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摘要:分析國內(nèi)多個(gè)城市多條地鐵通信傳輸系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用及選用設(shè)備的現(xiàn)狀，綜合比較現(xiàn)有的各種傳輸技術(shù)的優(yōu)劣，并為未來軌道交通通信新線建設(shè)傳輸制式的選擇提出建議。

關(guān)鍵詞:軌道交通;通信;傳輸系統(tǒng);制式選擇;技術(shù)比較

傳輸系統(tǒng)是一個(gè)基于光纖的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)，能夠?yàn)槠渌ㄐ抛酉到y(tǒng)和列車自動(dòng)監(jiān)控(ATS)、綜合監(jiān)控(ISCS)、自動(dòng)售檢票(AFC)、旅客信息(PIS)、防災(zāi)報(bào)警(FAS)、SCAnA等專業(yè)提供高可靠性的、冗余的、使用靈活的多種寬、窄帶傳輸通道(包括透明通道)，構(gòu)成傳送語音、數(shù)據(jù)和圖像等各種信息的綜合業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)，是保證地鐵運(yùn)行所必須的信息傳送媒體。
通過對(duì)現(xiàn)有傳輸技術(shù)進(jìn)行比較，對(duì)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行展望，對(duì)既有業(yè)務(wù)需求進(jìn)行總結(jié)，尋找適合軌道交通傳輸系統(tǒng)的建設(shè)方式。



1 軌道交通通信傳輸系統(tǒng)組網(wǎng)現(xiàn)狀
從1965年北京地鐵一期工程開工，到目前全國多個(gè)城市多條線的同步建設(shè)，已開通城市軌道交通的有北京、上海、天津、廣州、長春、大連等城市，除北京地鐵一號(hào)線和環(huán)線外，其余都是九十年代后修建的。眾多地鐵線路，傳輸制式不盡相同，各有優(yōu)缺點(diǎn)，表1列舉一些地鐵項(xiàng)目的傳輸系統(tǒng)現(xiàn)狀。
采用OTN傳輸制式一般組成一個(gè)自愈環(huán)，采用SDH傳輸制式組成單個(gè)或多個(gè)自愈環(huán)，采用ATM傳輸制式組成單環(huán)或多個(gè)環(huán)，采用MSTP傳輸制式組成單個(gè)或多個(gè)自愈環(huán)。一般SDH、MSTP組網(wǎng)方式，環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)最多14個(gè)。軌道交通傳輸網(wǎng)選擇的保護(hù)方式均為自愈環(huán)保護(hù)方式。

2 傳輸技術(shù)比較
2.1業(yè)務(wù)承載能力
承載能力包括能否保證業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量要求，能否提供相應(yīng)業(yè)務(wù)接口等方面。
2.1.1OTN
OTN是專為軌道交通開發(fā)的一種傳輸技術(shù)，具有獨(dú)特的幀結(jié)構(gòu)，可區(qū)分不同等級(jí)速率，并能在同一網(wǎng)絡(luò)中綜合不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，對(duì)實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)及非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)都能提供相應(yīng)承載，實(shí)現(xiàn)了從窄帶到寬帶的綜合業(yè)務(wù)傳輸。
OTN傳輸設(shè)備可以直接提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議接口，如話音(具有2線/4線、模擬/數(shù)字、帶信令/無信令)、El、RS-232/422/423/485、高質(zhì)量音頻(15kHz帶寬)、10/100Mb/5Ethernet、4/16Mb/5TokenRing、標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合視頻(M-JPEG壓縮算法)等接口，而不需借助接人設(shè)備。
OTN設(shè)備簡(jiǎn)單、組網(wǎng)靈活、集中維護(hù)方便，國內(nèi)外地鐵工程中應(yīng)用廣泛。其不足是設(shè)備獨(dú)家生產(chǎn)，售后服務(wù)對(duì)原設(shè)備廠商依賴大，兼容性差，與非OTN網(wǎng)絡(luò)連接能力較弱。
2.1.2ATM
ATM雖然可以承載實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中的TDM業(yè)務(wù)，但每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的延時(shí)都要大于SDH傳輸制式，特別是故障時(shí)系統(tǒng)切換時(shí)間較SDH傳輸制式長(有時(shí)甚至以秒計(jì))，所以ATM技術(shù)一般不用于TDM業(yè)務(wù)的承載。另外，ATM沒有低速率接口，需增加接人設(shè)備，設(shè)備價(jià)格高且協(xié)議復(fù)雜。對(duì)于視頻業(yè)務(wù)，由于其具有很高的突發(fā)度，而ATM恰恰能夠很好地支持具有突發(fā)性的可變比特率業(yè)務(wù)，并且其固有的設(shè)計(jì)已經(jīng)充分考慮了業(yè)務(wù)QoS問題，因此可以實(shí)現(xiàn)承載。
對(duì)于非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的傳輸，存在帶寬利用率較低的問題，ATM沒有音頻等低速接口，需設(shè)接入設(shè)備。
2.1.3IP
IP技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載有一定的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)，IP技術(shù)可以承載，但傳送時(shí)間和業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間要比SDH長，不是最好的承載技術(shù)。對(duì)于接口來說，IP沒有音頻等低速接口，高端設(shè)備一般不提供ZMb/S接口，需增加輔助設(shè)備。
2.1.4SDH及基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)(MSTP)
SDH是最適合實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中TDM業(yè)務(wù)的承載技術(shù)，但無法解決實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中視頻信號(hào)和實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)及非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中以太網(wǎng)的傳輸問題。SDH接口種類單一，僅具有PDH系列標(biāo)準(zhǔn)接口(E1/E3/STM一le)。傳輸窄帶業(yè)務(wù)(話音、數(shù)據(jù)、寬帶音頻)時(shí)，需增加接人設(shè)備(PCMD/l設(shè)備);無直接的視頻和LAN接口，需外部增加視頻CODEC和Ethernet路由器;對(duì)Ethernet業(yè)務(wù)，一般只提供ZMb/s的傳輸帶寬，存在性能瓶頸;對(duì)地鐵/輕軌中的廣播音頻業(yè)務(wù)，僅提供3kHz的傳輸帶寬，難以滿足高保真的廣播效果;一般只提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信信道，難以滿足地鐵/輕軌環(huán)境下大量共線式通信信道的要求。
同時(shí)SDH只能向用戶提供固定速率的信道，不能動(dòng)態(tài)分配帶寬，不能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)復(fù)用，對(duì)總線型寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及圖像業(yè)務(wù)的支持困難。
MSTP克服了SDH設(shè)備在地鐵/輕軌應(yīng)用中的一些不足，隨著技術(shù)不斷的發(fā)展成熟，越來越適合軌道交通業(yè)務(wù)的承載，但仍需增加接人設(shè)備。
2.1.5RPR
對(duì)于實(shí)時(shí)性TDM業(yè)務(wù)，RPR技術(shù)雖然定義了協(xié)議，但需在實(shí)際中得到進(jìn)一步驗(yàn)證。
對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，RPR具備絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，可根據(jù)用戶需求分配帶寬，支持空間復(fù)用技術(shù)和統(tǒng)計(jì)復(fù)用技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)營的情況下，可使帶寬利用率相對(duì)SDH網(wǎng)絡(luò)提高3一4倍。RPR還可對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，有效支持IP的突發(fā)特性。
對(duì)于有實(shí)時(shí)性要求的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，RPR可以提供不同等級(jí)的服務(wù)和基于不同等級(jí)業(yè)務(wù)的環(huán)保護(hù)功能來保障數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性，在保障實(shí)時(shí)性方面和故障倒換時(shí)間(16ms-50ms)上可與SDH技術(shù)媲美，而在帶寬利用率上比SDH傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)大大提高。特別是它對(duì)視頻業(yè)務(wù)的承載，目前數(shù)據(jù)視頻監(jiān)控市場(chǎng)的主流設(shè)備提供商，都將其系統(tǒng)構(gòu)建在基于IP的MPEGZ編碼和壓縮技術(shù)，以及基于IP的視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索和訪問控制技術(shù)上，這些系統(tǒng)所采用的攝像頭基本上都可以直接提供MPEGZ編碼及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)端口，因此，由RPR技術(shù)來承載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用戶數(shù)據(jù)能繼續(xù)保持以太網(wǎng)幀格式，省略復(fù)雜的映射過程，并對(duì)用戶分組進(jìn)行嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量等級(jí)分類。提供嚴(yán)格的延時(shí)和抖動(dòng)保障機(jī)制，視頻圖像清晰、畫面流暢，完全達(dá)到高速鐵路/公路監(jiān)控圖像的要求。業(yè)務(wù)接口同SDH、MSTP、ATM、IP一樣，必須借助于接人設(shè)備來提供低速數(shù)據(jù)接口。
2.1.6承載能力
對(duì)于實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中的TDM業(yè)務(wù)，SDH、OTN能提供非常好的解決方案。對(duì)于實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，OTN、RPR、ATM承載能力都比較強(qiáng)。對(duì)于非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，OTN、IP、RPR都比較適合。對(duì)于業(yè)務(wù)接口能力，OTN能力最佳，可以直接提供豐富的通信協(xié)議接口，不需借助接人設(shè)備，其他技術(shù)均需借助輔助設(shè)備。
2.2帶寬利用率
OTN:開銷<2%，帶寬利用率較高。
ATM:開銷約為12.8%，帶寬利用率低。
IP:開銷與所傳數(shù)據(jù)包大小密切相關(guān)，不是很固定，帶寬利用率比較高。
SDH:開銷占3.7%，但由于其需預(yù)留保護(hù)帶寬，帶寬利用率較低。
RPR:開銷占3.7%，同時(shí)采用統(tǒng)計(jì)空間復(fù)用技術(shù)，使帶寬利用率大大提高。
2.3環(huán)網(wǎng)保護(hù)能力、可靠性
OTN:采用雙環(huán)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)，具有自愈保護(hù)功能，并且保護(hù)倒換時(shí)間小于50ms。
ATM:主要進(jìn)行VC保護(hù)。
IP:可以做路由保護(hù)，保護(hù)時(shí)間與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及協(xié)議選擇有關(guān)，一般以秒計(jì)。
SDH及MSTP:網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的保護(hù)恢復(fù)能力，并且保護(hù)倒換時(shí)間小于50ms。
RPR:網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的保護(hù)恢復(fù)能力，并且保護(hù)倒換時(shí)間小于50ms。
2.4成熟度及發(fā)展前景
OTN:在軌道交通領(lǐng)域已得到較多運(yùn)用，做為西門子的專利技術(shù)比較成熟，在專網(wǎng)需求方面能夠予以專屬研發(fā)和更新，發(fā)展速度較快。
ATM:技術(shù)、設(shè)備復(fù)雜，隨著IP技術(shù)的發(fā)展，IP質(zhì)量保證問題的解決，對(duì)ATM技術(shù)應(yīng)用帶來較大沖擊，其發(fā)展前景不好。
IP:技術(shù)相對(duì)成熟，是目前通信業(yè)研究熱點(diǎn)，有極好的發(fā)展前景。
SDH及MSTP:SDH技術(shù)很成熟，有著廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ);MSTP是在SDH基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，目前還在不斷完善，功能越來越強(qiáng)。
RPR:目前還未得到較大規(guī)模的應(yīng)用，需在實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證，但其技術(shù)先進(jìn)，發(fā)展前景好。
2.5價(jià)格
OTN設(shè)備價(jià)格相對(duì)較高，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)在逐漸下降;ATM技術(shù)復(fù)雜，生產(chǎn)廠家不多，設(shè)備價(jià)格偏高;IP、SDH生產(chǎn)廠家眾多，應(yīng)用廣泛，價(jià)格較低;基于二層交換的MSTP生產(chǎn)廠家多，技術(shù)成熟，價(jià)格較低;內(nèi)嵌RPR的MSTP由于是新技術(shù)，價(jià)格較高，但應(yīng)用前景較好;價(jià)格可能在將來會(huì)有所下降。

3 小結(jié)
OTN就技術(shù)角度比較適合軌道交通傳輸網(wǎng)，雖然互聯(lián)互通能力相對(duì)較弱，但在業(yè)務(wù)接口層面互聯(lián)的前提下可以滿足互聯(lián)需求，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)價(jià)格也趨于合理，可以作為軌道交通傳輸網(wǎng)組網(wǎng)的一種選擇。
IP技術(shù)在業(yè)務(wù)質(zhì)量保證方面對(duì)軌道交通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載越來越合適，但對(duì)TDM業(yè)務(wù)的支持仍是弱項(xiàng)，因此應(yīng)與其他技術(shù)聯(lián)合組網(wǎng)。
RPR技術(shù)的發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載提供了越來越完善的平臺(tái)，但對(duì)TDM業(yè)務(wù)的支持效果不理想，網(wǎng)絡(luò)管理缺少SDH的端到端性能監(jiān)視和配置手段。與IP相似，可專門解決數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，適合與其他技術(shù)聯(lián)合組網(wǎng)。
MSTP對(duì)各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，尤其是帶寬需求大、傳送質(zhì)量要求高的視頻業(yè)務(wù)，能提供較佳的解決方案。近年來MSTP技術(shù)在軌道交通中得以廣泛應(yīng)用，成為主流解決方案之一。
綜上所述，傳輸網(wǎng)技術(shù)選擇不應(yīng)該是單一的，只要符合軌道交通傳輸技術(shù)發(fā)展方向都在可選擇范圍內(nèi)，這樣有利于降低成本。
軌道交通傳輸網(wǎng)制式上的選擇可以是一個(gè)制式獨(dú)立組網(wǎng)，也可以是多種制式混和組網(wǎng)，應(yīng)根據(jù)具體線路、具體情況及當(dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)展來確定。一個(gè)制式單獨(dú)組網(wǎng)可以選擇OTN，也可以選擇MSTP。目前MSTP技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)解決還存在一定局限性，可以采用MSTP與RPR或IP混合組網(wǎng)，由MSTP承載語音業(yè)務(wù)及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，RPR或IP來承載視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
無論選擇什么制式組網(wǎng)，所選擇的設(shè)備均應(yīng)是在該制式下相對(duì)成熟的、可靠的、先進(jìn)的，冗余配置，并且便于運(yùn)維。

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