城市轨道交通传输系统方案研究

尹文

【摘要】 目前城市轨道交通通信系统的传输网，主要采用MSTP、RPR、OTN三种方式。对这3种传输组网技术进行分析比较，认为MSTP+RPR组网方案可作为城市轨道交通通信传输网络的优选方案。

【关键词】 城市轨道交通 多业务传输平台 弹性分组环 开放式传输网络

一、引言

随着通信网络及计算机的技术发展日新月异。新技术、新系统、新的解决方案的不断涌现，为城市轨道交通通信传输网络的组网方案提供了丰富的解决方案。

传输网络是城市轨道交通通信系统中最重要的子系统。城市轨道交通通信系统传输网络传送的信息主要有：专用电话（含各种调度电话、站间行车电话），无线通信，公务通信，有线广播，闭路电视监控，时钟，电力监控（SCADA），自动售检票信息（AFC）， 列车自动监控信息（ATS），火灾自动报警（FAS），机电设备监控（BAS） 计算机办公网络（OA），以及其他运营管理数据或信息。其中绝大部分信息与行车和运营相关。因此，一般在设计过程中着重对传输网络进行方案比选，以确保整个通信系统的可靠、成熟、先进和经济合理。

二、方案研究

当前国内外城市轨道交通通信系统传输网络的主要有MSTP（多业务传输平台）、RPR（弹性分组环）和OTN 3种技术，下面对其进行分析。

2.1 MSTP技术

MSTP（多业务传输平台）技术源于SDH，经过近几年的发展，已经囊括PDH、SDH、POS、以太网、ATM、RPR、SHDSL、DDN等技术于一体，它可通过多业务汇聚方式实现业务的综合传送，通过自身对多类型业务的适配性实现业务的接入和处理，非常适应多业务和多种技术相融合的应用场合。MSTP传输平台是光传输网络发展的里程碑，在固化原有基于TDM传送的PDH/SDH功能的同时，增加了EoS（Ethernet over SDH）、AoS（ATM over SDH）二大核心处理功能，实现同一平台网络节点和技术的融合。

从业务的发展现状和MSTP技术在网上的应用情况来看，在MSTP传送技术中，POS技术可为IP互连提供更可靠、更高效的通道连接；ATM技术可实现基于ATM的DSLAM共享汇聚；PDH、SDH接入功能可高效处理大量的TDM业务；高速以太网互连技术可实现各种数据设备之间的可靠连接。随着数据业务的开展，

MSTP技术在发挥传送功能方面，继承了SDH稳定、可靠的特性，并融合了数据网灵活、多样的业务处理能力，可大量应用于专线、以太网接入、DDN专线等业务的接入，可在多业务方面发挥越来越重要的作用。MSTP采用多种适配容器（VC-12/3/4）和以EoS方式，对以太业务进行封装，可有效避免封装的效率问题；另外，采用L2S、LCAS、CAR、LPT、多径传输等技术，保证可靠地传输。

技术的发展，使MSTP可接入各种级别的SDH业务及 ATM/IP业务，实现了多业务同平台传输；易于实现传输网络的业务调度和带宽管理，可应用于各种层次的网络。表1是MSTP的主要接口类型。

基于SDH的第三代MSTP已经商用化。从目前公用网和专用网的业务使用情况看，近期TDM业务仍占相当份额，数据业务正不断增加。在步入能保证服务质量（QoS）的可控制、可管理的纯IP宽带传输网之前，密切关注以SDH为基础的多业务平台组网技术的使用和发展，应该是一种稳妥的、可持续发展的策略。

MSTP技术的不足之处，是虽然能提供各种以太网接口及L2功能，但本质上仍是基于TDM的技术，不能动态分配信道带宽，不太适合具有突发业务特点的数据业务。因此MSTP技术的市场定位应该是以TDM业务为主、以数据业务为辅。

2.2 RPR技术

为使网络有一个基于分组交换的网络结构，而且能将SDH的恢复能力和有保证的性能与以太网对数据的友好特性结合起来，RPR（弹性分组环）就在这种背景下应运而生。RPR综合了SDH、以太网、MPLS、ATM、WDM等协议和技术的优点，为数据业务提供了一种优化的解决方案。RPR组网方案可以保证语音、数据、视频等业务在统一的平台上传输。

不同于基于SDH技术的MSTP，RPR是为基于在2个（或更多个）反方向的环上传输分组数据而优化的一种二层技术。RPR的核心基础是以太网技术，其处理的基本数据单元是分组数据包。RPR利用2根光纤连接而成的双环结构（内环和外环），内环和外环上的信号传送方向相反。每台RPR节点设备都拥有一个MAC地址，同时拥有环中所有节点的网络拓扑表，网络建立初始通过拓扑发现协议建立拓扑表。

RPR的带宽效率高，传统的SONET网络需要环带宽的50%作为冗余，RPR仍然保持类似于SDH中APS的保护机制，利用2个反向旋转的环来控制数据业务量。RPR允许数据业务流在源节点和目的节点之间的环上传输，以此来实现空间的重新利用。目的节点从环中剥离数据分组，当一个分组从环中被剥离出来的时候，它就不再占用环的带宽，而是释放下游段供其他分组使用。

RPR有先进的保护机制，其目的是提供50ms的业务保护，这与SDH的ASP相类似。目前正在研究采用业务环回或者绕开的方法来避免发生的故障。采用环回法时，和故障邻近的节点会把一个环上的业务环回到另一个环上（比如把内环上的业务环回到外环上），这种方法使数据流在经过很长一段路径到达目的节点时，都会保持连通性。绕开法，实际上是让数据流掉转方向，通过一段路径后到达目的节点。当故障发生在节点旁边时，可以将这2种方法结合使用，先环回，方便的时候再绕开。

弹性分组环联盟的创建，推动并加速了IEEE802-17标准的制定和技术发展。其成员包括了网络与通信领域的一百多家公司，如3 Com、Cisco、Nortel Networks和Luminous Networks等，我国的华为公司和中兴公司都是该组织的成员。随着国际上标准化工作取得重要进展，越来越多的国内外设备厂商开始提供RPR产品。现在RPR技术在较大程度上得到了市场认可，各个大设备制造商的产品已经面世。由于RPR技术适应了业务需求的变化，因此不断得到商用。在我国，中国网通已经从2001年开始在南方城市部署RPR设备，中国电信也从2003年开始在各类IP城域网中采用RPR技术，并制定了《在宽带IP城域网中应用弹性分组环技术的技术指导意见》。

RPR技术的不足之处，是RPR产生的背景是为数据业务提供解决方案，对TDM业务的支持能力不可能达到SDH（或MSTP）技术的水平，因此RPR技术的市场定位应该是以数据业务为主、以TDM业务为辅。

2.3 OTN技术

OTN（开放式传输网络）是由德国西门子公司开发并在全球专业网投入使用的光纤传输技术。它仍然采用了时分复用技术，属于同步传输体系，但其帧结构与传统的SDH不同，帧的长度为31.25μs，帧速为32000帧/s。 OTN网络的每一帧被划分为384个比特组（相当于384个时隙），每个比特组中的比特数分别为3、12、48及192，从而决定了各级OTN网络设备的传输带宽36 Mb/s、150 Mb/s、600 Mb/s和2500 Mb/s。

OTN传输技术的主要业务，是快速和高质量地进行音频、中低速数据、E1、10M/100M以太网、视频（M-JPEG、MPEG-2/4、H.264）及宽带广播（15KHz）信号传输；主要特点，由于采用了一次复用机制，在占用较少开销比特数（不到2%）的情况下，综合不同的网络传输协议，集成多种用户接口，一体化的实现低速和高速信息的接入和传输。该传输网络的自愈能力强，网络管理机可在网络中任何一个节点接入，对全网进行管理；能够通过软件实现带宽分配，对于视频信道的传输可以做到按信道切换。其主要不足，是OTN传输技术是独家产品，技术支持受限。

近年来，OTN系统在OTN-2500 Mb/s 设备上开发了622Mb/s光收发模块，能与SDH/MSTP相连，因此目前OTN网络设备与标准通用传输设备的互连、互通技术有了新的进展和提高，接口瓶颈取得了突破，OTN系统的发展动向值得进一步关注。

2.4 技术比较

MSTP 、RPR 、OTN 3种制式的主要技术比较，如表2所示。

3种传输技术各有优缺，都可以满足城市轨道交通对传输网络业务的部分需要，并且在一定的时期内也是适用的。但根据当前地铁通信业务的需求及发展，尤其是视频的数字化，及综合监控和乘客咨询系统的出现，地铁通信业务的需求出现了以太网化、数字化、宽带化的趋势。所以在轨道交通传输系统设备选型时，不但要考虑自身特点，还要很好地把传输技术的发展趋势同轨道交通通信自身业务的特点结合起来统一考虑，其目的是建设一个高可靠、可发展、多业务的综合传输网络平台，以满足轨道交通运营管理初期、近期和远期的发展需求。

三、结语

综上所述，建议在城市轨道交通中采用MSTP+RPR的混合组网方案作为优先方案。MSTP同时具有承载传统TDM业务和数据业务的综合能力，但承载数据业务的能力一般，特别是不能动态分配信道带宽、不太适合具有突发业务特点的数据业务；RPR也同时具有承载传统TDM业务、数据业务和视频业务的综合能力，但承载传统TDM业务的能力一般。而MSTP技术和RPR技术之间具有很强的互补性，首先MSTP技术成熟而且成本较低，其次RPR技术也已成熟且成本越来越低，再次传统的TDM业务（包括对外出租电路业务）仍然在大量使用，同时各种数据业务和视频业务正处于迅猛发展的势头。为了更好地融合语音、数据和视频三种业务的需求，并在城市轨道交通中提供高可靠性、高品质的业务承载平台，所以推荐采用MSTP和RPR技术，即MSTP+RPR。MSTP以承载传统的TDM业务以及部分非突发性的数据业务，RPR以承载数据和视频业务为主，并可以为综合监控和乘客咨询系统提供通道，节省投资，2种技术互相备用、互相补充。MSTP和RPR两种技术同时采用，既地解决了语音业务又解决了数据和视频业务，大大提高了整个传输网络的可靠性，不失为一种较全面的解决方案。

参考文献

[1]陈樱，胥昊.多业务传输平台在城轨通信系统中的应用[J].铁道通信信号，2008，87（1）

[2]陶光辉.RPR技术在青藏铁路视频监控系统中的应用[J].铁道通信信号， 2007，39（10）

[3]龚晓聪.地铁通信传输系统方案探讨[J].都市快轨交通，2005，18（2）

[4]李琦.OTN-开放式传输网络[J].都市快轨交通，2001，14（2）