增強(qiáng)型MSTP在城市軌道交通通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

姜 彬

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增強(qiáng)型MSTP在城市軌道交通通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

姜 彬

增強(qiáng)型MSTP技術(shù)是目前較成熟、先進(jìn)的技術(shù)，增強(qiáng)型MSTP設(shè)備可提供豐富的接口和服務(wù)質(zhì)量保證，給城市軌道交通傳輸網(wǎng)帶來(lái)新的解決方案。本文以石家莊市軌道交通1號(hào)線一期工程為例分析了城市軌道交通數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的需求和增強(qiáng)型MSTP的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，介紹了增強(qiáng)型MSTP在石家莊市城市軌道交通通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。

增強(qiáng)型MSTP；軌道交通；應(yīng)用

0 引言

隨著城市軌道交通大容量業(yè)務(wù)（如高清視頻監(jiān)控、PIS乘客信息系統(tǒng)、視頻會(huì)議等）對(duì)傳輸系統(tǒng)帶寬需求的快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)MSTP（基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)）技術(shù)和設(shè)備受到新的挑戰(zhàn)。軌道交通傳輸系統(tǒng)承載業(yè)務(wù)具有多樣化、差異化和大帶寬化特點(diǎn)，需要提供更高環(huán)網(wǎng)速率、多重保護(hù)機(jī)制以及物理隔離等特性化功能，只有融合多種傳輸技術(shù)的設(shè)備才能滿足多種業(yè)務(wù)的需求。增強(qiáng)型MSTP融合了SDH（同步數(shù)字系統(tǒng)）、PTN（分組傳送網(wǎng)）和OTN（光傳送網(wǎng)）技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以提供一種更先進(jìn)、更高速率、更加靈活的傳輸解決方案，滿足了軌道交通通信業(yè)務(wù)快速發(fā)展的需求。

1 軌道交通傳輸業(yè)務(wù)需求和特點(diǎn)

城市軌道交通通信系統(tǒng)包括專用通信系統(tǒng)、公安通信系統(tǒng)和民用通信系統(tǒng)。軌道交通通信業(yè)務(wù)主要為2M、FE、GE、10GE等，業(yè)務(wù)種類多且呈現(xiàn)大帶寬化、IP化特點(diǎn)，要求傳輸系統(tǒng)具有高可靠性和高安全性。下面以石家莊市軌道交通1號(hào)線一期工程為例進(jìn)行具體分析。

1.1 物理隔離功能和資源共享需求

在可研階段，石家莊市軌道交通1號(hào)線一期工程公安通信系統(tǒng)各業(yè)務(wù)傳輸通道由公安計(jì)算機(jī)網(wǎng)（千兆以太網(wǎng)）提供，沒(méi)有為公安通信系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置MSTP傳輸設(shè)備。初步設(shè)計(jì)階段，為保證公安部門計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)安全，要求傳輸系統(tǒng)具備物理隔離功能，而公安計(jì)算機(jī)網(wǎng)不能滿足公安通信中各業(yè)務(wù)的物理隔離要求。如果為公安通信系統(tǒng)單獨(dú)構(gòu)建一套MSTP傳輸系統(tǒng)，將增加投資和后期維護(hù)工作。因此，在大量調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，計(jì)劃采用公安通信系統(tǒng)和專用通信系統(tǒng)資源共享方案，即二者合設(shè)一套MSTP傳輸系統(tǒng)，同時(shí)承載專用通信系統(tǒng)和公安通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)，達(dá)到既實(shí)現(xiàn)物理隔離功能，滿足公安通信系統(tǒng)要求，又不增加大量投資，不增加設(shè)備數(shù)量和占用空間，還可減少后期維護(hù)工作量。

1.2 總帶寬需求增加及環(huán)網(wǎng)速率增大

石家莊市軌道交通1號(hào)線一期工程傳輸網(wǎng)絡(luò)同時(shí)承載專用通信業(yè)務(wù)和公安通信業(yè)務(wù)，對(duì)傳輸系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)帶寬提出了更高的需求和更大的挑戰(zhàn)。專用通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)種類和帶寬需求、公安通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)種類和帶寬需求分別見(jiàn)表1和表2。

從表1和表2可以看出，各種業(yè)務(wù)帶寬加上預(yù)留帶寬，整個(gè)傳輸網(wǎng)工作帶寬接近15 Gb/s。采用二纖通道自愈環(huán)組網(wǎng)，考慮自愈環(huán)網(wǎng)所需的保護(hù)帶寬，整個(gè)傳輸系統(tǒng)的容量應(yīng)按30 Gb/s設(shè)置。當(dāng)前傳統(tǒng)的MSTP不能滿足需求。

表1 專用通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)種類和帶寬需求

表2 公安通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)種類和帶寬需求

1.3 具備承載TDM業(yè)務(wù)和IP分組業(yè)務(wù)能力

從表1和表2可以看出，軌道交通通信系統(tǒng)既有IP分組業(yè)務(wù)，又有TDM（時(shí)分復(fù)用）業(yè)務(wù)，其中IP分組業(yè)務(wù)量大，TDM業(yè)務(wù)量小。所以，傳輸系統(tǒng)應(yīng)既具備承載視頻監(jiān)控、OA（辦公自動(dòng)化）、PIS等純分組業(yè)務(wù)的能力，也應(yīng)具備為專用電話業(yè)務(wù)、黨政專用通信等提供TDM業(yè)務(wù)的能力。

1.4 具備時(shí)間同步傳送能力

隨著4G技術(shù)大規(guī)模商用，石家莊軌道交通PIS車地?zé)o線系統(tǒng)也采用了4G新技術(shù)TD-LTE。TD-LTE基站（BBU設(shè)備）對(duì)時(shí)鐘精度要求高，需要時(shí)間同步信號(hào)，時(shí)間同步一般采用每個(gè)BBU基站配置1套GPS天線以滿足精度要求。由于石家莊市軌道交通1號(hào)線一期全部為地下線路，GPS天線引出室外安裝實(shí)施難度大，部分地下車站GPS饋線距離超長(zhǎng)，性能受限，因此要求傳輸系統(tǒng)具備時(shí)間同步傳送能力，時(shí)間同步信號(hào)從控制中心一點(diǎn)引入，通過(guò)傳輸設(shè)備將時(shí)間同步信號(hào)提供給各個(gè)車站的BBU基站。

1.5 滿足分段開(kāi)通的技術(shù)要求

石家莊市軌道交通1號(hào)線分2期開(kāi)通，一期22個(gè)站點(diǎn)（含車輛段和停車場(chǎng)各1個(gè)），二期8個(gè)站點(diǎn)，開(kāi)通時(shí)間間隔3年左右，要求二期設(shè)備在開(kāi)通時(shí)可進(jìn)行獨(dú)立調(diào)試和平滑業(yè)務(wù)接入，開(kāi)通后不影響一期業(yè)務(wù)。

綜合以上石家莊市軌道交通1號(hào)線一期工程各種業(yè)務(wù)信息傳輸?shù)男枨?，?jīng)方案比選，相對(duì)適合的解決方案是采用增強(qiáng)型MSTP新技術(shù)，既可滿足大帶寬的需求，又可滿足重要業(yè)務(wù)物理隔離的安全要求，還可進(jìn)行時(shí)間同步傳送，具備平滑升級(jí)能力。

2 增強(qiáng)型MSTP主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)及適用性

從硬件角度看，增強(qiáng)型MSTP需對(duì)傳統(tǒng)MSTP設(shè)備的交叉板進(jìn)行改造，在維持TDM特性不變的同時(shí)，新交叉板集成了PTN設(shè)備交叉板的核心芯片，通過(guò)一塊交叉板實(shí)現(xiàn)MSTP和PTN的融合，具備TDM內(nèi)核和PTN內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)TDM和分組業(yè)務(wù)最佳處理。增強(qiáng)型MSTP完全兼容當(dāng)前MSTP的所有特性，繼承了傳統(tǒng)MSTP的豐富業(yè)務(wù)接口，在同一臺(tái)傳輸設(shè)備上，針對(duì)不同的軌道交通業(yè)務(wù)采用不同的傳輸通道，大大提高了傳輸效率和信息安全性，尤其是對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，降低了傳輸成本。

（1）統(tǒng)一交換和傳送功能。增強(qiáng)型MSTP采用統(tǒng)一交換架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了TDM平面和分組平面的雙平面組網(wǎng)，不僅TDM平面能完全繼承SDH的功能特性，且分組平面支持MPLS-TP先進(jìn)技術(shù)，并且使2個(gè)平面有機(jī)融合。分組業(yè)務(wù)采用MPLS-TP技術(shù)，可以提供高效數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載、QOS業(yè)務(wù)靈活調(diào)度的彈性軟管道。

增強(qiáng)型MSTP可以在一臺(tái)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)TDM和分組業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載，利用一對(duì)光纖實(shí)現(xiàn)分組業(yè)務(wù)和TDM業(yè)務(wù)的統(tǒng)一傳送，從而簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，避免分別組網(wǎng)造成設(shè)備投資的浪費(fèi)。

增強(qiáng)型MSTP融合了TDM和分組技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以根據(jù)業(yè)務(wù)的可靠性要求和業(yè)務(wù)帶寬，分別在TDM平面和分組平面上傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)SDH業(yè)務(wù)的最佳處理。對(duì)于帶寬需求不大，質(zhì)量要求高的業(yè)務(wù)，可以采用TDM平面承載，提供高質(zhì)量、高安全、物理隔離的通道；而對(duì)于帶寬需求大，但是時(shí)延等要求相對(duì)較低的業(yè)務(wù)，如視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可采用分組平面承載，以便對(duì)其進(jìn)行靈活的統(tǒng)計(jì)復(fù)用，提高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送效率。增強(qiáng)型MSTP統(tǒng)一傳送架構(gòu)如圖1所示。

圖1 增強(qiáng)型MSTP統(tǒng)一傳送架構(gòu)

（2）物理隔離功能。增強(qiáng)型MSTP設(shè)備可以提供多個(gè)1.25 G管道（圖1），可以使每種業(yè)務(wù)映射到不同的1.25 G管道中，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的硬隔離。部分業(yè)務(wù)需要增加帶寬時(shí)，可以在本管道內(nèi)將其擴(kuò)容到最大1.25 G，如果還需要擴(kuò)容，可再增加一個(gè)1.25 G的管道。業(yè)務(wù)需要共享管道時(shí)，也可將業(yè)務(wù)同時(shí)配置到一個(gè)1.25 G管道中，實(shí)現(xiàn)帶寬的共享。

例如，公安計(jì)算機(jī)網(wǎng)需要1 000 M通道，同時(shí)要求與其他業(yè)務(wù)物理隔離，可以分配一個(gè)單獨(dú)的1.25 G管道，滿足公安計(jì)算機(jī)網(wǎng)業(yè)務(wù)保密性要求。

（3）完善的保護(hù)功能。增強(qiáng)型MSTP設(shè)備TDM業(yè)務(wù)以SDH方式接入，采用MSP保護(hù)；分組業(yè)務(wù)以分組接口方式接入，采用MPLS-TP方式保護(hù)。所有的保護(hù)倒換時(shí)間小于50 ms。

a.MSP保護(hù)功能。環(huán)形復(fù)用段保護(hù)（MSP）是利用復(fù)用段開(kāi)銷（MSOH）K1、K2字節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)倒換，從而達(dá)到保護(hù)業(yè)務(wù)的目的。二纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)通過(guò)建立二纖雙向環(huán)形拓?fù)?，每一條STM-N線路的前一半VC-4時(shí)隙為工作通道，后一半VC-4時(shí)隙為保護(hù)通道；當(dāng)某處線路中斷，工作通道不可用時(shí)，業(yè)務(wù)將在故障點(diǎn)兩端由故障方向光纖的工作通道倒換至另一方向光纖的保護(hù)通道，實(shí)現(xiàn)保護(hù)倒換。

b.MPLS-TP環(huán)網(wǎng)保護(hù)功能。MPLS-TP環(huán)網(wǎng)通過(guò)建立二纖雙向環(huán)形拓?fù)?，環(huán)網(wǎng)的一半帶寬配置為工作通道，另一半帶寬配置為保護(hù)通道，當(dāng)工作通道故障時(shí)，通過(guò)預(yù)先建立的保護(hù)通道對(duì)分組業(yè)務(wù)進(jìn)行保護(hù)倒換。MPLS-TP環(huán)網(wǎng)上任意相鄰節(jié)點(diǎn)之間均部署OAM，并通過(guò)OAM的連通性檢測(cè)確定相鄰節(jié)點(diǎn)間故障，每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)與相鄰點(diǎn)之間的OAM的連通性來(lái)確定相鄰點(diǎn)是否故障，并通知MPLS-TP環(huán)網(wǎng)狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)變遷。

（4）業(yè)務(wù)配置靈活，可平滑升級(jí)，滿足未來(lái)應(yīng)用。增強(qiáng)型MSTP可提供大帶寬及平滑的升級(jí)能力，初期即可部署40 G硬件能力，通過(guò)Licence許可軟件部署10、20、30 G等應(yīng)用需求。當(dāng)對(duì)環(huán)網(wǎng)帶寬進(jìn)行擴(kuò)容時(shí)，無(wú)需更換線路側(cè)單板（硬件），只需對(duì)單板加載相應(yīng)License即可實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)至40 G環(huán)網(wǎng)，解決了硬件購(gòu)買、升級(jí)現(xiàn)場(chǎng)人工等一系列的成本問(wèn)題。業(yè)務(wù)配置和平滑升級(jí)能力見(jiàn)表3。

表3 增強(qiáng)型MSTP容量及業(yè)務(wù)配置

（5）提供1588v2接入功能，可提供微秒級(jí)高精度時(shí)間同步。通過(guò)IEEE 1588v2實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)高精度全網(wǎng)時(shí)間同步，為TD-LTE基站等需要微秒級(jí)時(shí)間同步的設(shè)備進(jìn)行授時(shí)，取代GPS等復(fù)雜授時(shí)設(shè)備，解決每個(gè)車站站點(diǎn)均需配置GPS的難題。增強(qiáng)型MSTP 1588v2最大支持16端口、30個(gè)站點(diǎn)，精度±1ms，可為下游基站提供精確的時(shí)間同步授時(shí)。

（6）增強(qiáng)型MSTP采用先進(jìn)的MPLS-TP技術(shù)，分組業(yè)務(wù)傳送具有明顯優(yōu)勢(shì)。MPLS-TP是一種面向連接的分組交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)比彈性分組環(huán)（RPR）組網(wǎng)具有以下幾大優(yōu)勢(shì)：

a.通過(guò)MPLS標(biāo)簽交換提供分組軟管道，實(shí)現(xiàn)分組業(yè)務(wù)高效統(tǒng)計(jì)復(fù)用，大大提高分組業(yè)務(wù)的傳輸效率。

b.MPLS-TP繼承了傳統(tǒng)SDH-Like的OAM機(jī)制，具有強(qiáng)大的OAM功能。

c.MPLS-TP支持跨環(huán)通信，可保證每個(gè)子環(huán)獨(dú)立倒換。單環(huán)最大支持64個(gè)節(jié)點(diǎn)，組網(wǎng)能力大大增強(qiáng)，滿足軌道交通線路擴(kuò)展的需要。

（7）接口類型豐富，可滿足多種業(yè)務(wù)需求。增強(qiáng)型MSTP設(shè)備除了提供2M、FE、GE接口，還可配置10GE接口板，對(duì)于CCTV系統(tǒng)等需要2G端口的業(yè)務(wù)，可直接提供10GE接口板實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)接入，從而避免采用多個(gè)GE端口綁定組網(wǎng)，降低業(yè)務(wù)開(kāi)通及維護(hù)難度。

（8）可平滑演進(jìn)到全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，符合未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。增強(qiáng)型MSTP“統(tǒng)一交換”架構(gòu)可以構(gòu)建一張TDM業(yè)務(wù)和分組業(yè)務(wù)統(tǒng)一傳送網(wǎng)絡(luò)或者一張全I(xiàn)P分組網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)TDM網(wǎng)絡(luò)向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)。

3 應(yīng)用方案

石家莊市軌道交通1號(hào)線一期工程傳輸系統(tǒng)采用增強(qiáng)型MSTP組網(wǎng)，同時(shí)承載專用通信系統(tǒng)和公安通信系統(tǒng)的所有業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)資源共享。

增強(qiáng)型MSTP傳輸系統(tǒng)利用上下行隧道的光纜組建為二纖雙向自愈環(huán)網(wǎng)，在全線20個(gè)車站、1個(gè)停車場(chǎng)、1個(gè)車輛段和控制中心分別設(shè)置1套增強(qiáng)型MSTP傳輸設(shè)備，組成以控制中心為切點(diǎn)的2個(gè)二纖雙向保護(hù)環(huán)，每個(gè)二纖雙向保護(hù)環(huán)的線路速率配置為30 Gb/s，其中工作帶寬為15 Gb/s，保護(hù)帶寬為15 Gb/s，線路速率后期可平滑升級(jí)到 40 Gb/s；另外，預(yù)留一個(gè)環(huán)作為二期工程7個(gè)車站和1個(gè)停車場(chǎng)共8個(gè)節(jié)點(diǎn)與控制中心組成增強(qiáng)型MSTP環(huán)。在公安派出所、公安軌道交通分局設(shè)置10G增強(qiáng)型MSTP設(shè)備，組成一個(gè)自愈環(huán)，與車站傳輸環(huán)網(wǎng)相切，承載市公安局、分局、派出所、各車站間的各類公安業(yè)務(wù)信息。在控制中心，增強(qiáng)型MSTP設(shè)備預(yù)留二期設(shè)備接入擴(kuò)容條件。在控制中心配置傳輸系統(tǒng)網(wǎng)管，提供完善的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。設(shè)備組網(wǎng)如圖2所示。

該傳輸系統(tǒng)具備所需各項(xiàng)業(yè)務(wù)的接入功能，為專用通信系統(tǒng)和公安通信系統(tǒng)提供可靠、冗余、可重構(gòu)、靈活的信息傳輸及交換信道。

系統(tǒng)設(shè)備組網(wǎng)結(jié)構(gòu)清晰，維護(hù)簡(jiǎn)便，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展不影響原有業(yè)務(wù)；具備自愈能力，系統(tǒng)提供優(yōu)于RPR環(huán)網(wǎng)保護(hù)的MPLS-TP環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到信號(hào)丟失、幀丟失、告警指示信號(hào)、超過(guò)門限的誤碼缺陷及指針丟失等信息時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)并保護(hù)倒換，倒換時(shí)間小于50 ms。

圖2 增強(qiáng)型MSTP傳輸系統(tǒng)組網(wǎng)

4 結(jié)語(yǔ)

增強(qiáng)型MSTP采用TDM和PTN雙平面混合組網(wǎng)，統(tǒng)一交換架構(gòu)，具有可平滑升級(jí)到大容量線路帶寬等優(yōu)勢(shì)，滿足了軌道交通系統(tǒng)的大帶寬和TD-LTE、高清視頻監(jiān)控、PIS等多業(yè)務(wù)承載的需求。同時(shí)，增強(qiáng)型MSTP采用MSP和MPLS-TP的雙重保護(hù)方式，并可為重要業(yè)務(wù)提供物理隔離功能，提升了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全性，因此適用于未來(lái)軌道交通通信業(yè)務(wù)的承載，具有很好的應(yīng)用前景。

[1] 熊喆. 增強(qiáng)型MSTP翻開(kāi)高速公路通信網(wǎng)新篇章[J]. 科技與企業(yè)，2015（14）：103-103.

[2] 魏媛，韓偉. 增強(qiáng)型MSTP在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用探討[J].數(shù)字通信世界，2016（1）：55-59.

Enhanced MSTP is a mature, advanced technology, MSTP equipment can provide abundant interfaces and warranty of service quality, bring a new solution scheme for urban rail transit transmission network. With phase 1 of line 1 of Shijiazhuang urban mass transit as an example, the paper analyzes the requirements of data transmission service in subway and the technical advantages of enhanced MSTP, introduces the application of enhanced MSTP technology in Shijiazhuang subway.

Enhanced MSTP; urban rail transit; application

10.19587/j.cnki.1007-936x.2017.05.017

U231.7

B

1007-936X(2017)05-0075-04

姜 彬.石家莊市軌道交通有限責(zé)任公司，工程師。

2017-01-08