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城市軌道交通標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)魏曉東

本講系統(tǒng)集成的通信系統(tǒng)是指信息化集成系統(tǒng)中層級(jí)之間的通信系統(tǒng)，主要是信息化集成的核心系統(tǒng)——MES層的傳輸網(wǎng)絡(luò)與各子系統(tǒng)間的通信系統(tǒng)以及各子系統(tǒng)內(nèi)的通信系統(tǒng)。

通信系統(tǒng)可以傳送、交換、存儲(chǔ)、處理各種信息（視像、圖片、各類數(shù)據(jù)和話音業(yè)務(wù)的融合），雖然各類型信息對(duì)傳送的質(zhì)量如時(shí)延、誤碼、抖動(dòng)以及是否需要實(shí)時(shí)處理等性能要求各異，但最基本的要求是必須暢通無阻；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)是一種無縫、交互式和用戶驅(qū)動(dòng)式的整體網(wǎng)絡(luò)；對(duì)傳送質(zhì)量、可靠性、可用性和安全性應(yīng)有周密的考慮；應(yīng)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)及接口，適應(yīng)新的多業(yè)務(wù)寬帶傳輸?shù)男枰Ｍㄐ畔到y(tǒng)應(yīng)充分考慮網(wǎng)絡(luò)實(shí)際的業(yè)務(wù)模型、發(fā)展趨勢(shì)和新技術(shù)的應(yīng)用，選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛡鬏敿夹g(shù)。通信系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)靈活、可管理、高帶寬、高可靠性和高生存性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，應(yīng)能解決業(yè)務(wù)類型多樣性、業(yè)務(wù)流量不確定性、技術(shù)多樣性、管理和控制的復(fù)雜性以及系統(tǒng)平滑升級(jí)擴(kuò)容性等問題。

6.1　通信系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)

20世紀(jì)90年代，傳輸網(wǎng)以數(shù)字通信為主，采用時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)（TDM），其數(shù)字速率的分群體系從準(zhǔn)同步的PDH發(fā)展到同步SDH體系。采用SDH組建的網(wǎng)是一個(gè)高度統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的、智能化的網(wǎng)絡(luò)，它采用全球統(tǒng)一的接口以實(shí)現(xiàn)多廠家設(shè)備的兼容，在全程全網(wǎng)范圍實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)一致的管理和操作，實(shí)現(xiàn)靈活的組網(wǎng)與業(yè)務(wù)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自愈功能，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。SDH在我國獲得了廣泛的使用。按照電時(shí)分復(fù)用方式進(jìn)行的光纖通信，其傳輸速率一直持續(xù)提高，過去20多年來速率從8Mb/s增加到10Gb/s、40Gb/s。商用，更高速率的傳輸系統(tǒng)試驗(yàn)也已獲成功，為各種各樣的新業(yè)務(wù)提供了實(shí)現(xiàn)的可能。

除傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)外，數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)大幅度增長。傳輸系統(tǒng)技術(shù)也隨之發(fā)生了很大的變化，出現(xiàn)了以TDM為基礎(chǔ)的SDH技術(shù)（同步數(shù)字傳輸模式）、以統(tǒng)計(jì)復(fù)用為基礎(chǔ)的ATM技術(shù)（異步傳輸模式）和IP技術(shù)，廣泛應(yīng)用在不同的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。目前，實(shí)際運(yùn)營的各種承載網(wǎng)絡(luò)基本上都是不同技術(shù)并存和相互滲透的網(wǎng)絡(luò)。沒有一種技術(shù)能夠完全融合所有業(yè)務(wù)。近幾年來，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，又在以上技術(shù)的基礎(chǔ)上衍生出MSTP（多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)）和RPR（分組彈性環(huán)）等技術(shù)。

信息化集成系統(tǒng)目前采用的SDH、MSTP和OTN等傳輸系統(tǒng)，雖然都有成功應(yīng)用案例，但它們是基于電路交換的技術(shù)體制，都面臨數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（新業(yè)務(wù)主要是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）的挑戰(zhàn)，解決思路是在軌道交通傳輸網(wǎng)絡(luò)中引入新的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送技術(shù)，并且新技術(shù)必須能同時(shí)滿足以下條件：（1）提供更大帶寬——滿足新業(yè)務(wù)高帶寬需求的首要條件；（2）更高的帶寬利用效率——降低單位傳輸成本；（3）網(wǎng)絡(luò)安全性，業(yè)務(wù)保護(hù)——網(wǎng)絡(luò)保護(hù)機(jī)制，小于50ms的保護(hù)切換；（4）可維護(hù)性——有效的OAM措施；（5）滿足TDM等業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性要求。目前開始成熟和完善的兩種主流的數(shù)據(jù)技術(shù)是以太網(wǎng)技術(shù)和分組技術(shù)。以下將作簡(jiǎn)要介紹：

6.1.1　同步數(shù)字傳輸系列（SDH）

SDH技術(shù)20世紀(jì)90年代開始在國內(nèi)投入大規(guī)模運(yùn)用，是目前標(biāo)準(zhǔn)化程度最高、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的時(shí)分復(fù)用傳輸技術(shù)。應(yīng)用范圍從骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)直至用戶接入網(wǎng)，應(yīng)用領(lǐng)域從公用通信運(yùn)營商的公共網(wǎng)到廣電、鐵路、公路、地鐵等的專用網(wǎng)。

同步數(shù)字系列（SDH）是一種國際標(biāo)準(zhǔn)，也是我國的國家標(biāo)準(zhǔn)。具有開放性的標(biāo)準(zhǔn)化光電接口，接口種類豐富（光接口符合G.957等建議，電接口符合G.703），設(shè)備組網(wǎng)靈活（包括復(fù)用段保護(hù)、自愈環(huán)的保護(hù)和強(qiáng)大的網(wǎng)管功能），標(biāo)準(zhǔn)化程度高，技術(shù)比較成熟，有QoS保證，SDH構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備簡(jiǎn)單，配置靈活，調(diào)度方便。允許不同廠家的設(shè)備的光電接口在規(guī)范約定的接口等級(jí)與類型條件下方便地互聯(lián)、互通，可靈活地對(duì)不同方向的數(shù)據(jù)流進(jìn)行分下和插入，能降低聯(lián)網(wǎng)的成本。SDH在系統(tǒng)保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)管理方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。SDH支持的廠家很多。利用SDH組網(wǎng)方案解決基本的運(yùn)營、管理所需的低速數(shù)據(jù)及窄帶通信業(yè)務(wù)在國內(nèi)的軌道交通項(xiàng)目中已有成功運(yùn)用實(shí)例。由于運(yùn)用范圍較廣，其價(jià)格目前已經(jīng)下降到了相當(dāng)?shù)偷乃剑哂泻芨叩男阅軆r(jià)格比，標(biāo)準(zhǔn)化程度較高、很成熟，SDH目前仍然是語音及低速數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)傳送使用最廣泛的手段。

SDH網(wǎng)是由網(wǎng)元和光纖組成的同步數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行信息的同步復(fù)用、傳輸、分插和交叉連接。SDH網(wǎng)具有一套標(biāo)準(zhǔn)化的信息同步復(fù)用等級(jí)，稱為同步傳送模塊STM-N；具有一種塊狀幀結(jié)構(gòu)，安排了豐富的開銷比特用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理和維護(hù)（OAM）；具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（NNI），簡(jiǎn)化了信號(hào)的互通以及信號(hào)的傳輸、復(fù)用、交叉連接和交換過程。

SDH采納了一種以字節(jié)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)，能對(duì)支路信號(hào)進(jìn)行同步的數(shù)字復(fù)用和交叉，同時(shí)支路信號(hào)在一幀內(nèi)的分布是均勻有規(guī)律的，便于接入和取出。對(duì)于STM-1而言，幀長度為2430個(gè)字節(jié)，相當(dāng)19,440比特，用時(shí)間表示為125μs。幀周期的恒定是SDH信號(hào)的一大特點(diǎn)，任何級(jí)別的STM-N幀它的幀頻都是8000幀/秒。由于幀周期的恒定使STM-N信號(hào)的速率有其規(guī)律性。例如STM-4的傳輸數(shù)速恒定的等于STM-1信號(hào)傳輸數(shù)速的4倍， STM-16恒定等于STM-4的4倍，等于STM-1的16倍。

同步復(fù)用和映射方法是SDH最有特色的內(nèi)容之一，它使數(shù)字復(fù)用由PDH僵硬的大量硬件配置轉(zhuǎn)變?yōu)殪`活的軟件配置。

同步數(shù)字體系信號(hào)最基本也是最重要的模塊信號(hào)是STM-1，其速率為155.520Mbit/s，相應(yīng)的光接口線路信號(hào)只是STM-1信號(hào)經(jīng)干擾碼后的光/電轉(zhuǎn)換結(jié)果，速率不變。更高等級(jí)的STM-N信號(hào)是將基本模塊信號(hào)按同步復(fù)用，經(jīng)字節(jié)間插后的結(jié)果，其中，N是正整數(shù)。目前，SDH只能支持一定的N值，即1/4/16/64。

基于SDH體制所開發(fā)的各種傳輸設(shè)備，能夠從根本上解決網(wǎng)絡(luò)中面臨的容量、質(zhì)量、網(wǎng)管、安全等問題。由于SDH設(shè)備具有種類多樣、電路調(diào)度管理靈活、網(wǎng)管能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)組織上有了更多的選擇，我們必須從全程全網(wǎng)的角度考慮，合理組網(wǎng)，充分發(fā)揮SDH的優(yōu)越性，以確保網(wǎng)絡(luò)組建的統(tǒng)一性、完整性和先進(jìn)性。

SDH設(shè)備根據(jù)其種類可劃分為終端復(fù)用器TM、再生中繼器REG、分插復(fù)用器ADM和數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC，在組網(wǎng)時(shí)要重視設(shè)備各種接口的合理配置與設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的恰當(dāng)運(yùn)用問題。

SDH系統(tǒng)由于采用固定帶寬分配，也有一些缺點(diǎn)，主要是：

僅為數(shù)據(jù)提供窄帶通道，無法滿足日益迫切的各種控制系統(tǒng)局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)需求，各種控制系統(tǒng)需配置相應(yīng)的通信處理設(shè)備；

圖像傳輸如果采用數(shù)字方式需要大量帶寬；

多數(shù)產(chǎn)品無法提供有些廣播系統(tǒng)要求的7kHz~15kHz寬帶音頻接口。

6.1.2　開放傳輸系統(tǒng)（OTN）

OTN是SIEMENS公司為軌道交通、民航、油田等專用通信領(lǐng)域?qū)ｉT開發(fā)的一種專利保護(hù)產(chǎn)品，是綜合傳輸和接入為一體的光纖傳輸設(shè)備，它也采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，但幀結(jié)構(gòu)和映射方式與SDH不同，幀的長度為31.25μs，幀速為32,000幀/秒，目前可提供150Mb/s、622Mb/s（或600Mb/s）和2.5Gb/s的傳輸容量，可實(shí)現(xiàn)語音、寬帶音頻、綜合數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)和視頻等多種業(yè)務(wù)的綜合傳輸和接入。它可綜合不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，滿足目前所需的多種接口要求（如:RS232/RS422/RS485、2W/4W、E/M、2B+D、30B+D、E1、10M/100M以太網(wǎng)、視頻及寬帶廣播等接口）；OTN將多種接口卡集成在一起，能實(shí)現(xiàn)集中維護(hù)管理，設(shè)備維護(hù)方便，可靠性高，尤其是其對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)和視頻（M-JPEG）業(yè)務(wù)的傳輸及交換做的比較出色，由于其特殊的幀結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的帶寬利用率比MSTP要高。

OTN的主要特點(diǎn)是采用了一次復(fù)用機(jī)制，在占用較少開銷比特?cái)?shù)（不到2%）的情況下，綜合不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，集成多種用戶接口，實(shí)現(xiàn)窄帶和寬帶信息的接入和傳輸。OTN與SDH一樣具有較強(qiáng)的自愈和方便高效網(wǎng)絡(luò)管理能力；能夠通過軟件實(shí)現(xiàn)帶寬分配，對(duì)于視頻信道的傳輸可以做到按信道切換。

OTN的主要優(yōu)點(diǎn)是完全向后兼容，它可以建立在現(xiàn)有的SONET/SDH管理功能基礎(chǔ)上，不僅提供了存在的通信協(xié)議的完全透明，而且還為WDM提供端到端的連接和組網(wǎng)能力，為ROADM提供光層互聯(lián)的規(guī)范，并補(bǔ)充了子波長匯聚和疏導(dǎo)能力。

OTN概念涵蓋了光層和電層兩層網(wǎng)絡(luò)，其技術(shù)繼承了SDH和WDM的雙重優(yōu)勢(shì)，關(guān)鍵技術(shù)特征體現(xiàn)為：

多種客戶信號(hào)封裝和透明傳輸；

大顆粒的帶寬復(fù)用、交叉和配置；

強(qiáng)大的開銷和維護(hù)管理能力；

增強(qiáng)了組網(wǎng)和保護(hù)能力。

OTN傳輸設(shè)備的缺點(diǎn)在于它所建立的是一個(gè)相對(duì)封閉的網(wǎng)絡(luò)，不具備系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的開放性，只是實(shí)現(xiàn)了用戶側(cè)接口的開放，但無法直接與其它通信網(wǎng)絡(luò)高速互連。此外其設(shè)備只具有2個(gè)方向的線路光口，不支持多方向的光路傳輸，組網(wǎng)靈活性差。由于采用專有技術(shù)，OTN只能由西門子公司進(jìn)行生產(chǎn)和提供技術(shù)支持，價(jià)格較貴、國產(chǎn)化率低。

OTN傳輸系統(tǒng)接口豐富、運(yùn)行非常穩(wěn)定，但它所建立的是一個(gè)相對(duì)封閉的網(wǎng)絡(luò)，不具備系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的開放性，只是實(shí)現(xiàn)了用戶側(cè)接口的開放，無法直接與其它通信網(wǎng)絡(luò)高速互連，也不支持多方向的光路傳輸，不利于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容以及城市軌道交通線路的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營。

近兩年，新一代OTN系統(tǒng)開發(fā)出622Mb/s和2.5Gb/s標(biāo)準(zhǔn)光接口用于同SDH互聯(lián)，至少可以完成OTN設(shè)備與SDH設(shè)備間的透明傳輸，隨著OTN系統(tǒng)的技術(shù)更新，與標(biāo)準(zhǔn)通用傳輸設(shè)備的互聯(lián)、互通有望取得突破，值得我們進(jìn)一步關(guān)注。

6.1.3　異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）

異步傳遞模式（ATM）是ITU-T在20世紀(jì)80年代為B-ISDN定義的傳輸技術(shù)，是為了滿足突發(fā)的大量數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)正常傳輸而開發(fā)的技術(shù)。

在ATM網(wǎng)絡(luò)中，信息被劃分成信元，每個(gè)信元具有53字節(jié)固定長度，其中有5字節(jié)為首標(biāo)，48字節(jié)為信息域，對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于對(duì)語音業(yè)務(wù)的支持，語音業(yè)務(wù)通常采用電路仿真方式。ATM技術(shù)綜合了電路交換和分組交換優(yōu)點(diǎn)，是一種面向連接的傳輸和交換方式，是一個(gè)多媒體網(wǎng)絡(luò)的全球標(biāo)準(zhǔn)。ATM交換機(jī)可以通過光纖直連組成分布式交換網(wǎng)，支持語音、數(shù)據(jù)、視頻等業(yè)務(wù)，具有目前軌道交通通信系統(tǒng)所需的各種接口 （如:RS232/RS422/RS485、V35/V24、X.21、2W/4W、E/M、2B+D、30B+D、El、E3、10M/l00M以太網(wǎng)、視頻及寬帶廣播等接口）既實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)及圖像的交換，又作為各種語音業(yè)務(wù)的承載通道。其優(yōu)勢(shì)是標(biāo)準(zhǔn)化程度高，技術(shù)比較成熟，能提供比較豐富的接口。由于采用了統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式，可以按需分配帶寬，比點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式傳輸要節(jié)省大量的帶寬。有QoS保證，并保證如吞吐量、時(shí)延、信息丟失率、模塊化擴(kuò)展等要求,實(shí)現(xiàn)了多種業(yè)務(wù)的接入和交換。如果以傳輸質(zhì)量來衡量，ATM非常優(yōu)秀，帶寬利用率也非常高。

6.1.4　多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）

為了滿足日益增長的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送需求，SDH已經(jīng)發(fā)展演化為多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP），并且在國內(nèi)有廣泛的成功的運(yùn)用。

多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）對(duì)SDH、以太網(wǎng)及ATM等已有成熟技術(shù)的組合應(yīng)用和優(yōu)化，它是基于SDH，同時(shí)實(shí)現(xiàn)TDM、ATM、IP等多種業(yè)務(wù)的接入、處理、傳送，具備寬帶數(shù)據(jù)和圖像的傳輸、匯聚和二層交換能力，并可提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理的多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點(diǎn)設(shè)備構(gòu)成的傳送平臺(tái)。MSTP主要通過采用虛級(jí)聯(lián)和通用成幀規(guī)程（GFP）技術(shù)對(duì)SDH進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠支持以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，并提高帶寬的利用率和靈活性。MSTP除具備傳統(tǒng)SDH系統(tǒng)的所有優(yōu)點(diǎn)外，還具備以E1為單位的子速率級(jí)聯(lián)/捆綁功能以及以太網(wǎng)/ATM二層交換功能，支持以太環(huán)網(wǎng)、組播等功能，直接提供視頻（屬于寬帶數(shù)據(jù)）所需的4Mb/s~10Mb/s的速率接口、10M/100M/1000M以太網(wǎng)接口以及ATM等的高速接口，基本上可以使用戶業(yè)務(wù)得到端到端的透明傳輸，滿足近期可以預(yù)見的多業(yè)務(wù)傳送的需要。目前的MSTP已發(fā)展到第三代，由于引入了中間的智能適配層、通用成幀規(guī)程（GFP）高速封裝協(xié)議、虛級(jí)聯(lián)和鏈路容量調(diào)整機(jī)制（LCAS）等多項(xiàng)技術(shù)。第三代MSTP可支持QoS、多點(diǎn)到多點(diǎn)的連接、用戶隔離和帶寬共享等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)等級(jí)協(xié)定（SLA）增強(qiáng)、阻塞控制以及公平接入等，第三代MSTP為以太網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展提供了比較全面的支持。

從業(yè)務(wù)的發(fā)展現(xiàn)狀和MSTP技術(shù)在網(wǎng)上的應(yīng)用情況來看，在MSTP傳送技術(shù)中：POS技術(shù)可為IP互連提供更可靠、更高效的通道連接；ATM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)基于ATM的DSLAM共享匯聚；PDH、SDH接入功能可高效處理大量的TDM業(yè)務(wù)；高速以太網(wǎng)互連技術(shù)可實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)設(shè)備之間的可靠互連。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的開展，MSTP技術(shù)在發(fā)揮傳送功能方面，繼承了SDH穩(wěn)定、可靠的特性，并融合了數(shù)據(jù)網(wǎng)靈活、多樣的業(yè)務(wù)處理能力，可大量應(yīng)用于專線、以太網(wǎng)、DDN專線等業(yè)務(wù)的接入，可在多業(yè)務(wù)方面發(fā)揮越來越重要的作用。

MSTP對(duì)以太業(yè)務(wù)以EoS（Ethernet over SDH）方式，采用多種適配容器（VC-12/3/4）對(duì)以太業(yè)務(wù)進(jìn)行封裝，可有效地避免封裝的效率問題，另外，采用L2S、LCAS、CAR、LPT、多徑傳輸?shù)榷喾N技術(shù)，可保證可靠的傳輸。MSTP實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)二層交換功能基本模型如圖1所示。

圖1 MSTP實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)二層交換功能基本模型

技術(shù)上的發(fā)展使MSTP可接入各種級(jí)別的SDH業(yè)務(wù)以及ATM/IP業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)了多業(yè)務(wù)的同平臺(tái)傳輸；能夠方便地實(shí)現(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)調(diào)度和帶寬管理，可應(yīng)用于各種層次的網(wǎng)絡(luò)。

但MSTP還存在著如下缺陷：MSTP只能實(shí)現(xiàn)TDM、ATM、IP業(yè)務(wù)的綜合接入及傳送，但不具備IP業(yè)務(wù)的三層交換功能；無法完全滿足各類信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)服務(wù)涉及的大規(guī)模IP數(shù)據(jù)多點(diǎn)交換的要求，只能說MSTP可以實(shí)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)的傳輸，但MSTP并不是實(shí)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖詈梅绞健?/p>

6.1.5　彈性分組環(huán)（RPR）技術(shù)

RPR是一種基于分組交換的新型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和技術(shù)，是主要面向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的一種光環(huán)新技術(shù)，是IEEE定義的在環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上優(yōu)化數(shù)據(jù)交換的MAC層的協(xié)議，可兼容多種數(shù)據(jù)速率。RPR是在以前的Ethernet、SDH和ATM技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采用了Ethernet的IP技術(shù)、SDH的自動(dòng)保護(hù)倒換技術(shù)、ATM的QoS技術(shù)等，以實(shí)現(xiàn)高可靠、低成本的數(shù)據(jù)語音傳輸網(wǎng)絡(luò)。

RPR采用環(huán)行組網(wǎng)技術(shù)，將數(shù)據(jù)、話音、圖象業(yè)務(wù)合一，并解決了QOS分類、環(huán)保護(hù)等問題。在具備了千兆以太網(wǎng)比較經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)的同時(shí)，幀封裝比POS更為簡(jiǎn)化和更靈活，同時(shí)具有空間復(fù)用機(jī)制和50ms環(huán)自愈保護(hù)特性，分組環(huán)設(shè)備可以承載具有突發(fā)性的IP業(yè)務(wù)，有的設(shè)備還能支持傳統(tǒng)語音傳送，是適用于中小型城域網(wǎng)骨干到接入和大型城域網(wǎng)接入的技術(shù)。

RPR的核心基礎(chǔ)是以太網(wǎng)技術(shù)，其處理的基本數(shù)據(jù)單元是分組數(shù)據(jù)包。它可以在一系列的物理層上進(jìn)行工作（如裸光纖、SDH通道、各種以太網(wǎng)通道及波長等），屬于一種在當(dāng)前光網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)包的優(yōu)化技術(shù)。

RPR在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上和SONET/SDH一致，采用雙光纖環(huán)配置，環(huán)中由分組交換節(jié)點(diǎn)組成，相鄰節(jié)點(diǎn)通過一對(duì)光纖連接。但RPR在任何時(shí)間雙環(huán)都同時(shí)使用，外環(huán)沿一個(gè)固定方向傳輸數(shù)據(jù)，內(nèi)環(huán)作反方向傳輸。RPR針對(duì)網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)制定了獨(dú)立的MAC層協(xié)議來解決城域網(wǎng)中帶寬的瓶頸問題，且能提供下一代接入網(wǎng)所要求的恢復(fù)能力、有保證的服務(wù)和可管理能力。RPR環(huán)網(wǎng)上的所有發(fā)送節(jié)點(diǎn)都可以使用環(huán)網(wǎng)上的可用帶寬。

RPR可以為不同的業(yè)務(wù)和用戶數(shù)據(jù)提供不同的等級(jí)服務(wù)，并賦予相對(duì)應(yīng)的發(fā)送優(yōu)先級(jí)。其中，控制和管理幀具有最高的發(fā)送優(yōu)先級(jí)，其次為傳統(tǒng)的電信TDM業(yè)務(wù),對(duì)優(yōu)先級(jí)比較高的業(yè)務(wù)（如調(diào)度語音、ATS數(shù)據(jù)）可以實(shí)現(xiàn)50ms環(huán)自愈保護(hù)。這樣，RPR就能對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時(shí)有效的控制和管理，并且可以傳送具有嚴(yán)格的時(shí)延、抖動(dòng)和保護(hù)實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)。

RPR有一套靈活的帶寬動(dòng)態(tài)管理，擁塞控制和多等級(jí)承載業(yè)務(wù)QoS保證機(jī)制，能夠比SONET/SDH更加有效地分配帶寬和處理數(shù)據(jù)。

RPR技術(shù)都支持空間復(fù)用技術(shù)（SRP），當(dāng)一個(gè)分組從環(huán)中被剝離出來的時(shí)候，它就不再占用環(huán)的帶寬，而是釋放下游段供其它分組使用。這樣，分組環(huán)使得有多個(gè)節(jié)點(diǎn)成多段同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，而不會(huì)互相影響，充分利用了整個(gè)環(huán)路的帶寬。

RPR可以配置豐富的接口，可以提供各種面向以太網(wǎng)口的專線服務(wù)，其中基于SDH的RPR設(shè)備在面向IP優(yōu)化的同時(shí)支持電信級(jí)TDM專線，可以滿足軌道交通各系統(tǒng)的通信傳輸需要。

RPR便于支持組播/廣播業(yè)務(wù)的開展，由任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的組播/廣播信息可以在只占有一個(gè)通道的情況下發(fā)送到不同的節(jié)點(diǎn)中，非常適合軌道交通視頻監(jiān)控、廣播等業(yè)務(wù)的應(yīng)用。

RPR技術(shù)使運(yùn)營商在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)以低成本提供電信級(jí)的服務(wù)成為可能，它吸收了千兆以太網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、SDH對(duì)延時(shí)和抖動(dòng)的嚴(yán)格保障、可靠的時(shí)鐘和50ms環(huán)保護(hù)和恢復(fù)等特性，并具有空間復(fù)用、帶寬動(dòng)態(tài)分配、支持業(yè)務(wù)級(jí)別等特點(diǎn)，帶寬利用效率最高，主要用于城域語音及窄帶數(shù)據(jù)的匯聚、接入和傳送，僅僅從技術(shù)層面上講是非常適合城市軌道交通應(yīng)用的。但RPR的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程緩慢， IEEE802.17 RPR WG一直到2004年6月才被正式通過。另外RPR還缺少相應(yīng)的業(yè)務(wù)模式的推動(dòng)，不同廠家設(shè)備的互通性還沒能在大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用中得到證實(shí)。RPR的商業(yè)化應(yīng)用并不如原來預(yù)料的那么廣泛，產(chǎn)品價(jià)格也很高。

6.1.6　以太網(wǎng)傳輸技術(shù)（GE）

以太網(wǎng)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)互聯(lián)的形式發(fā)展起來的，是一種基于IP協(xié)議的包交換技術(shù)。以統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，以便交換和共享信息，隨著技術(shù)的不斷完善，IP電話等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)應(yīng)用也已進(jìn)入商用化。采用以太網(wǎng)技術(shù)組建傳輸網(wǎng)，即采用路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組建通信承載平臺(tái)。

以太網(wǎng)傳輸技術(shù)成熟，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，與SDH技術(shù)相比，以太網(wǎng)采用包交換方式，帶寬利用率高，其信息包長度可變的特點(diǎn)，適合于承載任何種類的業(yè)務(wù),能夠低成本地提供多種速率大容量的數(shù)據(jù)接口，速率包括10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s、10Gb/s等。而且，以太網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)單、接入靈活、易于應(yīng)用，具有天然的廣播特性，這是其他面向連接方式難以實(shí)現(xiàn)的,它不僅支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，而且支持多點(diǎn)連接。目前絕大多數(shù)的局域網(wǎng)采用了以太網(wǎng)技術(shù)，而用戶具有擴(kuò)展其局域網(wǎng)的需求，這一事實(shí)使得業(yè)界產(chǎn)生了將以太網(wǎng)向城域和廣域擴(kuò)展的愿望，軌道交通領(lǐng)域的寬帶數(shù)據(jù)傳送實(shí)際上就是各個(gè)車站監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)需要與其它車站或控制中心局域網(wǎng)間進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換而產(chǎn)生的。在局域、城域乃至廣域采用以太網(wǎng)技術(shù)可以減少不同傳輸協(xié)議間的轉(zhuǎn)換，提高帶寬利用率和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率，可以極大地降低整體成本，以太網(wǎng)可以方便地進(jìn)行帶寬升級(jí)，更適合于未來業(yè)務(wù)流量分組化的發(fā)展趨勢(shì)，滿足站點(diǎn)快速增長對(duì)高速接入和靈活帶寬提供業(yè)務(wù)的需求。以太網(wǎng)傳輸技術(shù)是目前計(jì)算機(jī)互聯(lián)所采用的最廣泛、最經(jīng)濟(jì)的手段。

在以太網(wǎng)中，各站點(diǎn)之間的通信按ISO/IEC 8802-3和IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)系列或IEEE 802.11、HomeRF、HiperLAN標(biāo)準(zhǔn)系列和UP-5、IrDA標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)范的以太網(wǎng)介質(zhì)接入控制方法實(shí)現(xiàn)。以太網(wǎng)中傳輸?shù)男盘?hào)以幀的形式存在，不允許非幀形式的信號(hào)存在，一旦發(fā)現(xiàn)則將其丟棄。

以太網(wǎng)的優(yōu)越性如下：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉；

有良好的兼容性；

充分的網(wǎng)絡(luò)靈活性；

克服了接入網(wǎng)與干線網(wǎng)之間的瓶頸效應(yīng)；

實(shí)現(xiàn)了LAN與MAN、WAN網(wǎng)絡(luò)的無縫對(duì)接。

10G以太網(wǎng)是以太網(wǎng)突破傳統(tǒng)局域網(wǎng)應(yīng)用局限，向城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)延伸的關(guān)鍵技術(shù)。10G以太網(wǎng)比傳統(tǒng)以太網(wǎng)成本低、距離長、帶寬高。隨著IEEE802.3ae 10G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布，10G以太網(wǎng)端口已經(jīng)成為核心交換機(jī)/路由器的基本配置。

以太網(wǎng)技術(shù)的缺點(diǎn)在于由于是提供“盡力而為”的服務(wù)，其流量控制及網(wǎng)絡(luò)管理能力較差，對(duì)承載業(yè)務(wù)不可避免地存在時(shí)延、抖動(dòng)和丟包等現(xiàn)象，承載業(yè)務(wù)的QoS、網(wǎng)絡(luò)安全性都有待加強(qiáng)，此外以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理能力較弱，在使用以太網(wǎng)時(shí)，首先的疑問是實(shí)時(shí)性、安全性能否得到保證。

6.1.7　分組傳送網(wǎng)（PTN）

PTN支持多種基于分組交換業(yè)務(wù)的雙向點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接通道，具有適合各種粗細(xì)顆粒業(yè)務(wù)、端到端的組網(wǎng)能力，提供了更加適合于IP業(yè)務(wù)特性的“柔性”傳輸管道；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接通道的保護(hù)切換可以在50毫秒內(nèi)完成，可以實(shí)現(xiàn)傳輸級(jí)別的業(yè)務(wù)保護(hù)和恢復(fù)；繼承了SDH技術(shù)的操作、 管理和維護(hù)機(jī)制，具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的完整OAM，保證網(wǎng)絡(luò)具備保護(hù)切換、錯(cuò)誤檢測(cè)和通道監(jiān)控能力；完成了與IP/MPLS多種方式的互連互通，無縫承載核心IP業(yè)務(wù)；網(wǎng)管系統(tǒng)可以控制連接信道的建立和設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)QoS的區(qū)分和保證，靈活提供SLA等優(yōu)點(diǎn)。

從技術(shù)的角度看，分組傳送網(wǎng)具有面向包的處理能力，一個(gè)新的傳送網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。可以面向包括傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)在內(nèi)的各種業(yè)務(wù)接口，又可以具有統(tǒng)一的處理平臺(tái)，更經(jīng)濟(jì)有效地支持大容量的多種業(yè)務(wù)的應(yīng)用。這種新的傳送網(wǎng)絡(luò)體系，具有包的處理能力，通用的層間接口協(xié)議，可以接受各種客戶協(xié)議，也能利用各種下層協(xié)議提供的連接路徑或服務(wù)。

PTN技術(shù)將真正的QoS引入以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，采用二層MPLS作為智能適配層，同時(shí)使用先進(jìn)的分組環(huán)（PacketRing）、PBT等技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)層小于50ms的保護(hù)倒換。但基于現(xiàn)有以太網(wǎng)接口/構(gòu)架大量存在且易于使用的情況，越來越多的具有QoS要求的業(yè)務(wù)將依托以太網(wǎng)平臺(tái)。因此以太網(wǎng)新業(yè)務(wù)必將得到飛速發(fā)展，在PTN技術(shù)系統(tǒng)中提供以太網(wǎng)新業(yè)務(wù)支持也將是一個(gè)必然趨勢(shì)。PTN技術(shù)解決方案滿足城域新業(yè)務(wù)的需求，為運(yùn)營商提供從邊緣接入到核心的具有QoS保證的IP化分組傳送解決方案。

PTN的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，可以應(yīng)用于軌道交通傳輸業(yè)務(wù)承載，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

軌道交通業(yè)務(wù)需求種類、接口多樣性：PTN滿足多業(yè)務(wù)接入、提供豐富的業(yè)務(wù)接口；

軌道交通業(yè)務(wù)有Qos保障要求，PTN提供端到端的傳輸管理，50ms業(yè)務(wù)保護(hù)切換，滿足TDM業(yè)務(wù)需求；

軌道交通業(yè)務(wù)中視頻、IP類高帶寬業(yè)務(wù)快速增長，PTN為IP業(yè)務(wù)而生，高帶寬、靈活的可擴(kuò)展性，且提供以太網(wǎng)業(yè)務(wù)端到端的管理；

PTN的包容性，適合新建工程，也適合對(duì)既有工程的改造；

PTN可大幅降低單位傳輸成本。

6.1.8　MSTP+技術(shù)

MSTP+技術(shù)目前業(yè)界有不同的稱謂，有稱為增強(qiáng)型MSTP、下一代MSTP、混合型MSTP（或者HybridMSTP）、雙管道MSTP等等，本質(zhì)上都一樣，MSTP+＝MSTP+PTN，就是在MSTP中引入分組技術(shù)。

從硬件角度看，是對(duì)傳統(tǒng)MSTP設(shè)備的交叉板進(jìn)行改造，在維持TDM特性不變的同時(shí)，新交叉板同時(shí)集成了PTN設(shè)備交叉板的核心芯片，通過一塊板實(shí)現(xiàn)MSTP和PTN的融合。雙核：TDM內(nèi)核＋PTN內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)TDM/分組業(yè)務(wù)最佳處理；一心（EOD）：數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)自由流動(dòng)，演進(jìn)過程MSTP/PTN雙域無縫互通。

MSTP+技術(shù)優(yōu)勢(shì)及與軌道交通業(yè)務(wù)需求的匹配性：

MSTP+源自MSTP，完全兼容當(dāng)前MSTP的所有特性，實(shí)現(xiàn)TDM/分組業(yè)務(wù)同時(shí)處理。

MSTP+繼承了MSTP的豐富業(yè)務(wù)接口，在同一臺(tái)傳輸設(shè)備上，針對(duì)不同的軌道交通業(yè)務(wù)，采用不同的傳輸通道，大大提高了傳輸效率（尤其是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）、降低了傳輸成本。

目前主流通信廠家的MSTP+產(chǎn)品，已能提供40G容量的線卡，突破了傳統(tǒng)MSTP帶寬瓶頸限制、完全能滿足軌道交通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的帶寬增長需求。

MSTP+產(chǎn)品在各電信運(yùn)營商中大面積采用，在電力、石化等行業(yè)客戶中也有較多成功應(yīng)用案例，在軌道交通行業(yè)目前正在推廣應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，華為、阿爾卡特朗訊、愛立信、烽火等國內(nèi)外主流通信設(shè)備廠家近年來傳輸設(shè)備的出貨總量中，MSTP+產(chǎn)品占到60%左右的份額。由于出貨量大，其相對(duì)內(nèi)嵌RPR的MSTP產(chǎn)品，有較大的成本優(yōu)勢(shì)。

作者簡(jiǎn)介：

魏曉東，1967年畢業(yè)于天津大學(xué)精儀系。1984~1991年任安徽工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化系副教授。1991年出版《分散型控制系統(tǒng)》（ 上海科技文獻(xiàn)出版社）。2000~2012年任北京和利時(shí)系統(tǒng)工程公司副總工、事業(yè)部總設(shè)計(jì)師，北京地鐵13號(hào)線、深圳地鐵一期工程、廣州地鐵3號(hào)線綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)總負(fù)責(zé)人。2006、2010年出版《城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)與技術(shù)》初版與第二版（電子工業(yè)出版社）；2010年主編國家標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50636-2010）、《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB/T50732-2011）；2010年主編關(guān)于兩化融合的國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)規(guī)范》（GB/T26335-2010）。2013年至今任清華同方數(shù)字城市工程中心技術(shù)專家，住建部城市軌道交通標(biāo)注技術(shù)網(wǎng)Eu委員會(huì)委員，全國自動(dòng)化系統(tǒng)與集成標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)委員。

摘自《自動(dòng)化博覽》2017年11月刊