地铁通信系统的应用分析--缩减

地铁通信系统的应用分析赵军锋1赵景召21南水北调中线工程建管局河南直管局，郑州450018；2河南有线电视网络集团有限公司郑州分公司，河南郑州450002摘要：本文主要在地铁通信系统具体实现时，对传输技术的选择、无线通信的实现、电源负荷的规划、环境监控和控制等问题进行分析。随着通信技术的发展和城市轨道交通的快速建设，地铁通信网要用新型、可靠、经济的通信技术，来实现地铁通信业务的需求，本文也对地铁通信新技术和方案的选择做了分析。关键词：远期负荷集中智能监控MSTPRPR车地无线通信中图分类号：TN914ApplicationandanalysisoftheMetroCommunicationSystemZhaoJunfeng1ZhaoJingzhao2ZhuDaijie31MiddlerouteofSouth-to-NorthWaterTransferProjectConstructionandManagemengBureauofHenanstraightBureau,Zhengzhou4500182HenancableTVnetworkgroupCo.,LTD.OfZhengzhoubranch,Zhengzhoucity,Henanprovince450002.Abstract:Inthispaper,wemainlyintroducehowtochoosethetransmissiontechnology,realizethewirelesscommunications,planthepowerload,andmonitorandcontroltheenvironmentwhentheconcreterealizationofcommunicationsystemsinthesubway.Subsequently,wealsoanalysisthechoiceofthenewcommunication’stechnologiesandprograms.Keywords：ForwardloadFocusonintelligentcontrolMulti-ServiceTransferPlatformResilientPacketRingVehicletowirelesscommunications一：引言地铁是现代社会一种快捷、安全、舒适、节能、环保的公共交通工具，全国很多大城市已经向国家申报建设地铁，有十几个城市都得到了国家的批准。地铁通信系统保证地铁高效运输和安全运行，满足现代化和传输语音、数据、图像、多媒体和文字等各种信息的需求，主要为列车自动监控ATS（automatictrainsupervision）、综合监控系统ISCS(IntegratedSupervisoryControlSystem，)、自动售检票AFC（AutomaticFareCollection）、乘客信息系统PIS（PassengerInformationSystem）、列车自动控制CBTC（CommunicationBasedTrainControlSystem）、防灾报警AFS（:AttributeForecastingSystem）、电源监控SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）等子系统提供可靠的通信网。地铁通信系统是轨道交通的控制、联络、监控、运行的重要环节，虽然经过专家们的各种设计规划，已经建成地铁的城市在实际应用中还是遇到了不同问题，下面是对通信系统的应用做一些分析。二：地铁通信系统组成及应用分析通信系统是由传输系统、无线通信系统、公务和专用电话系统、广播和闭路电视监控系统、时钟与同步系统、电源及接地系统、防灾报警系统、环境与监控系统、自动售票系统、办公自动化系统、列车运行控制系统、乘客信息系统等很多子系统组成（图1城市轨道交通通信系统）。不同城市的地铁规划发展不一样，通信系统的实际情况也不一样，根据北京、上海、天津等大城市已经建成地铁系统的实际情况，对地铁通信系统的传输系统、无线通信系统、动力配套系统、环境与监控系统应用做了分析。电力监控自动售检票防灾报警通信传输系统办公自动化列车自动监控机电设备监控门禁无线调度公务电话闭路电视通信电源子系统时钟通信广播调度电话站内电话图1城市轨道交通通信系统电信\银行等第三方租用CBTC\PIS系统2．1地铁通信系统的传输系统当前通信技术发展情况来看，主要的传输技术有：多业务传输平台MSTP（Multi-ServiceTransferPlatform）,千兆/万兆以太网、异步传输模式ATM（AsynchronousTransferMode）、开放式传输网络OTN(OpticalTransportNetwork）和弹性分组环技术RPR（ResilientPacketRing)。根据地铁通信系统的业务要求，主要是传统的TDM（TimeDivisionMultiplexing）电话业务和以太网业务。根据地铁的业务需求，轨道交通已经在用的主要是SDH、SDH+ATM、OTN、MSTP等传输技术，这儿主要介绍多业务传输平台MSTP和弹性分组环技术（RPR）。基于SDH的多业务传输平台是因为，MSTP传输技术是在SDH（SynchronousDigitalHierarchy）基础上开发的，是面向基础电路连接的时分复用TMD技术，这个主要是用于传输语音业务，为了满足更多业务传输的需求，MSTP在原来SDH功能的基础上开发了EoS(EthernetoverSDH)、AoS（ATMoverSDH）两大核心处理功能，采用通用成帧规程GFP[4](GenericFramingProcedure)、VC级联(VirtualContainer)、链路容量调整机制LCAS(LinkCapacityAdjustmentScheme)等技术，以宽带为开放平台，承载语音、文字、数据、图像等业务，实现多业务在单一平台设备上接入、数据交叉、映射、传输等功能，它将传统的SDH复用器、数字交叉链接器DXC（DigitalCrossConnect）、WDM终端(DenseWavelengthDivisionMultiplexing)、网络二层交换机和IP(InternetProtocol）边缘路由器等多个独立设备集成为一个网络设备。经过不断的发展，MSTP已经发展成为集PDH、SDH、ATM、RPR、以太网等技术于一体，能从2M到10G速率的业务通过各级VC复用而成，并且内嵌RPR设备的二层交换机功能，MSTP设备通过多业务汇聚方式实现多业务综合传送和接入的技术。但是，MSTP尽管能提供各种功能，它还是基于SDH为基础开发的一种技术，仍是基于TDM时分复用应用的技术，有严格的时隙通道和带宽，不能动态的分配信道的带宽，不能满足“突发业务”特点的数据业务要求。弹性分组环(RPR)是一种新的MAC层协议，是为优化数据包的传输而提出的，它不仅有效地支持环形拓扑结构、在光纤断开或连接失败时可实现快速恢复，满足50ms倒换保护功能，而且具备数据传输的高效、简单和低成本等典型以太网特性。RPR因拥有1:3预订(over-subscription)、空间复用、均衡、双环工作、多点传送等技术，与单纯基于SDH的MSTP技术组网相比有带宽效率上的优势。弹性分组环技术RPR,一种以IP数据业务为核心新开发出的光传输技术，它技术先进、互联方便、组网灵活，在网络可靠性、可管理性、支持传统业务等方面都有优势，现已经在电信运营商中广泛的应用。RPR采用环形组网技术，将语音、数据、图像业务综合于一体，并解决了QoS（QualityofService）分类、环网保护等问题，它具备千兆以太网的可扩展性、灵活性和经济性的特点，同时还具有空间复用机制SRP（SpatialReuseProtocol）,也就是在分组环路上，能多个节点成多段同时传送数据，而且不互相影响；以及50ms（自动保护倒换的测试时间）环自愈保护特性，并具有网络拓扑自动发现、公平分配、环路带宽共享、业务分类等技术优势[4]。但是RPR技术的不足之处在于它产生的原因是为数据业务提供的解决方案，对以TMD为基础的语音电路业务的支持功能不强。综上所述，MSTP具有承载传统TMD语音电路业务和数据的功能，但是承载数据业务的能力一般，不能动态的分配信道的带宽；RPR也具有承载TMD业务、数据业务和视频业务的功能，但是承载传统TMD业务能力一般，上述两种技术有很强的互补性。在地铁通信系统传输实现中，天津市地铁1、2号线传输网用的是SDH+ATM方案，是由上海贝尔公司提供的传输设备和传输解决方案；广州地铁传输网采用是西门子公司的OTN开发式光传输网技术；上海地铁11号线用的传输是MSTP解决方案。ATM应用的是异步传输模式，ATM常用于组建宽带骨干网。ONT开放式光传输网技术是企业内部规范，是一种非标准的传输网制式，不同的通信企业有不同的解决方案，造成后续地铁建设通信网的不兼容性。根据其他大城市的地铁传输网的实现方案和地铁通信业务的要求，传统TMD业务仍然有一定的份额，而且是保障列车运行、通信畅通的主要业务，同时随着业务发展，数据、图像、视频等综合业务的需求，MSTP和RPR两种技术在实际应用中有很强的互补性，在技术上、经济上、组网灵活性都有很好的体现，就其应用前景来说是优秀的解决方案。2.2地铁通信系统的车地无线通信系统地铁无线通信系统为行车调度与司机、车站值班与司机、司机与司机以及公安、环境控制、维修、消防应急等用户提供移动通信手段。无线调度系统分为行车调度、环境控制调度、公安调度、车辆段站调度、维修调度等无线通信组，组间不能交叉呼叫，各组享有不同的优先权，不同的无线用户也拥有不同的优先权。基于无线通信的乘客信息系统PIS，是依托无线通信网络技术，以计算机系统为核心，以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统，使乘客通过正确的服务信息引导，安全、便捷地乘坐轨道交通。另外，近期新开发的基于无线通信的列车运行控制系统CBTC，CBTC是传统铁路信号系统的现代接班人，它集两项现代尖端科技——无线电通信技术和自动化控制技术，是基于无线通信的列车自动控制系统。列车上将不设驾驶员，依靠“CBTC”，其他系统发生故障，也会向列车发出安全指令，它的特点是用无线通信媒体来实现列车和地面设备的双向通信，用以代替轨道电路作为媒体来实现列车运行控制。地铁信号系统的车—地通信大量采用无线通信技术。信号系统是关系行车安全，保证车—地通信的可靠性、实时性的关键无线通信技术。选择可靠的无线通信方案是无线信号控制的根本。目前从业务需求的角度CBTC信号系统带宽需求为100Kbps级,PIS系统中的下行流的带宽需求为10Mbps级，针对车载监控业务的上行带宽为Mbps级。从通信技术发展的角度出发,主要呈现了平台化、宽带化方向的发展趋势。从目前无线通信技术的角度出发,主要有TETRA（TErrestrialTrunkedRAdio）、3G、WiMAX（WorldwideinteroperabilityforMicrowaveAccess）、WLAN（WirelessLocalAreaNetworks）、GSM-R（GSMforRailways）、TRainComR无线电系统、DVB-T(DigitalVideoBroadcasting)、Mesh无线网格网络等技术。我国地铁宽带无线通信技术常用的有TETRA、WLAN、WIMAX等三种技术。目前，轨道交通信号CBTC系统和PIS系统都采用IEEE802.11无线标准，WLAN无线标准5.8GISMIEEE802.11a支持的最大速率为54Mbps，WLAN无线标准5.8GISMIEEE802.11g支持的最大速率为54Mbps，WLAN无线标准2.4GISM（IndustrialScientificMedical)IEEE802.11b支持的最大速率为11Mbps。WLAN无线传输标准能满足CBTC系统和PIS系统的传输速率要求。近期的