增强型MSTP在城市轨道交通通信系统中的应用

姜 彬



增强型MSTP在城市轨道交通通信系统中的应用

姜 彬

增强型MSTP技术是目前较成熟、先进的技术，增强型MSTP设备可提供丰富的接口和服务质量保证，给城市轨道交通传输网带来新的解决方案。本文以石家庄市轨道交通1号线一期工程为例分析了城市轨道交通数据传输业务的需求和增强型MSTP的技术优势，介绍了增强型MSTP在石家庄市城市轨道交通通信系统中的应用。

增强型MSTP；轨道交通；应用

0 引言

随着城市轨道交通大容量业务（如高清视频监控、PIS乘客信息系统、视频会议等）对传输系统带宽需求的快速增长，传统MSTP（基于SDH的多业务传送平台）技术和设备受到新的挑战。轨道交通传输系统承载业务具有多样化、差异化和大带宽化特点，需要提供更高环网速率、多重保护机制以及物理隔离等特性化功能，只有融合多种传输技术的设备才能满足多种业务的需求。增强型MSTP融合了SDH（同步数字系统）、PTN（分组传送网）和OTN（光传送网）技术优势，可以提供一种更先进、更高速率、更加灵活的传输解决方案，满足了轨道交通通信业务快速发展的需求。

1 轨道交通传输业务需求和特点

城市轨道交通通信系统包括专用通信系统、公安通信系统和民用通信系统。轨道交通通信业务主要为2M、FE、GE、10GE等，业务种类多且呈现大带宽化、IP化特点，要求传输系统具有高可靠性和高安全性。下面以石家庄市轨道交通1号线一期工程为例进行具体分析。

1.1 物理隔离功能和资源共享需求

在可研阶段，石家庄市轨道交通1号线一期工程公安通信系统各业务传输通道由公安计算机网（千兆以太网）提供，没有为公安通信系统单独设置MSTP传输设备。初步设计阶段，为保证公安部门计算机信息网安全，要求传输系统具备物理隔离功能，而公安计算机网不能满足公安通信中各业务的物理隔离要求。如果为公安通信系统单独构建一套MSTP传输系统，将增加投资和后期维护工作。因此，在大量调查研究的基础上，计划采用公安通信系统和专用通信系统资源共享方案，即二者合设一套MSTP传输系统，同时承载专用通信系统和公安通信系统业务，达到既实现物理隔离功能，满足公安通信系统要求，又不增加大量投资，不增加设备数量和占用空间，还可减少后期维护工作量。

1.2 总带宽需求增加及环网速率增大

石家庄市轨道交通1号线一期工程传输网络同时承载专用通信业务和公安通信业务，对传输系统环网带宽提出了更高的需求和更大的挑战。专用通信系统的业务种类和带宽需求、公安通信系统的业务种类和带宽需求分别见表1和表2。

从表1和表2可以看出，各种业务带宽加上预留带宽，整个传输网工作带宽接近15 Gb/s。采用二纤通道自愈环组网，考虑自愈环网所需的保护带宽，整个传输系统的容量应按30 Gb/s设置。当前传统的MSTP不能满足需求。

表1 专用通信系统的业务种类和带宽需求

表2 公安通信系统的业务种类和带宽需求

1.3 具备承载TDM业务和IP分组业务能力

从表1和表2可以看出，轨道交通通信系统既有IP分组业务，又有TDM（时分复用）业务，其中IP分组业务量大，TDM业务量小。所以，传输系统应既具备承载视频监控、OA（办公自动化）、PIS等纯分组业务的能力，也应具备为专用电话业务、党政专用通信等提供TDM业务的能力。

1.4 具备时间同步传送能力

随着4G技术大规模商用，石家庄轨道交通PIS车地无线系统也采用了4G新技术TD-LTE。TD-LTE基站（BBU设备）对时钟精度要求高，需要时间同步信号，时间同步一般采用每个BBU基站配置1套GPS天线以满足精度要求。由于石家庄市轨道交通1号线一期全部为地下线路，GPS天线引出室外安装实施难度大，部分地下车站GPS馈线距离超长，性能受限，因此要求传输系统具备时间同步传送能力，时间同步信号从控制中心一点引入，通过传输设备将时间同步信号提供给各个车站的BBU基站。

1.5 满足分段开通的技术要求

石家庄市轨道交通1号线分2期开通，一期22个站点（含车辆段和停车场各1个），二期8个站点，开通时间间隔3年左右，要求二期设备在开通时可进行独立调试和平滑业务接入，开通后不影响一期业务。

综合以上石家庄市轨道交通1号线一期工程各种业务信息传输的需求，经方案比选，相对适合的解决方案是采用增强型MSTP新技术，既可满足大带宽的需求，又可满足重要业务物理隔离的安全要求，还可进行时间同步传送，具备平滑升级能力。

2 增强型MSTP主要技术优势及适用性

从硬件角度看，增强型MSTP需对传统MSTP设备的交叉板进行改造，在维持TDM特性不变的同时，新交叉板集成了PTN设备交叉板的核心芯片，通过一块交叉板实现MSTP和PTN的融合，具备TDM内核和PTN内核，实现TDM和分组业务最佳处理。增强型MSTP完全兼容当前MSTP的所有特性，继承了传统MSTP的丰富业务接口，在同一台传输设备上，针对不同的轨道交通业务采用不同的传输通道，大大提高了传输效率和信息安全性，尤其是对于数据业务，降低了传输成本。

（1）统一交换和传送功能。增强型MSTP采用统一交换架构，实现了TDM平面和分组平面的双平面组网，不仅TDM平面能完全继承SDH的功能特性，且分组平面支持MPLS-TP先进技术，并且使2个平面有机融合。分组业务采用MPLS-TP技术，可以提供高效数据业务承载、QOS业务灵活调度的弹性软管道。

增强型MSTP可以在一台设备上实现TDM和分组业务的统一承载，利用一对光纤实现分组业务和TDM业务的统一传送，从而简化了网络结构，避免分别组网造成设备投资的浪费。

增强型MSTP融合了TDM和分组技术优势，可以根据业务的可靠性要求和业务带宽，分别在TDM平面和分组平面上传输，实现数据业务和传统SDH业务的最佳处理。对于带宽需求不大，质量要求高的业务，可以采用TDM平面承载，提供高质量、高安全、物理隔离的通道；而对于带宽需求大，但是时延等要求相对较低的业务，如视频监控等数据业务，可采用分组平面承载，以便对其进行灵活的统计复用，提高数据业务传送效率。增强型MSTP统一传送架构如图1所示。

图1 增强型MSTP统一传送架构

（2）物理隔离功能。增强型MSTP设备可以提供多个1.25 G管道（图1），可以使每种业务映射到不同的1.25 G管道中，实现业务的硬隔离。部分业务需要增加带宽时，可以在本管道内将其扩容到最大1.25 G，如果还需要扩容，可再增加一个1.25 G的管道。业务需要共享管道时，也可将业务同时配置到一个1.25 G管道中，实现带宽的共享。

例如，公安计算机网需要1 000 M通道，同时要求与其他业务物理隔离，可以分配一个单独的1.25 G管道，满足公安计算机网业务保密性要求。

（3）完善的保护功能。增强型MSTP设备TDM业务以SDH方式接入，采用MSP保护；分组业务以分组接口方式接入，采用MPLS-TP方式保护。所有的保护倒换时间小于50 ms。

a.MSP保护功能。环形复用段保护（MSP）是利用复用段开销（MSOH）K1、K2字节实现自动保护倒换，从而达到保护业务的目的。二纤双向复用段保护环通过建立二纤双向环形拓扑，每一条STM-N线路的前一半VC-4时隙为工作通道，后一半VC-4时隙为保护通道；当某处线路中断，工作通道不可用时，业务将在故障点两端由故障方向光纤的工作通道倒换至另一方向光纤的保护通道，实现保护倒换。

b.MPLS-TP环网保护功能。MPLS-TP环网通过建立二纤双向环形拓扑，环网的一半带宽配置为工作通道，另一半带宽配置为保护通道，当工作通道故障时，通过预先建立的保护通道对分组业务进行保护倒换。MPLS-TP环网上任意相邻节点之间均部署OAM，并通过OAM的连通性检测确定相邻节点间故障，每个节点根据与相邻点之间的OAM的连通性来确定相邻点是否故障，并通知MPLS-TP环网状态机实现状态变迁。

（4）业务配置灵活，可平滑升级，满足未来应用。增强型MSTP可提供大带宽及平滑的升级能力，初期即可部署40 G硬件能力，通过Licence许可软件部署10、20、30 G等应用需求。当对环网带宽进行扩容时，无需更换线路侧单板（硬件），只需对单板加载相应License即可实现平滑升级至40 G环网，解决了硬件购买、升级现场人工等一系列的成本问题。业务配置和平滑升级能力见表3。

表3 增强型MSTP容量及业务配置

（5）提供1588v2接入功能，可提供微秒级高精度时间同步。通过IEEE 1588v2实现微秒级高精度全网时间同步，为TD-LTE基站等需要微秒级时间同步的设备进行授时，取代GPS等复杂授时设备，解决每个车站站点均需配置GPS的难题。增强型MSTP 1588v2最大支持16端口、30个站点，精度±1ms，可为下游基站提供精确的时间同步授时。

（6）增强型MSTP采用先进的MPLS-TP技术，分组业务传送具有明显优势。MPLS-TP是一种面向连接的分组交换网络技术，对比弹性分组环（RPR）组网具有以下几大优势：

a.通过MPLS标签交换提供分组软管道，实现分组业务高效统计复用，大大提高分组业务的传输效率。

b.MPLS-TP继承了传统SDH-Like的OAM机制，具有强大的OAM功能。

c.MPLS-TP支持跨环通信，可保证每个子环独立倒换。单环最大支持64个节点，组网能力大大增强，满足轨道交通线路扩展的需要。

（7）接口类型丰富，可满足多种业务需求。增强型MSTP设备除了提供2M、FE、GE接口，还可配置10GE接口板，对于CCTV系统等需要2G端口的业务，可直接提供10GE接口板实现业务接入，从而避免采用多个GE端口绑定组网，降低业务开通及维护难度。

（8）可平滑演进到全IP网络，符合未来发展趋势。增强型MSTP“统一交换”架构可以构建一张TDM业务和分组业务统一传送网络或者一张全IP分组网络，实现从传统TDM网络向全IP网络的平滑演进。

3 应用方案

石家庄市轨道交通1号线一期工程传输系统采用增强型MSTP组网，同时承载专用通信系统和公安通信系统的所有业务，实现资源共享。

增强型MSTP传输系统利用上下行隧道的光缆组建为二纤双向自愈环网，在全线20个车站、1个停车场、1个车辆段和控制中心分别设置1套增强型MSTP传输设备，组成以控制中心为切点的2个二纤双向保护环，每个二纤双向保护环的线路速率配置为30 Gb/s，其中工作带宽为15 Gb/s，保护带宽为15 Gb/s，线路速率后期可平滑升级到 40 Gb/s；另外，预留一个环作为二期工程7个车站和1个停车场共8个节点与控制中心组成增强型MSTP环。在公安派出所、公安轨道交通分局设置10G增强型MSTP设备，组成一个自愈环，与车站传输环网相切，承载市公安局、分局、派出所、各车站间的各类公安业务信息。在控制中心，增强型MSTP设备预留二期设备接入扩容条件。在控制中心配置传输系统网管，提供完善的网络管理系统。设备组网如图2所示。

该传输系统具备所需各项业务的接入功能，为专用通信系统和公安通信系统提供可靠、冗余、可重构、灵活的信息传输及交换信道。

系统设备组网结构清晰，维护简便，网络扩展不影响原有业务；具备自愈能力，系统提供优于RPR环网保护的MPLS-TP环网保护技术，当系统检测到信号丢失、帧丢失、告警指示信号、超过门限的误码缺陷及指针丢失等信息时，系统自动进行检测并保护倒换，倒换时间小于50 ms。

图2 增强型MSTP传输系统组网

4 结语

增强型MSTP采用TDM和PTN双平面混合组网，统一交换架构，具有可平滑升级到大容量线路带宽等优势，满足了轨道交通系统的大带宽和TD-LTE、高清视频监控、PIS等多业务承载的需求。同时，增强型MSTP采用MSP和MPLS-TP的双重保护方式，并可为重要业务提供物理隔离功能，提升了系统的网络安全性，因此适用于未来轨道交通通信业务的承载，具有很好的应用前景。

[1] 熊喆. 增强型MSTP翻开高速公路通信网新篇章[J]. 科技与企业，2015（14）：103-103.

[2] 魏媛，韩伟. 增强型MSTP在电力生产中的应用探讨[J].数字通信世界，2016（1）：55-59.

Enhanced MSTP is a mature, advanced technology, MSTP equipment can provide abundant interfaces and warranty of service quality, bring a new solution scheme for urban rail transit transmission network. With phase 1 of line 1 of Shijiazhuang urban mass transit as an example, the paper analyzes the requirements of data transmission service in subway and the technical advantages of enhanced MSTP, introduces the application of enhanced MSTP technology in Shijiazhuang subway.

Enhanced MSTP; urban rail transit; application

10.19587/j.cnki.1007-936x.2017.05.017

U231.7

B

1007-936X(2017)05-0075-04

姜 彬.石家庄市轨道交通有限责任公司，工程师。

2017-01-08