MSTP系统以太网业务承载方案研究

2012-10-25王国雨

铁路技术创新 2012年6期

■ 王国雨

随着铁路信息化的发展，越来越多的业务系统设备接口类型由原来的音频专线接口（VF2/4W）、DDN专线数据业务接口（N×2 Mb/s的G.703接口和N×64 kb/s的V.35、RS232接口等）向以太网数据业务接口（10 Mb/s、100 Mb/s、1 000 Mb/s等接口）发展，这就需要通信的承载网能够提供以太网接口来接入各种业务，并能针对不同业务的特点，提供与其相适应的组网方案。铁路数据网一般仅在车站及通信站部署，因此站内及区间节点就需要通过MSTP系统接入。

1 以太网业务系统的特点及通信需求

目前采用以太网接口的铁路业务系统主要有铁路供电调度系统、综合视频监控系统、信号集中监测系统、防灾安全监控系统、红外线轴温探测系统、电源及环境监控系统。

1.1 铁路供电调度系统

铁路供电调度系统由远动系统、安全监控系统、供电维护管理系统等子系统构成。其数据业务流向要求如下：

（1）远动系统控制站与被控站之间存在数据交互，被控站之间不进行通信。

当牵引供电系统采用AT供电方式时，牵引变电所故标装置需要分别与其相邻的上下行分区所、AT所故标装置进行实时的数据通信。

（2）安全监控系统控制站与被控站之间有数据交互，被控站之间不进行通信。

（3）在线监测系统监测主站、现场监测终端设备之间有数据交互，现场监测终端设备之间不进行通信。

（4）在供电调度系统中，对于控制站与被控站之间承载直接参与生产控制数据的远动通道要求设置2条互为备用的通信通道。

铁路供电调度系统对通道的需求如下：

（1）带宽要求。远动通道一个2 Mb/s带宽挂接被控站的数量宜不大于10个。维护通道一个2 Mb/s的带宽挂接的站点数量宜不大于10个，特殊情况下应不大于15个。对于调度所至供电段的专用复示通道带宽要求宜不小于10 Mb/s，特殊情况下应不小于2 Mb/s。

（2）时延要求。通信通道的端到端平均时延应小于500 ms。

（3）时延抖动要求。通信通道的端到端时延抖动应小于500 ms。

（4）丢包率要求。通信通道的端到端丢包率应小于10-3。

1.2 综合视频监控系统

（1）TB 10085—2009《铁路图像通信设计规范》规定：视频采集点-视频接入点网络带宽应按照三种原则进行计算：①图像分辨率为CIF时，一路视频所需占用的平均网络带宽不应小于512 kb/s，②图像分辨率为2CIF时，一路视频所需占用的平均网络带宽不应小于1 Mb/s，③图像分辨率为CIF时，一路视频所需占用的平均网络带宽不应小于2 Mb/s 。为保证图像的清晰程度，综合视频监控系统的工程设计中，图像分辨率通常要求达到4CIF或更高标准。

（2）TB 10085—2009《铁路图像通信设计规范》规定：视频系统对承载网络的传输质量要求见表1。

1.3 信号集中监测系统

（1）运基信号［2011］709号《铁路信号集中监测系统技术条件》要求：各车站局域网之间通道带宽不低于2 Mb/s，采用环形组网方式连接，每5～12个车站形成一个环路，并以不低于2 Mb/s通道抽头方式与电务段星型连接；

表1 视频系统对承载网络的传输质量要求

（2）运基信号［2011］709号《铁路信号集中监测系统技术条件》要求：当使用数据网络传输时，网络端到端的主要性能指标符合YD/T 1171—2001《IP网络技术要求——网络性能参数与指标》中QoS 1级（交互式级）标准，即IPTD（IP包传输时延）不大于400 ms、IPDV（IP包时延变化，IPTD的1～10-3百分位值减去IPTD的最小值）不大于50 ms、IPER（IP包误差率）不大于1×10-3；

（3）车站设备配置有路由器，可通过路由协议实现路由保护。

1.4 防灾安全监控系统

（1）与MSTP设备互联的接口设备为2套并行工作，其中1套中断，不影响另1套正常运行；

（2）带宽尚无明确要求，实际带宽需求不足100 kb/s；

（3）时延要求暂无明确规定，由于防灾系统直接关系行车安全，因此网络端到端的主要性能指标按符合YD/T 1171—2001《IP网络技术要求——网络性能参数与指标》中QoS 0级标准考虑，即IPTD（IP包传输时延）不大于150 ms、IPDV（IP包时延变化，IPTD的1～10-3百分位值减去IPTD的最小值）不大于50 ms、IPER（IP包误差率）不大于1×10-3；

（4）业务接入节点较多。

1.5 红外线轴温监测系统

（1）带宽和时延尚无明确要求；

（2）业务接入节点不多。

1.6 电源及环境监控系统

（1）带宽尚无明确要求，实际带宽需求在100 kb/s左右；

（2）《铁路无人值守机房环境远程监控系统工程设计规范》要求：从告警时间发生至反映到监控中心的时间不应大于10 s；

（3）业务接入节点多。

2 MSTP系统以太网业务类型及特点

MSTP的以太网业务类型按照ITU-T的定义，可分为EPL、EVPL、EPLAN、EVPLAN、EPTREE、EVPTREE6种业务类型。EPL分为点到点透传的EPL和星型（多点到点）汇聚的EPL。EVPL又分为点到点共享的EVPL、星型汇聚的EVPL、先共享再汇聚的EVPL和逐级汇聚共享带宽的EVPL。EVPLAN有两种特殊的应用为以太总线和以太共享环网。

在铁路MSTP系统中，主要采用点到点透传的EPL/EVPL、星型汇聚的EPL/EVPL、以太总线、以太共享环网4种类型。

2.1 点到点透传的EPL/EVPL

优点是时延小，一般在毫秒级，逻辑关系简单、故障判断容易，便于维护。

缺点是由于每条业务均需占用独立的带宽。

2.2 星型汇聚的EPL/EVPL

优点是时延小，每级汇聚的时延一般在毫秒级，逻辑关系简单、故障判断容易，便于维护，通过多级汇聚可节约设备的EOS端口和共享网络带宽。

缺点是汇聚节点故障时，除影响本节点业务，还影响下游节点业务。

2.3 以太总线

优点是各业务接入节点可共享总线带宽，总线上的数据传输具有单向性，故障点定位较容易。

缺点是每个节点均通过二层寻址，时延较专线业务（包括EPL和EVPL）大，一般每级转发的时延在10 ms级；无保护恢复机制，某一节点故障，经由该节点接入或转发的数据通信全部中断。

2.4 以太共享环网

以太共享环网本质上是承载以太网业务的VC通道配置成环形，通过生成树协议将环网断开为两条以太总线。其优点是各业务接入节点可共享总线带宽，且当环中某个中间节点故障时，可通过RSTP协议的收敛重构，使其他节点的业务在短时间内恢复。

缺点是每个节点均通过二层寻址，时延较专线业务（包括EPL和EVPL）大，一般每级转发的时延在10 ms级；RSTP的收敛重构时间较长，一般在秒级；MSTP系统的网管对二层的管理能力较弱，维护难度大，故障判断较难。

3 MSTP系统组网原则

从可靠性、可用性和可维护性的角度出发，MSTP系统的组网宜遵循以下原则：

（1）MSTP系统需组成基于不同光缆物理径路的SDH自愈环（PP、MSP或SNCP），利用SDH的自愈环为以太网业务提供保护。

（2）MSTP的以太网通道的端到端带宽、时延必须满足业务系统的需求。

（3）对于没有明确时延的业务，MSTP的以太网通道的端到端时延按《IP网络技术要求——网络性能参数与指标》（YD/T 1171—2001）中QoS 1级标准进行设计。

（4）业务系统有2个接口与传输设备互连时，应分别接入两块不同的以太网板。

4 业务系统在MSTP系统上的承载方案

根据上述的MSTP系统组网原则，结合各业务系统及MSTP系统的特点，总结得出各业务系统在MSTP系统上的承载方案。

4.1 铁路供电调度系统

远动系统业务接入节点宜通过两个独立的星型汇聚的EPL/EVPL通道将数据分别传输至上、下行车站或通信站，车站或通信站再通过数据网或MSTP系统的EPL/EVPL传输至调度所，该方案可最大限度的保证远动系统对网络性能的要求。当通道资源相对较少的条件下，可采用两条独立的以太总线将数据分别传输至上、下行车站或通信站，车站或通信站再通过数据网或MSTP系统的EPL/EVPL传输至调度所。

故标、在线监测、安全监控业务接入点宜采用以太共享环网通道，为满足故标业务数据流向，在相邻两个牵引变电所之间的电力、电气化所亭和临近的车站（或通信站）组建以太共享环网。

专用复示业务通过点到点的EPL/EVPL方案。

4.2 防灾安全监控系统

防灾安全监控业务接入节点宜通过两个独立的星型汇聚的EPL/EVPL通道将数据分别传输至上、下行车站或通信站，车站或通信站再通过数据网或MSTP系统的EPL/EVPL传输至防灾安全监控系统中心站节点，该方案可最大限度的保证远动系统对网络性能的要求。当通道资源相对较少的条件下，可采用两条独立的以太总线将数据分别传输至上、下行车站或通信站，车站或通信站再通过数据网或MSTP系统的EPL/EVPL传输至防灾安全监控系统中心站节点。

4.3 综合视频监控系统

综合视频监控系统的Ⅱ类视频接入节点至I类视频接入节点之间一般通过数据网承载，视频采集点至Ⅱ类视频接入节点之间一般通过MSTP系统承载。由于视频采集点至Ⅱ类视频接入节点之间的带宽需求一般在2 Mb/s及以上，因此宜采用星型汇聚的EPL/EVPL方案，该方案既不额外占用带宽资源，又可最大限度的保证承载网络的传输质量指标。当车站MSTP设备EOS端口资源不足时，可采用两级或多级汇聚，在区间适当增加汇聚节点。