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MSTP技術(shù)在軌道交通中的應用

   2006-09-19 中國路橋網(wǎng) 佚名 7170
MSTP技術(shù)在軌道交通中的應用 隨著中國的電信業(yè)務大規(guī)模普及,出現(xiàn)了越來越多的傳輸專網(wǎng)建設,其中包括有軌道交通、公安、電力等諸多行業(yè)。大多數(shù)專網(wǎng)建設是基于城域范圍的,最明顯的特征是數(shù)據(jù)類型業(yè)務帶寬需求遠遠高于語音業(yè)務。為了滿足新一代的城域網(wǎng)綜合業(yè)務的要求,目前主流的解決方案是多業(yè)務傳送平臺MSTP的應用。地鐵業(yè)務需求分析 作為軌道交通的傳輸網(wǎng)絡,必須是一個實時、透明、無阻塞、高可靠性、先進完善的系統(tǒng)。軌道交通通信網(wǎng)絡中的傳輸子系統(tǒng)建設屬于城域光傳輸網(wǎng)范疇,所以其網(wǎng)絡框架構(gòu)筑的設計還是從網(wǎng)絡的層次結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)這兩方面來加以考慮,在具體細節(jié)上需要考慮業(yè)務顆粒和流量狀況。從具體業(yè)務需求來看。上海地鐵對于傳輸子系統(tǒng)的要求,主要應用是集中于控制中心與各車站(包括停車場)之間、公安調(diào)度中心之間各種信息的傳遞,包括數(shù)字視頻、電話語音信息、音頻信息、低速數(shù)據(jù)信息及高速數(shù)據(jù)信息等各種信息傳輸。由于不同的數(shù)據(jù)流實際用于監(jiān)控、報警、通告發(fā)表,切實保障著地鐵線路的整體安全,因此要求每條數(shù)據(jù)流在通道上獨立而且可靠。就業(yè)務本質(zhì)而言,主要分兩大類:傳統(tǒng)的TDM業(yè)務和IP數(shù)據(jù)業(yè)務。其中,TDM業(yè)務可細分兩類,傳統(tǒng)的語音業(yè)務和低速TDM業(yè)務。數(shù)據(jù)業(yè)務流有不同的三類:第一類是各站點統(tǒng)一面向控制調(diào)度中心的IP業(yè)務,如監(jiān)控圖像傳遞;第二類是所有站與站之間的數(shù)據(jù)業(yè)務互動,如辦公自動化;最后一類是某些站與站之間的某些特定的點對點直達業(yè)務。對于具體帶寬需求,數(shù)據(jù)業(yè)務總量倍于甚至三倍于TDM業(yè)務。從業(yè)務層次來看,單條軌道交通線路是單層的(在多條軌道交通線路的綜合設計中,可能出現(xiàn)業(yè)務分層的結(jié)構(gòu)),即除了控制中心站點,所有各站點的地位對等。線路載體,是每個車站上、下行區(qū)間兩側(cè)各自敷設的多芯單模光纜。因此單條軌道交通線路可組建的光傳送平臺,在網(wǎng)絡的物理拓撲上是鏈狀的,但邏輯拓撲上仍是有條件成環(huán)。MSTP光傳送平臺技術(shù)簡介 MSTP(multi-servicetransportplatform)技術(shù),是指在SDH平臺上集成了以太網(wǎng)在內(nèi)的多種數(shù)據(jù)業(yè)務的接入、處理和傳送能力,其中的功能模型如圖1所示。 很明顯,MSTP完整地將傳輸網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)融合在一起。數(shù)據(jù)接口、封裝和映射技術(shù)、內(nèi)部交換處理功能部分成為其正確實現(xiàn)和應用的關(guān)鍵。MSTP光傳送平臺構(gòu)筑分析 針對上海市的軌道交通線路的傳輸系統(tǒng)應用要求,采用了朗訊科技的Metropolis全系列MSTP產(chǎn)品。該系列是目前朗訊科技的城域網(wǎng)產(chǎn)品,不同平臺提供了從STM-1到STM-64的光傳送速率,從2M、34/45M到155M的電口接入,以及豐富的數(shù)據(jù)接口應用,包括10/100M自協(xié)商接口、SFP的GE光口、X.21、SHDSL一直到ATM。因此,不僅可解決傳統(tǒng)的TDM業(yè)務傳送,而且通過不同的設計可以實現(xiàn)不同類型應用的數(shù)據(jù)業(yè)務的安全可靠的傳送。TDM業(yè)務設計 TDM業(yè)務在SDH平臺上的設計及保護機制已經(jīng)是眾所周知的,MSTP平臺從傳統(tǒng)業(yè)務這個層面上來看,是無異于傳統(tǒng)SDH設備的。地鐵的TDM業(yè)務較少,也不存在舊網(wǎng)的統(tǒng)一工作。如何構(gòu)建物理網(wǎng)絡,從語音業(yè)務為主的TDM業(yè)務角度出發(fā),還是要求組環(huán)。在網(wǎng)絡資源利用率方面,MS-SPRing優(yōu)于SNCP,地鐵線路的傳輸系統(tǒng)其實也不例外。組環(huán)的機制,還有很大部分還是取決于節(jié)點數(shù)量,小于16個節(jié)點建議采用MS-SPRing; 大于16個節(jié)點的網(wǎng)絡,如果要求是單環(huán)結(jié)構(gòu)就只能組SNCP環(huán),如果沒有限制則可以組建兩個甚至三個MS-SPRing環(huán)。相鄰車站的實際距離大概在短短幾公里左右,線路光接口一般采用L16.1,也就足以滿足線路衰耗要求。而單層的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),使得無論是節(jié)點間采用隔站跳接的方式,或在首尾相連,差別都不是很大。唯一要注意的是控制中心的位置,因為大多數(shù)TDM業(yè)務是開向中心站點的。數(shù)據(jù)業(yè)務設計 MSTP平臺在具體應用上,最困難的部分是會涉及到較多的類似數(shù)據(jù)網(wǎng)絡設計的細節(jié)考慮。因此在規(guī)劃階段,首先需要根據(jù)具體業(yè)務應用進行精心地分析。就MSTP技術(shù)的本質(zhì)而言,它是建立在SDH機制上的數(shù)據(jù)功能集成,其業(yè)務應用自然會帶有一定限制。以主流的IP數(shù)據(jù)業(yè)務為例,MSTP產(chǎn)品不考慮三層路由功能,它對業(yè)務是直接透明傳遞的。這就明確了目前MSTP網(wǎng)絡的定位,它并非要替代現(xiàn)有的純數(shù)據(jù)網(wǎng),而且它也沒有能力去替代現(xiàn)有的純數(shù)據(jù)網(wǎng)。由于改變了傳統(tǒng)的LAN/WAN之類的設計理念,所以與之相連的周邊數(shù)據(jù)設備設計也需要加倍小心。例如,需要考慮對于不同地域數(shù)據(jù)如何互動,是否要進行網(wǎng)段劃分等等。點對點數(shù)據(jù)業(yè)務設計 上海地鐵的三類業(yè)務要求中,以點對點的數(shù)據(jù)流最為簡單,只要考慮映射機制、帶寬配置和途經(jīng)路由三個方面即可。在源和宿映射后的數(shù)據(jù)業(yè)務流,就等效于傳統(tǒng)點對點TDM電路,因此也只能采用SDH的保護機制。由于SDH保護是最為成熟可靠的,所以可以確保該業(yè)務的實時性和安全性。面向控制中心的數(shù)據(jù)業(yè)務設計 對于各站點面向控制調(diào)度中心的數(shù)據(jù)業(yè)務設計就比較復雜。在所有的上海地鐵軌道交通傳輸項目的數(shù)據(jù)應用中,以每路視頻編碼高達6M的MEPG2的數(shù)字視頻IP碼流對帶寬需求量最大,就以其為基礎對MSTP具體設計做一簡單介紹。 首先要做的是數(shù)據(jù)流情況的分析。上海地鐵的每個車站都會有6到8個視頻編碼器,通過矩陣切換對安裝在不同地點的攝影機所得的信息進行編碼。而其所有視頻解碼器統(tǒng)一設置在控制中心,并且安放了對各個站點視頻設備的網(wǎng)管和操作控制平臺。因此,在邏輯上這是個最典型的星狀網(wǎng)。假定有10個需要監(jiān)控的節(jié)點,每個節(jié)點有8個攝像頭,那么理論上每個節(jié)點上傳的信息量就是48M。而總共80個攝像頭,上行的信息量就需要480M的帶寬來傳送。但實際上海地鐵的控制中心站點上,解碼器和相應監(jiān)視屏幕數(shù)量是有限的,具體在8~16個之間。所以,控制中心實際上是根據(jù)不同情況的需求,對各個車站的視頻編碼器進行點播。換而言之,瞬時最大的帶寬需求也就6M視頻數(shù)據(jù)乘以16路視頻流, 總共96M帶寬,而不是480M的數(shù)據(jù)流量。以十個車站的節(jié)點組成一個單環(huán)為例,如圖2所示。 從傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡考慮,要組建多點匯聚到一點的星狀網(wǎng),為了不出現(xiàn)阻塞還是得按可能出現(xiàn)的最大傳輸帶寬來設計。那么在地鐵網(wǎng)絡上的表征就是單節(jié)點需要48M,匯聚到控制中心總共有480M的帶寬需求。如果每個站點真的如此向控制中心開設多條點對點業(yè)務,帶寬資源就明顯大大地浪費了。因為在某些情況下,某個節(jié)點可能根本不傳送視頻數(shù)據(jù),但因為映射后的帶寬就是TDM電路,這些空閑的帶寬是無法被統(tǒng)計復用。所以,可以采用將所有站點串成一條共享帶寬的以太網(wǎng)的總線,那就只要考慮總共提供96M帶寬。在此類應用中,總線相對專線應用的帶寬節(jié)省優(yōu)勢就得以充分體現(xiàn)。 根據(jù)此特定的情況,采用可以承載IP業(yè)務的TransLAN以太網(wǎng)板卡的二層交換技術(shù),為上海地鐵構(gòu)筑一條跨地域的以太網(wǎng)總線。對于某個MSTP站點上的構(gòu)筑這條以太網(wǎng)總線的以太網(wǎng)板卡,細節(jié)如圖3所示。單板卡上八個LAN接口,直接連著進入的八路視頻流,統(tǒng)一映射到兩個WAN接口,分別開向兩個不同的線路方向。每個MSTP的地鐵車站都采用此方式,最后統(tǒng)一匯聚控制中心站落地,通過一個LAN接入到本地交換機,由交換機提供16路接口連接到16個解碼器。很明顯,這條數(shù)據(jù)流在整個網(wǎng)上形成一個以太環(huán)網(wǎng)。由于以太網(wǎng)成環(huán)會造成環(huán)回路由,導致網(wǎng)絡不穩(wěn)定,所以這里必須采用生成樹協(xié)議。 每塊以太網(wǎng)板卡的網(wǎng)橋ID都可被操作,即可以根據(jù)具體情況將優(yōu)先級的默認設置權(quán)重進行修改。那么整個互通的MSTP網(wǎng)絡會根據(jù)設定來進行判別,形成不同的生成樹結(jié)構(gòu)。一般,生成樹會在某處邏輯上自動斷開這類以太環(huán),實際上形成的結(jié)構(gòu)更類似于一條以太網(wǎng)總線。假定設置后,生成樹協(xié)議自動識別根橋位于監(jiān)控中心,那么圖像數(shù)據(jù)總線邏輯上的抽象如圖4所示意,即邏輯中斷點在中心(實際上可能因為算法問題會出現(xiàn)在不同位置)。當網(wǎng)絡出現(xiàn)中斷的故障時,生成樹協(xié)議會自動修復原來的邏輯斷點,形成一條新邏輯拓撲結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)總線。 當IP視頻數(shù)據(jù)流從以太網(wǎng)板卡LAN接口映射成邏輯WAN的數(shù)據(jù)進入到SDH的交叉矩陣時,已經(jīng)是封裝入所需帶寬的VC虛容器中,在整個MSTP網(wǎng)絡中形成個具有一定容量的巨大數(shù)據(jù)總線管道。根據(jù)視頻流的96M帶寬需求, 管道中的帶寬實際是映射到2個VC3上,最終形成了一條約為百兆的數(shù)據(jù)總線。 顯而易見,在MSTP體系中,以太網(wǎng)應用可以混雜了底層的SDH光或電保護機制和二層數(shù)據(jù)鏈路層面的保護機制。對于軌道交通線路,從SDH帶寬資源來看是比較適合復用段共享環(huán)。但如果出現(xiàn)超過16個節(jié)點的單環(huán),就只能采用通道保護環(huán),由于這種機制下分布式應用會大量占用帶寬,所以通常對此時的數(shù)據(jù)業(yè)務就不再附加SDH層面的保護。在復用段共享保護環(huán)情況下,對于數(shù)據(jù)業(yè)務實際是存在著SDH層面和數(shù)據(jù)鏈路層面的雙重保護。發(fā)生失效時候,保護機制時間的先后次序上,一般先進行SDH層面的保護,倒換時間在50ms內(nèi)。如果SDH層面的保護不成功或無法實施,則可以依賴數(shù)據(jù)層面的生成樹保護形式。在上海地鐵的兩條不同線路上,實際就采用了上述兩種不同的保障機制。共享型的數(shù)據(jù)業(yè)務設計 對于各站互動的IP數(shù)據(jù)業(yè)務流而言,如OA系統(tǒng),共享總線肯定是最為方便的手段。雖然業(yè)務類型甚至性質(zhì)與上述的視頻流完全不一致,但是從共線以太網(wǎng)平臺來說,需要考慮的因素其實是一樣的,所以也不需要多加闡述。 上海地鐵中有相當多種類的IP數(shù)據(jù)流,包括售檢票、通告信息、OA等等,有些業(yè)務實際上是配置在同一塊板卡上的。我們利用了虛擬交換機的技術(shù),將不同的應用數(shù)據(jù)流配置在同一塊板卡的不同以太網(wǎng)總線上,使得內(nèi)容各異性質(zhì)各異的業(yè)務可以協(xié)同運作而不發(fā)生任何業(yè)務間的串擾。同時,由此帶來的板卡數(shù)量的減少,也就意味著投資的節(jié)省。從工作原理上來說,最終是要將這些不同的業(yè)務映射到SDH凈負荷中不同的虛容器中,就是說在物理上就是相互獨立的電路。這相當于對不同業(yè)務開設了不同的電路專網(wǎng),而且是真正獨立的專網(wǎng)專用,其安全性比常規(guī)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡更有保障。 最后,在設計中需要重視的一點是,對于IP數(shù)據(jù)流來說,使用MSTP以太網(wǎng)板卡設計的網(wǎng)絡本質(zhì)還是一個二層的局域網(wǎng),具有帶寬競用的現(xiàn)象,因此需要充分考慮到帶寬的因素和QoS的機制具體應用。 Metropolis全系列MSTP產(chǎn)品提供了從STM-1到STM-64的傳送速率以及豐富的接口類型,可以覆蓋從接入到骨干不同層面的應用,并且針對不同的業(yè)務提供不同保護機制,確保傳輸子系統(tǒng)在整個通信網(wǎng)絡中的安全可靠地運行。同時朗訊科技的Navis(r)系列的網(wǎng)管平臺,以圖形化的界面提供故障管理、安全管理、性能管理、配置管理等全系列功能,實現(xiàn)了整網(wǎng)所有的MSTP系列的端到端的管理。
 
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