地铁通信民用传输系统浅析

中铁建电气化局集团南方工程有限公司，湖北 武汉 430079

1 概述

开通地铁民用通信系统是电信运营商通信网络覆盖在地铁范围内的延展，是地铁信息化的一个体现，也是地铁人文化的一个体现。

地铁民用移动通信系统是区别于地铁专用通信系统的一套独立通信系统，由分布系统、传输系统、电源系统和集中监测告警系统组成。

2 通信系统构成

根据面向对象和功能的不同，城市轨道交通通信可分为以下四大系统：专用通信系统、民用通信系统、公安通信系统、政务通信系统（北京市特有，其他城市无）。

（1）专用通信系统是城市轨道交通行车指挥和工作人员传递各种信息的设施之一。它是运营指挥、企业管理、服务乘客的网络平台。是城市轨道交通正常运转的神经系统。专用通信系统包括：传输系统、无线系统、专用电话系统、公务电话系统、闭路电视监视系统、广播系统、时钟系统、电源及接地系统、网络管理系统等子系统。

（2）民用通信系统主要是将移动运营商的手机信号引入地下区域内，为乘客提供更优质的公众移动通信服务，同时为部分增值服务提供条件，使城市轨道交通符合现代化的生活节奏，提高城市轨道交通和移动运营商的服务水平。民用通信系统包括：传输系统、无线系统、电源及接地系统等子系统。

（3）公安通信系统是将地面公安通信系统网引入城市轨道交通，为保证市民的出行安全，保障城市轨道交通列车的安全出行，快速、准确、高效地执行城市轨道交通安全保卫任务提供通信保障。公安通信系统包括：传输系统、计算机网络系统、公安无线系统、公安视频监控系统、电源及接地系统等子系统。

（4）政务通信系统是地面政务通信网络的地下延伸，是北京市政务通信系统的有机组成部分，为北京市政务网提供良好的服务。政务通信系统与公安无线系统共用覆盖网络。

各通信子系统主要设备集中位于通信机房中，分别设置在控制中心、车站、区间变电所、车辆段/停车场等位置。图1是某车辆段通信机房的现场实例图。

图1 车辆段通信机房现场实例

3 传输系统

传输系统是一个基于光纤传输的宽带综合业务数字网络，为传送语音、数据和图像等各种信息提供传输通道。

传输系统具有集中维护管理功能，采用简明、直观的维护管理界面和系统安全机制，监视每个传输节点主要模块和用户接口的工作状态，并提供声、光报警以及告警信息的打印功能。

3.1 传输系统通用技术要求

所有设备的设计和制造均符合ISO 和IEC 标准。相同规格的设备和部件具有互换性，其中包括接口板。

供货商提供的设备是可靠的，并连续24h 不间断地运行。系统设备体积小、重量轻，便于安装、操作和维护，并且耗能少、防尘、防锈、防震、防潮。

传输系统从设备级、网络级和业务级三个层面进行了全方位的可靠性设计和考虑。设备级采用具有高可靠性指标的光传输产品，且对主控、交叉、时钟、电源等重要板卡进行了主备冗余配置，并支持热插拔，确保设备连续24h 不间断地运行。设备相关电缆、配线材质及敷设方式满足消防规范的要求，并能防鼠害和防杂散电流腐蚀。

传输系统具备独立的网管设备，能实时地、详细地反应本系统内部各板卡和接口的状态信息，同时也能向网络管理系统开房接口，上传故障管理信息。

供货商提供的传输系统设备既能满足当前工程要求，又能满足扩展要求。系统扩展时不影响已有设备的运行，硬件增加较少，软件基本不变，且与其他系统之间的接口尽量简单。

3.2 产品要求

（1）系统设备

图2 民用传输系统的组网方案实例

系统采用模块化设计，不仅满足各种任务的性能要求，而且可使系统得以逐步扩展。

（2）部件的可互换性和标准化

系统内所有的相同零部件均具有可互换性。所有系统项目的可互换性遵照商业惯例。所有批量生产的设备、零部件和元器件均是标准产品。

系统内相同功能的元件在电气上和机械上都是可互换的，且在有美观要求时，其外观也一致。

（3）维护和故障管理

系统具备独立的网管设备，实时地、详细地反应传输系统内部板卡和接口的状态和故障信息，向中心维护管理人员报告。网管设备能实时地显示和记录本系统的故障发生的起止时间、内容和地点，且伴有声光报警。

系统中包括对该系统故障和非正常条件进行识别、响应的硬件和软件，减少故障对系统运行的影响。系统对故障和非正常条件的响应可包括如下策略：自动或人工改变系统配置、系统操作方式的调整和恢复运行。

系统故障检测、报告和响应设计使故障时对系统运行效率的影响减至最小。

系统运行恢复包括排除故障部件的所有动作，使系统恢复正常运行。

（4）设备设计准则

所有设备材料的质量符合国际国内相关标准。所有的材料、紧固件、工具等都采用公制标定，所有的尺寸采用国际单位制表示。

产品外部金属装饰带修边，无毛刺，表面光滑。设备的金属构件表面除了加工装配面和电镀表面以外，都进行防锈和喷涂处理。在装配前，对封闭结构的内表面也进行喷涂或防锈处理，处理质量符合SCC 标准。

（5）一致性

在整个系统中，设备的形式和外观协调一致，采用统一风格的标志、字母和符号。

4 民用传输系统

4.1 组网方案

民用传输系统采用MSTP 的传输技术体制来构建光传输系统。环网的传输速率为2.5Gb/s，采用四纤复用段保护式组网。

光传输系统的网络同步采用主从同步方式。主时钟为集中设置的同步设备（GPS+BITS），备用时钟采用设备内部时钟。任一网络单元的同步定时单元具有跟踪基准时钟的功能。

以北京城市轨道交通某运营线路为例，民用传输系统的组网方案如图2所示。

4.2 系统功能及系统保护

4.2.1 MSTP 多业务传送功能

（1）功能支持以太网透传功能

MSTP 支持以太网业务传统功能，即以太网接口的数据帧不经过二层交换，直接进行协议封装和速率适配后，映射到SDH 的虚容器VC 中，然后通过SDH 节点进行传输，功能如图3所示。

图3 以太网透传功能基本模型图

MSTP 设备以太网传统功能满足以下要求：

①传输链路带宽可配置。

②保证以太网业务的透明性，包括以太网M A C帧、VLAN 标记的透明传送。

③以太网单板提供GFP/LAPS/PPP 三种封装协议，通过网管进行设置就可选择所需要的封装协议。为了保证互联互通的顺利，原则上采用GFP 协议封装以太网帧。

④数据帧采用ML-PPP 封装或采用VC 通道的连续级联、虚级联映射来保证数据帧在传输过程中的完整性。

（2）支持以太网环网功能

MSTP 的以太网环网功能是指在SDH 环中分配指定的环路带宽来传送以太网业务，要求如下：

①以太网环路的传输链带宽可配置。

②以太网环路带宽具有统计复用功能。

③以太网环路中各节点端口带宽可动态分配。

④以太网环路具有保护倒换功能。

（3）支持多方向汇聚功能

MSTP 支持以太网业务时，具有支持以太网业务的多方向汇聚的功能，最大支持1:48 的汇聚比。

（4）支持传统的TDM 业务。

TDM（时分复用）是指一种通过不同信道或时隙中的交叉脉冲，同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音和视频信号等的技术。本线MSTP 设备在备用(临时)控制中心、控制中心设置PCM 接入设备。

4.2.2 系统保护

系统保护分为三个层次：设备级保护、网络级保护和业务级保护。

（1）设备级保护

系统各站点的光传输设对重要板件（如主控板、交叉时钟板、电源板等）都进行了1+1 热备份配置，从设备级的层面保证了系统的安全稳定可靠运行。先进的芯片技术保证了产品有最高的集成度，系统支持交叉和时钟合一板。

（2）网络级保护

采用四纤双向复用段保护环的工作方式，环网传输速率均为2.5Gb/s。当网络线路发生中断或接口发生故障时，复用段保护对各自的业务进行保护，主要保护E1 级EPL 业务。具体保护工作方式和专用传输系统SDH 环网的复用段自愈保护工作方式相同。

（3）业务级保护

系统对以太网数据和视频等宽带业务进行了最完备的保护考虑和设计。

①设备级保护：对系统设备关键单元冗余设备备份的设备级保护。

②网络级保护：采用重要业务走单独虚容器，其他实时性要求较低的业务从共享通道传送的方式。

③对以太网数据业务和视频业务在传送通道上的保护方式主要是利用SDH 环网保护，大大提高了业务保护的可靠性。

④支持支路板的TPS 保护，从业务级层面保证了业务的安全稳定可靠运行。

4.3 系统网络管理功能

系统设置一套集中网管系统，分别管理全线传输系统所有的MSTP 光传输设备和时钟同步设备。

（1）传输网管功能

①传输网管功能包括自身管理、故障管理、性能管理、配置管理、安全管理等管理功能。网管系统具有自身的管理功能，能进行以下操作：系统启动与关闭，系统备份、数据库和运行情况记录、打印，并具备在线帮助功能，以帮助操作人员对各功能和命令正常操作。网管系统在以下情况对正常的业务电路不产生任何影响：投入服务和退出服务、发生故障、网元中系统控制卡的插入和拔出等。

②故障管理（告警）功能。网管系统将告警分为设备告警、业务质量告警、通信告警、环境告警、处理差错告警五类，并分为紧急告警、严重告警、一般告警和提示告警四个等级。网管系统对警告采取以下管理措施：

a.告警监视。实时监视网元各种告警和工作状态，所有的告警都有时间标记。

b.告警指示。当产生/存在告警时，有相应的可闻、可视的指示。

c.告警报告收集。告警是由网元产生并上报给网管系统的。网管系统可以实时收集网元发出的告警信息，并自动更新当前告警列表。

d.告警屏蔽。网管系统能根据操作员设定的告警屏蔽条件屏蔽所有符合条件的告警。

e.告警严重等级分配。网管系统支持对指定的告警原因，重新分配严重等级。

f.告警相关性分析与定位。网管系统可根据网络配置信息以及接收的告警信息频度和种类，对告警信息的关联进行综合分析，在多个告警中确定故障根源。通过分析，网管系统能以图形显示方式故障定位在机架、子架、单元盘，或者以文本显示的方式将故障定位至局站、子架、单元盘，并给出可能的故障原因。

根据告警分析和定位结果，网管系统可以在网络拓扑图中以不同形式（如链路变色、网元闪烁、声音提示等）显示告警发生的位置及告警信息，并提示操作人员对告警进行确认。网管系统针对不同严重级别的告警，以不同的颜色进行显示：红色表示紧急告警，橙色表示严重告警，黄色表示一般告警。对于已确认的告警和未确认的告警，有相应的标志（如颜色变化）加以区分。

按照操作人员设定的查询条件（如告警类别、告警原因、告警等级、告警时间等），网管系统提供告警的查询和统计功能。

g.告警确认。网管系统提供告警确认功能。网管系统支持操作用户对所有从网元接收到，尚未确认的告警进行确认，未经确认的告警保持对用户的提示，直到用户进行确认或告警已经被清除。

h.告警存储。网管系统能存储网元的告警，可查询。

i.告警同步。把网管系统显示的告警与网元实际的告警状态进行核准，有人工和自动两种校正模式。

j.告警报告的生成和输出。告警报告能写入文件，并能以ASCII 码文件的格式输出到外部设备。

③性能管理功能。网管系统能以固定的时间间隔收集系统性能参数，进行以下管理操作：

a.可提供用于查询指定测量任务的所有属性，如测量时段、测量周期、测量对象及测量属性、状态（正在运行，已经结束、暂停、尚未开始）和测量数据。

b.可提供性能分析工具软件，整理并输出性能检测报表，进行统计和分析。

c.可以直观的形式（如折线图或直方图等），显示性能监测参数的统计结果。

d.可将统计结果打印输出。

e.网管系统存储设备可提供性能测量数据的保存功能，允许操作人员设置性能数据的条数和尺寸大小，对超过上限的性能数据，在提示操作人员进行归档后删除，也可将性能测量数据转储到大容量存储介质，供操作人员进行脱机分析。

④配置管理功能。操作人员在对网络和网元设备进行任何配置时，网管系统可提供以下维护和管理功能：

a.配置数据日志。其包括记录所改变配置内容、时间、用户名称等。

b.配置数据合法性检查。当网管系统改变网络和设备配置时，系统将检查被管理网元是否能提供此类配置，与其他配置是否冲突，是否有足够权限等。如有差错，将及时向操作人员报告，并生产日志。

c.配置数据一致性检查。检查网管系统中保存的配置数据是否与网元中的实际数据一致。

d.网络和设备配置信息的浏览、查询和打印功能。

⑤ 安全管理功能。其主要包括以下内容：

a.操作权限划分。能按系统功能和管理范围细分操作权限。

b.用户管理。用户管理包括用户信息的创建、修改于删除，用户密码分配，用户授权，用户登录鉴权和用户操作鉴权。

c.日志管理。日志管理可提供日志管理功能，用于记录、显示查询操作人员的登录信息和操作信息。

（2）BITS 网管功能

①数据管理。网管数据管理的内容如下：

a.局位数据。确定当前局位置，实现局位的增加、删除、修改操作。

b.系统工作参数。对整机的系统工作方式等运行参数、系统时间等进行设定和管理。

c.单板参数。设定当前局各个单板的运行参数。

d.输入源工作参数。设定当前局各种参考源的优先级别、源可用性、源的状态和源可用性判断依据等。

e.输出信号。设定当前局所有输出板的输出信号类型等。

f.版本信号。查询当前终端软件版本号等。

g.数据加载。加载各种系统配置数据。

h.用户权限设置，设定每个维护人员的用户名称、用户权限和密码。

②监视控制

a.单板监控。监视设备每一单板的实时运行状态，对每块单板的各种运行状态进行查询、设定和控制。

b.声光告警。对设备的各种运行异常实现声光报警，查询当前告警状态，并可对设备运行告警历史事件记录和观察。

c.时钟板工作监控。对设备的核心部件时钟板的运行状态进行实时监测，对其运行状态进行控制。

d.输入参考源板监控。对设备的所有参考源的可用性能进行优先排序，并对设备运行状态进行实时监测，协助维护操作人员对设备的参考源进行全面的管理。

e.输出信号监视。对设备的所有时钟信号输出的状态进行检测与控制。

5 系统接口

传输系统在各车站需要电源系统提供220V 交流电一路。接口参数如下：

接口类型：220V 交流电。

线缆：RYY3X1.0 mm 2 黑色；接地 电缆：BY1X10mm2，黄绿色。

接口数量：各车站分别一根。

接口界面：电源接口界面在通信机房电源设备输出端，接地接口界面在通信机房地线盘。

6 结束语

为缓解与城市发展相伴出现的地面交通压力,我国轨道交通发展已经开始进入蓬勃发展的黄金时期。乘客对乘坐地铁时享受移动通信服务的要求在不断的提升。地铁民用通信分布系统主要为满足这一需要而建立。其主要功能是在地铁线路的地下空间内实现民用移动通信网络的覆盖，让乘客享受与地面一样的移动通信服务。为了更好的建设民用通信系统，需要更详细的了解其基本原理及功能。

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