轨道交通传输组网规划分析

摘  要：该文分析了轨道交通各通信、机电子系统的业务特性，阐述各子系统对传输通道带宽、延时和抖动指标方面的需求;介绍了目前常见类型的传输设备在带宽和可靠性等方面的技术特点;分析了典型地铁线路通信信道带宽需求，在带宽需求计算过程中，充分考虑了各子系统扩容及可靠性需要，给予了适当的带宽计算冗余量。在此基础上，提出了新形势下的轨道交通建设规划中的传输设备选型和组网建议。

关键词：轨道交通;传输网;分组传送网;环网保护

中图分类号：U282+.1      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）24-0063-03

Abstract：Analyze the business characteristics of the communication and electromechanical subsystems of rail transit，and explain the requirements of each subsystem on the transmission channel bandwidth，delay and jitter indicators. The technical characteristics of bandwidth and reliability of common types of transmission equipment are introduced. The bandwidth requirements of communication channels of typical subway lines are analyzed. In the calculation of bandwidth requirements，the expansion and reliability requirements of each subsystem are fully considered，and an appropriate amount of bandwidth calculation redundancy is given. Therefore，the transmission equipment selection and networking suggestions in the rail transit construction planning under the new situation are put forward.

Keywords：rail transit;transmission network;packet transmission network;ring network protection

0  引  言

軌道交通通信系统中的传输子系统为各通信、机电子系统提供了多种类型的通信通道，承载了各子系统的语音、数据及图像信息。只有稳定可靠的传输子系统，才能保证整个通信、机电系统的稳定运行，为轨道交通运营的指挥提供高效、可靠的保障。传输子系统是整个通信、机电系统的重要基础网络，它的可靠性、重要性在整个机电系统中具有举足轻重的意义。因此，我们应在规划阶段做好需求分析工作。

1  轨道交通各子系统对通信通道性能需求的分析

轨道交通各通信子系统和机电子系统对通信通道的通信带宽、传输延时等要求各有不同，各子系统的业务通道需求如下：

专用电话。从可靠性和技术成熟性考虑，大部分地铁倾向采用程控交换机作为专用调度电话系统，需要传输系统提供TDM电路通道用于连接车站与控制中心（和备用控制中心）。TDM电路具有带宽、延时固定和可靠性极高的特点。

公务电话。如今软交换技术相当成熟，国内通信运营商已基本完成从程控交换向软交换技术的迁移，新建地铁的公务电话基本采用软交换技术。软交换技术的电话系统能够提供比程控交换更为丰富的业务。采用软交换技术的公、专合一组网已有不少成功应用案例。该系统要求IP网络具有较低延时和抖动特性，以保证通话质量。

专用无线。目前普遍采用TETRA制式的无线通信系统，该制式技术对交换中心组网没有明确要求，有采用TDM和IP组网两种方案。从技术变化趋势看，新型号的交换中心基本采用IP组网。该系统也要求IP网络具有较低延时和抖动特性，以保证通话质量。

视频监控。随着视频监控技术的不断发展，目前新建视频监控都是基于IP网络的高清数字视频监控系统。随着视频清晰度的不断提高，该系统对传输通道的带宽需求上升较大。

广播。基于IP技术的数字广播系统已在地铁广泛应用。由于应用了缓存技术，该系统对带宽、延时的要求并不高。

时钟。时钟系统一般为二级组网结构，车站的二级母钟通过NTP协议与控制中心的一级母钟同步。由于二级母钟本身具有较高时间精度，对传输可靠性要求并不是很高，另外NTP协议报文较小，因此该系统对IP网络的带宽需求、可靠性指标要求均较低，仅要求抖动指标稳定即可。

乘客信息系统。由于近年来高清技术持续发展，新建地铁对高清直播的需求也越来越突出。随着4K技术的节目源不断丰富，将对传输带宽有较大的需求。因此建议该系统应尽可能采用IP组播技术，以降低对传输带宽需求。

办公自动化。它是典型的企业信息化管理系统，由于轨道交通运营企业的特殊性，该系统对该网络的可靠性要求较高。

视频会议系统。高清视频会议对实时性要求较高，并对网络的带宽、延时、抖动指标均有较高要求。

综合监控。它是基于以太网的二级组网结构的系统，其系统复杂，对网络可靠性要求较高，建议采用光纤直接组网方案。

信号。该系统的安全性及可靠性要求极高，一般情况采用路由器或三层交换机，通过独立的光缆直接组网。

自动售检票。近年来互联网支付应用的持续普及，导致该系统对网络的可靠性要求极高，对网络延时也有较高要求。

电力监控。该系统对安全性及可靠性有较高的要求，而且光电复合缆在供电系统已有较为普及的应用，一般采用光纤直接组网方案。

2  典型地铁线路传输组网带宽需求的分析

本示例以30个车站地铁线路为模型，加上控制中心、停车场、车辆段共33个传输节点。设计以控制中心和车辆段为交点的两环相交组网。其中电力监控、综合监控和信号系统采用光纤独立组网，其他业务承载在传输环网上，各个业务带宽估算如表1所示，总带宽接近5G。如果为了提高以太网性能指标，在带宽最高占用率下调到0.5的情况下，总带宽需求将接近7G。

3  常用傳输技术及其特点

多业务传送平台（MSTP）。基于SDH技术的MSTP能够提供多种类型的通信通道，它的接口类型也非常丰富。但由于SDH技术的本质是TDM技术，虽然可靠性极高，但由于各通道的带宽独享，存在带宽效率低的问题。主流MSTP设备环网最高带宽一般为10G，可能无法满足今后高带宽需求环境。

波分复用（WDM）。WDM技术很好地解决了SDH技术在一条光纤通道的带宽上限问题。密集波分复用（DWDM）技术已经实现了1.6T级别的系统应用。WDM的本质是光域上的频分复用技术，存在调度不灵活、保护机制不完善的问题，不能直接用于低阶业务，一般还需要与MSTP/SDH设备配合使用。

光传送网（OTN）。OTN是结合了WDM的SDH技术演进，提供ODUn级别的业务调度能力，可提供比SDH技术更高带宽级别的40G、100G、400G传输环网业务。

分组传送网（PTN）。PTN主要基于分组交换和面向连接的多业务统一传送技术，除了能提供IP业务之外，也能提供基于PWE3伪线技术的TDM的业务。PTN继承了SDH的OAM机制，具有丰富的保护方式，已能够提供50ms电信级的保护倒换功能，其他各项性能指标也与MSTP/SDH相当。

4  设备选型分析

如果设备选型MSTP设备，受复用段保护环APS协议限制，每环节点不能超过16个。当节点较多时，将用多环相交的组网结构，业务数据配置较为复杂。而且MSTP设备对以太网共享环的业务支持普遍较差，因此，不建议选用MSTP设备。

如果选用了WDM设备，为配合低阶业务的接入，还需增加MSTP设备，使网络结构变得复杂，一定程度上也会降低网络可靠性。另外，目前业务总带宽未超过10G，没有选用WDM设备需求，同理也不宜选用纯OTN设备。

分组传送网（PTN）设备，能够提供丰富的低阶业务通道、OAM和QoS机制，具有与MSTP相似的可靠性、可维护性。国内主流通信设备商的PTN设备都支持OTN技术，其传输环网能够平滑升级至10G以上，能更好地支持将来4K或8K的高清视频需求。PTN设备在近10年来在运营商的接入层面大量使用，技术已经非常成熟。因此，推荐选择PTN设备组建传输网络。

5  组网结构分析

各节点应采用环网保护方式组网。目前一条地铁线路车站数量一般在20座以上，虽然PTN技术已经没有SDH复用段保护环16个节点的限制，但从网络可靠性方面考虑，1个环网的节点数控制在16个以内，可以防止大环网同时出现两个断点时，导致断环、多节点离网等现象发生。适当减少环内的节点，可以提高网络的可靠性，也可降低环网内的总带宽。

多环组网时，强烈建议选择相交环组网，不建议选择相切环组网，以防止相切点故障时导致的环间业务中断。

6  结  论

PTN技术在安全性、可靠性、可维护性、技术指标方面与MSTP技术相当，同时PTN网络具备比MSTP网络更高带宽，非常适合轨道交通信息化管理高速发展的需求。具体组网时也可参考MSTP相交环组网方案。

参考文献：

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[4] 宋优才.PTN分组传输网在轨道交通中的应用探讨 [J].地下工程与隧道，2010（4）：35-38+64.

作者简介：俞斌（1972-），男，汉族，福建龙岩人，工程师，本科，长期从事通信工程建设工作，积累了大量通信网络规划设计经验，对公众网、专用网的设计均有较高的技术水平。