某轨道交通上层网传输系统扩容设计方案

秦祥

【摘要】为满足某市轨道交通线网指挥中心系统项目建设需要，针对通信专业既有上层网传输系统进行升级扩容，为本项目新增业务提供稳定、可靠、冗余的传输通道，同时为后续新建线路的各项业务接入提供充足的接口和带宽。

【关键词】轨道交通 传输系统 扩容

1引言

上层网传输系统作为线网指挥中心系统的基础网络，是线网指挥中心系统的重要子系统。

该市轨道交通上层网传输系统为线网数据处理及应用系统、线网调度电话系统、线网视频监视系统、PIS、ISCS、电话计费系统等专业和业务提供可靠、冗余、灵活的传输通道。

2系统构成

根据该市轨道交通上层传输网规划，共设置A、B、C、D共4个区域控制中心。既有4个中心已分别设置了10Gb/s的传输节点设备，本工程上层网传输系统对上述4个中心既有节点进行扩容升级。根据业务需求共采购6套N7024CF设备，分别设置在各区域控制中心的上层网传输系统设备机房：A、B各控制2套中心设置，C、D各控制1套中心设置。

2.1既有上层网传输系统现状

原上层网传输系统利用通信主干光缆连接四个区域控制中心组成光纤自愈环，该自愈环由两个独立的反向光纤环构成，如图1。

图1 上层网传输系统扩容前

N42E节点机箱

N42E节点机箱（图2）带有2个电源模块（冗余）和1个BONA10G-X3-ETX公共逻辑卡。两个热插拔光收发器模块插在每块BORA10G-X3M公共逻辑卡上。N42E节点有八个通用接口插槽，可在任何混合接口的模块中使用。接口卡插槽与BONA（宽带光环适配器即中央控制器）卡之间的通信是利用节点背板通过星型结构来实现的。每个接口卡都有唯一的通道与BONA卡直接相连。

图2 N42E节点机箱

N7024CF节点机箱

N7024CF（图3）采用2U高的机箱，电源模块为1+1冗余配置，支持热插拔，支持AC交流和DC直流电源混合供电。节点箱外形小巧，支持从前面板操作所有重要部件，如可热插拔的电源、风扇单元和管理端口。另外，可通过显示屏和LED指示灯提供系统的快速诊断功能。

N7024CF支持与N42E和N415节点混合组网，N7024CF节点机箱带有2个热插拔10G光模块，配置24个以太网接口，可配置为10/100/1000M自适应以太网电接口或1000M以太网光接口。

图3 N70CF节点机箱

2.2既有上层网传输系统业务带宽及端口使用情况

既有上层网传输系统承载时钟、公务电话、门禁、票务、ISCS等系统业务，既有业务带宽使用情况如表1，既有业务端口使用情况如表2。

表1既有业务带宽使用情况

表2既有业务端口使用情况

2.3扩容方案

基于上层网传输系统现状，为满足新增业务需要，扩容方案在A、B控制中心分别增设一套N7024CF设备，与既有上层网传输设备进行光纤跳接和业务割接从而组成上层传输甲网，将剩余的4套N7024CF分别设置在四个控制中心组成上层传输乙网，在C控制中心新设上层传输乙网OMS网管系统并设置网管操作终端，将甲网OMS网管操作终端由A控制中心网管室迁至C控制中心网管室，形成统一管理的上层网传输系统的甲、乙网架构（图4）。

圖4扩容方案的甲、乙网络架构

扩容后的上层网传输系统新增线网指挥中心相关业务。为了避免或者减小系统扩容以及新增业务调试过程中对既有正常运营业务造成的影响，传输系统在新设的乙网为各新增业务设置主用传输通道，在承载既有业务的甲网为各新增业务设置备用传输通道。扩容方案的业务带宽使用情况如表3，扩容方案的业务端口使用情况如表4。

表3扩容方案的业务带宽使用情况

表4扩容方案的业务端口使用情况

3系统工作方式

3.1系统保护工作方式

本扩容方案的上层网传输系统利用并行光纤形成的双环结构为环内每一节点的控制计算方法提供了唯一的“热备份”或自愈能力。在出现故障时，由于光纤传输路径自动重新配置，系统仍然工作。由于输入光信号或同步丢失而造成的所有故障可由节点立刻检测出来。

所有节点均可在故障（或光纤断裂、或节点机退出服务等）发生后决定将信号传输倒换到另一环上。此机制保证所有节点的业务倒换到另一环上，或是它们中的两个同时环回。每个节点基于其本身的状态和从其它节点（仅从这些节点）接收的信息来判断，以独立地进行重新配置。

不管是否有网管，或者网管是否在激活状态，上述为对系统进行保护和恢复的环重组过程，都不会受到影响。然而，网络管理系统（OMS）将被告知有故障产生，并在OMS的网络拓扑图形界面上，由不同的颜色表示故障的点或段（通常以红色表示故障段或点，以绿色表示正常）。

上层网传输系统以光纤为传输介质，连接四个区域控制中心的传输节点机箱组成环网，各区域控制中心的节点机箱提供南、北光方向形成双光路保护自愈保护环，保障业务的可靠通信。

保护倒换准则：

a.信号丢失（LOS）

b.帧丢失（LOF）

c.告警指示信号（AIS）

d.超过门限的误码缺陷及信心劣化（SD）

如果工作环出现故障，上层网传输系统将检测到这个故障，此时系统自动将信号完全倒换到保护环上。

如果节点失效，网络保护倒换将在邻近节点创建一个环回，将业务倒换到另外一个环上。在这种情况下，除了失效节点外，整个网络都能正常工作。传输网络利用这种方式来避免网络中的单一节点失效。如果多个节点同时失效，那么传输网络保护倒换会尽最大努力来最大限度地保护传输网络的业务。

网络自愈功能是利用上层网传输系统同心双环的结构（图5）完成的，不需要主动设定，也无需任何与系统相连的网管系统来建立这种保护机制。在这种方式下，重新配置环所需知道的只是独立驻留在网络中每个节点的信息。

图5简化的同心双环设计

本系统自愈环保护倒换恢复时间小于50ms。

切换保护的时间是非常短暂的，系统在出现上述列举的故障后，在50ms内即可识别故障并完成切换（注：这时间是指业务端口之间的故障判断和切换，而不是光端口之间的故障判断和切换）。切换不会影响任何业务通讯。对于CCTV图像、电话通信、以太网等的实时业务而言，切换过程将不会中断正常通讯，都能在50ms内实现业务倒换，甚至没有感觉到已经产生过一个自愈和恢复的过程。

在故障发生和保护倒换自动动作的情况下，网络的新的状态将报告给OMS网络管理系统，并且新的网络拓朴结构逻辑图将以图形化的方式反映在OMS网管上。另外，导致保护倒换的故障将在OMS中形成一个告警报告。

4本扩容方案的优点

鉴于既有上层网72芯主干光缆的光纤资源相对充足，利用2芯光纤新建上层传输乙网，同时在甲网的A和B节点各增加一个节点箱的甲、乙网方案，相比直接在既有上层网传输系统中增加节点箱进行扩容的方案，本工程甲、乙网的扩容方案有以下优点：

1）上层网传输系统的带宽容量翻倍。

本扩容方案组建了该市轨道交通上层网传输系统的甲、乙网络架构，两个传输网络各提供10Gbps带宽，使得上层网传输系统获得20Gbps的总带宽容量，为后续线路业务接入预留了充足的带宽和端口。

2）传输网络的安全性、可靠性更高。

本扩容方案中的上层传输甲、乙网完全独立，核心业务的主备通道可以分别分配至甲、乙传输网络互为备份，当一个网络的传输功能完全失效，另一个传输网络也可以确保核心业务的正常通信，加上传输系统自身的环网保护和自愈特性使整个上层网传输系统的安全可靠性更高。

3）减小实施过程对既有上层网传输业务的影响。

本扩容方案在实施阶段，不需要对既有上层网传输业务进行调整，避免了对既有运营业务造成的未知风险。而且甲网的扩容仅需要在A、B控制中心增加设备，相比在四个区域中心都进行扩容和割接，极大的降低了实施的难度，同时也极大的减小了对既有上层网的传输业务的影响。

4）新增业务的各专业测试更加方便，提高了測试效率避。

本方案将线网指挥中心系统新增业务的主备通道分别设置在甲、乙网络，各专业在测试阶段使用传输乙网进行调试和测试，不仅避免了对承载既有传输业务的甲网所造成的影响，而且因为不会对既有业务造成影响，减少了各专业测试请点的流程，极大的提高了各专业测试的效率，有效的保证了项目的执行进度。

5结语

上层网传输系统是线网指挥中心系统的基础网络系统，是该市轨道交通的骨干系统，为各专业业务信息提供了透明的传输通道，是为各业务系统提供数据、图像等传输方式的综合通信网。本设计方案，利用新增传输乙网的方式从而达到扩容现有上层网传输系统的目的，最大程度减小对既有运营业务影响的同时，不仅为线网指挥中心系统新增业务提供更加可靠的传输通道，而且为后续整个线网轨道交通规划的新增业务提供充足的网络带宽。