潘圣凱

【摘要】? ? 對(duì)MSTP與PTN技術(shù)做了對(duì)比，以溫州市域鐵路S1線專用通信傳輸系統(tǒng)為例，通過分析城市軌道交通通信業(yè)務(wù)需求，以及TDM業(yè)務(wù)在PTN網(wǎng)絡(luò)中的PWE3仿真實(shí)現(xiàn)技術(shù)、時(shí)延特性等，闡明了PTN技術(shù)完全能夠滿足溫州市域鐵路S1線以太網(wǎng)業(yè)務(wù)和TDM業(yè)務(wù)需求。

【關(guān)鍵詞】? ? 城市軌道交通? ? 分組傳送網(wǎng)? ? 基于SDH 的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)? ? 時(shí)分復(fù)用? ? 時(shí)延

一、引言

城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)是通信系統(tǒng)中最重要的子系統(tǒng)，是組建城市軌道交通通信網(wǎng)絡(luò)的骨干與基礎(chǔ)，是連接控制中心、車輛段、車站之間信息傳輸?shù)闹饕侄危涮攸c(diǎn)是需要承載包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等多元化業(yè)務(wù)類型的信息，為所承載的業(yè)務(wù)提供一個(gè)完善的、綜合的、一體化的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

二、主流傳輸技術(shù)簡(jiǎn)述

2.1 MSTP技術(shù)的主要特征

MSTP，是Multi-service transport platform（多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)）的縮寫，是基于同步數(shù)字系列（SDH）技術(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用（TDM）、異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)接入、處理和傳送功能，并提供統(tǒng)一網(wǎng)管的網(wǎng)絡(luò)。由于傳統(tǒng)SDH技術(shù)只支持電路交換和接入，該技術(shù)往往只用于傳送TDM的業(yè)務(wù)，而無法傳送寬帶頻繁變化的分組業(yè)務(wù)，而MSTP技術(shù)改進(jìn)了傳統(tǒng)的SDH設(shè)備，它成功地接入多種不同的協(xié)議，可承載不同顆粒大小的業(yè)務(wù)。

下面簡(jiǎn)述下MSTP的四個(gè)發(fā)展階段：

第一代MSTP增加了點(diǎn)到點(diǎn)的以太網(wǎng)通路、ATM VP環(huán)，同時(shí)支持PPP映射，它的優(yōu)點(diǎn)是提供了許多IP數(shù)據(jù)接口，保證了基于IP的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以在一個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上完成傳輸。但其缺點(diǎn)也非常明顯：數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)配置過程相對(duì)復(fù)雜、寬帶消耗嚴(yán)重以及映射成本昂貴、性能低;。

第二代MSTP（基于二層交換）在技術(shù)上做了改進(jìn)，加進(jìn)了IP技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和部件，可以同時(shí)支持以下標(biāo)準(zhǔn)：X86 GFP、LCAS、802.3MAC交換、虛級(jí)聯(lián)。其技術(shù)缺點(diǎn)如下：沒有解決數(shù)據(jù)傳輸過程中的擁塞問題、成本昂貴、數(shù)據(jù)帶寬消耗依然嚴(yán)重;在支持802.3情況下，不能支持端到端的QoS保證;。

第三代MSTP（含RPR功能的MSTP）將RPR處理功能融入MSTP，MSTP借助于RPR功能可以妥善地解決好數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸與語(yǔ)音兩者之間的沖突，實(shí)現(xiàn)了公平的帶寬分配、以太網(wǎng)帶寬的統(tǒng)計(jì)復(fù)用、更加嚴(yán)格的QoS以及更加安全的用戶隔離功能。

第四代MSTP引進(jìn)了ASON這一功能，MEF UNI也開設(shè)出能夠自由傳送ASTN的控制臺(tái)，從而輕松地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)帶寬動(dòng)態(tài)的分配。

溫州市域鐵路S1線專用通信及公安通信皆采用了第三代內(nèi)嵌RPR功能的MSTP技術(shù)搭建傳輸骨干網(wǎng)絡(luò)。但隨著承載業(yè)務(wù)對(duì)寬帶需求的不斷增加，考慮后續(xù)線路采用新的傳輸技術(shù)來搭建傳輸骨干網(wǎng)路也提上了日程。

2.2 PTN技術(shù)的主要特征

PTN，是Packet Transport Network（分組傳送網(wǎng)）的縮寫，其技術(shù)特點(diǎn)是在底層光傳輸媒質(zhì)和IP業(yè)務(wù)之間設(shè)置了一個(gè)層面，針對(duì)分組業(yè)務(wù)流量的突發(fā)性和統(tǒng)計(jì)復(fù)用傳送的要求而設(shè)計(jì)，以分組業(yè)務(wù)為核心并支持多業(yè)務(wù)，提供具有更低的總體使用成本（TCO），同時(shí)秉承光傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)優(yōu)勢(shì)，包括高可用性和可靠性、搞笑的帶寬管理機(jī)制和流量工程、便捷的OAM網(wǎng)管、可擴(kuò)展較高的安全性等。PTN支持多種基于分組交換業(yè)務(wù)的雙向點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接通道，其優(yōu)點(diǎn)有以下四個(gè)方面：

1.提供了更加適合于IP業(yè)務(wù)特性的傳輸管道，適合各種粗細(xì)顆粒業(yè)務(wù);

2.具備豐富的保護(hù)方式，遇到網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)小于50ms的電信級(jí)業(yè)務(wù)保護(hù)倒換;

3.繼承了SDH強(qiáng)大的網(wǎng)管功能，具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的管理體系，保證網(wǎng)絡(luò)具備保護(hù)切換、錯(cuò)誤檢測(cè)和通道監(jiān)控能力;

4.繼承了MSTP網(wǎng)絡(luò)在多業(yè)務(wù)、高質(zhì)量、高可靠、可管理等方面的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具備了以太網(wǎng)的低成本和統(tǒng)計(jì)復(fù)用特點(diǎn)。

2.3 MSTP與PTN的比較

三、溫州市域鐵路業(yè)務(wù)需求分析

以溫州市域鐵路S1線為例，其專用通信傳輸系統(tǒng)承載業(yè)務(wù)及帶寬需求如表2所示。

由表2可以看出，S1線工程專用通信傳輸系統(tǒng)綜合承載語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)，總計(jì)帶寬約3664Mb/s。其中，專用電話語(yǔ)音業(yè)務(wù)帶寬為54 Mb/s，僅占總帶寬的1.5%;以太網(wǎng)業(yè)務(wù)帶寬為3610 Mb/s，占總帶寬的98.5%。綜合以上業(yè)務(wù)需求分析，并考慮到系統(tǒng)保護(hù)所需帶寬，專用通信傳輸系統(tǒng)的容量按10Gb/s考慮。

PTN技術(shù)雖然滿足了溫州市域軌道S1線以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，但軌道交通仍存在少量TDM業(yè)務(wù)，如表2中專用電話系統(tǒng)，所以滿足TDM 業(yè)務(wù)的延時(shí)性能成為了PTN網(wǎng)絡(luò)能否在軌道交通應(yīng)用的關(guān)鍵。

四、時(shí)延分析

不同業(yè)務(wù)信號(hào)對(duì)延時(shí)的敏感程度各不相同，對(duì)于軌道交通專用電話業(yè)務(wù)，當(dāng)通道傳輸時(shí)延過大時(shí)，會(huì)使受話方等待時(shí)間過長(zhǎng)，給人一種失去聯(lián)系的感覺，降低了用戶體驗(yàn)。ITU-T協(xié)議中G.114和G.131描述了時(shí)延參數(shù)對(duì)電話業(yè)務(wù)的影響：正常情況下端到端通話150ms以下的時(shí)延，對(duì)于大多數(shù)用戶來說是可以接受的;在用戶預(yù)知的情況下，可以接受150ms到400ms之間的時(shí)延;但對(duì)于大于400ms的時(shí)延，就有10%的人感覺到通話困難，其語(yǔ)音質(zhì)量基本上是不可接受的。因此對(duì)于城市軌道交通專用電話系統(tǒng)，200ms時(shí)延是一個(gè)合理的要求。

五、TDM電路仿真

PWE3是Pseudo Wire Emulation Edge to Edge（端到端偽線仿真）的縮寫，是在分組交換網(wǎng)絡(luò)上模擬各類點(diǎn)到點(diǎn)業(yè)務(wù)的技術(shù)，能為各類業(yè)務(wù)在分組交換網(wǎng)絡(luò)邊界提供端到端的業(yè)務(wù)仿真。圖1所示為PWE3的工作原理。其在邊緣源節(jié)點(diǎn)PE（運(yùn)營(yíng)商設(shè)備），采用PWE3技術(shù)適配從AC（接入鏈路）傳送來的客戶業(yè)務(wù)，封裝Tunnel（隧道）標(biāo)簽與PW（偽線）標(biāo)簽，然后通過復(fù)用到輸出端口的段層上來轉(zhuǎn)發(fā)。在路徑上的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)PE按照封裝標(biāo)簽進(jìn)行包交換，將數(shù)據(jù)包沿標(biāo)簽交換路徑逐條轉(zhuǎn)發(fā)直到傳至目的地PE節(jié)點(diǎn)。在目的節(jié)點(diǎn)識(shí)別標(biāo)簽，并通過PWE3技術(shù)適配還原出客戶業(yè)務(wù)。

TDM電路仿真的基本思想就是在分組交換網(wǎng)絡(luò)上面搭建一個(gè)“通道”，網(wǎng)絡(luò)任一端的TDM 設(shè)備并不需要關(guān)心其所連接的網(wǎng)絡(luò)是否是TDM網(wǎng)絡(luò)，其實(shí)現(xiàn)方式是將TDM業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)封裝進(jìn)特殊的電路仿真報(bào)文頭，再以MPLS、IP等協(xié)議對(duì)封裝后的報(bào)文進(jìn)行承載，通過相應(yīng)的包交換網(wǎng)絡(luò)，到隧道出口后再進(jìn)行解封裝，然后重建TDM電路交換業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流。在分組交換網(wǎng)絡(luò)上仿真?zhèn)魉蚑DM業(yè)務(wù)，主要包括數(shù)據(jù)的幀格式、TDM業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、信令、告警和同步定時(shí)信息，幾個(gè)要素需要被運(yùn)載到PW的另一端。承載E1電路仿真業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)幀的裝載時(shí)間與E1級(jí)聯(lián)數(shù)有關(guān)，每一個(gè)E1幀為125us，可設(shè)置為0.125-5ms。

六、時(shí)延計(jì)算

TDM業(yè)務(wù)時(shí)延組成如圖2。

PTN在用電路仿真技術(shù)傳送E1業(yè)務(wù)時(shí)，會(huì)引入以下部分的時(shí)延。

Ta：封裝時(shí)延，與級(jí)聯(lián)數(shù)有關(guān)，每一個(gè)E1幀引入為125us。

Tb：緩存時(shí)延，與緩存設(shè)置有關(guān)，可調(diào)節(jié)，間隔亦為125us。

Tf：中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，每節(jié)點(diǎn)不大于50us。

Tl：光纖鏈路的時(shí)延，每公里光纖引入為5us。

端到端時(shí)延：⊿t=Ta+Tb+Tf*節(jié)點(diǎn)數(shù)+Tl。

由于S1線E1數(shù)量不多，完全可以封裝1幀，即源節(jié)點(diǎn)封裝時(shí)延為125us;緩存時(shí)延一般為緩存深度的一半，緩存設(shè)置為4ms，緩存時(shí)延為2ms;市域鐵路S1線共19個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延為950us;光纖長(zhǎng)度按100km考慮，鏈路傳輸時(shí)延為500us。故S1線端到端最大單向時(shí)延為3.575ms。

根據(jù)《分組傳送網(wǎng)PTN總體技術(shù)要求》（YDT-2374-2011），在不考慮鏈路傳輸時(shí)延，且封裝緩存不小于4ms和封裝幀數(shù)不大于8幀的情況下，PTN網(wǎng)絡(luò)的TDM業(yè)務(wù)端到端的單向時(shí)延應(yīng)小于4ms。

我們把SDH的每個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生時(shí)延按60us考慮。網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)數(shù)量越多，PTN網(wǎng)絡(luò)時(shí)延與SDH網(wǎng)絡(luò)時(shí)延越接近，甚至?xí)?yōu)于SDH網(wǎng)絡(luò)。若S1線采用PTN承載專用電話業(yè)務(wù)時(shí)，端到端時(shí)延約為3.575ms，與SDH差別不大，可以滿足專用電話業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延的要求。

七、結(jié)語(yǔ)

由上文可知，PTN完全可以滿足S1線各業(yè)務(wù)對(duì)傳輸系統(tǒng)的要求。在后續(xù)線路具體實(shí)施過程中，可以充分考慮采用PTN承載TDM業(yè)務(wù)的技術(shù)特點(diǎn)，通過合理的組織、配置網(wǎng)絡(luò)加以優(yōu)化改進(jìn)。

在城市軌道交通快速發(fā)展的今天，地鐵行業(yè)服務(wù)信息化、運(yùn)營(yíng)信息化、管理信息化的程度日趨加深，不斷有層出不窮的多元化業(yè)務(wù)被開發(fā)，增添到地鐵的傳輸系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的傳輸技術(shù)必然不能適應(yīng)新業(yè)務(wù)高帶寬、大顆粒的技術(shù)要求。而PTN 技術(shù)則憑借著其獨(dú)特的扁平化傳輸特點(diǎn)，輔以強(qiáng)大的網(wǎng)管及保護(hù)能力成為了未來地鐵行業(yè)傳輸系統(tǒng)的發(fā)展方向。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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