MSTP技术在轨道交通中的应用 随着中国的电信业务大规模普及,出现了越来越多的传输专网建设,其中包括有轨道交通、公安、电力等诸多行业。大多数专网建设是基于城域范围的,最明显的特征是数据类型业务带宽需求远远高于语音业务。为了满足新一代的城域网综合业务的要求,目前主流的解决方案是多业务传送平台MSTP的应用。地铁业务需求分析 作为轨道交通的传输网络,必须是一个实时、透明、无阻塞、高可靠性、先进完善的系统。轨道交通通信网络中的传输子系统建设属于城域光传输网范畴,所以其网络框架构筑的设计还是从网络的层次结构和网络的拓扑结构这两方面来加以考虑,在具体细节上需要考虑业务颗粒和流量状况。从具体业务需求来看。上海地铁对于传输子系统的要求,主要应用是集中于控制中心与各车站(包括停车场)之间、公安调度中心之间各种信息的传递,包括数字视频、电话语音信息、音频信息、低速数据信息及高速数据信息等各种信息传输。由于不同的数据流实际用于监控、报警、通告发表,切实保障着地铁线路的整体安全,因此要求每条数据流在通道上独立而且可靠。就业务本质而言,主要分两大类:传统的TDM业务和IP数据业务。其中,TDM业务可细分两类,传统的语音业务和低速TDM业务。数据业务流有不同的三类:第一类是各站点统一面向控制调度中心的IP业务,如监控图像传递;第二类是所有站与站之间的数据业务互动,如办公自动化;最后一类是某些站与站之间的某些特定的点对点直达业务。对于具体带宽需求,数据业务总量倍于甚至三倍于TDM业务。从业务层次来看,单条轨道交通线路是单层的(在多条轨道交通线路的综合设计中,可能出现业务分层的结构),即除了控制中心站点,所有各站点的地位对等。线路载体,是每个车站上、下行区间两侧各自敷设的多芯单模光缆。因此单条轨道交通线路可组建的光传送平台,在网络的物理拓扑上是链状的,但逻辑拓扑上仍是有条件成环。MSTP光传送平台技术简介 MSTP(multi-servicetransportplatform)技术,是指在SDH平台上集成了以太网在内的多种数据业务的接入、处理和传送能力,其中的功能模型如图1所示。
很明显,MSTP完整地将传输网和数据网融合在一起。数据接口、封装和映射技术、内部交换处理功能部分成为其正确实现和应用的关键。MSTP光传送平台构筑分析 针对上海市的轨道交通线路的传输系统应用要求,采用了朗讯科技的Metropolis全系列MSTP产品。该系列是目前朗讯科技的城域网产品,不同平台提供了从STM-1到STM-64的光传送速率,从2M、34/45M到155M的电口接入,以及丰富的数据接口应用,包括10/100M自协商接口、SFP的GE光口、X.21、SHDSL一直到ATM。因此,不仅可解决传统的TDM业务传送,而且通过不同的设计可以实现不同类型应用的数据业务的安全可靠的传送。TDM业务设计 TDM业务在SDH平台上的设计及保护机制已经是众所周知的,MSTP平台从传统业务这个层面上来看,是无异于传统SDH设备的。地铁的TDM业务较少,也不存在旧网的统一工作。如何构建物理网络,从语音业务为主的TDM业务角度出发,还是要求组环。在网络资源利用率方面,MS-SPRing优于SNCP,地铁线路的传输系统其实也不例外。组环的机制,还有很大部分还是取决于节点数量,小于16个节点建议采用MS-SPRing; 大于16个节点的网络,如果要求是单环结构就只能组SNCP环,如果没有限制则可以组建两个甚至三个MS-SPRing环。相邻车站的实际距离大概在短短几公里左右,线路光接口一般采用L16.1,也就足以满足线路衰耗要求。而单层的网络结构,使得无论是节点间采用隔站跳接的方式,或在首尾相连,差别都不是很大。唯一要注意的是控制中心的位置,因为大多数TDM业务是开向中心站点的。数据业务设计 MSTP平台在具体应用上,最困难的部分是会涉及到较多的类似数据网络设计的细节考虑。因此在规划阶段,首先需要根据具体业务应用进行精心地分析。就MSTP技术的本质而言,它是建立在SDH机制上的数据功能集成,其业务应用自然会带有一定限制。以主流的IP数据业务为例,MSTP产品不考虑三层路由功能,它对业务是直接透明传递的。这就明确了目前MSTP网络的定位,它并非要替代现有的纯数据网,而且它也没有能力去替代现有的纯数据网。由于改变了传统的LAN/WAN之类的设计理念,所以与之相连的周边数据设备设计也需要加倍小心。例如,需要考虑对于不同地域数据如何互动,是否要进行网段划分等等。点对点数据业务设计 上海地铁的三类业务要求中,以点对点的数据流最为简单,只要考虑映射机制、带宽配置和途经路由三个方面即可。在源和宿映射后的数据业务流,就等效于传统点对点TDM电路,因此也只能采用SDH的保护机制。由于SDH保护是最为成熟可靠的,所以可以确保该业务的实时性和安全性。面向控制中心的数据业务设计 对于各站点面向控制调度中心的数据业务设计就比较复杂。在所有的上海地铁轨道交通传输项目的数据应用中,以每路视频编码高达6M的MEPG2的数字视频IP码流对带宽需求量最大,就以其为基础对MSTP具体设计做一简单介绍。 首先要做的是数据流情况的分析。上海地铁的每个车站都会有6到8个视频编码器,通过矩阵切换对安装在不同地点的摄影机所得的信息进行编码。而其所有视频解码器统一设置在控制中心,并且安放了对各个站点视频设备的网管和操作控制平台。因此,在逻辑上这是个最典型的星状网。假定有10个需要监控的节点,每个节点有8个摄像头,那么理论上每个节点上传的信息量就是48M。而总共80个摄像头,上行的信息量就需要480M的带宽来传送。但实际上海地铁的控制中心站点上,解码器和相应监视屏幕数量是有限的,具体在8～16个之间。所以,控制中心实际上是根据不同情况的需求,对各个车站的视频编码器进行点播。换而言之,瞬时最大的带宽需求也就6M视频数据乘以16路视频流, 总共96M带宽,而不是480M的数据流量。以十个车站的节点组成一个单环为例,如图2所示。
从传统的数据网络考虑,要组建多点汇聚到一点的星状网,为了不出现阻塞还是得按可能出现的最大传输带宽来设计。那么在地铁网络上的表征就是单节点需要48M,汇聚到控制中心总共有480M的带宽需求。如果每个站点真的如此向控制中心开设多条点对点业务,带宽资源就明显大大地浪费了。因为在某些情况下,某个节点可能根本不传送视频数据,但因为映射后的带宽就是TDM电路,这些空闲的带宽是无法被统计复用。所以,可以采用将所有站点串成一条共享带宽的以太网的总线,那就只要考虑总共提供96M带宽。在此类应用中,总线相对专线应用的带宽节省优势就得以充分体现。 根据此特定的情况,采用可以承载IP业务的TransLAN以太网板卡的二层交换技术,为上海地铁构筑一条跨地域的以太网总线。对于某个MSTP站点上的构筑这条以太网总线的以太网板卡,细节如图3所示。单板卡上八个LAN接口,直接连着进入的八路视频流,统一映射到两个WAN接口,分别开向两个不同的线路方向。每个MSTP的地铁车站都采用此方式,最后统一汇聚控制中心站落地,通过一个LAN接入到本地交换机,由交换机提供16路接口连接到16个解码器。很明显,这条数据流在整个网上形成一个以太环网。由于以太网成环会造成环回路由,导致网络不稳定,所以这里必须采用生成树协议。 每块以太网板卡的网桥ID都可被操作,即可以根据具体情况将优先级的默认设置权重进行修改。那么整个互通的MSTP网络会根据设定来进行判别,形成不同的生成树结构。一般,生成树会在某处逻辑上自动断开这类以太环,实际上形成的结构更类似于一条以太网总线。假定设置后,生成树协议自动识别根桥位于监控中心,那么图像数据总线逻辑上的抽象如图4所示意,即逻辑中断点在中心(实际上可能因为算法问题会出现在不同位置)。当网络出现中断的故障时,生成树协议会自动修复原来的逻辑断点,形成一条新逻辑拓扑结构的以太网总线。 当IP视频数据流从以太网板卡LAN接口映射成逻辑WAN的数据进入到SDH的交叉矩阵时,已经是封装入所需带宽的VC虚容器中,在整个MSTP网络中形成个具有一定容量的巨大数据总线管道。根据视频流的96M带宽需求, 管道中的带宽实际是映射到2个VC3上,最终形成了一条约为百兆的数据总线。 显而易见,在MSTP体系中,以太网应用可以混杂了底层的SDH光或电保护机制和二层数据链路层面的保护机制。对于轨道交通线路,从SDH带宽资源来看是比较适合复用段共享环。但如果出现超过16个节点的单环,就只能采用通道保护环,由于这种机制下分布式应用会大量占用带宽,所以通常对此时的数据业务就不再附加SDH层面的保护。在复用段共享保护环情况下,对于数据业务实际是存在着SDH层面和数据链路层面的双重保护。发生失效时候,保护机制时间的先后次序上,一般先进行SDH层面的保护,倒换时间在50ms内。如果SDH层面的保护不成功或无法实施,则可以依赖数据层面的生成树保护形式。在上海地铁的两条不同线路上,实际就采用了上述两种不同的保障机制。
共享型的数据业务设计 对于各站互动的IP数据业务流而言,如OA系统,共享总线肯定是最为方便的手段。虽然业务类型甚至性质与上述的视频流完全不一致,但是从共线以太网平台来说,需要考虑的因素其实是一样的,所以也不需要多加阐述。 上海地铁中有相当多种类的IP数据流,包括售检票、通告信息、OA等等,有些业务实际上是配置在同一块板卡上的。我们利用了虚拟交换机的技术,将不同的应用数据流配置在同一块板卡的不同以太网总线上,使得内容各异性质各异的业务可以协同运作而不发生任何业务间的串扰。同时,由此带来的板卡数量的减少,也就意味着投资的节省。从工作原理上来说,最终是要将这些不同的业务映射到SDH净负荷中不同的虚容器中,就是说在物理上就是相互独立的电路。这相当于对不同业务开设了不同的电路专网,而且是真正独立的专网专用,其安全性比常规的数据网络更有保障。 最后,在设计中需要重视的一点是,对于IP数据流来说,使用MSTP以太网板卡设计的网络本质还是一个二层的局域网,具有带宽竞用的现象,因此需要充分考虑到带宽的因素和QoS的机制具体应用。 Metropolis全系列MSTP产品提供了从STM-1到STM-64的传送速率以及丰富的接口类型,可以覆盖从接入到骨干不同层面的应用,并且针对不同的业务提供不同保护机制,确保传输子系统在整个通信网络中的安全可靠地运行。同时朗讯科技的Navis(r)系列的网管平台,以图形化的界面提供故障管理、安全管理、性能管理、配置管理等全系列功能,实现了整网所有的MSTP系列的端到端的管理。
