RPR 技术在城市轨道交通中的应用
前言城市轨道交通传输网络传送的信息主要有: 专用电话(含各种调度电话、站间行车电话), 无线电话, 公务电话, 有线广播, 闭路电视监控(含图像与控制信息), 时钟, 电力监控(SCADA) , 自动售检票信息(AFC) , 列车自动监控信息(ATS) , 火灾自动报警( FAS) , 系统维护管理信息, 以及其他运营管理数据或信息。其中绝大部分信息与行车和运营相关, 因此, 一般在设计过程中着重对传输网络进行方案比选, 以确保整个通信系统的可靠、成熟、先进和经济合理。
目前, 我国已建和在建的轨道交通工程主要有3 种传统的传输网络组网方案, 分别是同步传输体系(SDH) 、异步传输模式(ATM) 、开放式传输网络(OTN) 。这3 种方案均采用光纤传输方式, 其传输方案或多或少都存在着不足。
SDH : 传送图像时存在大量的通道容量损失。如图像采用模拟方式传输, 即每个车站与控制中心独立占用1 芯光纤作为图像传输, 传输网络难以做到统一网管、维护, 不利于业务扩展。
ATM : 系统升级扩容困难; 对窄带业务, 如普通电话交换业务的时延、话音交换成本较高。
OTN :为专有产品,并不具备开放性。它只实现了用户侧业务的开放及提供丰富的接口,无法直接与其他网络互连;网络扩展和设备选型有局限性。随着Internet 技术的迅速发展, 一种基于IP 的新型传输技术 弹性分组环( Resilient Packet Ring) 技术应运而生。
2 弹性分组环( RPR) 技术
RPR 技术, 是一项新的可发展的技术, 它是由分组交换节点组成的环形网络, 相邻的节点通过1 对光纤连接, 采用环状拓扑、双环结构。外环顺时针和内环逆时针同时双向传输数据, 将数据、话音、图像业务合一。它吸收了SDH、ATM 和千兆以太网的优点, 针对不同数据业务服务等级设有不同的QoS 保障机制, 可提供语音和专线无损伤的服务质量, 具备拥塞管理及策略流量控制功能, 支持灵活的网络拓扑结构, 与标准的IP、MPLS、以太网和基于电路的网络可完全互连, 易于维护管理。
RPR 技术特性如下。
1. ATM 分组交换机制。RPR 对业务交换采用ATM 分组体系, 在节点具备快速的数据处理过程, 即上环、下环、过环3 个过程。RPR 设备可以像SDH 和ATM 一样不用处理前传数据流, 系统的处理性能大大提高, ATM 分组交换体系数据传输速率易于升级。
2. 自动拓扑识别。RPR 多业务光传送系统具备自动拓扑识别功能,简化网络初始化配置,并避免手工配置带来的错误,维护方便简捷。
3. 环同步。RPR 具有类似SDH 的时钟同步机制。
4. 空间复用技术。RPR 根据用户需求分配带宽, 而不是象SDH 一样分配固定时隙。空间复用技术中光纤复用因子为2 , 光纤使用率相对SDH 的MSP 或SNCP 提高1 倍, 最大限度地利用了光纤的传输带宽。
5. 基于源路由和服务等级的50ms 环保护倒换。RPR 采用线路冗余保护设计, 提供基于源路由的电信级环倒换保护, 环倒换时间小于50ms ; 提供控制、电源、交叉矩阵等公共部分的1 + 1 保护。
6. 带宽管理和拥塞控制机制。RPR 采用内在机制执行公平算法以控制带宽的利用。由于环上的带宽是共享资源, 极其容易被网络上的个别节点或个别用户过渡使用造成网络瘫痪。而公平算法是一种可以让环上每个用户公平享用带宽的机制, 它不像SDH 给每个用户分配1 个固定的有限带宽, 而是把环上的整个带宽作为一个全局资源分配给用户。
7. 支持广播和组播业务。RPR 非常适合广点只做简单前传或者是上下环。对于组播业务, 环上的节点接收此业务后, 继续前传, 直到源节点再让它下环。这使得在环上发送广播业务或者组播业务时只需要发送1 个拷贝即可。
8.简单化的服务配置。RPR 为共享媒质环。环路每个节点掌握环路拓扑结构和资源情况, 并根据实际情况调整环路带宽的分配, 网管人员并不需要对节点间资源进行逐点、逐段的分配。
3 RPR 组网与其他传输组网方案的比较主要将RPR 组网方案与SDH 、ATM 、OTN 这3 种传统的传输组网方案, 从语音、图像、数据接口等方面进行比较。
311 窄带话音及低速数据接口
OTN 可以直接提供接口; ATM 也可直接提供一定数量的接口, 但话音质量不够理想, 易出现话音的短暂时延, 需采用电路仿真技术来提供大量的2MbΠs 通道固定连接, 网络配置不够经济; 而RPR 和SDH 可通过增加相应设备(如PCM) 接入话音信号。
312 视频接口
RPR 和ATM 可以直接提供接口, 支持M2J PEG 、MPEG2 、H1261 等制式, 带宽可按需调整; OTN 也可直接提供接口, 支持PAL 、NTSC (M2J PEG 压缩) 等制式, 带宽可调; SDH 不能直接提供接口, 需通过外接网络设备, 将宽带信息打包成IP 数据包, 再捆绑成N 个传输速率为2MbΠs 的数据信号进VC4 或直接映射进VC4 , 独占VC4 通道, 点对点透明传输。
313 以太网接口
RPR 、ATM 、OTN 可以直接提供接口; SDH 不能直接提供接口, 需通过外接网络设备, 将宽带信息打包成IP 数据包, 再捆绑成N 个传输速率为2MbΠs 的数据信号进VC4 或直接映射进VC4 , 独占VC4 通道, 点对点透明传输。
314 与相关轨道交通线通信系统的互联
OTN 属于专有网络, 不同传输网络之间难以实现连接; 而其他3 种网络可以灵活地实现互联。
4 RPR 技术优势
1. 轨道交通的通信系统需要实现对各种不同业务的承载, 包括各种话音、图像、数据业务等等, 而这些业务有着不同的特性, 例如话音业务需要固定的带宽保证通话质量, 图像业务需要大量的带宽保证图像质量, IP 数据业务的突发性强。而RPR 传输网络完全可以满足通信系统对综合业务承载的需求。
2. 轨道交通中视频监控系统的一个发展趋势就是大量的数字视频监控系统的应用, 根据相关的市场预测, 数字视频监控系统市场份额会从30 % 增加到85 % 。纵观目前数据视频监控市场的主流设备提供商, 无不将其系统构建在基于IP 的MPEG2 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提供直接的MPEG2 编码以及以太网数据端口。在这方面, RPR 传输网络有着天然的优势。
5 结束语
综上所述, 常规的解决方案可以满足城市轨道交通对传输网络业务的部分需求, 且在一定的时期内也是适用的。但城市轨道交通的传输网络与通信技术发展水平是分不开的, 随着轨道交通突飞猛进的发展, 数据、图像业务的需求也将飞速增加, 因此在城市轨道交通的设计中, RPR 技术可作为轨道交通传输网络的首选解决方案。
原作者：蹇 峡
