西安地铁专用通信传输系统业务保护模式

吕健

摘 要：介绍了西安地铁2号线传输系统的业务保护方式，分析了各种保护模式的特点。

关键词：地铁；传输系统；保护模式

西安地铁2号线通信传输系统承载着运营设备及管理信息传送，是地铁通信系统最为重要的组成部分。完善的传输系统业务保护模式，对地铁的运营管理至关重要，本文主要对西安地铁2号线传输系统的保护模式进行介绍。

1 西安地铁传输系统组网结构

西安地铁2号线传输系统由MSTP（基于SDH的多业务传送节点）骨干传输设备、PCM（脉冲编码调制）接入网设备和网络管理设备组成，其系统结构如图1所示。

西安地铁2号线采用MSTP的传输技术体制来构建光传输系统。全线共25个节点，以运营中心为核心，分别组成二个相交环。

其中运营中心—综合维修楼—车辆段—北客站—北苑—运动公园—行政中心—凤城五路—市图书馆—大明宫西—龙首原—安运路—北大街13个站点组成第一个环；运营中心—停车场—韦曲南—航天城—凤栖原—三爻—会展中心—纬一街—小寨—体育场-南稍门-永宁门-钟楼13个站点组成第二个环；两个环网均以传输速率为2.5Gbit/s的四纤复用段保护环方式工作，具有抗单点失效的自愈保护功能。

各站的MSTP光传输设备通过2M接口与PCM设备相连，实现本工程的点对点型RS422数据；点对点型2/4W；点对点型FXO/FXS等业务的接入。系统实现的功能是将局端的窄带业务（EM/RS422/FXO/FXS）按照标书要求的数量进行调制编码，将这些业务集中编码为标准的2M，在MSTP传输网络上进行长距离传输并在2M层面上进行组网，在远端站点进行解码后将远端站点所需要的业务下落。

光传输系统提供2Mbit/s数字中继接口满足公务电话系统的传输通道需求，提供2/4线音频接口、2Mbit/s数字中继接口满足专用电话系统和专用无线通信系统的传输通道需求，提供RS422低速数据接口以点对点应用方式满足无线及时钟系统的传输通道需求，提供以太网数字接口（10M/100M口）满足无线、广播、电源、网管、信号、PIS、AFC等系统的传输通道需求，提供以太网数字接口（1000M口）满足电视监视系统、ISCS综合监控系统等的传输通道需求。

2 西安地铁传输系统系统保护模式

西安地铁2号线传输系统从设备级保护、网络级保护、业务级保护三个层面进行了全面的系统保护，从而确保了传输系统通信系统的安全，下面分别介绍保护机制的实现方式。

2.1 设备级保护

设备级保护层面，各站点的光传输设备均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；传输设备支持1+1和1：N（1≤N≤14）这两种线路保护方式，业务倒换时间小于50ms，符合ITU-T建议要求。

PCM接入设备硬件保护支持电源、交叉、控制、时钟1+1热备份，提高系统可靠性；双路电源输入，保证系统外部供电保护。

2.2 网络级保护

网络级保护层面，采用四纤双向复用段保护环的方式组网，进而从网络级层面保证了传输网络的安全稳定可靠运行。

四纤环是由4根光纤组成，这4根光纤分别为S1、P1、S2、P2。其中，S1、S2为主纤传送主用业务；P1、P2为备纤传送备用业务；也就是说P1、P2光纤分别用来在主纤故障时保护S1、S2上的主用业务。需要注意S1、P1、S2、P2光纤的业务流向，S1与S2光纤业务流向相反（一致路由，双向环），S1、P1和S2、P2两对光纤上业务流向也相反，从图2（a）可看出S1和P2，S2和P1光纤上业务流向相同。

在环网正常时，网元A到网元C的主用业务从S1光纤经B网元到网元C，网元C到网元A的业务经S2光纤经网元B到网元A（双向业务）。网元A与网元C的额外业务分别通过P1和P2光纤传送。网元A和网元C通过收主纤上的业务互通两网元之间的主用业务，通过收备纤上的业务互通两网之间的备用业务，见图2（a）。

当B—C间光缆段光纤均被切断后，在故障两端的网元B、C的光纤S1和P1、S2和P2有一个环回功能见图2（b）（故障端点的网元环回）。这时，网元A到网元C的主用业务沿S1光纤传到B网元处，在此B网元执行环回功能，将S1光纤上的网元A到网元C的主用业务环到P1光纤上传输，P1光纤上的额外业务被中断，经网元A、网元D穿通（其它网元执行穿通功能）传到网元C，在网元C处P1光纤上的业务环回到S1光纤上（故障端点的网元执行环回功能），网元C通过收主纤S1上的业务，接收到网元A到网元C的主用业务。

网元C到网元A的业务先由网元C将其主用业务环到P2光纤上，P2光纤上的额外业务被中断，然后沿P2光纤经过网元D、网元A的穿通传到网元B，在网元B处执行环回功能将P2光纤上的网元C到网元A的主用业务环回到S2光纤上，再由S2光纤传回到网元A，由网元A下主纤S2上的业务。通过这种环回，穿通方式完成了业务的复用段保护，使网络自愈。

保护倒换完成时间小于50ms，完成倒换动作后应向网络管理设备报告倒换事件。

2.3 业务级保护

业务级保护层面，需要针对语音、低速数据、数据、視频等不同业务进行不同的保护。

1）对语音和低速数据的业务级保护

本工程对语音、低速数据（RS422、2/4线音频等）等窄带业务的保护分为三个层次。

设备级保护：对系统设备关键单元冗余热备份的设备级保护。

网络级保护：采用了光传输层的保护，如MSP（复用段保护）、SNCP（子网连接保护），确保在单点失效情况下业务的快速保护倒换和不中断，并且业务毫无感知，充分保证业务传输质量。

业务级保护：对语音和低速数据业务在传输系统中固定分配传输通道，提供端到端的永久直达电路，不存在数据丢失、带宽拥挤、信号失真等情况，时时刻刻充分确保语音和低速数据业务对时延、抖动、误码率等指标有最严格要求的实时性业务的优质传送，从而可确保地铁系统的公务电话、调度电话、时间定时信号、控制信号、中继信号等的优质可靠安全的传送。

2）对以太网数据业务和视频的业务级保护

传输系统对以太网数据（如无线、广播、电源网管、信号、AFC、PIS等）和视频（CCTV、ISCS等）等宽带业务进行了完备的保护考虑和设计。

设备级保护：对系统设备关键单元冗余热备份的设备级保护。

网络级保护：采用了两种保护方式，一种是网络路径上的保护，采用备份路由的方式，对占传输网络带宽资源的信号数据业务和ISCS业务进行了1主1备双路由的配置，主备路径配置不同的插板；另外一种是复用段保护。

内嵌RPR保护：内嵌RPR的MSTP方案在帧结构与光接口上仍然采用SDH的标准，在用户侧提供以太网接口FE/GE，通过以太网业务处理后（包括透传、二层、L2VPN等功能处理）适配到RPR MAC，利用RPR核心技术处理多级CoS、拓朴发现、环保护、公平算法和OAM管理等项功能，并通过GFP/LAPS等封装协议将RPR MAC数据映射到SDH的VC通道中，还可使用虚级联和LCAS协议提供多路径传输、带宽动态调整保护和灵活的带宽扩展，对SDH设备的无缝兼容并拥有SDH的电信级可靠性，还可将SDH固有的多种保护机制和RPR保护机制结合一起构成业务的双重保护机制，当SDH保护失败时，才启动RPR保护，大大提高了业务保护的可靠性。

因此以太网数据和视频作为RPR业务受到较多层次的保护，主要有：

⑴Wrapping、Steering和Wrapping+Steering三种保护方式；⑵生成树和LCAS等功能的保护；⑶光传输层的保护，如MSP、SNCP；⑷网络路径上的主备用路由保护；⑸设备级的关键单元冗余热备份保护。

内嵌RPR单板是在SDH设备上提供的以太网环网处理的单板，可以实现多路快速以太网和千兆以太网的接入；支持以太网数据的二层交换、用户隔离、流分类、数据流量控制、VLAN的管理、优先级配置（CLASSA/B/C）和映射等数据特性功能；采用RPR技术实现空间重用、公平访问、智能保护倒换（<50ms）、路径优化等环网功能；RPR单板同时支持MPLS技术，并可基于LSP ID区分业务等级，提供基于MPLS的差分服务，从而提供端到端的业务QoS保证；并且内嵌RPR环带宽可调，可根据业务容量的增长灵活配置带宽，使得业务具有很强的可扩展性，支持系统的可持续发展。

传输系统的内嵌RPR的MSTP方案在业务处理速度、扩展性、CoS、保护倒换时间、带宽利用率、抑制广播风暴、拓扑自动发现等多方面都具有很强的优势，特别是具有了环路带宽的公平分配机制，克服了生成树（STP）的固有缺陷，内嵌RPR作为MSTP的补充正成为MSTP技术的新亮点。

3 结语

在充分满足运营要求的前提下，完善西安地铁2号线专用通信传输系统的业务保护功能，能有效的提高西安地铁运营管理效率。随着传输系统新技术的不断应用，传输系统的保护模式必定会有更大的进步，这将是未来工程建設中值得关注的课题。

[参考文献]

[1]李伟章，徐幼铭.城市轨道交通通信[M].北京：中国铁道出版社，2008.

[2]周顺华，金锋.城市轨道交通设备系统[M].北京：人民交通出版社，2009.

[3]李伟章.现代通信网概论[M].2版.北京：电子工业出版社，2008.

[4]魏晓东.城市轨道交通自动化系统与技术[M].北京：电子工业出版社，2008.