北京轨道交通亦庄线传输系统应用

专业知识分享版使命：加速中国职业化进程摘要：结合北京地铁亦庄线实际情况，列举并分析其传输系统组环拓扑结构、设备采购及配置、部分具体应用方案等方面的情况，并对比现有其他传输技术，得出现有系统可以满足亦庄线对传输平台要求的结论。关键词：传输系统；组网；配置；亦庄线1系统概述亦庄线是连接北京市中心城和亦庄新城的轨道交通线路，途经丰台、朝阳、大兴、通州4个辖区和亦庄开发区，正线全长23.229km。全线共设车站14座，其中地下车站6座，高架车站8座。换乘车站共5座，宋家庄站与M5、M10换乘，旧宫站及荣京东街站与L5换乘，经海路站与M12换乘，亦庄火车站与京津城际及S6线换乘。传输系统是通信系统中最重要的骨干系统。传输系统为各种业务信息系统提供可靠的、冗余的、可重构的、灵活的信息传输及交换信道，构成传送语言、文字、数据和图像等各种信息的综合业务传输网。2组环方式与设备配置2.1组环方式亦庄线传输网络由3个环构成。其组环方式分为前期和后期2种，前期为控制中心落成前传输系统覆盖点位，包含正线14个车站、临时控制中心、宋家庄停车场、小营5号线综合设备室、小营TCC机房等18个点位。这18个点位构成3环拓扑网络结构，其中亦庄火车站、次渠站、次渠南站、经海路站、同济南路站、荣昌东街站、荣京东街站、临时控制中心为环1；万源街站、亦庄文化园站、亦庄桥站、旧宫站、小红门站、肖家桥站、宋家庄站、临时控制中心为环2；小营5号线综合设备室、小营TCC机房、临时控制中心为环3。这3个环的切点为临时控制中心，拓扑结构见图1。后期为控制中心落成后，组环方式仍为3个环，即在原有拓扑结构的基础上加入控制中心，且控制中心也作为3环的切点存在，拓扑结构见图2。2.2设备配置1）中心设备：中心设备包括控制中心、临时控制中心2个站点，每站包括S385设备1台，6902交换机1台，2609交换机1台，E300网管1套。控制中心、临时控制中心面板见图3。因控制中心（临时控制中心）业务较多，1个S385子框无法满足业务要求，因此配置2个子框，机柜下面的子框作为上面子框的从框使用。2）车辆段设备构成：该项目没有车辆段。3）停车场设备构成：停车场包括S385设备1台。4）典型车站设备构成：包括亦庄火车站、次渠、次渠南、经海路、同济南路、荣京东街、荣昌东街、宋家庄、肖村桥、小红门、旧宫、亦庄桥、亦庄文化园、万源街等站点，每站包括S385设备1台。5）特殊站点设备构成：包括小营TCC、5号线控制中心设备室2个站点，每站包括S385设备和B900电源设备各1台。3系统应用方案实例3.1RPR应用该工程CCTV、PIS、OA系统业务采用S385设备的内嵌弹性分组环（RPR）技术进行传输，RPR的技术特点如下[1]：1）可以采用SDH物理层保护，也可以提供RPR的MAC层的保护。多层保护协作，保护倒换时间小于50ms，提高了业务网络的可靠性。专业知识分享版使命：加速中国职业化进程①在使用RPR的E-MSTP设备中，用户可以指配是否同时采用RPR的MAC层的保护和SDH物理层的保护。②当RPR的MAC层保护与SDH保护同时使用时，可以采用拖延RPR层倒换时间的方法来支持层间倒换，以保证2种倒换不会重叠发生。在配置设备时，RPR需要设置拖延时间，用于检测从业务失效到启动倒换之间的等待时间。在这一段时间内如果业务恢复，将不发生倒换。这个用于设置单板在收到告警的时候拖延多长时间的倒换，默认值为0。设置这个值可以避免不同的保护方式之间发生冲突。③RPR的MAC层在出现下列情况之一时倒换，倒换时间小于50ms：RPR的MAC层连接中断LOC告警，KeepAlive告警；SDH层告警，包括信号丢失（LOS），帧丢失（LOF），指针丢失（LOP），通道告警指示信号（AIS）；信号劣化SD告警。④RPR的MAC层保护可支持Steering保护或Wrapping保护。2）对于视频等广播型业务，RPR技术可有效节约带宽。不同于以太网的逐节点转发，RPR更相当于1个PacketADM。对于单播业务，RPR有3种操作：Insertion、transit和strip。Insertion就是将业务上到RPR环上，transit就是在节点上将业务穿通，strip就是在目的节点将业务剥离。对于组播和广播业务，RPR还有1种copy操作，就是将业务copy到本地。广播帧在环上传输时，环上只传送1个拷贝并采用源站点剥离，这样就避免了带宽的浪费和广播风暴问题。示意图见图4。3）对于后期还需要扩容的网络，RPR技术可有效减少维护工作量。RPR支持自动拓扑发现，通过拓扑发现可以检测到环中新增或删除的节点，使每个站点都能了解环的完整结构，各点距离自身的跳数，以及环上各个站点所具备的能力等。同时，RPR还具有检测光纤错联、重复MAC地址、保护不匹配等错误的能力，从而为环选择、公平算法、保护等单元提供决策依据，使网络更加智能化，降低运行维修的复杂度。S385设备的RSEB+ESFE板可以同时支持RPR环网+EOS功能，其中EOS功能包括透传和二层交换功能。3.2保护方案该工程组网时采用3个环网，环间双节点互联保护，环上采用四纤双向复用段保护，对于以太网业务还可提供RPR环保护，具有极高的安全性。在此组网方式下，能够满足环上任意节点失效都不会影响另一节点与全线各节点之间的业务通道通信，不影响其他系统的业务切换时间的要求。复用段保护倒换时间符合ITU-T相关规定，切换时间小于50ms。1）四纤双向复用段保护环[2]该方案采用四纤双向复用段倒换环保护方式，当工作环路光纤发生故障或断路时，可以自动判断并切换到备用环路光纤工作，同时向网管系统上报故障信息。自动切换可在50ms内完成，切换不影响用户的正常使用。四纤双向复用段倒换环有2根分别对应收发方向的业务光纤S1和S2，以及2根分别对应收发方向的保护光纤P1和P2，四纤双向复用段倒换环原理图见图5。如图5所示，正常情况下，从A节点进入环，以C节点为目的地的低速支路信号沿S1顺时针传输，而由C节点返回A节点的低速支路信号则沿S2逆时针传输，所以它是1个双向环，此时保护光纤P1和P2是空闲的。当B节专业知识分享版使命：加速中国职业化进程点与C节点间的光缆被切断时，利用APS协议，B和C节点中各有2个倒换开关执行环回功能，从而得以维持环的连续性。光纤S1和P1沟通，S2和P2沟通，沿S1传输的AC信号在B节点经倒换开关从P1返回，沿逆时针方向经过A和D节点到达C节点，并经倒换开关回到S1光纤落地分路，CA信号也类似。故障排除后，倒换开关返回原来位置。2）环间双节点互联保护在控制中心站点确定并被添加到网络中后，可以配置双节点互联保护，确保在控制中心、临时控制中心2个节点中任一节点的故障都不会引起跨环的丢失。3.3时钟同步方案时钟同步是关系到SDH网络传输质量和网络安全性的又一关键环节。通常，保证时钟同步系统的可靠性可从2个方面来考虑：1）通过外部基准时源的设置保证时钟源的可靠性，根据实际条件可采用多种方式，例如可设置多个时同步钟源，根据同步时源的设置划分多个同步区域，同步区域内的网元同步于该区域基准时源；而当区域内同步时源失效时，网元可利用设备同步倒换机制实现向相邻同步区域内同步时源的锁定，从而实现同步保护倒换，保障同步的安全性。2）确保网元设备选择并锁定质量最高的线路时钟，以便确保时钟同步性能和传输质量。在这一方面，通常是通过设备提供SSM功能，对S1字节的有效判别和处理来实现的。在这个技术环节，中兴通讯进行了专门的研发，提供了一套完善优化的专有S1字节同步倒换技术。根据目前ITU-T所定义的S1字节，仅能以基准时钟源的质量等级为判别准则，实现对线路上同步信号的选取、锁定及倒换。然而，除了同步时源的质量等级会影响线路时钟信号的质量和精度外，时钟提取链路的长度（线路时钟被提取级数）也在很大程度上影响着线路时钟的质量。时钟链路越长，线路时钟劣化越严重，质量和精度也就越差。同时，由于对外时钟失效和线路故障等特殊状态并无定义及软件算法的设置，故而在出现以上故障的状态下，极易出现诸如时钟成环等同步故障，导致严重影响网络设备正常运行。鉴于此，在ITU-T建议的基础上对S1字节的算法进行优化，引入相应控制判别软件，使设备能够根据基准时源质量和时钟链路长度综合判别线路时钟质量并自动实施线路时钟锁定和倒换，并从根本上防止时钟成环等故障的发生，最大程度地提高网络时钟同步的安全性和灵活性，使网络中的任何一个网元在任何时刻都能工作在最佳的时钟同步状态。传输产品申请专利的S1算法优于ITU-T标准S1算法，弥补了ITU-T的部分缺陷，主要有：①防止标准S1不能解决的多内时钟问题的发生；②防止标准S1不能解决的定时环的发生；③优化同步网。专有S1算法在网管上是可选的，可以根据用户需要，使用专有S1算法，或使用ITU－T标准S1算法。系统采用主从同步方式，该工程所需网络同步信号从小营TCC（暂定）的BITS设备引接，即主用时钟源，通过与本工程小营TCC传输节点设备接口，向本线传输设备提供标准同步定时基准信号，再分别从该站点向其他站点传输时钟信号。备用时钟源为设备内部时钟。正常情况下传输系统取主用时钟源，在主用时钟源不能正常工作时，自动倒向备用时钟源。根据北京市轨道交通亦庄线传输网络同步的要求，对同步网中的SSM字节传递情况做出以下详细说明：1）网络同步设计及正常情况下第一时钟源利用现有TCC的BITS时钟源，第二时钟源采用设备内部时钟。2）当主用时钟失效后，各网元根据线路上的时钟信号质量等级，即SSM的信息，自动寻找当前最高质量等级的时钟信号，如果利用兼容ITU建专业知识分享版使命：加速中国职业化进程议的S1算法，还可以自动寻找到当前最高质量等级时钟源的最短路径，从而使网元同步于质量等级最高且时钟信号质量最好的方向。3）当光缆失效时，若该段是站点的主用时钟方向，该站点发生时钟倒换，若是备用方向，则不发生倒换。4结语由ZXMPS385等设备组建的亦庄线传输系统是一个能承载语音、数据和图像的多业务平台，该平台具备提供高速、大容量、多业务信息传送的能力，且其采用的RPR与MSTP相结合技术是目前传输技术的发展趋势，能够满足北京地铁亦庄线对传输平台的要求。