地铁通信民用传输系统浅析

中国科技信息２Ｏ１　３年第２２期ＣＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ｎｏｖ．２０１３　信息科技　地铁通信民用传输系统浅析　胡泽新　中铁建电气化局集团南方工程有限公司，湖北武汉４３００７９　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｍｅｔｒｏ　ｃｉｖｉｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｈｕ　Ｚｅｘｉｎ　Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｅｌｅｃｌ；ｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｂｕｒｅａｕ　Ｇｒｏｕｐ　Ｓｏｕｔｈ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｈｕｂｅｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｗｕｈａｎ　ｃｉｔｙ，　胡泽新　工程师。　摘要　传输系统是一个基于光纤传输的宽带综合业务数字网络，为传送语音、数据　和图像等各种信息提供传输通道。传输系统具有集中维护管理功能，采用简　明、直观的维护管理界面和系统安全机制，监视每个传输节点主要模块和用　户接口的工作状态，并提供声、光报警以及告警信息的打印功能。为了更好　的建设民用通信系统，需要更详细了解其基本原理及功能。　关键词　通信系统；民用传输系统　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｉｆｂｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｖｏｉｃｅ，ｄａｔａ　ａｎｄ　ｉｍａｇｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓ￣ｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，　ｔｈｅ　ｂｒｉｅｆ，ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ，ｍｏｎｉｔｏｒ　ｅａｃｈ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｎｏｄｅ　ｍａｉｎ　ｍｏｄｕｌｅ　ａｎｄ　ｕｓｅｒ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｗｏｒｋ　ｓｔａｔｕｓ，ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｓｏｕｎｄ，ｌｉｇｈｔ　ｌａｒｍ　ａｎｄ　ａａｌａｒｍ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ　ｔｈｅ　ｃｉｖｉｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂｅｔｔｅＬ　ｒｅｑｕｉｒｅ　ａ　ｍｏｒｅ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｃｉｖｉｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１３．２２．０３０　１概述　开通地铁民用通信系统是电信运营商通信网络覆盖在　地铁范围内的延展，是地铁信息化的一个体现，也是地铁　人文化的一个体现。　地铁民用移动通信系统是区别于地铁专用通信系统的　套独立通信系统，由分布系统、传输系统、电源系统和　集中监测告警系统组成。　’　一（２）民用通信系统主要是将移动运营商的手机信号　引入地下区域内，为乘客提供更优质的公众移动通信服　务，同时为部分增值服务提供条件，使城市轨道交通符合　现代化的生活节奏，提高城市轨道交通和移动运营商的服　务水平。民用通信系统包括：传输系统、无线系统、电源　及接地系统等子系统。　（３）公安通信系统是将地面公安通信系统网引入城　市轨道交通，为保证市民的出行安全，保障城市轨道交通　列车的安全出行，快速、准确、高效地执行城市轨道交通　安全保卫任务提供通信保障。公安通信系统包括：传输系　２通信系统构成　根据面向对象和功能的不同，城市轨道交通通信可分　为以下四大系统：专用通信系统、民用通信系统、公安通　信系统、政务通信系统（北京市特有，其他城市无）。　（１）专用通信系统是城市轨道交通行车指挥和工作　人员传递各种信息的设施之一。它是运营指挥、企业管　统、计算机网络系统、公安无线系统、公安视频监控系　统、电源及接地系统等子系统。　（４）政务通信系统是地面政务通信网络的地下延　理、服务乘客的网络平台。是城市轨道交通正常运转的神　经系统。专用通信系统包括：传输系统、无线系统、专用　电话系统、公务电话系统、闭路电视监视系统、广播系　伸，是北京市政务通信系统的有机组成部分，为北京市政　务网提供良好的服务。政务通信系统与公安无线系统共用　覆盖网络。　统、时钟系统、电源及接地系统、网络管理系统等子系　统。　各通信子系统主要设备集中位于通信机房中，分别设　置在控制中心、车站、区间变电所、车辆段／停车场等位　９５～　一信息科技　置。图１是某车辆段通信机房的现场实例图。　中国科技信息２。１３年第２２期．ＣＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ｎ０ｖ．２ｏ１３　系统采用模块化设计，不仅满足各种任务的性能要　求，而且可使系统得以逐步扩展。　（２）部件的可互换性和标准化　系统内所有的相同零部件均具有可互换性。所有系统　项目的可互换性遵照商业惯例。所有批量生产的设备、零　部件和元器件均是标准产品。　系统内相同功能的元件在电气上和机械上都是可互换　的，且在有美观要求时，其外观也一致。　（３）维护和故障管理　系统具备独立的网管设备，实时地、详细地反应传输　系统内部板卡和接１：１的状态和故障信息，向中心维护管理　人员报告。网管设备能实时地显示和记录本系统的故障发　生的起止时间、内容和地点，且伴有声光报警。　系统中包括对该系统故障和非正常条件进行识别、响　应的硬件和软件，减少故障对系统运行的影响。系统对故　障和非正常条件的响应可包括如下策略：自动或人工改变　系统配置、系统操作方式的调整和恢复运行。　系统故障检测、报告和响应设计使故障时对系统运行　效率的影响减至最小。　系统运行恢复包括排除故障部件的所有动作，使系统　恢复正常运行。　（４）设备设计准则　所有设备材料的质量符合国际国内相关标准。所有的　材料、紧固件、工具等都采用公制标定，所有的尺寸采用　国际单位制表示。　图１车辆段通信机房现场实例　‘　３传输系统　．　传输系统是一个基于光纤传输的宽带综合业务数字网　络，为传送语音、数据和图像等各种信息提供传输通道。　传输系统具有集中维护管理功能，采用简明、直观的　维护管理界面和系统安全机制，监视每个传输节点主要模　块和用户接口的工作状态，并提供声、光报警以及告警信　息的打印功能。　３．１传输系统通用技术要求　所有设备的设计和制造均符合ＩＳＯ￣ＮＩＥＣ标准。相同规　格的设备和部件具有互换性，其中包括接口板。　供货商提供的设备是可靠的，并连续２４ｈ不间断地运　行。系统设备体积小、重量轻，便于安装、操作和维护，　并且耗能少、防尘、防锈、防震、防潮。　传输系统从设备级、网络级和业务级三个层面进行了　全方位的可靠性设计和考虑。设备级采用具有高可靠性指　标的光传输产品，且对主控、交叉、时钟、电源等重要板　卡进行了主备冗余配置，并支持热插拔，确保设备连续　２４ｈ不间断地运行　设备相关电缆、配线材质及敷设方式　满足消防规范的要求，并能防鼠害和防杂散电流腐蚀。　传输系统具备独立的网管设备，能实时地、详细地反　产品外部金属装饰带修边，无毛刺，表面光滑。设备　的金属构件表面除了加工装配面和电镀表面以外，都进行　防锈和喷涂处理。在装配前，对封闭结构的内表面也进行　喷涂或防锈处理，处理质量符合ＳＣＣ标准。　（５）一致性　一应本系统内部各板卡和接口的状态信息，同时也能向网络　管理系统开房接口，上传故障管理信息。　供货商提供的传输系统设备既能满足当前工程要求，　又能满足扩展要求。系统扩展时不影响已有设备的运行，　硬件增加较少，软件基本不变，且与其他系统之间的接口　尽量简单。　３．２产品要求　在整个系统中，设备的形式和外观协调一致，采用统　风格的标志、字母和符号。　４．１组网方案　４民用传输系统　民用传输系统采用ＭＳＴＰ的传输技术体制来构建光传　输系统。环网的传输速率为２．５Ｇｂ／ｓ，采用四纤复用段保　护式组网。　（１）系统设备　光传输系统的网络同步采用　主从同步方式。主时钟为集中设　置的同步设备（ＧＰＳ＋ＢＩＴＳ），　备用时钟采用设备内部时钟。任　网络单元的同步定时单元具有　一跟踪基准时钟的功能。　以北京城市轨道交通某运营　线路为例，民用传输系统的组网　方案如图２所示。　４．２系统功能及系统保护　４．２．１ＭＳＴＰ多业务传送功能　（１）功能支持以太网透传　功能　图２民用传输系统的组网方案实例　ＭＳＴＰ支持以太网业务传统　中国科技信息２０１　３年第２２期ｃＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＮＯＶ．２０１３　信息科技　功能，即以太网接口的数据帧不经过二层交换，直接进行　保护考虑和设计。　协议封装和速率适配后，映射￣ＩＪＳＤＨ的虚容器ＶＣ中，然　后通过ＳＤＨ节点进行传输，功能如图３所示。　①设备级保护：对系统设备关键单元冗余设备备份的　设备级保护。　②网络级保护：采用重要业务走单独虚容器，其他实　时性要求较低的业务从共享通道传送的方式。　③对以太网数据业务和视频业务在传送通道上的保护　方式主要是利用ＳＤＨ环网保护，大大提高了业务保护的可　靠性。　④支持支路板的ＴＰＳ保护，从业务级层面保证了业务　以太　ＰＰＰ／　奴　翩　再生　网接　．Ｈ．　ＬＡＰ８　ｖｃ映　。　黻　ｏ　段开　．Ｉ－◆　段开　ＳＴＭＮ　口　／ＧＦＰ　射　（ｖｃ　销处　接口　Ｎ）　理　理　图３以太网透传功能基本模型图　的安全稳定可靠运行。　ＭＳＴＰ设备以太网传统功能满足以下要求：　４．３系统网络管理功能　①传输链路带宽可配置。　系统设置一套集中网管系统，分别管理全线传输系统　②保证以太网业务的透明性，包括以太网ＭＡＣ　所有的ＭＳＴＰ光传输设备和时钟同步设备。　帧、ＶＬＡＮ标记的透明传送。　（１）传输网管功能　③以太网单板提供ＧＦＰ／ＬＡＰＳ／ＰＰＰ三种封装协议，　①传输网管功能包括自身管理、故障管理、性能管　通过网管进行设置就可选择所需要的封装协议。为了保证　理、配置管理、安全管理等管理功能。网管系统具有自身　互联互通的顺利，原则上采用ＧＦＰ协议封装以太网帧。　的管理功能，能进行以下操作：系统启动与关闭，系统备　④数据帧采用ＭＬ－ＰＰＰ封装或采用ＶＣ通道的连续级　份、数据库和运行情况记录、打印，并具备在线帮助功　联、虚级联映射来保证数据帧在传输过程中的完整性。　能，以帮助操作人员对各功能和命令正常操作。网管系统　（２）支持以太网环网功能　在以下情况对正常的业务电路不产生任何影响：投入服务　ＭＳＴＰ的以太网环网功能是指在ＳＤＨ环中分配指定的　和退出服务、发生故障、网元中系统控制卡的插入和拔出　环路带宽来传送以太网业务，要求如下：　等。　①以太网环路的传输链带宽可配置。　②故障管理（告警）功能。网管系统将告警分为设备　②以太网环路带宽具有统计复用功能。　告警、业务质量告警、通信告警、环境告警、处理差错告　③以太网环路中各节点端口带宽可动态分配。　警五类，并分为紧急告警、严重告警、一般告警和提示告　④以太网环路具有保护倒换功能。　警四个等级。网管系统对警告采取以下管理措施：　（３）支持多方向汇聚功能　ａ．告警监视。实时监视网元各种告警和工作状态，所　ＭＳＴＰ支持以太网业务时，具有支持以太网业务的多　有的告警都有时间标记。　方向汇聚的功能，最大支持１：４８的汇聚比。　ｂ．告警指示。当产生／存在告警时，有相应的可闻、　（４）支持传统的ＴＤＭ业务。　可视的指示。　ＴＤＭ（时分复用）是指一种通过不同信道或时隙中　Ｃ．告警报告收集。告警是由网元产生并上报给网管系　的交叉脉冲，同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数　统的。网管系统可以实时收集网元发出的告警信息，并自　据、语音和视频信号等的技术。本线ＭＳＴＰ设备在备用（临　动更新当前告警列表。　时）控制中心、控制中心设置ＰＣＭ接入设备。　ｄ．告警屏蔽。网管系统能根据操作员设定的告警屏蔽　４．２．２系统保护　条件屏蔽所有符合条件的告警。　系统保护分为三个层次：设备级保护、网络级保护和　ｅ．告警严重等级分配。网管系统支持对指定的告警原　业务级保护。　因，重新分配严重等级。　（１）设备级保护　ｆ．告警相关性分析与定位。网管系统可根据网络配置　系统各站点的光传输设对重要板件（如主控板、交叉　信息以及接收的告警信息频度和种类，对告警信息的关联　时钟板、电源板等）都进行了ｌ＋１热备份配置，从设备级　进行综合分析，在多个告警中确定故障根源。通过分析，　的层面保证了系统的安全稳定可靠运行。先进的芯片技术　网管系统能以图形显示方式故障定位在机架、子架、单元　保证了产品有最高的集成度，系统支持交叉和时钟合一　盘，或者以文本显示的方式将故障定位至局站、子架、单　板。　元盘，并给出可能的故障原因。　（２）网络级保护　根据告警分析和定位结果，网管系统可以在网络拓扑　采用四纤双向复用段保护环的工作方式，环网传输　图中以不同形式（如链路变色、网元闪烁、声音提示等）　速率均为２．５Ｇｂ／ｓ。当网络线路发生中断或接口发生故障　显示告警发生的位置及告警信息，并提示操作人员对告警　时，复用段保护对各自的业务进行保护，主要保护Ｅ１级　进行确认。网管系统针对不同严重级别的告警，以不同的　ＥＰＬ业务。具体保护工作方式和专用传输系统ＳＤＨ环网的　颜色进行显示：红色表示紧急告警，橙色表示严重告警，　复用段自愈保护工作方式相同。　黄色表示一般告警。对于已确认的告警和未确认的告警，　（３）业务级保护　有相应的标志（如颜色变化）加以区分。　系统对以太网数据和视频等宽带业务进行了最完备的　按照操作人员设定的查询条件（如告警类别、告警原　一９７　信息科技　中国科技信息２０１３年第２２期‘ＣＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ｎｏｖ．２０１３　Ｃ．单板参数。设定当前局各个单板的运行参数。　．　因、告警等级、告警时间等），网管系统提供告警的查询　和统计功能。　ｇ．告警确认。网管系统提供告警确认功能。网管系统　支持操作用户对所有从网元接收到，尚未确认的告警进行　确认，未经确认的告警保持对用户的提示，直到用户进行　确认或告警已经被清除。　ｈ．告警存储。网管系统能存储网元的告警，可查询。　ｉ．告警同步。把网管系统显示的告警与网元实际的告　警状态进行核准，有人工和自动两种校正模式。　Ｊ．告警报告的生成和输出。告警报告能写入文件，并　能以ＡＳＣＩＩ码文件的格式输出到外部设备。　③性能管理功能。网管系统能以固定的时间间隔收集　系统性能参数，进行以下管理操作：　ａ．可提供用于查询指定测量任务的所有属性，如测量　时段、测量周期、测量对象及测量属性、状态（正在运　行，已经结束、暂停、尚未开始）和测量数据。　ｄ．输入源工作参数。设定当前局各种参考源的优先级　别、源可用性、源的状态和源可用性判断依据等。　ｅ．输出信号。设定当前局所有输出板的输出信号类型　等。　ｆ．版本信号。查询当前终端软件版本号等。　ｇ．数据加载。加载各种系统配置数据。　ｈ．用户权限设置，设定每个维护人员的用户名称、用　户权限和密码。　②监视控制　ａ．单板监控。监视设备每一单板的实时运行状态，对　每块单板的各种运行状态进行查询、设定和控制。　ｂ．声光告警。对设备的各种运行异常实现声光报警，　查询当前告警状态，并可对设备运行告警历史事件记录和　观察。　Ｃ．时钟板工作监控。对设备的核心部件时钟板的运行　状态进行实时监测，对其运行状态进行控制。　ｂ．可提供性能分析工具软件，整理并输出性能检测报　表，进行统计和分析。　Ｃ．可以直观的形式（如折线图或直方图等），显示性　能监测参数的统计结果。　ｄ．输入参考源板监控。对设备的所有参考源的可用性　能进行优先排序，并对设备运行状态进行实时监测，协助　维护操作人员对设备的参考源进行全面的管理。　ｅ．输出信号监视。对设备的所有时钟信号输出的状态　进行检测与控制。　ｄ．可将统计结果打印输出。　ｅ．网管系统存储设备可提供性能测量数据的保存功　能，允许操作人员设置性能数据的条数和尺寸大小，对超　过上限的性能数据，在提示操作人员进行归档后删除，也　可将性能测量数据转储到大容量存储介质，供操作人员进　行脱机分析。　．　５系统接口　传输系统在各车站需要电源系统提供２２０Ｖ交流电一　路。接口参数如下：　接口类型：２２０Ｖ交流电。　线缆：Ｒ　Ｙ　Ｙ　３　Ｘ　１．０　ｍ　ｍ　２黑色；接地电　缆：ＢＹ１Ｘ１０ｍｍ　，黄绿色。　接口数量：各车站分别一根。　④配置管理功能。操作人员在对网络和网元设备进行　任何配置时，网管系统可提供以下维护和管理功能：　ａ．配置数据日志。其包括记录所改变配置内容、时　间、用户名称等。　ｂ．配置数据合法性检查。当网管系统改变网络和设备　配置时，系统将检查被管理网元是否能提供此类配置，与　其他配置是否冲突，是否有足够权限等。如有差错，将及　时向操作人员报告，并生产日志。　接口界面：电源接口界面在通信机房电源设备输出　端，接地接口界面在通信机房地线盘。　６结束语　为缓解与城市发展相伴出现的地面交通压力，我国轨道　交通发展已经开始进入蓬勃发展的黄金时期。乘客对乘坐　地铁时享受移动通信服务的要求在不断的提升。地铁民用　通信分布系统主要为满足这一需要而建立。其主要功能是　在地铁线路的地下空间内实现民用移动通信网络的覆盖，　让乘客享受与地面一样的移动通信服务。为了更好的建设　民用通信系统，需要更详细的了解其基本原理及功能。　Ｃ．配置数据一致性检查。’检查网管系统中保存的配置　数据是否与网元中的实际数据一致。　ｄ．网络和设备配置信息的浏览、查询和打印功能。　⑤安全管理功能。其主要包括以下内容：　ａ．操作权限划分。能按系统功能和管理范围细分操作　权限。　ｂ．用户管理。用户管理包括用户信息的创建、修改于　删除，用户密码分配，用户授权，用户登录鉴权和用户操　作鉴权。　参考文献　［１】李家驹．我国的地铁移动通信应如何发展．通信市　场，２００１．６：４５－４７．　Ｃ．Ｅｌ志管理。日志管理可提供日志管理功能，用于记　录、显示查询操作人员的登录信息和操作信息。　（２）ＢＩＴＳ网管功能　［２］曹俊文．地铁通信系统现状思考及其发展趋势探索．轨道交　通，２０１　０．４：４７．　［３】苏华鸿，孙孺石，薛锋章．蜂窝移动通信射频工程．人民邮　电出版社，２００７：２７－－２８．　①数据管理。网管数据管理的内容如下：　ａ．局位数据。确定当前局位置，实现局位的增加、删　除、修改操作。　【４］陆健贤，叶银法，卢斌等．移动通信分布系统原理与工程设　计．机械工业出版社，２００８：９０－－１　１　８．　ｂ．系统工作参数。对整机的系统工作方式等运行参　［５】谢卫浩，徐明．公众移动通信系统地铁覆盖实现方式探讨广　东通信技术．第２４卷第５期，２００４．５：２５－２７．　数、系统时间等进行设定和管理。　９８一