RPR 技術在城市軌道交通中的應用

　前言
城市軌道交通傳輸網絡傳送的信息主要有: 專用電話(含各種調度電話、站間行車電話), 無線電話, 公務電話, 有線廣播, 閉路電視監控(含圖像與控制信息), 時鐘, 電力監控(SCADA) , 自動售檢票信息(AFC) , 列車自動監控信息(ATS) , 火災自動報警( FAS) , 系統維護管理信息, 以及其他運營管理數據或信息。其中絕大部分信息與行車和運營相關, 因此, 一般在設計過程中著重對傳輸網絡進行方案比選, 以確保整個通信系統的可靠、成熟、先進和經濟合理。
目前, 我國已建和在建的軌道交通工程主要有3 種傳統的傳輸網絡組網方案, 分別是同步傳輸體系(SDH) 、異步傳輸模式(ATM) 、開放式傳輸網絡(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, 即每個車站與控制中心獨立占用1 芯光纖作為圖像傳輸, 傳輸網絡難以做到統一網管、維護, 不利于業務擴展。
ATM : 系統升級擴容困難; 對窄帶業務, 如普通電話交換業務的時延、話音交換成本較高。
OTN :為專有產品,并不具備開放性。它只實現了用戶側業務的開放及提供豐富的接口,無法直接與其他網絡互連;網絡擴展和設備選型有局限性。隨著Internet 技術的迅速發展, 一種基于IP 的新型傳輸技術 彈性分組環( Resilient Packet Ring) 技術應運而生。
2 　彈性分組環( RPR) 技術
RPR 技術, 是一項新的可發展的技術, 它是由分組交換節點組成的環形網絡, 相鄰的節點通過1 對光纖連接, 采用環狀拓撲、雙環結構。外環順時針和內環逆時針同時雙向傳輸數據, 將數據、話音、圖像業務合一。它吸收了SDH、ATM 和千兆以太網的優點, 針對不同數據業務服務等級設有不同的QoS 保障機制, 可提供語音和專線無損傷的服務質量, 具備擁塞管理及策略流量控制功能, 支持靈活的網絡拓撲結構, 與標準的IP、MPLS、以太網和基于電路的網絡可完全互連, 易于維護管理。
RPR 技術特性如下。
1. ATM 分組交換機制。RPR 對業務交換采用ATM 分組體系, 在節點具備快速的數據處理過程, 即上環、下環、過環3 個過程。RPR 設備可以像SDH 和ATM 一樣不用處理前傳數據流, 系統的處理性能大大提高, ATM 分組交換體系數據傳輸速率易于升級。
2. 自動拓撲識別。RPR 多業務光傳送系統具備自動拓撲識別功能,簡化網絡初始化配置,并避免手工配置帶來的錯誤,維護方便簡捷。
3. 環同步。RPR 具有類似SDH 的時鐘同步機制。
4. 空間復用技術。RPR 根據用戶需求分配帶寬, 而不是象SDH 一樣分配固定時隙。空間復用技術中光纖復用因子為2 , 光纖使用率相對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. 基于源路由和服務等級的50ms 環保護倒換。RPR 采用線路冗余保護設計, 提供基于源路由的電信級環倒換保護, 環倒換時間小于50ms ; 提供控制、電源、交叉矩陣等公共部分的1 + 1 保護。
6. 帶寬管理和擁塞控制機制。RPR 采用內在機制執行公平算法以控制帶寬的利用。由于環上的帶寬是共享資源, 極其容易被網絡上的個別節點或個別用戶過渡使用造成網絡癱瘓。而公平算法是一種可以讓環上每個用戶公平享用帶寬的機制, 它不像SDH 給每個用戶分配1 個固定的有限帶寬, 而是把環上的整個帶寬作為一個全局資源分配給用戶。
7. 支持廣播和組播業務。RPR 非常適合廣點只做簡單前傳或者是上下環。對于組播業務, 環上的節點接收此業務后, 繼續前傳, 直到源節點再讓它下環。這使得在環上發送廣播業務或者組播業務時只需要發送1 個拷貝即可。
8.簡單化的服務配置。RPR 為共享媒質環。環路每個節點掌握環路拓撲結構和資源情況, 并根據實際情況調整環路帶寬的分配, 網管人員并不需要對節點間資源進行逐點、逐段的分配。
3 　RPR 組網與其他傳輸組網方案的比較主要將RPR 組網方案與SDH 、ATM 、OTN 這3 種傳統的傳輸組網方案, 從語音、圖像、數據接口等方面進行比較。
311 　窄帶話音及低速數據接口
OTN 可以直接提供接口; ATM 也可直接提供一定數量的接口, 但話音質量不夠理想, 易出現話音的短暫時延, 需采用電路仿真技術來提供大量的2MbΠs 通道固定連接, 網絡配置不夠經濟; 而RPR 和SDH 可通過增加相應設備(如PCM) 接入話音信號。
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; SDH 不能直接提供接口, 需通過外接網絡設備, 將寬帶信息打包成IP 數據包, 再捆綁成N 個傳輸速率為2MbΠs 的數據信號進VC4 或直接映射進VC4 , 獨占VC4 通道, 點對點透明傳輸。
313 　以太網接口
RPR 、ATM 、OTN 可以直接提供接口; SDH 不能直接提供接口, 需通過外接網絡設備, 將寬帶信息打包成IP 數據包, 再捆綁成N 個傳輸速率為2MbΠs 的數據信號進VC4 或直接映射進VC4 , 獨占VC4 通道, 點對點透明傳輸。
314 　與相關軌道交通線通信系統的互聯
OTN 屬于專有網絡, 不同傳輸網絡之間難以實現連接; 而其他3 種網絡可以靈活地實現互聯。
4 　RPR 技術優勢
1. 軌道交通的通信系統需要實現對各種不同業務的承載, 包括各種話音、圖像、數據業務等等, 而這些業務有著不同的特性, 例如話音業務需要固定的帶寬保證通話質量, 圖像業務需要大量的帶寬保證圖像質量, IP 數據業務的突發性強。而RPR 傳輸網絡完全可以滿足通信系統對綜合業務承載的需求。
2. 軌道交通中視頻監控系統的一個發展趨勢就是大量的數字視頻監控系統的應用, 根據相關的市場預測, 數字視頻監控系統市場份額會從30 % 增加到85 % 。縱觀目前數據視頻監控市場的主流設備提供商, 無不將其系統構建在基于IP 的MPEG2 編碼和壓縮技術以及基于IP 的視頻數據存儲、檢索和訪問控制技術上, 這些系統所采用的攝像頭基本上都可以提供直接的MPEG2 編碼以及以太網數據端口。在這方面, RPR 傳輸網絡有著天然的優勢。
5 　結束語
綜上所述, 常規的解決方案可以滿足城市軌道交通對傳輸網絡業務的部分需求, 且在一定的時期內也是適用的。但城市軌道交通的傳輸網絡與通信技術發展水平是分不開的, 隨著軌道交通突飛猛進的發展, 數據、圖像業務的需求也將飛速增加, 因此在城市軌道交通的設計中, RPR 技術可作為軌道交通傳輸網絡的首選解決方案。

原作者：蹇　峽