軌道交通通信傳輸系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展及設(shè)備選擇的論文

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軌道交通通信傳輸系統(tǒng)組網(wǎng)現(xiàn)狀從1965年北京地鐵一期工程開(kāi)工，到目前全國(guó)多個(gè)城市多條線(xiàn)的同步建設(shè)，已開(kāi)通城市軌道交通的有北京、上海、天津、廣州、長(zhǎng)春、大連等城市，除北京地鐵一號(hào)線(xiàn)和環(huán)線(xiàn)外，其余都是九十年代后修建的。眾多地鐵線(xiàn)路，傳輸制式不盡相同，各有優(yōu)缺點(diǎn)，表1列舉一些地鐵項(xiàng)目的傳輸系統(tǒng)現(xiàn)狀。采用otn傳輸制式一般組成一個(gè)自愈環(huán)，采用sdh傳輸制式組成單個(gè)或多個(gè)自愈環(huán)，采用atm傳輸制式組成單環(huán)或多個(gè)環(huán)，采用mstp傳輸制式組成單個(gè)或多個(gè)自愈環(huán)。一般sdh、mstp組網(wǎng)方式，環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)最多14個(gè)。軌道交通傳輸網(wǎng)選擇的保護(hù)方式均為自愈環(huán)保護(hù)方式。2傳輸技術(shù)比較業(yè)務(wù)承載能力承載能力包括能否保證業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量要求，能否提供相應(yīng)業(yè)務(wù)接口等方面。otn是專(zhuān)為軌道交通開(kāi)發(fā)的一種傳輸技術(shù)，具有獨(dú)特的幀結(jié)構(gòu)，可區(qū)分不同等級(jí)速率，并能在同一網(wǎng)絡(luò)中綜合不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，對(duì)實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)及非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)都能提供相應(yīng)承載，實(shí)現(xiàn)了從窄帶到寬帶的綜合業(yè)務(wù)傳輸。otn傳輸設(shè)備可以直接提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議接口，如話(huà)音(具有2線(xiàn)/4線(xiàn)、模擬/數(shù)字、帶信令/無(wú)信令)、el、rs-232/422/423/485、高質(zhì)量音頻(15khz帶寬)、10/100mb/5ethernet、4/16mb/5tokenring、標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合視頻(m-jpeg壓縮算法)等接口，而不需借助接人設(shè)備。otn設(shè)備簡(jiǎn)單、組網(wǎng)靈活、集中維護(hù)方便，國(guó)內(nèi)外地鐵工程中應(yīng)用廣泛。其不足是設(shè)備獨(dú)家生產(chǎn)，售后服務(wù)對(duì)原設(shè)備廠(chǎng)商依賴(lài)大，兼容性差，與非otn網(wǎng)絡(luò)連接能力較弱。atm雖然可以承載實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中的tdm業(yè)務(wù)，但每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的延時(shí)都要大于sdh傳輸制式，特別是故障時(shí)系統(tǒng)切換時(shí)間較sdh傳輸制式長(zhǎng)(有時(shí)甚至以秒計(jì))，所以atm技術(shù)一般不用于tdm業(yè)務(wù)的承載。另外，atm沒(méi)有低速率接口，需增加接人設(shè)備，設(shè)備價(jià)格高且協(xié)議復(fù)雜。對(duì)于視頻業(yè)務(wù)，由于其具有很高的突發(fā)度，而atm恰恰能夠很好地支持具有突發(fā)性的可變比特率業(yè)務(wù)，并且其固有的設(shè)計(jì)已經(jīng)充分考慮了業(yè)務(wù)qos問(wèn)題，因此可以實(shí)現(xiàn)承載。對(duì)于非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的傳輸，存在帶寬利用率較低的問(wèn)題，atm沒(méi)有音頻等低速接口，需設(shè)接入設(shè)備。ip技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載有一定的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于傳統(tǒng)tdm業(yè)務(wù)，ip技術(shù)可以承載，但傳送時(shí)間和業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間要比sdh長(zhǎng)，不是最好的承載技術(shù)。對(duì)于接口來(lái)說(shuō)，ip沒(méi)有音頻等低速接口，高端設(shè)備一般不提供zmb/s接口，需增加輔助設(shè)備。及基于sdh的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)(mstp)sdh是最適合實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中tdm業(yè)務(wù)的承載技術(shù)，但無(wú)法解決實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中視頻信號(hào)和實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)及非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中以太網(wǎng)的傳輸問(wèn)題。sdh接口種類(lèi)單一，僅具有pdh系列標(biāo)準(zhǔn)接口(e1/e3/stm一le)。傳輸窄帶業(yè)務(wù)(話(huà)音、數(shù)據(jù)、寬帶音頻)時(shí)，需增加接人設(shè)備(pcmd/l設(shè)備);無(wú)直接的視頻和lan接口，需外部增加視頻codec和ethernet路由器;對(duì)ethernet業(yè)務(wù)，一般只提供zmb/s的傳輸帶寬，存在性能瓶頸;對(duì)地鐵/輕軌中的廣播音頻業(yè)務(wù)，僅提供3khz的傳輸帶寬，難以滿(mǎn)足高保真的廣播效果;一般只提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信信道，難以滿(mǎn)足地鐵/輕軌環(huán)境下大量共線(xiàn)式通信信道的要求。同時(shí)sdh只能向用戶(hù)提供固定速率的信道，不能動(dòng)態(tài)分配帶寬，不能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)復(fù)用，對(duì)總線(xiàn)型寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及圖像業(yè)務(wù)的支持困難。mstp克服了sdh設(shè)備在地鐵/輕軌應(yīng)用中的一些不足，隨著技術(shù)不斷的發(fā)展成熟，越來(lái)越適合軌道交通業(yè)務(wù)的承載，但仍需增加接人設(shè)備。對(duì)于實(shí)時(shí)性tdm業(yè)務(wù)，rpr技術(shù)雖然定義了協(xié)議，但需在實(shí)際中得到進(jìn)一步驗(yàn)證。對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，rpr具備絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，可根據(jù)用戶(hù)需求分配帶寬，支持空間復(fù)用技術(shù)和統(tǒng)計(jì)復(fù)用技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)營(yíng)的情況下，可使帶寬利用率相對(duì)sdh網(wǎng)絡(luò)提高3一4倍。rpr還可對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，有效支持ip的突發(fā)特性。對(duì)于有實(shí)時(shí)性要求的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，rpr可以提供不同等級(jí)的服務(wù)和基于不同等級(jí)業(yè)務(wù)的環(huán)保護(hù)功能來(lái)保障數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性，在保障實(shí)時(shí)性方面和故障倒換時(shí)間(16ms-50ms)上可與sdh技術(shù)媲美，而在帶寬利用率上比sdh傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)大大提高。特別是它對(duì)視頻業(yè)務(wù)的承載，目前數(shù)據(jù)視頻監(jiān)控市場(chǎng)的主流設(shè)備提供商，都將其系統(tǒng)構(gòu)建在基于ip的mpegz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(fǎng)問(wèn)控制技術(shù)上，這些系統(tǒng)所采用的攝像頭基本上都可以直接提供mpegz編碼及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)端口，因此，由rpr技術(shù)來(lái)承載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用戶(hù)數(shù)據(jù)能繼續(xù)保持以太網(wǎng)幀格式，省略復(fù)雜的映射過(guò)程，并對(duì)用戶(hù)分組進(jìn)行嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量等級(jí)分類(lèi)。提供嚴(yán)格的延時(shí)和抖動(dòng)保障機(jī)制，視頻圖像清晰、畫(huà)面流暢，完全達(dá)到高速鐵路/公路監(jiān)控圖像的要求。業(yè)務(wù)接口同sdh、mstp、atm、ip一樣，必須借助于接人設(shè)備來(lái)提供低速數(shù)據(jù)接口。承載能力對(duì)于實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中的tdm業(yè)務(wù)，sdh、otn能提供非常好的解決方案。對(duì)于實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，otn、rpr、atm承載能力都比較強(qiáng)。對(duì)于非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，otn、ip、rpr都比較適合。對(duì)于業(yè)務(wù)接口能力，otn能力最佳，可以直接提供豐富的通信協(xié)議接口，不需借助接人設(shè)備，其他技術(shù)均需借助輔助設(shè)備。帶寬利用率otn:開(kāi)銷(xiāo)2%，帶寬利用率較高。atm:開(kāi)銷(xiāo)約為%，帶寬利用率低。ip:開(kāi)銷(xiāo)與所傳數(shù)據(jù)包大小密切相關(guān)，不是很固定，帶寬利用率比較高。sdh:開(kāi)銷(xiāo)占%，但由于其需預(yù)留保護(hù)帶寬，帶寬利用率較低。 rpr:開(kāi)銷(xiāo)占%，同時(shí)采用統(tǒng)計(jì)空間復(fù)用技術(shù)，使帶寬利用率大大提高。環(huán)網(wǎng)保護(hù)能力、可靠性otn:采用雙環(huán)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)，具有自愈保護(hù)功能，并且保護(hù)倒換時(shí)間小于50ms。atm:主要進(jìn)行vc保護(hù)。ip:可以做路由保護(hù)，保護(hù)時(shí)間與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及協(xié)議選擇有關(guān)，一般以秒計(jì)。sdh及mstp:網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的保護(hù)恢復(fù)能力，并且保護(hù)倒換時(shí)間小于50ms。rpr:網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的保護(hù)恢復(fù)能力，并且保護(hù)倒換時(shí)間小于50ms。成熟度及發(fā)展前景otn:在軌道交通領(lǐng)域已得到較多運(yùn)用，做為西門(mén)子的專(zhuān)利技術(shù)比較成熟，在專(zhuān)網(wǎng)需求方面能夠予以專(zhuān)屬研發(fā)和更新，發(fā)展速度較快。atm:技術(shù)、設(shè)備復(fù)雜，隨著ip技術(shù)的發(fā)展，ip質(zhì)量保證問(wèn)題的解決，對(duì)atm技術(shù)應(yīng)用帶來(lái)較大沖擊，其發(fā)展前景不好。ip:技術(shù)相對(duì)成熟，是目前通信業(yè)研究熱點(diǎn)，有極好的發(fā)展前景。sdh及mstp:sdh技術(shù)很成熟，有著廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ);mstp是在sdh基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，目前還在不斷完善，功能越來(lái)越強(qiáng)。rpr:目前還未得到較大規(guī)模的應(yīng)用，需在實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證，但其技術(shù)先進(jìn)，發(fā)展前景好。價(jià)格otn設(shè)備價(jià)格相對(duì)較高，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)在逐漸下降;atm技術(shù)復(fù)雜，生產(chǎn)廠(chǎng)家不多，設(shè)備價(jià)格偏高;ip、sdh生產(chǎn)廠(chǎng)家眾多，應(yīng)用廣泛，價(jià)格較低;基于二層交換的mstp生產(chǎn)廠(chǎng)家多，技術(shù)成熟，價(jià)格較低;內(nèi)嵌rpr的mstp由于是新技術(shù)，價(jià)格較高，但應(yīng)用前景較好;價(jià)格可能在將來(lái)會(huì)有所下降。3小結(jié)otn就技術(shù)角度比較適合軌道交通傳輸網(wǎng)，雖然互聯(lián)互通能力相對(duì)較弱，但在業(yè)務(wù)接口層面互聯(lián)的前提下可以滿(mǎn)足互聯(lián)需求，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)價(jià)格也趨于合理，可以作為軌道交通傳輸網(wǎng)組網(wǎng)的一種選擇。ip技術(shù)在業(yè)務(wù)質(zhì)量保證方面對(duì)軌道交通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載越來(lái)越合適，但對(duì)tdm業(yè)務(wù)的支持仍是弱項(xiàng)，因此應(yīng)與其他技術(shù)聯(lián)合組網(wǎng)。rpr技術(shù)的發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載提供了越來(lái)越完善的平臺(tái)，但對(duì)tdm業(yè)務(wù)的支持效果不理想，網(wǎng)絡(luò)管理缺少sdh的端到端性能監(jiān)視和配置手段。與ip相似，可專(zhuān)門(mén)解決數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，適合與其他技術(shù)聯(lián)合組網(wǎng)。mstp對(duì)各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，尤其是帶寬需求大、傳送質(zhì)量要求高的視頻業(yè)務(wù)，能提供較佳的解決方案。近年來(lái)mstp技術(shù)在軌道交通中得以廣泛應(yīng)用，成為主流解決方案之一。綜上所述，傳輸網(wǎng)技術(shù)選擇不應(yīng)該是單一的，只要符合軌道交通傳輸技術(shù)發(fā)展方向都在可選擇范圍內(nèi)，這樣有利于降低成本。軌道交通傳輸網(wǎng)制式上的選擇可以是一個(gè)制式獨(dú)立組網(wǎng)，也可以是多種制式混和組網(wǎng)，應(yīng)根據(jù)具體線(xiàn)路、具體情況及當(dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)展來(lái)確定。一個(gè)制式單獨(dú)組網(wǎng)可以選擇otn，也可以選擇mstp。目前mstp技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)解決還存在一定局限性，可以采用mstp與rpr或ip混合組網(wǎng)，由mstp承載語(yǔ)音業(yè)務(wù)及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，rpr或ip來(lái)承載視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。無(wú)論選擇什么制式組網(wǎng)，所選擇的設(shè)備均應(yīng)是在該制式下相對(duì)成熟的、可靠的、先進(jìn)的，冗余配置，并且便于運(yùn)維。參考文獻(xiàn)1北京市發(fā)展和改革委員會(huì).北京市“十一五”軌道交通建設(shè)及運(yùn)營(yíng)管理規(guī)劃(第四次修改)m.2005.2北京市交通委員會(huì)北京交通發(fā)展綱要(2004一2020)(m.2004.3韋樂(lè)平