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摘要：地鐵出行是城市軌道交通的重要載體，服務(wù)于數(shù)以萬計的出行乘客。出行體驗越發(fā)越成為乘客地鐵出行的關(guān)注點。上海軌道交通車站附屬設(shè)施通信接入系統(tǒng)寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)具有組網(wǎng)靈活，方便運管的優(yōu)勢，逐漸成為保障地鐵各類便民服務(wù)信息傳輸?shù)闹匾休d網(wǎng)絡(luò)之一。

關(guān)鍵詞：寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)；傳輸；千兆以太網(wǎng)

0引言

上海軌道交通內(nèi)部傳輸網(wǎng)絡(luò)主要包括專用通信傳輸網(wǎng)絡(luò)和民用通信傳輸網(wǎng)絡(luò)。專用通信網(wǎng)絡(luò)能滿足軌道交通運營管理部門傳送語音、數(shù)據(jù)和圖像等信息的需求的專用網(wǎng)絡(luò)。專用通信網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上分為上層網(wǎng)和線網(wǎng)兩部分。上層網(wǎng)包括COCC、備用COCC、OCC等節(jié)點，線網(wǎng)則包含各線OCC、車站、車輛段及停車場等節(jié)點。各線通過上層網(wǎng)實現(xiàn)線路間的互聯(lián)互通。民用傳輸網(wǎng)絡(luò)是為滿足上海移動、上海聯(lián)通、上海電信三大運營商移動業(yè)務(wù)引入地下而建設(shè)的通信網(wǎng)絡(luò)。民用通信網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上主要以各條線路分別組網(wǎng)并接入運營商網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。截至2020年12月，上海地鐵運營線路共18條（含磁浮線），共設(shè)車站430座（含磁浮線2座），運營里程共729千米（含磁浮線29千米）。[1]為改善車輛通行效率，提高交通流暢度，優(yōu)化市民出行體驗，使城市交通管理更為精細化和智能化，迫切需要建設(shè)一套適合資源經(jīng)營的專用傳輸網(wǎng)絡(luò)來更好的服務(wù)于乘客出行體驗。然而專用通信傳輸網(wǎng)絡(luò)主要是為滿足運營需求而設(shè)置，其網(wǎng)絡(luò)上承載了通信、信號、FAS、AFC、電力監(jiān)控等多種與行車運營相關(guān)專業(yè)的信息，在網(wǎng)絡(luò)信息安全方面有較高要求，因此和以承載廣告、乘客公眾信息、多媒體等需求的資源經(jīng)營傳輸網(wǎng)絡(luò)合建給網(wǎng)絡(luò)安全帶來隱患。同時采用依托民用傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的資源經(jīng)營傳輸網(wǎng)絡(luò)逐步暴露出各種不足，首先表現(xiàn)為民用傳輸網(wǎng)絡(luò)是為滿足運營商的移動用戶在地下環(huán)境通話、上網(wǎng)等需求而建設(shè)的，故其節(jié)點設(shè)備僅設(shè)置在地下車站；其次設(shè)備管理權(quán)屬于三大運營商，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障時無法及時維護，新業(yè)務(wù)需求也無法及時得到配置等問題。因此建立獨立資源經(jīng)營傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)專網(wǎng)專用的方案是大勢所趨。車站附屬設(shè)施通信系統(tǒng)應(yīng)運而生。上海軌道交通車站附屬設(shè)施通信接入系統(tǒng)包括寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)、民用通信機房電源及接地系統(tǒng)、便民服務(wù)業(yè)務(wù)，本文主要對寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)系統(tǒng)功能、方案設(shè)計及組成等進行系統(tǒng)分析。

1系統(tǒng)功能分析

目前上海軌道交通寬帶業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)種類包括銀行ATM業(yè)務(wù)和銀行監(jiān)控業(yè)務(wù)、商鋪寬帶業(yè)務(wù)、電源監(jiān)控業(yè)務(wù)、大客戶上網(wǎng)業(yè)務(wù)、百店萬家業(yè)務(wù)、夜間金庫業(yè)務(wù)以及新型多媒體業(yè)務(wù)等。寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)實現(xiàn)的系統(tǒng)功能需求如下：（1）網(wǎng)絡(luò)核心部分和部分線路中心能夠滿足未來若干年內(nèi)年內(nèi)的容量與性能需求。（2）提高外部單位對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的需求。（3）滿足各商鋪、銀行以及各大樓物業(yè)對于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的需求。（4）能夠預(yù)留今后接入新增用戶的條件。（5）滿足對各地鐵車站內(nèi)銀行系統(tǒng)接入的需求，并具有擴展視頻監(jiān)控接入的能力，系統(tǒng)能夠提供有效帶寬保障與可靠性。（6）滿足今后其他系統(tǒng)接入的需求，能夠為各車站以及車地?zé)o線系統(tǒng)提供可靠的網(wǎng)絡(luò)承載平臺。（7）滿足未來若干年內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)擴展性需求，層次化的結(jié)構(gòu)便于網(wǎng)絡(luò)擴展。（8）滿足開展多種增值業(yè)務(wù)的需求，從功能與性能上完全支持各種音視頻以及各種流媒體增值業(yè)務(wù)。（9）滿足對網(wǎng)內(nèi)商業(yè)用戶使用Internet的控制與計費，以達到網(wǎng)絡(luò)使用的實際收益，并且能夠在未來增加對無線網(wǎng)絡(luò)用戶的計費功能。（10）符合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理化、規(guī)范化，并采用了有效的管理工具與手段，滿足資產(chǎn)公司對網(wǎng)絡(luò)的管理需求。

2寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)系統(tǒng)分析

2.1系統(tǒng)方案比較。當(dāng)前在地鐵通信領(lǐng)域中傳輸組網(wǎng)采用的技術(shù)包含OTN、PTN、增強型MSTP、IP等幾種制式和技術(shù)的設(shè)備。2.1.1OTN（光傳送網(wǎng)）OTN以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)，在光層組織網(wǎng)絡(luò)的傳送網(wǎng)。將光域處理優(yōu)勢與電域處理優(yōu)勢進行結(jié)合，是傳送寬帶大顆粒業(yè)務(wù)的最優(yōu)技術(shù)，具有傳送容量大、端到端波長/子波長全透明連接、電信等級的保護特點。OTN技術(shù)其冗余保護不僅可以通過光復(fù)用段、OCH或ODUk等實現(xiàn)對所有波長、單一波長或子波長業(yè)務(wù)的保護，還可通過雙纖自愈環(huán)保護實現(xiàn)業(yè)務(wù)層的雙重自愈保護。2.1.2分組傳送網(wǎng)（PTN）PTN技術(shù)以分組業(yè)務(wù)為核心內(nèi)容，支持多種基于分組交換業(yè)務(wù)的雙向點對點連接通道，不僅秉承了光傳輸系統(tǒng)的傳統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢，滿足多種業(yè)務(wù)傳送需求，提供了更加適合于IP業(yè)務(wù)特性的“柔性”傳輸管道，同時適配各種粗細顆粒業(yè)務(wù)，采用PWE3端到端偽線仿真方式，實現(xiàn)對TDM業(yè)務(wù)的支持。2.1.3增強型MSTPMSTP技術(shù)以同步數(shù)字體系為基礎(chǔ)，針對SDH設(shè)備進行改造[3]，增加了EthernetoverSDH、內(nèi)嵌RPR等核心處理功能，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)、語音、視頻傳輸?shù)膽?yīng)用要求。增強型MSTP技術(shù)是作為MSTP產(chǎn)品進一步發(fā)展的技術(shù)，具有傳統(tǒng)業(yè)務(wù)承載的屬性（PDH、SDH、POS、以太網(wǎng)、ATM、RPR），同時集成了分組核心技術(shù)MPLS-TP、光纖波長復(fù)用等技術(shù)。增強型MSTP技術(shù)常常適用于多業(yè)務(wù)、多技術(shù)組合需求的應(yīng)用場景，其通過對多種不同類型業(yè)務(wù)的自適配性來實現(xiàn)業(yè)務(wù)的接入和處理。相對于傳統(tǒng)的MSTP設(shè)備而言，從硬件上對傳統(tǒng)MSTP設(shè)備的交叉板進行改造，在維持TDM特性不變的同時，集成了PTN設(shè)備交叉板的核心芯片，通過一塊板實現(xiàn)MSTP和PTN的融合[4]。2.1.4IP技術(shù)IP技術(shù)是一種基于IP協(xié)議的包交換技術(shù)，適用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。純IP技術(shù)搭建的網(wǎng)絡(luò)采用路由器、以太網(wǎng)交換機等設(shè)備以及光纖組成，實現(xiàn)簡單、應(yīng)用廣泛。按照計算機網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)又分為千兆以太網(wǎng)和萬兆以太網(wǎng)。（1）千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)（802.3z）計算機網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)被廣泛應(yīng)用，伴隨著語音、視頻等業(yè)務(wù)的IP化以及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸需求的不斷增加，千兆以太網(wǎng)技術(shù)的使用范圍越來越廣，逐漸從計算機局域網(wǎng)拓展到電信接入網(wǎng)、城域網(wǎng)等領(lǐng)域。千兆位以太網(wǎng)技術(shù)基于簡單的以太網(wǎng)技術(shù)，可為主干網(wǎng)絡(luò)提供1Gbps的帶寬。基于諸如802.1p（流量優(yōu)先權(quán)控制）、802.1q（VLAN標(biāo)準(zhǔn)）、802.1s（多生成樹協(xié)議）、802.1w（快速生成樹協(xié)議）等千兆以太網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其組網(wǎng)具備了必要的QoS保證和保障快速恢復(fù)機制能力。目前隨著千兆以太網(wǎng)技術(shù)的逐步發(fā)展，千兆以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為一種高可靠性、管理靈活的技術(shù)。（2）萬兆以太網(wǎng)2002年7月IEEE通過了802.3ae標(biāo)準(zhǔn)：以太網(wǎng)傳送速率達到10Gbit/s的網(wǎng)絡(luò)稱為萬兆以太網(wǎng)。萬兆以太網(wǎng)技術(shù)同千兆以太網(wǎng)技術(shù)相類似，依舊保有以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)，通過不同的編碼方式或波分復(fù)用提供10Gbit/s傳輸速度。在使用的方便性、用戶的普及率、網(wǎng)絡(luò)的互操作性及管理的簡易性上皆占有極大的引進優(yōu)勢與市場發(fā)揮空間。根據(jù)上述技術(shù)分析，結(jié)合軌道交通的實際運用需求，各種主要技術(shù)的的性能比較如下表1所示：通過比較分析，上述幾種傳輸組網(wǎng)技術(shù)制式均滿足本文業(yè)務(wù)對系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性的要求，基于當(dāng)前很長一段時間本系統(tǒng)各種業(yè)務(wù)類型均為IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，所以單從本系統(tǒng)所承載的業(yè)務(wù)類型角度來看，在業(yè)務(wù)的適應(yīng)性、系統(tǒng)的功能性以及靈活性等方面，IP技術(shù)擁有成熟的統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)、包轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)簡單，十分適用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送。故本系統(tǒng)推薦采用IP技術(shù)組網(wǎng)方案，通過組建以太網(wǎng)來實現(xiàn)本系統(tǒng)業(yè)務(wù)的承載。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)。寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)采用三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分為核心層、匯聚層、接入層[5]。（1）核心層：連接匯聚層，負責(zé)為匯聚層提供數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)，同時實現(xiàn)與外網(wǎng)的互聯(lián)，提供高速數(shù)據(jù)的出口。（2）匯聚層：負責(zé)匯集分散的區(qū)域接入點，完成區(qū)域業(yè)務(wù)的匯接，進行帶寬和業(yè)務(wù)匯聚、收斂和分發(fā)。（3）接入層：實現(xiàn)各類用戶的接入。寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖所1示。

2.3系統(tǒng)組網(wǎng)方案。根據(jù)系統(tǒng)中各業(yè)務(wù)的帶寬需求，以及未來系統(tǒng)業(yè)務(wù)的發(fā)展與規(guī)劃，推薦采用千兆以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)。寬帶業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要由控制中心網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備和車站網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備組成。對于車站較多線路，建議可以按地理位置分為2~5個環(huán)網(wǎng)子網(wǎng)，同一個環(huán)網(wǎng)子網(wǎng)內(nèi)的交換機通過光纖接入線路的控制中心匯聚交換機。寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)組網(wǎng)方案示意圖見圖2所示。以上海軌道交通15號線為例，上海軌道交通15號線控制中心設(shè)于上海南站站，上海南站站民用通信控制中心與正線車站隔站相連組成3個寬帶業(yè)務(wù)環(huán)網(wǎng)，其中顧村公園站至梅嶺北路站與控制中心11個節(jié)點組成環(huán)1，大渡河站至百色路站與控制中心10個節(jié)點組成環(huán)2，羅秀路站至紫竹高新區(qū)站與控制中心11個節(jié)點組成環(huán)3。上海軌道交通15號線寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)系統(tǒng)組網(wǎng)方式如圖3所示。上海軌道交通15號線工程在上海南站站民用控制中心通信機房設(shè)置2套千兆三層以太網(wǎng)匯聚交換機，同時與東寶興路民用控制中心核心交換機相連。2套交換機之間能夠相互通訊并同時與環(huán)網(wǎng)內(nèi)的所有節(jié)點進行通信。線路控制中心的2套千兆匯聚交換機組成熱備冗余結(jié)構(gòu)，其中任何一套千兆匯聚交換機的故障都不影響另外一套千兆匯聚交換機與所有環(huán)網(wǎng)節(jié)點的正常通信。同時，這2套千兆匯聚交換機能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的路由冗余及負載均衡。在各車站(含上海南站站)民用通信機房內(nèi)分別設(shè)置1套千兆三層以太網(wǎng)接入交換機，車站內(nèi)寬帶業(yè)務(wù)接入相應(yīng)站點接入交換機。各車站內(nèi)寬帶業(yè)務(wù)通過星型單鏈路接入本站的接入交換機。接入交換機采用三層路由方式接入以太環(huán)網(wǎng)，可以隔離單車站的網(wǎng)絡(luò)故障，當(dāng)某個車站的接入交換機發(fā)生故障時，應(yīng)不影響到整個系統(tǒng)。

2.4主要技術(shù)指標(biāo)。（1）支持標(biāo)準(zhǔn)的STP/RSTP協(xié)議和環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議，環(huán)網(wǎng)自愈保護時間應(yīng)小于50ms；（2）接入交換機應(yīng)配置不少于24個10/100/1000MRJ45端口，配置4個千兆SFP端口，4個千兆單模光纖模塊。接入交換機背板交換容量應(yīng)不小6.5Gbps；包轉(zhuǎn)發(fā)能力≥6.5Mpps；（3）具有高效的多層交換性能，支持IEEE802.3ae、IEEE802.3u、IEEE802.3z、IEEE802.3ab等以太網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。（4）交換機應(yīng)支持三層路由功能，支持靜態(tài)路由、RIPV1/V2，OSPF、BGP等路由協(xié)議，控制中心匯聚交換機需支持冗余路由協(xié)議（如VRRP或類似功能的路由熱備份協(xié)議）。（5）接入交換機應(yīng)支持端口限速，不大于512K的流量控制。（6）支持SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，支持百兆、千兆的組播功能，在線速轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)上能夠提供強大的QoS保障，并支持豐富的ACL、策略路由、安全等特性。（7）交換機應(yīng)支持冗余電源。

3結(jié)語

本文以上海軌道交通發(fā)展趨勢為背景，以服務(wù)于乘客良好的出行體驗為出發(fā)點，探討了上海軌道交通車站附屬設(shè)施通信接入系統(tǒng)寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求，對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行技術(shù)方案比選，進而對寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)與組網(wǎng)技術(shù)方案進一步分析，并以上海市新建線路上海軌道交通15號線為例，介紹了上海軌道交通15號線寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)架方案。相對于傳統(tǒng)的單線單環(huán)網(wǎng)，采用多環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方式更適合于長線路、長施工周期的地鐵線路，未來寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)會朝著組網(wǎng)更加靈活、維護更加方便、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量更高、接入能力更強的趨勢發(fā)展。

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作者:高悅飛 單位:中鐵上海設(shè)計院集團有限公司