轨道交通通信传输系统技术发展及设备选择

摘要: 分析 国内多个城市多条地铁通信传输系统技术 应用 及选用设备的现状，综合比较现有的各种传输技术的优劣，并为未来轨道 交通 通信新线建设传输制式的选择提出建议。

关键词:轨道交通;通信;传输系统;制式选择;技术比较

传输系统是一个基于光纤的宽带综合业务数字传输 网络 ，能够为其他通信子系统和列车自动监控(ATS)、综合监控(ISCS)、自动售检票(AFC)、旅客信息(PIS)、防灾报警(FAS)、SCAnA等专业提供高可靠性的、冗余的、使用灵活的多种宽、窄带传输通道(包括透明通道)，构成传送语音、数据和图像等各种信息的综合业务传输网，是保证地铁运行所必须的信息传送媒体。

通过对现有传输技术进行比较，对技术 发展 进行展望，对既有业务需求进行 总结 ，寻找适合轨道交通传输系统的建设方式。

1 轨道交通通信传输系统组网现状

从1965年北京地铁一期工程开工，到 目前 全国多个城市多条线的同步建设，已开通城市轨道交通的有北京、上海、天津、广州、长春、大连等城市，除北京地铁一号线和环线外，其余都是九十年代后修建的。众多地铁线路，传输制式不尽相同，各有优缺点，表1列举一些地铁项目的传输系统现状。

采用OTN传输制式一般组成一个自愈环，采用SDH传输制式组成单个或多个自愈环，采用ATM传输制式组成单环或多个环，采用MSTP传输制式组成单个或多个自愈环。一般SDH、MSTP组网方式，环网节点最多14个。轨道交通传输网选择的保护方式均为自愈环保护方式。

2传输技术比较

2.1业务承载能力

承载能力包括能否保证业务传输质量要求，能否提供相应业务接口等方面。

2.1.1OTN

OTN是专为轨道交通开发的一种传输技术，具有独特的帧结构，可区分不同等级速率，并能在同一网络中综合不同的网络传输协议，对实时性业务及非实时性业务都能提供相应承载，实现了从窄带到宽带的综合业务传输。

OTN传输设备可以直接提供 工业 标准的通信协议接口，如话音(具有2线/4线、模拟/数字、带信令/无信令)、El、RS-232/422/423/4

8

5、高质量音频(15kHz带宽)、10/100Mb/5Ethernet、4/16Mb/5TokenRing、标准复合视频(M-JPEG压缩算法)等接口，而不需借助接人设备。

OTN设备简单、组网灵活、集中维护方便，国内外地铁工程中应用广泛。其不足是设备独家生产，售后服务对原设备厂商依赖大，兼容性差，与非OTN网络连接能力较弱。 ATM虽然可以承载实时性业务中的TDM业务，但每一个节点的延时都要大于SDH传输制式，特别是故障时系统切换时间较SDH传输制式长(有时甚至以秒计)，所以ATM技术一般不用于TDM业务的承载。另外，ATM没有低速率接口，需增加接人设备，设备价格高且协议复杂。对于视频业务，由于其具有很高的突发度，而ATM恰恰能够很好地支持具有突发性的可变比特率业务，并且其固有的设计已经充分考虑了业务QoS 问题 ，因此可以实现承载。

对于非实时性业务的传输，存在带宽利用率较低的问题，ATM没有音频等低速接口，需设接入设备。

2.1.3IP

IP技术对数据业务的承载有一定的优势，对于传统TDM业务，IP技术可以承载，但传送时间和业务恢复时间要比SDH长，不是最好的承载技术。对于接口来说，IP没有音频等低速接口，高端设备一般不提供ZMb/S接口，需增加辅助设备。

2.1.4SDH及基于SDH的多业务传送平台(MSTP)

SDH是最适合实时性业务中TDM业务的承载技术，但无法解决实时性业务中视频信号和实时性业务及非实时性业务中以太网的传输 问题 。SDH接口种类单一，仅具有PDH系列标准接口(E1/E3/STM一le)。传输窄带业务(话音、数据、宽带音频)时，需增加接人设备(PCMD/l设备);无直接的视频和LAN接口，需外部增加视频CODEC和Ethernet路由器;对Ethernet业务，一般只提供ZMb/s的传输带宽，存在性能瓶颈;对地铁/轻轨中的广播音频业务，仅提供3kHz的传输带宽，难以满足高保真的广播效果;一般只提供点对点的通信信道，难以满足地铁/轻轨环境下大量共线式通信信道的要求。

同时SDH只能向用户提供固定速率的信道，不能动态分配带宽，不能进行统计复用，对总线型宽带数据业务及图像业务的支持困难。

MSTP克服了SDH设备在地铁/轻轨 应用 中的一些不足，随着技术不断的 发展 成熟，越来越适合轨道 交通 业务的承载，但仍需增加接人设备。

2.1.5RPR

对于实时性TDM业务，RPR技术虽然定义了协议，但需在实际中得到进一步验证。

对于数据业务，RPR具备绝对的优势，可根据用户需求分配带宽，支持空间复用技术和统计复用技术，在 网络 正常运营的情况下，可使带宽利用率相对SDH网络提高3一4倍。RPR还可对数据业务进行优化，有效支持IP的突发特性。

对于有实时性要求的数据业务，RPR可以提供不同等级的服务和基于不同等级业务的环保护功能来保障数据业务的实时性，在保障实时性方面和故障倒换时间(16ms-50ms)上可与SDH技术媲美，而在带宽利用率上比SDH传输数据业务大大提高。特别是它对视频业务的承载， 目前 数据视频监控市场的主流设备提供商，都将其系统构建在基于IP的MPEGZ编码和压缩技术，以及基于IP的视频数据存储、检索和访问控制技术上，这些系统所采用的摄像头基本上都可以直接提供MPEGZ编码及以太网数据端口，因此，由RPR技术来承载视频监控系统，用户数据能继续保持以太网帧格式，省略复杂的映射过程，并对用户分组进行严格的服务质量等级分类。提供严格的延时和抖动保障机制，视频图像清晰、画面流畅，完全达到高速铁路/公路监控图像的要求。业务接口同SDH、MSTP、ATM、IP一样，必须借助于接人设备来提供低速数据接口。

2.1.6承载能力

对于实时性业务中的TDM业务，SDH、OTN能提供非常好的解决方案。对于实时性业务中的数据业务，OTN、RPR、ATM承载能力都比较强。对于非实时性业务，OTN、IP、RPR都比较适合。对于业务接口能力，OTN能力最佳，可以直接提供丰富的通信协议接口，不需借助接人设备，其他技术均需借助辅助设备。

2.2带宽利用率

OTN:开销<2%，带宽利用率较高。

ATM:开销约为12.8%，带宽利用率低。

IP:开销与所传数据包大小密切相关，不是很固定，带宽利用率比较高。

SDH:开销占3.7%，但由于其需预留保护带宽，带宽利用率较低。

RPR:开销占3.7%，同时采用统计空间复用技术，使带宽利用率大大提高。

2.3环网保护能力、可靠性

OTN:采用双环设计网络，具有自愈保护功能，并且保护倒换时间小于50ms。

ATM:主要进行VC保护。

IP:可以做路由保护，保护时间与网络结构及协议选择有关，一般以秒计。

SDH及MSTP:网络具有强大的保护恢复能力，并且保护倒换时间小于50ms。

RPR:网络具有强大的保护恢复能力，并且保护倒换时间小于50ms。

2.4成熟度及发展前景

OTN:在轨道交通领域已得到较多运用，做为西门子的专利技术比较成熟，在专网需求方面能够予以专属研发和更新，发展速度较快。

ATM:技术、设备复杂，随着IP技术的发展，IP质量保证问题的解决，对ATM技术应用带来较大冲击，其发展前景不好。

IP:技术相对成熟，是目前通信业 研究 热点，有极好的发展前景。

SDH及MSTP:SDH技术很成熟，有着广泛的应用基础;MSTP是在SDH基础上发展起来的，目前还在不断完善，功能越来越强。

RPR:目前还未得到较大规模的应用，需在实践中进行验证，但其技术先进，发展前景好。

2.5价格

OTN设备价格相对较高，随着市场竞争在逐渐下降;ATM技术复杂，生产厂家不多，设备价格偏高;IP、SDH生产厂家众多，应用广泛，价格较低;基于二层交换的MSTP生产厂家多，技术成熟，价格较低;内嵌RPR的MSTP由于是新技术，价格较高，但应用前景较好;价格可能在将来会有所下降。

3小结

OTN就技术角度比较适合轨道交通传输网，虽然互联互通能力相对较弱，但在业务接口层面互联的前提下可以满足互联需求，随着市场竞争价格也趋于合理，可以作为轨道交通传输网组网的一种选择。

IP技术在业务质量保证方面对轨道交通数据业务的承载越来越合适，但对TDM业务的支持仍是弱项，因此应与其他技术联合组网。

RPR技术的发展与标准化，对数据业务的承载提供了越来越完善的平台，但对TDM业务的支持效果不理想，网络管理缺少SDH的端到端性能监视和配置手段。与IP相似，可专门解决数据业务，适合与其他技术联合组网。

MSTP对各种数据业务，尤其是带宽需求大、传送质量要求高的视频业务，能提供较佳的解决方案。近年来MSTP技术在轨道交通中得以广泛应用，成为主流解决方案之一。

综上所述，传输网技术选择不应该是单一的，只要符合轨道交通传输技术发展方向都在可选择范围内，这样有利于降低成本。

轨道交通传输网制式上的选择可以是一个制式独立组网，也可以是多种制式混和组网，应根据具体线路、具体情况及当时的技术发展来确定。一个制式单独组网可以选择OTN，也可以选择MSTP。目前MSTP技术对数据业务解决还存在一定局限性，可以采用MSTP与RPR或IP混合组网，由MSTP承载语音业务及低速数据业务，RPR或IP来承载视频和数据业务。

无论选择什么制式组网，所选择的设备均应是在该制式下相对成熟的、可靠的、先进的，冗余配置，并且便于运维。

参考 文献

1北京市发展和改革委员会.《北京市“十一五”轨道交通建设及运营管理规划》(第四次修改)〔M〕.2005.

2北京市交通委员会《北京交通发展纲要(2004一20

20)》(M〕.2004.

3韦乐平.光同步数字传输网〔M〕.北京:人民邮电出版社，1993.

4黄国胜.OTN在城市轨道交通中的应用〔J〕.铁道通信信号，2004

(7):42.

5于宗红.MSTP技术及其应用〔J〕. 现代 电子 技术，2005

(2

2):15