RPR 技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用

　前言
城市軌道交通傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送的信息主要有: 專用電話(含各種調(diào)度電話、站間行車電話), 無線電話, 公務(wù)電話, 有線廣播, 閉路電視監(jiān)控(含圖像與控制信息), 時(shí)鐘, 電力監(jiān)控(SCADA) , 自動(dòng)售檢票信息(AFC) , 列車自動(dòng)監(jiān)控信息(ATS) , 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警( FAS) , 系統(tǒng)維護(hù)管理信息, 以及其他運(yùn)營(yíng)管理數(shù)據(jù)或信息。其中絕大部分信息與行車和運(yùn)營(yíng)相關(guān), 因此, 一般在設(shè)計(jì)過程中著重對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行方案比選, 以確保整個(gè)通信系統(tǒng)的可靠、成熟、先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。
目前, 我國已建和在建的軌道交通工程主要有3 種傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案, 分別是同步傳輸體系(SDH) 、異步傳輸模式(ATM) 、開放式傳輸網(wǎng)絡(luò)(OTN) 。這3 種方案均采用光纖傳輸方式, 其傳輸方案或多或少都存在著不足。
SDH : 傳送圖像時(shí)存在大量的通道容量損失。如圖像采用模擬方式傳輸, 即每個(gè)車站與控制中心獨(dú)立占用1 芯光纖作為圖像傳輸, 傳輸網(wǎng)絡(luò)難以做到統(tǒng)一網(wǎng)管、維護(hù), 不利于業(yè)務(wù)擴(kuò)展。
ATM : 系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)容困難; 對(duì)窄帶業(yè)務(wù), 如普通電話交換業(yè)務(wù)的時(shí)延、話音交換成本較高。
OTN :為專有產(chǎn)品,并不具備開放性。它只實(shí)現(xiàn)了用戶側(cè)業(yè)務(wù)的開放及提供豐富的接口,無法直接與其他網(wǎng)絡(luò)互連;網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展和設(shè)備選型有局限性。隨著Internet 技術(shù)的迅速發(fā)展, 一種基于IP 的新型傳輸技術(shù) 彈性分組環(huán)( Resilient Packet Ring) 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
2 　彈性分組環(huán)( RPR) 技術(shù)
RPR 技術(shù), 是一項(xiàng)新的可發(fā)展的技術(shù), 它是由分組交換節(jié)點(diǎn)組成的環(huán)形網(wǎng)絡(luò), 相鄰的節(jié)點(diǎn)通過1 對(duì)光纖連接, 采用環(huán)狀拓?fù)洹㈦p環(huán)結(jié)構(gòu)。外環(huán)順時(shí)針和內(nèi)環(huán)逆時(shí)針同時(shí)雙向傳輸數(shù)據(jù), 將數(shù)據(jù)、話音、圖像業(yè)務(wù)合一。它吸收了SDH、ATM 和千兆以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn), 針對(duì)不同數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)等級(jí)設(shè)有不同的QoS 保障機(jī)制, 可提供語音和專線無損傷的服務(wù)質(zhì)量, 具備擁塞管理及策略流量控制功能, 支持靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu), 與標(biāo)準(zhǔn)的IP、MPLS、以太網(wǎng)和基于電路的網(wǎng)絡(luò)可完全互連, 易于維護(hù)管理。
RPR 技術(shù)特性如下。
1. ATM 分組交換機(jī)制。RPR 對(duì)業(yè)務(wù)交換采用ATM 分組體系, 在節(jié)點(diǎn)具備快速的數(shù)據(jù)處理過程, 即上環(huán)、下環(huán)、過環(huán)3 個(gè)過程。RPR 設(shè)備可以像SDH 和ATM 一樣不用處理前傳數(shù)據(jù)流, 系統(tǒng)的處理性能大大提高, ATM 分組交換體系數(shù)據(jù)傳輸速率易于升級(jí)。
2. 自動(dòng)拓?fù)渥R(shí)別。RPR 多業(yè)務(wù)光傳送系統(tǒng)具備自動(dòng)拓?fù)渥R(shí)別功能,簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)初始化配置,并避免手工配置帶來的錯(cuò)誤,維護(hù)方便簡(jiǎn)捷。
3. 環(huán)同步。RPR 具有類似SDH 的時(shí)鐘同步機(jī)制。
4. 空間復(fù)用技術(shù)。RPR 根據(jù)用戶需求分配帶寬, 而不是象SDH 一樣分配固定時(shí)隙。空間復(fù)用技術(shù)中光纖復(fù)用因子為2 , 光纖使用率相對(duì)SDH 的MSP 或SNCP 提高1 倍, 最大限度地利用了光纖的傳輸帶寬。
5. 基于源路由和服務(wù)等級(jí)的50ms 環(huán)保護(hù)倒換。RPR 采用線路冗余保護(hù)設(shè)計(jì), 提供基于源路由的電信級(jí)環(huán)倒換保護(hù), 環(huán)倒換時(shí)間小于50ms ; 提供控制、電源、交叉矩陣等公共部分的1 + 1 保護(hù)。
6. 帶寬管理和擁塞控制機(jī)制。RPR 采用內(nèi)在機(jī)制執(zhí)行公平算法以控制帶寬的利用。由于環(huán)上的帶寬是共享資源, 極其容易被網(wǎng)絡(luò)上的個(gè)別節(jié)點(diǎn)或個(gè)別用戶過渡使用造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。而公平算法是一種可以讓環(huán)上每個(gè)用戶公平享用帶寬的機(jī)制, 它不像SDH 給每個(gè)用戶分配1 個(gè)固定的有限帶寬, 而是把環(huán)上的整個(gè)帶寬作為一個(gè)全局資源分配給用戶。
7. 支持廣播和組播業(yè)務(wù)。RPR 非常適合廣點(diǎn)只做簡(jiǎn)單前傳或者是上下環(huán)。對(duì)于組播業(yè)務(wù), 環(huán)上的節(jié)點(diǎn)接收此業(yè)務(wù)后, 繼續(xù)前傳, 直到源節(jié)點(diǎn)再讓它下環(huán)。這使得在環(huán)上發(fā)送廣播業(yè)務(wù)或者組播業(yè)務(wù)時(shí)只需要發(fā)送1 個(gè)拷貝即可。
8.簡(jiǎn)單化的服務(wù)配置。RPR 為共享媒質(zhì)環(huán)。環(huán)路每個(gè)節(jié)點(diǎn)掌握環(huán)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和資源情況, 并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整環(huán)路帶寬的分配, 網(wǎng)管人員并不需要對(duì)節(jié)點(diǎn)間資源進(jìn)行逐點(diǎn)、逐段的分配。
3 　RPR 組網(wǎng)與其他傳輸組網(wǎng)方案的比較主要將RPR 組網(wǎng)方案與SDH 、ATM 、OTN 這3 種傳統(tǒng)的傳輸組網(wǎng)方案, 從語音、圖像、數(shù)據(jù)接口等方面進(jìn)行比較。
311 　窄帶話音及低速數(shù)據(jù)接口
OTN 可以直接提供接口; ATM 也可直接提供一定數(shù)量的接口, 但話音質(zhì)量不夠理想, 易出現(xiàn)話音的短暫時(shí)延, 需采用電路仿真技術(shù)來提供大量的2MbΠs 通道固定連接, 網(wǎng)絡(luò)配置不夠經(jīng)濟(jì); 而RPR 和SDH 可通過增加相應(yīng)設(shè)備(如PCM) 接入話音信號(hào)。
312 　視頻接口
RPR 和ATM 可以直接提供接口, 支持M2J PEG 、MPEG2 、H1261 等制式, 帶寬可按需調(diào)整; OTN 也可直接提供接口, 支持PAL 、NTSC (M2J PEG 壓縮) 等制式, 帶寬可調(diào); SDH 不能直接提供接口, 需通過外接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備, 將寬帶信息打包成IP 數(shù)據(jù)包, 再捆綁成N 個(gè)傳輸速率為2MbΠs 的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)VC4 或直接映射進(jìn)VC4 , 獨(dú)占VC4 通道, 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)透明傳輸。
313 　以太網(wǎng)接口
RPR 、ATM 、OTN 可以直接提供接口; SDH 不能直接提供接口, 需通過外接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備, 將寬帶信息打包成IP 數(shù)據(jù)包, 再捆綁成N 個(gè)傳輸速率為2MbΠs 的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)VC4 或直接映射進(jìn)VC4 , 獨(dú)占VC4 通道, 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)透明傳輸。
314 　與相關(guān)軌道交通線通信系統(tǒng)的互聯(lián)
OTN 屬于專有網(wǎng)絡(luò), 不同傳輸網(wǎng)絡(luò)之間難以實(shí)現(xiàn)連接; 而其他3 種網(wǎng)絡(luò)可以靈活地實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。
4 　RPR 技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1. 軌道交通的通信系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)各種不同業(yè)務(wù)的承載, 包括各種話音、圖像、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等等, 而這些業(yè)務(wù)有著不同的特性, 例如話音業(yè)務(wù)需要固定的帶寬保證通話質(zhì)量, 圖像業(yè)務(wù)需要大量的帶寬保證圖像質(zhì)量, IP 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性強(qiáng)。而RPR 傳輸網(wǎng)絡(luò)完全可以滿足通信系統(tǒng)對(duì)綜合業(yè)務(wù)承載的需求。
2. 軌道交通中視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)就是大量的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用, 根據(jù)相關(guān)的市場(chǎng)預(yù)測(cè), 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)市場(chǎng)份額會(huì)從30 % 增加到85 % 。縱觀目前數(shù)據(jù)視頻監(jiān)控市場(chǎng)的主流設(shè)備提供商, 無不將其系統(tǒng)構(gòu)建在基于IP 的MPEG2 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提供直接的MPEG2 編碼以及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)端口。在這方面, RPR 傳輸網(wǎng)絡(luò)有著天然的優(yōu)勢(shì)。
5 　結(jié)束語
綜上所述, 常規(guī)的解決方案可以滿足城市軌道交通對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的部分需求, 且在一定的時(shí)期內(nèi)也是適用的。但城市軌道交通的傳輸網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)發(fā)展水平是分不開的, 隨著軌道交通突飛猛進(jìn)的發(fā)展, 數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)的需求也將飛速增加, 因此在城市軌道交通的設(shè)計(jì)中, RPR 技術(shù)可作為軌道交通傳輸網(wǎng)絡(luò)的首選解決方案。

原作者：蹇　峽