論城市軌道交通傳輸網絡的設計方案

摘要對城市軌道交通通信系統的傳輸網絡需求進行了分析，對各種傳輸制式進行了比較，提出了城市軌道交通通信系統傳輸網絡的最佳解決方案。關鍵詞軌道交通通信系統傳輸網絡方案
前言發展城市軌道交通不僅能有效改善城市的交通環境，而且還有助于城市建設和經濟的發展。為了保證建成后的軌道交通能安全、高效運營，就必須建立可靠的、易擴充的、獨立的通信網，傳輸和處理軌道交通運營所需的各種信息的專用通信網。
軌道交通通信系統是直接為軌道交通運營、管理服務的，是保證列車及乘客安全、快速、高效運行的一種不可缺少的信息化、自動化、智能化的綜合系統。通信系統一般由傳輸網絡、公務、無線、專用電話、閉路電視、廣播、時鐘、電源及接地等8子系統組成，構成傳送話音、數據和圖像等各種信息的綜合業務通信網。其中傳輸網絡是通信系統中最重要的子系統。它不僅為本系統的各個子系統，而且也為其他自動控制管理系統提供信息通道。
傳輸網絡傳送的信息城市軌道交通傳輸網絡傳送的信息主要為以下信息專用電話（含各種調度電話、站間行車電話）； 無線電話公務電話有線廣播； 閉路電視（含圖像與控制信息）時鐘電力監控系統（自動售檢票信息（C）列車自動監控信息（S）火災自動報警系統（S）系統維護管理信息其它運營管理數據或信息。包含了語言、數據及圖像信息。
傳輸網絡中傳輸的絕大部分信息是與行車和運營相關的信息，如果傳輸網絡的結構、技術及設備選型不當，將對整個通信網絡的性能產生不可忽視的直接影響。因此，一般在設計過程中著重對傳輸網絡進行方案比選，以確保整個通信系統的可靠、成熟、先進和經濟合理。
傳輸網絡設計方案常規組網方案目前，我國已建和在建軌道交通工程有三種傳輸網絡組網方案，它們分別是同步傳輸體系（H）、異步傳遞模式（M）、開放式傳輸網絡（N）， 這三種方案均采用光纖傳輸方式。
2.同步傳輸體系
同步傳輸體系是世紀年代開始研究和完善,世紀 年代才商用化的較為先進的技術，國際上主要存在歐洲為主的H和北美為主的T兩種制式，我國采用的是基于歐洲制式并由T建議的同步數字系列（H）。它由信息凈負荷、段開銷（H） 和管理單元指針組成統一結構的幀，幀的重復周期為5μs。其基本模塊1的速率為s，N 階的N幀由N 個1幀按同步復用方式形成。為了承載不同速率等級的H數據流，T規定了基本復用映射結構，通過容器、虛容器、支路單元及支路單元組實現各種H數據流的復用/解復用。為了在傳輸節點上任意上/下通道，H傳輸設備中普遍設置有數字交叉連接部件，通過這種部件不僅可以實現任意方向間任意通道的上/下而且可以通過將傳輸網絡設置為環形結構，以實現自愈保護環功能。采用H同步傳輸體系，具有如下優點:
具有數字傳輸體制統一的世界標準，在標準的光接口上實現不同廠家產品之間的互通；采用同步復用方式和靈活的復用映射結構，可以方便地在任意節點上/下通道； 可以實現傳輸網絡的多種保護措施，如自愈環保護，線路保護、通路保護等，極大地提高了傳輸網的安全性，與其它系統的保護手段相比，具有較短的故障恢復時間； 在幀結構中安排了豐富的開銷比特，支持強大的網絡管理能力； 目前該設備已具有較高的國產化程度、且價格適中。
其主要缺點為：
1） 利用H傳送圖像存在大量的通道容量損失;
網絡的擴展性差，新技術、新業務的接入受到嚴重限制。采用H作為軌道交通的傳輸網絡時，通常圖像采用模擬方式傳輸，即每個車站與控制中心獨立占用一芯光纖作為圖像傳輸。因此，傳輸網絡難以作到統一網管、維護，不利于業務擴展。
異步傳遞模式M即異步傳遞模式它采用基于定長信元的面向報文分組的異步傳遞模式每個信元通過一條虛擬電路進行傳輸路由的選擇由信元頭中的標號決定。傳輸的分組是固定 字節長度的信元信元之間無間隔每一信元的頭5個字節包含網絡信息其余 個字節則是用戶信息。它將信源中的各種網絡業務流（語音、數據及圖像）進行分段，加上虛通路識別符（I）、虛電路識別符（ 及少量的控制信息，形成統一的 字節定長信息包，在網絡中進行傳輸和交換，信息到達目的地之后再進行重新裝配，恢復與信源一致的業務流，這樣就實現了業務信息的透明傳送。
與其他傳遞模式相比，M技術具有如下優點：
M具有延展性和靈活性。延展性是指當需要新應用和新設備時網絡具有支持更高速率的能力靈活性則是指網絡中各種設備速率可混合使用； M所具有的內在信元統計復用很容易實現多個信源在一條鏈路上綜合。M集中了快速分組交換和電路交換技術的優點可以很好地解決語音、視頻和文本的傳輸。人們通常將M廣泛應用在N的骨干網和骨干傳輸網中在城市軌道交通領域在計算機網絡、數據、圖像、寬帶音頻等業務的接入方面采用M技術也具有一定的優勢；

2） 可以提供多種寬帶業務接口，目前M交換機可以提供固定速率電路仿真、可變速率接口和局域網接口等； 實現了物理電路帶寬的動態分配，即統計多路復用，使物理傳輸通道的帶寬資源得到了充分利用，提高了網絡資源的利用率。
利用M作為軌道交通的傳輸網絡可以作到三網合一（即話音、數據、圖像）， 統一網管與維護，但M也具有如下難以接受的主要缺點：
1） 目前采用的M交換機線路速率僅為s， 系統升級擴容困難；
2）M對窄帶業務如普通電話交換業務并不理想，一是M交換話音會帶來短暫的時延，二是話音交換成本較高；
3） 因應用范圍不廣，國內生產M產品的廠家不多，因此投資相對較高。
開放傳輸網絡 N傳輸設備是西門子公司開發的專用傳輸網絡系統，它已在早期建設的廣州地鐵一號線，上海地鐵二號線中采用。由于N傳輸設備具有獨特的幀結構，可區分不同等級速率，容易實現不同類型的接口連接，并能在同一網絡中綜合不同的網絡傳輸協議，連接不同的網絡和用戶。也正是由于N獨特的傳輸速率和幀結構，N與由H或H組成的公用傳輸網只能用接口相連。
目前N傳輸設備可提供 、s和的傳輸容量，可實現綜合數據、語言、寬帶音頻、計算機局域網和視頻等多種業務。通過采用自愈環結構，提高了系統的可靠性； 通過提供專用功能比特，增強了系統的網管能力； 通過靈活的帶寬分配，實現了從窄帶到寬帶的綜合業務傳輸。
對專業性強，相對獨立的軌道交通通信網，N傳輸設備具有其非常獨到的優點，可以傳送軌道交通所需的各種信息。它有各種各樣的接口，向用戶提供多種服務所具有的視頻接口，可實現視頻通道的共享并具有動態分配功能。它還具有設備簡單、組網靈活、集中維護方便等優點。但N存在以下不足之處： N意為開放式傳輸網絡，但它實際上是西門子公司為軌道交通領域專門開發的一種專利保護產品，并不具備開放性。它只實現了用戶側業務的開放以及豐富的接口種類，無法直接與其它網絡互連； N只能由西門子公司進行生產和技術支持，故一旦采用該系統，以后的擴容及維護器件也只能完全依賴該公司。將給網絡擴展和設備選型帶來局限性； N由于采用專利技術，在設備采購時無法采用招標的方式完成，也使其價格下調的可能性較小。從目前的情況看，其價格相對較高。
4）（網際協議）解決方案
早在 世紀 年代， 技術即已出現， 年開始形成規模， 世紀 年代得到迅猛發展。幾十年來，國際公眾網聯盟一直是負責公眾網技術標準的國際權威組織，領導著公眾網的前進方向。然而在 領域，其領導地位被因特網工程任務組所取代。為了重新確立其領導地位，U已決定全面轉向 的工作。U認為，在標準制訂方面，T的優勢是網絡結構、網絡互通和網絡演進，而 的優勢在于協議和應用領域，因而兩者之間可以優勢互補，合作共同領導這一領域的工作。U已要求所有研究組都重新審查各自的研究課題，從而決定如何在各自負責的領域內開發與 相關的標準建議。目前已開展的工作領域有： 集成結構、利用公眾網實施接入 網、 與公眾網的互通、 結構信號的傳送、信令與選路、公眾網與 網的綜合管理、編號與選址、 網的安全性等。因U的全面介入，因特網的發展已經進入了一個新的歷史時期。
我國公眾網已下大力氣對現行產業結構進行調整，準備在5年左右的時間內形成一個以 特別是 為中心的新的公眾網產業結構。
在公眾網中的大量應用，為 在軌道交通通信系統的傳輸網絡建設中采用提供了技術保證與合理的價
電信工程技術與標準化格。并帶來了如下優勢：
技術成熟，標準完善，市場占有率逐年攀升，是公眾網的發展方向； 采用包交換方式，帶寬利用率高，其信息包長度可變的特點，適合于承載任何種類的業務，即動態分配帶寬，可以承載語音、數據和圖像業務，并實現寬帶交換；具有天然的廣播特性，是其他面向連接方式難以實現的;是非連接型，因此，對同級別處理能力的硬件， 可以表現出更高的處理速度;協議是為了解決N之間聯網而提出的，因此， 網可以與N進行無縫連接。而M仿真N時需要象處理 包一樣進行復雜的變換;協議族中不包括鏈路層和物理協議，可以采用任何成熟的技術實現復用和傳輸，也為r 預留了充分的發展余地。
在公眾網中的應用也存在如下缺陷：
對承載的業務存在延時和時延抖動、丟包等問題。在軌道交通的應用，此缺陷是能避免與解決的。由于在軌道交通中，用戶數量及所需的業務類型是確定的，并考慮到分組交換帶寬與統計復用的特點，用吉比特以太網線路速率架構分布式 交換網，即使不使用 及區分服務等技術，吉比特以太網線路速率也能完全滿足軌道交通對傳輸網絡的各種業務需求與質量保證。
通過以上4種傳輸制式的優缺點比較，常規的解決方案可以滿足城市軌道交通對傳輸網絡業務的部分需求，在一定的時期內也是適用的。但城市軌道交通的傳輸網絡與通信技術發展水平是分不開的，隨著 技術突飛猛進的發展，在公眾網的普遍應用，因此在城市軌道交通的設計中， 可作為軌道交通傳輸網絡的最佳解決方案。