张春杰 武智博

摘  要：文章以传输系统为对象，论述采用双平面网络为组网手段，使用分组平面承载大颗粒数据业务，分组平面以IP业务为核心，在MPLS技术的基础上引入SDH的传输理念并且业务通过弹性管道进行承载，线路侧单光口带宽可达40 G，相较SDH网络有4倍的提升。使用SDH平面承载传统E1等小颗粒业务，二者物理分离。可以有效解决传统光网络系统硬管道、传送效率低、对于大颗粒业务承载差等技术难题。

关键词：传输系统;OTN;双平面组网

中图分类号：TN914;U239.5      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）07-0066-03

Application and Development Trend of Transmission System in the Field of Rail Transit

ZHANG Chunjie，WU Zhibo

（Neusoft Group Co.，Ltd.，Shenyang  110179，China）

Abstract：This paper takes the transmission system as the object，discusses the use of biplane network as the networking means，the use of packet plane to carry large granular data services，packet plane to IP services as the core，on the basis of MPLS technology，the introduction of SDH transmission concept and services through the elastic pipeline to carry out，the line side single optical port bandwidth can be up to 40 G，which is 4 times higher than SDH network. SDH plane is used to carry small particle services such as traditional E1，which are physically separated. It can effectively solve the technical problems of traditional optical network system，such as hard pipe，low transmission efficiency，and poor carrying capacity for large-scale granular services.

Keywords：transmission system;OTN;biplane networking

0  引  言

在軌道交通领域，专用通信系统是一个集运营指挥、企业管理、服务乘客和传递各种信息为一体的网络平台，它是一个安全可靠、可扩容、组网灵活、并能传递语言、文字、数据、图像等各种信息的综合业务数字通信网。

专用通信系统一般由传输系统、公务电话系统、专用电话系统、无线通信系统、视频监视系统、广播系统、时钟系统、乘客信息系统、综合布线系统、电源系统及接地系统构成，个别城市轨道交通系统可能由于其特有的组织结构有细微差异。

通信系统之所以能够提供列车安全高效运营服务，为乘客提供高质量的出行服务以及紧急情况下能迅速转变为供防灾救援和事故处理指导。传输系统在轨道交通运营起着至关重要的作用，轨道通信中乘客信息系统准确快速地向乘客提供乘车信息，通告以及广告投放、视频监视系统在城轨调度大厅及时监视各站点视频监控信息，站务人员使用无线手台进行通信，以及信号、票务、综合监控等核心系统功能实现质量的好坏，其根本仰仗的是作为通信“高速公路”的传输系统。

东软集团股份有限公司致力于城市轨道交通通信系统的建设，本文作者分别在沈阳地铁1号线、2号线、10号线专用通信系统以及9号线公安通信系统、长春地铁1号线通信系统担任项目经理与项目总工角色，基于传输系统在轨道交通领域的业务特点以及发展趋势对项目进行产品选型以及技术路线规划，旨在为轨道交通提供高可用、高性价比以及具备前瞻性的产品和解决方案。

1  传输系统的现状

在轨道交通专用通信中，其他子系统的信息交互通道均由传输系统承载，一旦传输系统出现中断，毫无疑问各子系统将成为孤岛。

初期的地铁建设，由于各线路控制中心仍然以传统SDH设备组建传输网，因此大部分网络骨干汇聚层为STM-16或STM-64，专门用于传输E1及IP业务，并为重要业务提供保护路径。

MSTP虽然支持以太网业务通过协议封装和速率适配后映射到SDH的虚容器（VC）中传输，但是其开销成本高、映射效率低，且不具备业务IP化所要求的统计复用、带宽共享、灵活调度等功能，无法有效应对数据流量的突发变化，影响IP化分组业务的传输效率，如图1所示。

而随着国家第二批轨道建设的批复以及第三批轨道交通建设的规划，各市地铁、轻轨线路逐渐增加、成网，对业务承载的需求也更加多样化。

由于我国大部分轨道传输网均为单网运行，一旦有影响列车运行的施工就必须审请施工点，中断行车运行。随着城轨的行车间隔逐渐缩短以及运营时间的不断加长，维护部门申请窗口点越来越困难，时间也非常紧张。在这一段有限的时间里要实施线路调整和故障处理，现场人员的作业难度和压力也越来越高。因此传输系统在轨道交通领域的应用一般侧重于业务的可靠性、可维护性、网络结构模块化以及高带宽多接口传输。

下面将主要对业务可靠性与网络结构可扩展进行论述。

1.1  业务可靠性

如文章开头所述，传输系统是其他各子系统的高速通道，如何使这条高速通道安全可靠是首先要考虑的问题。

光数字传输系统分为设备级保护和网络级保护，其中网络级保护要求系统须具备网络自愈保护倒换功能，即一旦检测到符合开始倒换的条件后，保护倒换须在50 ms内完成。主、备用环路之间的切换不影响正在工作中的用户的正常使用。完成倒换动作后向传输网络管理系统报告保护倒换事件。设备级保护要求传输系统的设备关键板件（业务交叉处理、交换处理（或主控）、电源等）必须采用1+1热备份，所有板卡均具有热插拔功能。而无论是网络级保护还是设备级保护均要求在前端无感知的前提下完成保护动作。

由于传输系统起着为所有子系统提供承载通道的特殊性，所以一般运营单位对传输通道的状态、性能额外关注，这就要求传输系统需要具备自诊断功能，即系统可进行故障管理、性能监视、系统管理、配置管理等。

为提高系统可靠性，对网内传输的各种信息进行环路保护;通信系统在控制中心设置网管系统及设备，采用简明、直观的维护管理界面和系统安全机制，传输系统可通过本地管理接口和控制中心维护管理终端相连，可方便地对节点、传输通道进行配置和管理，监视每个传输节点主要模块和用户接口模块的工作及运用状态，可提供声光报警功能和告警信号数据输出。

另外，传输系统还应该具有自愈性功能，所谓自愈性就是当环路中的传输设备发生故障和光缆断路时，传输环路须自动脱离故障设备和组成新的环路继续工作，并发出故障报警信息，而这一系列动作无需人为操作。

1.2  网络结构可扩展

随着我国人口城市化及地理空间城市化的加速，地铁线路在建设初期的设计规划往往要随着城市的扩张而进行相应的延伸，使地铁项目的建设具有线路延长建设的独特性。而基于地铁线路建设的特性，对传输系统提出了须具备网络结构可扩展的要求以为今后的业务发展预留容量及扩展条件。传输网络还能提供较好的兼容性能，可兼容并连接本网络以外的其他网络或系统。

1.3  系统通道高带宽

传输系统的大带宽主要体现在传输网络的高带宽以及传输通道的高带宽上，传输网络由最早的2.5 G环网到现在的20 G、40 G，甚至100 G的环网的已经在国内的某些城市得到应用，而传输技术也由原来的SDH传输模式发展到现在的SDH+PTN混合组网模式，在一些骨干节点上已经有100 G OTN设备的应用。

对传输通道的高带宽需求主要体现在IP业務上。例如视频监视系统在早期均采用低分辨率的模拟摄像头，且每个站点的摄像头数量也相对较少，其设计意图主要是对重点部位进行监视。而如今随着国家对社会安全的重视，地铁车站又具有人流密集、流动性大的特点，加上国内以“海康”“宇视”“大华”为首的一批视频设备厂商的迅猛发展，地铁车站的摄像头分辨率由原来的标清向高清甚至超高清过度，而视频监视设计意图也由原来的对重点部位进行监视转变为无死角监视。

分辨率的提升意味着对传输通道带宽需求的提升，监视意图的转变意味着摄像头数量的增加，加之目前人脸识别，客流预警等AI技术的兴起，更是对传输系统提出了更加严苛的要求，既要提供大带宽，又要保证低延迟。

2  传输技术在轨道交通领域的发展趋势

传输技术发展路线大致可以分为三个阶段，即PDH（异步传输）阶段、SDH（同步传输）阶段、混合组网（SDH+ PTN）阶段。

PDH（异步传输）阶段，较多地应用“小八兆”光端机，即每台设备可以传输4个E1信号，它主要适用于低速率点对点的传输，不能环状布局，也没有保护倒换机制。

SDH（同步传输）阶段，由于其具备国际统一的数字传输标准、丰富的开销、灵活的业务调度能力、丰富的业务接口等优势也被誉为光传送网的常青树，目前在轨道交通以及其他领域依然有应用。但是随着IP业务越来越大以及传统E1业务的萎缩，SDH采用RPR组网方式对IP业务的刚性承载造成了带宽资源的浪费，例如视频监视、乘客信息、地铁办公网等子系统业务瓶颈也往往出现在传输系统上，在这种背景下，基于SDH+PTN模式的混合组网设备孕育而生。

混合组网（SDH+PTN）阶段即将传输网区分为SDH与PTN两个平面，SDH平面用于承载传统E1业务，PTN平面用于承载IP业务，例如一个40 G传输网络，可以将其中2.5 G带宽设置为SDH平面承载E1业务，将剩下的37.5 G带宽配置为PTN平面用于承载IP业务，这样有效解决了传输系统对IP业务承载的瓶颈问题。

在未来，运用在轨道交通领域的传输技术将向“大容量，多业务，高集成”的方向发展，而基于轨道交通的特殊性，传统的波分设备由于对小颗粒业务传送的劣势导致其并不能很好地运用到轨道交通领域，要求能够承载多业务的光传送网，既可同时支持MPLS-TP技术、SDH技术和OTN技术，又可灵活地适应从E1到GE级别，满足任意速率任意种类业务的接入传输需求。通过一种设备同时实现各种类型业务的统一交叉，提供高带宽、组网灵活且富有弹性的光传送管道，同时支持IEEE 1588v2时间同步，具备简单高效、端到端的运维保障的统一传送平台。

对于2M业务，仍支持基于SDH平面进行承载，并采用和既有MSTP技术一致的组网模式和保护模式。对于IP业务，采用基于分组处理平面，利用MPLS-TP协议进行IP业务的处理。因此未来的传输系统将是一个基于多业务、多平面传送的集中交叉业务平台。

由于专门提供了分组处理平面，采用MPLS-TP协议进行IP业务处理。MPLS-TP基于现有的MPLS技术实现简单高效的分组传送，在业务可靠性方面，可提供分层、完善的业务保护方案，通过构筑两道防线为业务提供全方位可靠性保障。第一道防线基于电信级保护提供小于50 ms的故障自愈，第二道防线提供包含光层保护、VC及ODUk保护、MPLS-TP保护的分层业务保护，确保多业务统一承载时的高可靠性。

3  相关案例

沈阳地铁9号线、10号线以及长春地铁1号线均选用了基于双平面的组网传输系统，为后续全国地铁通信网建设树立新的标杆，为各类业務提供了充足的带宽，并支持带宽平滑扩容，在实现网络安全性保证的同时，具备更加智能与灵活的特性。

在这四个阶段中我们也见证了朗讯、诺西、西门子、北电等一些厂商的倒下以及国产品牌华为、中兴、烽火的崛起。而由于中美贸易摩擦，美国政府对中兴、华为、海康等国产厂商的制裁，网络设备从标准到关键器件的完全自主化与国产化也将是未来发展的必然。

当前已经迈入智能铁路时代，随着5G技术的成熟，覆盖范围的扩大，万物互联，海量连接的时代即将到来。越来越多先进技术与行业需求的集成融合将加速铁路行业的数字化、现代化以及智能化。而具备“大带宽，多业务，高集成”传送能力的传输系统可以为城轨接入业务提供高可靠、易扩展的承载能力，满足轨道交通业务多元化的发展需求。

4  结  论

由于目前传统E1业务仍然有少部分应用，通过上述技术及相关地铁建设案例的分析，可以得出双平面的混合组网是轨道交通通信传输系统较为适合的解决方案的结论，而随着新一轮轨道交通的建设，双平面组网方案也将被越来越多的用户认可。

参考文献：

[1] 国家铁路局.铁路通信设计规范：TB 10006-2016 [S].中国铁道出版社，2017.

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[3] 信息产业部电信研究院.基于SDH的多业务传送节点技术要求：YD/T 1238-2002 [S].人民邮电出版社，2002.

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[5] 叶安君.云存储技术在高速铁路高清视频监控系统中的应用 [J].中国铁路，2018（5）：90-94.

[6] 中华人民共和国工业和信息化部.分组增强型光传送网（OTN）设备技术要求：YD/T 2484-2013 [S].人民邮电出版社，2013.

作者简介：张春杰（1972.01—），男，汉族，山东莱芜人，高级工程师，轨道交通业务总监，硕士，研究方向：计算机及通信技术;武智博（1986.05—），男，汉族，辽宁沈阳人，高级职称，资深系统工程师，本科，研究方向：轨道交通通信系统集成。