姜 彬

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增強型MSTP在城市軌道交通通信系統(tǒng)中的應用

姜 彬

增強型MSTP技術是目前較成熟、先進的技術，增強型MSTP設備可提供豐富的接口和服務質量保證，給城市軌道交通傳輸網帶來新的解決方案。本文以石家莊市軌道交通1號線一期工程為例分析了城市軌道交通數(shù)據傳輸業(yè)務的需求和增強型MSTP的技術優(yōu)勢，介紹了增強型MSTP在石家莊市城市軌道交通通信系統(tǒng)中的應用。

增強型MSTP；軌道交通；應用

0 引言

隨著城市軌道交通大容量業(yè)務（如高清視頻監(jiān)控、PIS乘客信息系統(tǒng)、視頻會議等）對傳輸系統(tǒng)帶寬需求的快速增長，傳統(tǒng)MSTP（基于SDH的多業(yè)務傳送平臺）技術和設備受到新的挑戰(zhàn)。軌道交通傳輸系統(tǒng)承載業(yè)務具有多樣化、差異化和大帶寬化特點，需要提供更高環(huán)網速率、多重保護機制以及物理隔離等特性化功能，只有融合多種傳輸技術的設備才能滿足多種業(yè)務的需求。增強型MSTP融合了SDH（同步數(shù)字系統(tǒng)）、PTN（分組傳送網）和OTN（光傳送網）技術優(yōu)勢，可以提供一種更先進、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)務快速發(fā)展的需求。

1 軌道交通傳輸業(yè)務需求和特點

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)務主要為2M、FE、GE、10GE等，業(yè)務種類多且呈現(xiàn)大帶寬化、IP化特點，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號線一期工程為例進行具體分析。

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號線一期工程公安通信系統(tǒng)各業(yè)務傳輸通道由公安計算機網（千兆以太網）提供，沒有為公安通信系統(tǒng)單獨設置MSTP傳輸設備。初步設計階段，為保證公安部門計算機信息網安全，要求傳輸系統(tǒng)具備物理隔離功能，而公安計算機網不能滿足公安通信中各業(yè)務的物理隔離要求。如果為公安通信系統(tǒng)單獨構建一套MSTP傳輸系統(tǒng)，將增加投資和后期維護工作。因此，在大量調查研究的基礎上，計劃采用公安通信系統(tǒng)和專用通信系統(tǒng)資源共享方案，即二者合設一套MSTP傳輸系統(tǒng)，同時承載專用通信系統(tǒng)和公安通信系統(tǒng)業(yè)務，達到既實現(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，不增加設備數(shù)量和占用空間，還可減少后期維護工作量。

1.2 總帶寬需求增加及環(huán)網速率增大

石家莊市軌道交通1號線一期工程傳輸網絡同時承載專用通信業(yè)務和公安通信業(yè)務，對傳輸系統(tǒng)環(huán)網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)務種類和帶寬需求、公安通信系統(tǒng)的業(yè)務種類和帶寬需求分別見表1和表2。

從表1和表2可以看出，各種業(yè)務帶寬加上預留帶寬，整個傳輸網工作帶寬接近15 Gb/s。采用二纖通道自愈環(huán)組網，考慮自愈環(huán)網所需的保護帶寬，整個傳輸系統(tǒng)的容量應按30 Gb/s設置。當前傳統(tǒng)的MSTP不能滿足需求。

表1 專用通信系統(tǒng)的業(yè)務種類和帶寬需求

表2 公安通信系統(tǒng)的業(yè)務種類和帶寬需求

1.3 具備承載TDM業(yè)務和IP分組業(yè)務能力

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，又有TDM（時分復用）業(yè)務，其中IP分組業(yè)務量大，TDM業(yè)務量小。所以，傳輸系統(tǒng)應既具備承載視頻監(jiān)控、OA（辦公自動化）、PIS等純分組業(yè)務的能力，也應具備為專用電話業(yè)務、黨政專用通信等提供TDM業(yè)務的能力。

1.4 具備時間同步傳送能力

隨著4G技術大規(guī)模商用，石家莊軌道交通PIS車地無線系統(tǒng)也采用了4G新技術TD-LTE。TD-LTE基站（BBU設備）對時鐘精度要求高，需要時間同步信號，時間同步一般采用每個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號線一期全部為地下線路，GPS天線引出室外安裝實施難度大，部分地下車站GPS饋線距離超長，性能受限，因此要求傳輸系統(tǒng)具備時間同步傳送能力，時間同步信號從控制中心一點引入，通過傳輸設備將時間同步信號提供給各個車站的BBU基站。

1.5 滿足分段開通的技術要求

石家莊市軌道交通1號線分2期開通，一期22個站點（含車輛段和停車場各1個），二期8個站點，開通時間間隔3年左右，要求二期設備在開通時可進行獨立調試和平滑業(yè)務接入，開通后不影響一期業(yè)務。

綜合以上石家莊市軌道交通1號線一期工程各種業(yè)務信息傳輸?shù)男枨螅浄桨副冗x，相對適合的解決方案是采用增強型MSTP新技術，既可滿足大帶寬的需求，又可滿足重要業(yè)務物理隔離的安全要求，還可進行時間同步傳送，具備平滑升級能力。

2 增強型MSTP主要技術優(yōu)勢及適用性

從硬件角度看，增強型MSTP需對傳統(tǒng)MSTP設備的交叉板進行改造，在維持TDM特性不變的同時，新交叉板集成了PTN設備交叉板的核心芯片，通過一塊交叉板實現(xiàn)MSTP和PTN的融合，具備TDM內核和PTN內核，實現(xiàn)TDM和分組業(yè)務最佳處理。增強型MSTP完全兼容當前MSTP的所有特性，繼承了傳統(tǒng)MSTP的豐富業(yè)務接口，在同一臺傳輸設備上，針對不同的軌道交通業(yè)務采用不同的傳輸通道，大大提高了傳輸效率和信息安全性，尤其是對于數(shù)據業(yè)務，降低了傳輸成本。

（1）統(tǒng)一交換和傳送功能。增強型MSTP采用統(tǒng)一交換架構，實現(xiàn)了TDM平面和分組平面的雙平面組網，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先進技術，并且使2個平面有機融合。分組業(yè)務采用MPLS-TP技術，可以提供高效數(shù)據業(yè)務承載、QOS業(yè)務靈活調度的彈性軟管道。

增強型MSTP可以在一臺設備上實現(xiàn)TDM和分組業(yè)務的統(tǒng)一承載，利用一對光纖實現(xiàn)分組業(yè)務和TDM業(yè)務的統(tǒng)一傳送，從而簡化了網絡結構，避免分別組網造成設備投資的浪費。

增強型MSTP融合了TDM和分組技術優(yōu)勢，可以根據業(yè)務的可靠性要求和業(yè)務帶寬，分別在TDM平面和分組平面上傳輸，實現(xiàn)數(shù)據業(yè)務和傳統(tǒng)SDH業(yè)務的最佳處理。對于帶寬需求不大，質量要求高的業(yè)務，可以采用TDM平面承載，提供高質量、高安全、物理隔離的通道；而對于帶寬需求大，但是時延等要求相對較低的業(yè)務，如視頻監(jiān)控等數(shù)據業(yè)務，可采用分組平面承載，以便對其進行靈活的統(tǒng)計復用，提高數(shù)據業(yè)務傳送效率。增強型MSTP統(tǒng)一傳送架構如圖1所示。

圖1 增強型MSTP統(tǒng)一傳送架構

（2）物理隔離功能。增強型MSTP設備可以提供多個1.25 G管道（圖1），可以使每種業(yè)務映射到不同的1.25 G管道中，實現(xiàn)業(yè)務的硬隔離。部分業(yè)務需要增加帶寬時，可以在本管道內將其擴容到最大1.25 G，如果還需要擴容，可再增加一個1.25 G的管道。業(yè)務需要共享管道時，也可將業(yè)務同時配置到一個1.25 G管道中，實現(xiàn)帶寬的共享。

例如，公安計算機網需要1 000 M通道，同時要求與其他業(yè)務物理隔離，可以分配一個單獨的1.25 G管道，滿足公安計算機網業(yè)務保密性要求。

（3）完善的保護功能。增強型MSTP設備TDM業(yè)務以SDH方式接入，采用MSP保護；分組業(yè)務以分組接口方式接入，采用MPLS-TP方式保護。所有的保護倒換時間小于50 ms。

a.MSP保護功能。環(huán)形復用段保護（MSP）是利用復用段開銷（MSOH）K1、K2字節(jié)實現(xiàn)自動保護倒換，從而達到保護業(yè)務的目的。二纖雙向復用段保護環(huán)通過建立二纖雙向環(huán)形拓撲，每一條STM-N線路的前一半VC-4時隙為工作通道，后一半VC-4時隙為保護通道；當某處線路中斷，工作通道不可用時，業(yè)務將在故障點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通道，實現(xiàn)保護倒換。

b.MPLS-TP環(huán)網保護功能。MPLS-TP環(huán)網通過建立二纖雙向環(huán)形拓撲，環(huán)網的一半帶寬配置為工作通道，另一半帶寬配置為保護通道，當工作通道故障時，通過預先建立的保護通道對分組業(yè)務進行保護倒換。MPLS-TP環(huán)網上任意相鄰節(jié)點之間均部署OAM，并通過OAM的連通性檢測確定相鄰節(jié)點間故障，每個節(jié)點根據與相鄰點之間的OAM的連通性來確定相鄰點是否故障，并通知MPLS-TP環(huán)網狀態(tài)機實現(xiàn)狀態(tài)變遷。

（4）業(yè)務配置靈活，可平滑升級，滿足未來應用。增強型MSTP可提供大帶寬及平滑的升級能力，初期即可部署40 G硬件能力，通過Licence許可軟件部署10、20、30 G等應用需求。當對環(huán)網帶寬進行擴容時，無需更換線路側單板（硬件），只需對單板加載相應License即可實現(xiàn)平滑升級至40 G環(huán)網，解決了硬件購買、升級現(xiàn)場人工等一系列的成本問題。業(yè)務配置和平滑升級能力見表3。

表3 增強型MSTP容量及業(yè)務配置

（5）提供1588v2接入功能，可提供微秒級高精度時間同步。通過IEEE 1588v2實現(xiàn)微秒級高精度全網時間同步，為TD-LTE基站等需要微秒級時間同步的設備進行授時，取代GPS等復雜授時設備，解決每個車站站點均需配置GPS的難題。增強型MSTP 1588v2最大支持16端口、30個站點，精度±1ms，可為下游基站提供精確的時間同步授時。

（6）增強型MSTP采用先進的MPLS-TP技術，分組業(yè)務傳送具有明顯優(yōu)勢。MPLS-TP是一種面向連接的分組交換網絡技術，對比彈性分組環(huán)（RPR）組網具有以下幾大優(yōu)勢：

a.通過MPLS標簽交換提供分組軟管道，實現(xiàn)分組業(yè)務高效統(tǒng)計復用，大大提高分組業(yè)務的傳輸效率。

b.MPLS-TP繼承了傳統(tǒng)SDH-Like的OAM機制，具有強大的OAM功能。

c.MPLS-TP支持跨環(huán)通信，可保證每個子環(huán)獨立倒換。單環(huán)最大支持64個節(jié)點，組網能力大大增強，滿足軌道交通線路擴展的需要。

（7）接口類型豐富，可滿足多種業(yè)務需求。增強型MSTP設備除了提供2M、FE、GE接口，還可配置10GE接口板，對于CCTV系統(tǒng)等需要2G端口的業(yè)務，可直接提供10GE接口板實現(xiàn)業(yè)務接入，從而避免采用多個GE端口綁定組網，降低業(yè)務開通及維護難度。

（8）可平滑演進到全IP網絡，符合未來發(fā)展趨勢。增強型MSTP“統(tǒng)一交換”架構可以構建一張TDM業(yè)務和分組業(yè)務統(tǒng)一傳送網絡或者一張全IP分組網絡，實現(xiàn)從傳統(tǒng)TDM網絡向全IP網絡的平滑演進。

3 應用方案

石家莊市軌道交通1號線一期工程傳輸系統(tǒng)采用增強型MSTP組網，同時承載專用通信系統(tǒng)和公安通信系統(tǒng)的所有業(yè)務，實現(xiàn)資源共享。

增強型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，在全線20個車站、1個停車場、1個車輛段和控制中心分別設置1套增強型MSTP傳輸設備，組成以控制中心為切點的2個二纖雙向保護環(huán)，每個二纖雙向保護環(huán)的線路速率配置為30 Gb/s，其中工作帶寬為15 Gb/s，保護帶寬為15 Gb/s，線路速率后期可平滑升級到 40 Gb/s；另外，預留一個環(huán)作為二期工程7個車站和1個停車場共8個節(jié)點與控制中心組成增強型MSTP環(huán)。在公安派出所、公安軌道交通分局設置10G增強型MSTP設備，組成一個自愈環(huán)，與車站傳輸環(huán)網相切，承載市公安局、分局、派出所、各車站間的各類公安業(yè)務信息。在控制中心，增強型MSTP設備預留二期設備接入擴容條件。在控制中心配置傳輸系統(tǒng)網管，提供完善的網絡管理系統(tǒng)。設備組網如圖2所示。

該傳輸系統(tǒng)具備所需各項業(yè)務的接入功能，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、靈活的信息傳輸及交換信道。

系統(tǒng)設備組網結構清晰，維護簡便，網絡擴展不影響原有業(yè)務；具備自愈能力，系統(tǒng)提供優(yōu)于RPR環(huán)網保護的MPLS-TP環(huán)網保護技術，當系統(tǒng)檢測到信號丟失、幀丟失、告警指示信號、超過門限的誤碼缺陷及指針丟失等信息時，系統(tǒng)自動進行檢測并保護倒換，倒換時間小于50 ms。

圖2 增強型MSTP傳輸系統(tǒng)組網

4 結語

增強型MSTP采用TDM和PTN雙平面混合組網，統(tǒng)一交換架構，具有可平滑升級到大容量線路帶寬等優(yōu)勢，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)務承載的需求。同時，增強型MSTP采用MSP和MPLS-TP的雙重保護方式，并可為重要業(yè)務提供物理隔離功能，提升了系統(tǒng)的網絡安全性，因此適用于未來軌道交通通信業(yè)務的承載，具有很好的應用前景。

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

[2] 魏媛，韓偉. 增強型MSTP在電力生產中的應用探討[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任公司，工程師。

2017-01-08