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城市軌道交通通信傳輸制式對比分析

2016-03-05 20:48:50李舜康
無線互聯(lián)科技 2015年6期
關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以太網(wǎng)軌道交通

李舜康

摘要:一直以來,在地鐵的中樞系統(tǒng)中,地鐵通信傳輸系統(tǒng)是最為重要的組成部分。近年來,越來越多的學(xué)者開始致力于研究地鐵通信傳輸系統(tǒng),文章主要研究OTN、PTN和MSTP等在內(nèi)的通信傳輸系統(tǒng),通過對比不同通信傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點與缺點,最終選擇出合適的地鐵通信傳輸系統(tǒng),并對地鐵傳輸系統(tǒng)的選擇提出了一系列的建議。關(guān)鍵詞:地鐵通信傳輸系統(tǒng);開放式傳輸網(wǎng)絡(luò);多業(yè)務(wù)傳輸平臺;分組傳送網(wǎng)

傳輸系統(tǒng)是城市軌道交通通信系統(tǒng)中的骨干子系統(tǒng),是通信系統(tǒng)傳送語音、數(shù)據(jù)、圖像等各種信息的主要工具。目前,文章通過研究國內(nèi)常用的地鐵通信系統(tǒng),再結(jié)合通信行業(yè)當(dāng)前重點傳輸技術(shù),分析不同技術(shù)之間的優(yōu)缺點,最終尋求適合城市軌道交通通信系統(tǒng)建設(shè)需求的傳輸技術(shù)。

1 目前主流傳輸技術(shù)

1.1 OTN

OTN(開放式傳輸網(wǎng)絡(luò)Open Transport Network)是一種基于光纖技術(shù)的綜合多業(yè)務(wù)傳輸系統(tǒng),該系統(tǒng)借助于雙環(huán)路的方式為人們提供多種不同類型的服務(wù),與其他的傳輸系統(tǒng)相比,OTN具有較高的網(wǎng)絡(luò)可靠性,由此,它能滿足軌道交通中各類任務(wù)的傳輸需求,最為常見的傳輸需求包括LAN、語音和數(shù)據(jù)等在內(nèi)的需求。

OTN原為德國西門子公司針對專網(wǎng)開發(fā)的產(chǎn)品,目前有兩個版本:OTN 150/600/2500系列和OTN-X3M-622(STM4)/2500(STM-16)/10G(STM-64)系列,滿足不同環(huán)境的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求,OTN版本之間可平滑升級,目前應(yīng)用的主要為OTNX3M系列。截至目前,OTN網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)主要由四部分組成,分別是:(1)OTN節(jié)點機;(2)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng);(3)系統(tǒng)接入的接口模塊;(4)光纖主干網(wǎng),光纖主干網(wǎng)在地鐵或輕軌正線區(qū)段沿左右線各敷設(shè)一條光纜,OTN節(jié)點機主要借助雙方向點對點的方式來連接出兩個不同的環(huán),其一為主環(huán),其二為副環(huán),以上這兩個環(huán)的傳輸方向是相反的,它們是通過光纖連接方式來互相連接的。一般而言,在普通的情況下,主環(huán)可傳輸連接設(shè)備之間的全部數(shù)據(jù),此時,副環(huán)一直處于備用的狀態(tài),并監(jiān)視著主環(huán)的傳輸過程,只有在特殊的情況下,副環(huán)才會在斷點處與主環(huán)發(fā)生閉合,從而負(fù)責(zé)傳輸全部的數(shù)據(jù)。

近年來,OTN節(jié)點機主要由兩大結(jié)構(gòu)組成,分別是:(1)公用模塊;(2)標(biāo)準(zhǔn)接口模塊插槽,事實上,OTN的所有插槽和接口卡的尺寸都是統(tǒng)一的,任何接口卡都可插入任意槽里。所有的用戶設(shè)備都可通過接口卡來連接OTN系統(tǒng),其中,接口卡主要負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號與信息。

OTN提供廣泛的、標(biāo)準(zhǔn)的接口模塊。用于各種不同的應(yīng)用場合,從而省去了各種各樣的轉(zhuǎn)換、編解碼或PCM傳輸設(shè)備。

隨著目前用戶需求的改變,OTN也發(fā)展出支持IP交換設(shè)備的設(shè)備,保留了架構(gòu)簡單,易于網(wǎng)管的特性,但更適應(yīng)IP數(shù)據(jù)的傳輸。

1.2 MSTP

所謂MSTP,其實是多業(yè)務(wù)傳送平臺的英文縮寫,它指的是基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺。近年來,由于傳統(tǒng)的SDH技術(shù)只能支持電路交換和接入,該項技術(shù)往往只能傳送TDM的業(yè)務(wù),而無法傳送帶寬頻繁變化的分組業(yè)務(wù),基于此,為了解決這一問題,越來越多的專家開始致力于對8DH技術(shù)的研究,目前,有的學(xué)者提出可通過增加對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持來完善SDH技術(shù),尤其是對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的支持已經(jīng)成為當(dāng)前人們急需解決的一大難題。在以上這種背景下,基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺就被人們提了出來,該平臺也被人們稱為MSTP,與其他的傳輸平臺不同,MSTP進(jìn)一步改進(jìn)了傳統(tǒng)的SDH設(shè)備,它可以成功地接入多種不同的協(xié)議,同時也能夠為人們提供不同顆粒的業(yè)務(wù)。

MSTP其最大特點體現(xiàn)在對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的處理上。MSTP的發(fā)展,可以分為以下四個階段:

(1)第一代MSTP:第一代MSTP增加以下功能:點到點以太網(wǎng)通路;支持PPP映射;ATM VP環(huán)。

第一代MSTP提供了許多IP數(shù)據(jù)接口,保證了許多基于IP的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以在一個骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺上傳輸。但其缺點也非常明顯:帶寬消耗非常嚴(yán)重;映射成本昂貴、性能低;數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)配置過程復(fù)雜。

(2)第二代MSTP(基于二層交換):為了解決支持IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的問題,在技術(shù)上做了改進(jìn),加進(jìn)了IP技術(shù)的部件和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),可以支持以下標(biāo)準(zhǔn):802.3MAC交換。支持X86/GFP、虛級聯(lián)、LCAS

MSTP(第二代)有如下技術(shù)缺點:支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)成本昂貴;數(shù)據(jù)帶寬消耗仍比較嚴(yán)重;支持802.3情況下,不能支持端到端的QoS保證;沒有解決數(shù)據(jù)傳輸擁塞問題。

(3)第三代MSTP(含RPR功能的MSTP):在此階段,RPR處理功能已融入MSTP,可以實現(xiàn)以太網(wǎng)帶寬的統(tǒng)計復(fù)用、公平的帶寬分配、更加嚴(yán)格的QOS以及更加安全的用戶隔離功能。因此,MSTP可借助于RPR功能來妥善地解決好數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸與話音兩者之間的沖突,也就是說,該傳送平臺可借助于原先的SDH技術(shù)來傳輸TDM業(yè)務(wù),此外,MSTP可借助于RPR技術(shù)來更為高效地傳輸不同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

目前,在MSTP上實現(xiàn)RPR功能,主要采用內(nèi)嵌式RPR,換句話來說,不同的廠家可借助于現(xiàn)有的設(shè)備來開發(fā)出適合自身發(fā)展的RPR板卡,從而實現(xiàn)自己設(shè)備對RPR環(huán)的兼容。

目前該種技術(shù)的產(chǎn)品雖然已有多個廠家生產(chǎn),但在實際規(guī)模應(yīng)用案例比較少,技術(shù)指標(biāo)在實際應(yīng)用的實現(xiàn)程度有待考證。

(4)第四代MSTP:第4代MSTP的特別之處在于它引進(jìn)了ASON這一功能,此外,MEF UNI也開設(shè)出能夠自由傳送ASTN的控制臺,從而輕松地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),實現(xiàn)全網(wǎng)帶寬動態(tài)的分配。

MSTP設(shè)備處在不斷的發(fā)展過程中,隨著各種新的傳輸技術(shù)的出現(xiàn),都有可能結(jié)合到MSTP中,而使MSTP的功能更為完善。

MSTP主要用戶為電信網(wǎng)絡(luò)客戶,無專門針對專網(wǎng)特點研發(fā)的產(chǎn)品。隨著電信網(wǎng)絡(luò)更新需求,目前MSTP基本停止發(fā)展,廠家更傾向于發(fā)展PTN設(shè)備。

1.3 PTN

PTN(分組傳送網(wǎng),Packet Transport Network)是指可以在WAN/MAN范圍內(nèi)支持以分組業(yè)務(wù)為主的客戶層網(wǎng)絡(luò)的傳送服務(wù)層網(wǎng)絡(luò),支持傳輸資源的統(tǒng)計復(fù)用及操作、管理和維護(hù);具有電信級以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的傳輸方式,是以太網(wǎng)擴(kuò)展技術(shù)與傳送技術(shù)的復(fù)雜結(jié)合體。值得注意的是,PTN還在底層光傳輸介質(zhì)與IP業(yè)務(wù)這兩者之間開設(shè)了一個單獨的層面,該層面的設(shè)計除了考慮到分組業(yè)務(wù)流量的突發(fā)性外,還兼顧到統(tǒng)計復(fù)用傳送的實際需求,將分組業(yè)務(wù)作為傳送的核心,同時繼承了光傳輸?shù)脑袃?yōu)勢,因此,PTN具有高安全性、高可用性和可擴(kuò)展等多種特點。從標(biāo)準(zhǔn)層面的角度來看,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,PTN技術(shù)已經(jīng)朝著標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展,借助于國內(nèi)的CCSA和國際的ITU-T等的幫助,當(dāng)前PTN的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)趨向于充實,并逐漸地朝著規(guī)模應(yīng)用的方向發(fā)展。

綜上所述,從實現(xiàn)的方案來說,在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)背景下,筆者可將PTN分為2類,其一為以太網(wǎng)增強技術(shù),其二為傳輸技術(shù)結(jié)合的MPLS,其中,PBB-TE為以太網(wǎng)增強技術(shù)的典型代表,而T-MPLS為MPLS的典型代表。與此同時,電信級以太網(wǎng)作為分組傳送的另一個演進(jìn)方向也在逐漸地完善。與其他類型相比,電信級以太網(wǎng)是一種成本較低的改良方法,然而,與PTN相比,CE需要在全網(wǎng)端到端的安全可靠性等方面進(jìn)行進(jìn)一步的完善與改進(jìn)。

事實上,可將PTN視為OAM增強版與2層數(shù)據(jù)技術(shù)這兩者的結(jié)合體,從實現(xiàn)的技術(shù)層面來說,目前,市場上兩大主流技術(shù)分別為PBT與T-MPLS,而這2項技術(shù)都只是SDH的替代品,值得注意的是,以上這2項技術(shù)并非是IP/MPLS的競爭者。PBT和T MPLS技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)原理大致相似,兩者都是基于雙向點對點的連接,它們能夠?qū)崿F(xiàn)中心的管理,在50ms內(nèi)可實現(xiàn)保護(hù)的倒換。

分組化是光傳送網(wǎng)發(fā)展的必然方向,目前,我國的通信業(yè)正處于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)型期,近年來,通信行業(yè)正在積極地研究相關(guān)的技術(shù),并致力于跟進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢,作為分組傳送網(wǎng)的典型技術(shù),PBT和T-MPLS正面臨著產(chǎn)品成熟度、標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用模式等多種不同的問題。

2 軌道交通傳輸系統(tǒng)技術(shù)分析對比

2.1 軌道交通傳輸系統(tǒng)需求分析

目前,軌道交通傳輸系統(tǒng)是一種專網(wǎng)傳輸系統(tǒng),對于傳輸系統(tǒng)有自身的要求及應(yīng)用特點。軌道交通通信系統(tǒng)是多個專業(yè)組成的復(fù)雜系統(tǒng),傳輸系統(tǒng)作為其中的基礎(chǔ)平臺,它需要滿足不同專業(yè)的基本要求,這也是軌道交通傳輸與其他系統(tǒng)之間的本質(zhì)區(qū)別。

(1)業(yè)務(wù)種類非常繁多,傳輸系統(tǒng)需要滿足多專業(yè)接入。如:公務(wù)電話、專用電話、無線、時鐘、廣播、視頻監(jiān)控、AFC、SCADA等。早期的地鐵由于技術(shù)限制,各種專業(yè)需求的接口類型各不相同,需要傳輸系統(tǒng)能夠提供E1、以太網(wǎng)、RS422、廣播音頻接口、視頻接口等。隨著技術(shù)的發(fā)展,目前很多專業(yè)都將自己的接口定義成標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口。傳輸系統(tǒng)接口簡化,主要提供E1及以太網(wǎng)接口。

(2)業(yè)務(wù)獨立要求高。由于各個專業(yè)都是地鐵安全運營不可或缺的組成部分,各個專業(yè)的業(yè)務(wù)都需要保證帶寬,同等優(yōu)先級。各個專業(yè)之間帶寬需相互獨立。

(3)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)實時性要求高。傳輸系統(tǒng)中承載的很多業(yè)務(wù)如CCTV、PIS等視頻業(yè)務(wù)對于實時性要求高。

(4)組網(wǎng)條件限制。由于地鐵線路都是鏈狀運行。車站之間是通過隧道光纜連接。站間路由單一固定,因此不能像電信網(wǎng)組網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),為了能夠做到保護(hù),地鐵線路的組網(wǎng)形式為環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)。

(5)業(yè)務(wù)方向集中。地鐵站間的通信量很小,大部分業(yè)務(wù)為車站至中心或者車輛段的業(yè)務(wù)。配置時需考慮環(huán)路帶寬。

(6)系統(tǒng)業(yè)務(wù)穩(wěn)定性高。地鐵線路開通后業(yè)務(wù)基本固定。系統(tǒng)擴(kuò)容及業(yè)務(wù)更改很少。

綜上所述,軌道交通傳輸系統(tǒng)有自身的特點,這部分與電信網(wǎng)和其它專網(wǎng)有很大的不同,在設(shè)備選型需要綜合考慮。

2.2 主流傳輸技術(shù)對比

2.2.1 OTN

OTN雖然是獨家生產(chǎn)的系統(tǒng),但是其特點非常適合城市軌道交通應(yīng)用需求,產(chǎn)品具有優(yōu)良的可靠性、穩(wěn)定性、方便調(diào)試和可維護(hù)性等特點,在各個線路中有很多的應(yīng)用。基于此,OTN比較適用于地鐵這種封閉的專用網(wǎng)絡(luò),該系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用于國內(nèi)外不同的地鐵工程,在占用開銷比特數(shù)較少的情況下,我們可選擇一次復(fù)用的機制來綜合多種網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膮f(xié)議,實現(xiàn)高速信息一體化的輸入。近年來,OTN的產(chǎn)品也在一直隨著業(yè)務(wù)需求的發(fā)展而不斷更新,并且其技術(shù)一直保持著自己的優(yōu)勢和特點,十分適合目前和未來的軌道交通傳輸需求。

OTN系統(tǒng)具有如下優(yōu)點:可承載語音、IP數(shù)據(jù)、窄帶低速、視頻等多種業(yè)務(wù)的通信傳輸;可通過軟件控制,靈活地分配所需帶寬;可綜合不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,具有多種標(biāo)準(zhǔn)接口,接入靈活方便,實現(xiàn)傳輸和接入的一體化;采用時分復(fù)用技術(shù),使環(huán)上的各業(yè)務(wù)共享傳輸介質(zhì),互不干擾;采用雙環(huán)設(shè)計網(wǎng)絡(luò),具有自愈保護(hù)功能;設(shè)備集成度高、可實現(xiàn)集中維護(hù)管理、組網(wǎng)靈活、網(wǎng)絡(luò)易于擴(kuò)充;已投入運行的OTN系統(tǒng)較多,工程的可靠性也被極大地認(rèn)可。

然而,OTN系統(tǒng)還存在諸多不足的地方,OTN設(shè)備的售后服務(wù)還比購?fù)晟?,兼容性不高。由于OTN設(shè)備節(jié)點機業(yè)務(wù)接口的數(shù)量有限,我們可配置多個不同的OTN節(jié)點機,此外,與其他的設(shè)備相比,OTN設(shè)備的成本比較高。

OTN設(shè)備是獨家研制生產(chǎn)的進(jìn)口設(shè)備,內(nèi)部技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)具有特殊性,私密性;目前OTN可與其它制式網(wǎng)絡(luò)在線路或業(yè)務(wù)層接口互連,但無法為其它制式網(wǎng)絡(luò)提供光支路;OTN設(shè)備節(jié)點機業(yè)務(wù)接口的數(shù)量有限,我們需要配置多個不同的OTN節(jié)點機。

2.2.2 MSTP

MSTP(內(nèi)嵌RPR)逐步在城市軌道交通中廣泛應(yīng)用,根據(jù)開通線路的情況,系統(tǒng)的適用性和穩(wěn)定性良好,對于以太網(wǎng)業(yè)務(wù)不斷擴(kuò)大的需求可以很好地滿足,該技術(shù)在運營商網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用,支持廠家很多,在目前和未來一段時間內(nèi),是軌道交通傳輸系統(tǒng)可以選擇的技術(shù)。MSTP很好地解決了SDH設(shè)備在地鐵應(yīng)用中的弊端,該系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于軌道交通業(yè)務(wù)的承載。

MSTP具有如下幾方面的優(yōu)點,依次為:選擇當(dāng)前成熟的SDH保護(hù)技術(shù);提供ATM業(yè)務(wù)接口,實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求;標(biāo)準(zhǔn)化程度高,廠家選擇多,SDH層互通性好。

但MSTP也存在不足:MSTP由于對于以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的承載具有一定局限性,更適應(yīng)透傳業(yè)務(wù)和匯聚業(yè)務(wù),對于以太網(wǎng)共線業(yè)務(wù)則表現(xiàn)出一定的不穩(wěn)定性,目前,這種技術(shù)也逐步被MSTP(內(nèi)嵌RPR)和PTN等其他技術(shù)替代。

引入以太網(wǎng)處理模塊,該模塊極大地增加了系統(tǒng)的開銷;延續(xù)了SDH的缺點,系統(tǒng)帶寬利用率不高。

2.2.3 PTN

PTN技術(shù)已經(jīng)逐步標(biāo)準(zhǔn)化,其對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載優(yōu)勢和兼顧SDH優(yōu)勢的特點,適合軌道交通的業(yè)務(wù)特點。該技術(shù)受到電信運營商的支持,在過去幾年內(nèi)大規(guī)模部署,對于PTN的發(fā)展起到很多推動作用,國內(nèi)PTN技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)走在了全球前列,筆者經(jīng)過對PTN的詳細(xì)研究,發(fā)現(xiàn)其具有如下幾方面的優(yōu)點,依次為:高效的組網(wǎng)調(diào)度能力;靈活的多業(yè)務(wù)傳送能力;系統(tǒng)的電信級安全性;具端到端的業(yè)務(wù)開通能力。

但由于PTN更多的特點及特性針對運營商網(wǎng)絡(luò),地鐵的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)在一定程度上限制了PTN技術(shù)特點的發(fā)揮,PTN進(jìn)入地鐵運營還需要通過一定的線路的試用,目前不具備規(guī)模應(yīng)用的案例。

當(dāng)前大多數(shù)情況下選擇PWE3實現(xiàn)對TDM業(yè)務(wù)的支持;

技術(shù)含量比較高,層面較為復(fù)雜;

研制出成熟產(chǎn)品的企業(yè)比較少,實際商用的不多。

綜上所述,根據(jù)地鐵傳輸系統(tǒng)承載業(yè)務(wù)的特點,地鐵線路層傳輸系統(tǒng)可以考慮的技術(shù)為OTN、MSTP(內(nèi)嵌RPR);線網(wǎng)層傳輸系統(tǒng)可以選擇OTN、MSTP(內(nèi)嵌RPR)或者PTN。

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