)為業(yè)務(wù)提供全方位可靠性保障。第一道防線(xiàn)基于電信級(jí)保護(hù)提供小于50 ms的故障自愈，第二道防線(xiàn)提供包含光層保護(hù)、VC及ODUk保護(hù)、MPLS-TP保護(hù)的分層業(yè)務(wù)保護(hù)，確保多業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載時(shí)的高可靠性。

3? 相關(guān)案例

沈陽(yáng)地鐵9號(hào)線(xiàn)、10號(hào)線(xiàn)以及長(zhǎng)春地鐵1號(hào)線(xiàn)均選用了基于雙平面的組網(wǎng)傳輸系統(tǒng)，為后續(xù)全國(guó)地鐵通信網(wǎng)建設(shè)樹(shù)立新的標(biāo)桿，為各類(lèi)業(yè)務(wù)提供了充足的帶寬，并支持帶寬平滑擴(kuò)容，在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全性保證的同時(shí)，具備更加智能與靈活的特性。

在這四個(gè)階段中我們也見(jiàn)證了朗訊、諾西、西門(mén)子、北電等一些廠(chǎng)商的倒下以及國(guó)產(chǎn)品牌華為、中興、烽火的崛起。而由于中美貿(mào)易摩擦，美國(guó)政府對(duì)中興、華為、?？档葒?guó)產(chǎn)廠(chǎng)商的制裁，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從標(biāo)準(zhǔn)到關(guān)鍵器件的完全自主化與國(guó)產(chǎn)化也將是未來(lái)發(fā)展的必然。

當(dāng)前已經(jīng)邁入智能鐵路時(shí)代，隨著5G技術(shù)的成熟，覆蓋范圍的擴(kuò)大，萬(wàn)物互聯(lián)，海量連接的時(shí)代即將到來(lái)。越來(lái)越多先進(jìn)技術(shù)與行業(yè)需求的集成融合將加速鐵路行業(yè)的數(shù)字化、現(xiàn)代化以及智能化。而具備“大帶寬，多業(yè)務(wù)，高集成”傳送能力的傳輸系統(tǒng)可以為城軌接入業(yè)務(wù)提供高可靠、易擴(kuò)展的承載能力，滿(mǎn)足軌道交通業(yè)務(wù)多元化的發(fā)展需求。

4? 結(jié)? 論

由于目前傳統(tǒng)E1業(yè)務(wù)仍然有少部分應(yīng)用，通過(guò)上述技術(shù)及相關(guān)地鐵建設(shè)案例的分析，可以得出雙平面的混合組網(wǎng)是軌道交通通信傳輸系統(tǒng)較為適合的解決方案的結(jié)論，而隨著新一輪軌道交通的建設(shè)，雙平面組網(wǎng)方案也將被越來(lái)越多的用戶(hù)認(rèn)可。

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作者簡(jiǎn)介：張春杰（1972.01—），男，漢族，山東萊蕪人，高級(jí)工程師，軌道交通業(yè)務(wù)總監(jiān)，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)及通信技術(shù);武智博（1986.05—），男，漢族，遼寧沈陽(yáng)人，高級(jí)職稱(chēng)，資深系統(tǒng)工程師，本科，研究方向：軌道交通通信系統(tǒng)集成。