轨道交通专用通信传输系统研究

2011-05-09卢滢

铁路通信信号工程技术 2011年4期

关键词：以太网交换机号线

卢滢

（中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070）

传输系统是城市轨道交通通信系统中的重要子系统，它不仅为通信其他子系统如公务、专用、无线、电视监控、广播、乘客信息等系统提供语音、数据、图像传输通道，还为自动售检票、环境与设备监控系统、列车自动控制系统、电力监控系统等提供通道。

作为承载各种信息的媒介，传输系统应是一个实时、透明、无阻塞、可靠性高、组网灵活、扩展性好、功能齐全和安全的系统。

下面先对在上海轨道交通10号线一期工程专用通信传输系统实施过程中发现的问题进行讨论。

1 组网方式

上海轨道交通10号线是一条穿越城市东西向客运走廊的径向线，一期工程全程共计长约36 km，设31座车站，主备2个控制中心，1个停车场。

10号线采用M STP（内嵌RPR模块）设备进行组网。由于网络应用大量为以太网，通常采用共享带宽的方式，其反映在M STP的带宽利用上是均匀分布的业务模式，并兼顾M STP良好的环保护功能，10号线组网保护方式采用M S-SPR ING复用段共享保护环。

10号线一期共设有33个站点，包括2个控制中心，按ITU-T的规定，MS-SPR ING组环不能超过16个节点。因此，10号线一期以2个控制中心为交点，组建了3个环。各系统的业务分别通过2 M或以太网端口接入。10号线设有综合监控系统，并将原通信系统中的电视监控、广播、乘客信息系统纳入其中。综合监控系统以千兆以太网端口型式接入传输系统。

2 问题探讨

在轨道交通工程中，传输系统作为骨干网络传送其他系统所需传输的信息。随着轨道交通中业务不断IP化发展，传输系统也面临着如何满足各业务需求的问题。下面针对M STP（内嵌RPR模块）在10号线工程中遇到的问题作探讨。

2.1 问题发现

上海轨道交通10号线传输系统采用MSTP（内嵌RPR模块）方式组网，对于以太网业务而言是个二层组网结构，其下挂的综合监控系统在各站点由三层交换机组网，如图1所示。为完成综合监控系统中视频组播的功能，要求传输系统具有IGM P Snooping（Internet Group M anagement Protocol Snoop ing）组播侦听功能。但到测试阶段，发现从一个站点上传至控制中心的视频信息在其他站点也能收到，这说明在传输网络中视频信息并非是以组播方式传送，而是以广播方式传送。

2.2 问题研究

根据测试结果，传输系统不具备IGMP Snooping功能，所以导致在各节点均有视频流，没有达到预期的要求。那么IGM P Snoop ing到底在什么情况下才能实现其功能呢？

首先介绍一下IGM P Snoop ing二层组播组侦听协议，IGMP Snooping协议示意如图2所示。

视频源发送组播流，接收者A和接收者C在这个组播组中，而接收者B不在组播组中。在视频源和接收者间的二层设备通过IGM P Snoop in g功能侦听到组播流，就把该信息发给接收者A和C，而不发给接收者B。视频源与三层组播设备间通过IGMP协议建立和维护组播组的关系。

由此可见，IGM P Snoop ing是运行在二层设备上的组播约束机制，通过侦听和分析主机与三层组播设备之间交互的IGM P来管理和控制组播组，从而有效抑制组播数据在二层网络中的扩散。

轨道交通中传输系统与综合监控系统的组网结构表明，视频源与三层组播设备间的交互并没有通过二层设备，即传输系统，传输系统无法启用IGM P Snoop ing功能，因此传输系统对于接收到的数据均以广播形式发送。这就是在测试中看到的结果。

由此带来的问题：是否会形成广播风暴。

在轨道交通专用通信系统的应用中，以太网业务多是共享带宽，例如CCTV、综合监控、电源监控、PIS和AFC等。典型的组网如图3所示。

传输设备A、B、C、D、E组成环形网络，保护方式为M SP；每套传输设备上分别有一个以太网接口连接交换机F、G、H、I、J。

从图3可以看到，各个交换机之间相互通信，系统形成环路，为防止交换机层面的广播风暴发生，交换机必须启用生成树协议来防止广播风暴发生。

传输设备为各个交换机之间的通信提供以太网传输通道，为了能够实现共享以太网业务，并且要求业务有保护（一个站点以太网板故障，不会影响其他站点以太网业务），传输以太网业务配置方式应该为A—B—C—D—E—A。

对于MSTP（内嵌RPR）的传输设备可以通过源地址剥离的技术实现抑制传输层面的广播风暴，（即当A点发出的信息再传到A点时，就丢弃不再循环传送）而不用启用生成树协议。由于传输设备没有启用生成树协议，这样交换机发送给传输设备的包含生成树协议的报文，传输设备不会进行修改，而是透明传输给其他站点的交换机，所以，交换机之间生成树协议传递是正确的，生成树协议能够正常启动。既满足地铁共享型业务需求，又满足一个站点故障时，不影响其他站点业务的保护需求。

2.3 研究结论

目前轨道交通专用通信中的传输系统多为二层网络，为了防止轨道交通全线成为一个大的广播域，一般要求其他接入系统如视频监控系统在各站点均采用三层交换机组网。由此，传输系统与其他接入系统的组网架构将无法使传输系统启用IGM P Snooping功能，在传输系统中数据无法以组播方式传输，只能以广播方式传送，因此只能以增加传输带宽作为代价。对于MSTP（内嵌RPR）的传输设备，由于可以采用源地址剥离技术，因此可以抑制传输层面的广播风暴。

3 设备选用

轨道交通专用通信传输系统中承载的业务主要包括TDM和IP两类。随着以太网技术的迅猛发展，各系统都逐步向IP方向发展，因此，传输系统中以太网业务的需求量越来越大，逐渐超过了TDM的需求。为了顺应这种发展趋势，各种传输设备在其固有的设计中也融入了适合IP传输的部分。

目前已建、在建的轨道交通专用通信传输系统采用的设备有OTN、M STP（内嵌IP模块）、MSTP（内嵌RPR模块）、SDH+以太网等。

3.1 OTN

OTN系统是为专网而开发，采用一次复用机制，集成多种用户接口，一体化的实现低速和高速数据的接入和传输。同时它具有设备简单、组网灵活、维护方便等优点，其独特的帧结构及传输方式非常适用于独立的专用网络。为适应IP化发展，OTN也可提供100 M、1 000 M以太网接口。为更好地接入以太网业务而不形成大广播域，可以采用专为传输以太网业务的三层设备，该设备可以与传统OTN二层设备混合组网，共同网管。

但是OTN技术标准的唯一性使不同轨道交通线的不同传输网络之间只能实现电接口层面的业务透传，且不支持多方向的光传输。同时，OTN主体设备为进口设备，存在技术的独有性和厂商的唯一性等问题，而且价格相对较高。所以在设备选择时，各方都比较慎重。

3.2 SDH+以太网

这是SDH和以太网两种技术的组合应用，SDH承载语音及低速数据，以太网承载高速数据。

以太网技术是一种基于IP协议的包交换技术，标准化程度高，其信息包长度可变，适合承载各种业务。流量优先权控制、VLAN标准、多生成树协议、快速生成树协议等技术为以太网提供了必要的QoS保证和保障快速恢复机制，以太网技术已经发展成为一种可管理、高可靠性的技术。

但由于以太网提供“尽力而为”的服务，对承载业务不可避免地存在时延、抖动和丢包等现象，承载业务的QoS、网络安全都需进一步加强，另外，以太网的网络管理功能较弱。因此，轨道交通中采用以太网独立组建传输系统，目前还没有先例。

而采用SDH和以太网两种技术的组合方案，可以扬长避短，各尽所能，但该方案需要占用更多光纤，并由于采用两套设备，增加了后期维护工作量。采用该组合方案的轨道交通线并不多。

3.3 MSTP

随着各系统不断IP化，MSTP应运而生。MSTP采用了目前成熟的SDH组网和保护技术，保留了固有的TDM交叉能力和业务接口，并在传统SDH基础上增加IP、RPR等模块，实现了实时、非实时的数据业务对传输网络的传输要求。但由于M STP是以TDM业务为主，IP业务为辅，随着IP业务的大量需求，M STP将显得力不从心。正如以上对10号线传输系统的分析，目前阶段，IP业务需求尚在承受范围之内，只有通过牺牲系统带宽来满足需求，这也是TDM向IP过渡时期的一个方案。

对于M ST P（内嵌R PR模块）和M ST P（内嵌IP模块），内嵌RPR在环网保护、以太网业务的保护和抑制广播风暴等方面比内嵌IP更胜一筹。

3.4 PTN

分组传送网（PTN）是一种以分组作为传送单位，承载以太网业务为主，兼容TDM等业务的综合传送网络。PTN是基于分组传送、面向连接的多业务传送技术，采用分组的架构，继承了M STP的理念，融合了Ethernet和MPLS优点，并提供端到端Qo S控制，提供精确的频率和时间同步，提供较为丰富的保护方式和电信级的维护管理，是下一代分组承载技术。

但PTN是一种新技术，目前还处于商用起步阶段，其产品的成熟度、标准化程度、应用模式以及与M STP网络的互通等诸多方面尚需进一步完善。对于轨道交通传输系统将关注PTN传输技术的后续发展。