MSTP以太网业务在轨道交通通信系统中的应用

摘 要:介绍了mstp承载以太网业务在轨道交通通信系统领域的业务类型EPL和EPLAN的原理和技术特点,并结合轨道交通通信系统的实际应用情况,以视频监视(CCTV)和乘客信息系统(PIS)为应用实例,详细分析了EPL和EPLAN两种业务类型的组网方式、业务实现方式和应用情况。该分析对城市轨道交通传输系统的传输通道分配具有一定的参考和借鉴意义。

关键词:轨道交通 通信 传输系统 以太网

中图分类号: TP39文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 02-066-02

1引言

传输系统在轨道交通中提供信息传送服务,是最重要的通信子系统。目前以SDH为基础的MSTP在轨道交通领域被广泛应用。SDH是因应TDM业务的需求为产生,而以SDH为基础的MSTP是随着数据业务的增加由SDH改进而来。以太网在承载数据业务时效率最高,具有标准化、互通性、经济性和易用性等优点,MSTP通过通用成帧规程(GFP,Generic Framing Procedure)、虚级联(VC,Virtual Concatenation)、链路容量调整(LACS,Link Capacity Adjustment Scheme)等关键技术实现了以太业务的承载。轨道交通领域各子系统如乘客信息系统、视频监视系统、信息网络系统、自动售检票系统等均已数据业务为主,因此在传输系统中实现以太网业务的有效承载对轨道交通通信系统功能的发挥具有重要意义。本文详细分析了MSTP承载以太网业务在轨道交通通信系统中的组网方式和应用。

2MSTP中以太网业务的类型

MSTP中承载的以太网业务可以分为4种类型:以太网专线(EPL)业务、以太网虚拟专线(EVPL)业务、以太网专用局域网(EPLAN)业务和以太网虚拟专用局域网(EVPLAN)业务。以上组网方式可以分为专线组网和二层交换组网方式,专线组网方式包括EPL和EVPL,二层交换组网方式包括EPLAN和EVPLAN。由于轨道交通通信系统对安全及可靠性的要求,各子系统的传输通道采用相互独立、隔离的方式,即不同子系统不共享同一通道,因此EVPL和EVPLAN两种带宽共享的方式在轨道交通通信系统中很少被采用。

2.1EPL业务

EPL业务称为以太网透传业务,该业务具有两个业务接入点,实现对用户以太网MAC帧进行点对点的透明传输。每个EPL用户的业务有专用的SDH通道承载,不同用户不需要共享传输通道。因此该业务具有带宽独享、业务隔离、传输延时小等特点。

2.2 EPLAN业务

EPLAN属于多点到多点的以太网业务,不同用户不需要共享链路带宽,因此具有严格的带宽保障和用户隔离,不需要采用其他的QoS机制和安全机制。由于具有多个节点,因此需要基于MAC地址进行数据转发,需要MAC地址学习和L2交换的能力。

3 轨道交通通信系统MSTP以太网组网方式及应用

3.1 EPL组网方式

控制中心CCTV、PIS中心设备与车站设备通过MSTP设备连接,CCTV带宽需求为20Mbit/s,PIS带宽需求为10Mbit/s。两系统的业务需完全隔离。

图1 EPL组网方式

控制中心CCTV、PIS的以太网交换机分别通过100Mbit/s电接口连接到MSTP NE1设备的以太网盘的100Mbit/s电接口MAC1和MAC2端口上。车站CCTV、PIS的以太网交换机也分别通过100Mbit/s电接口连接到MSTP NE2设备的以太网盘的100Mbit/s电接口MAC1和MAC2端口上。在MSTP设备NE1和NE2之间的线路上,CCTV的数据通过一条VC TRUNK1通道传送,PIS的数据通过另一条VC TRUNK2通道传送。其中VC TRUNK1绑定10个VC-12,VC TRUNK2绑定5个VC-12。其他车站与控制中心的连接与此相同。这样两系统的数据就可以在控制中心和各车站间透明传送。

CCTV和PIS独享各自分配的带宽,因此两业务完全隔离,可靠性强,安全性高。但EPL存在传输系统带宽利用率低、带宽分配不灵活的缺点。

3.2EPLAN组网方式

控制中心CCTV中心设备需要访问车站1及车站2的CCTV车站设备。局域网之间共享300Mbit/s。

控制中心、车站1和车站2CCTV局域网设备采用局域网交换机,并且支持VLAN功能,它们通过100Mbit/s以太网电口分别与MSTP NE1、NE2和NE3设备上的以太网盘的100Mbit/s电口MAC1连接。以太网盘支持虚拟网桥(VB)功能,可以实现以太网数据的二层交换。在MSTP NE1、NE2和NE3设备之间建立相应的VC TRUNK,VC TRUNK绑定2个VC-4。为了实现3个局域网的互通,将3个局域网的VLAN ID都划到同一虚拟局域网中(VLAN ID=100)。MSTP NE1、NE2和NE3设备网元可以建立一个或多个VB,每个VB可以建立一张MAC地址与VC TRUNK对应的表,此表通过系统自学能力定期进行更新。

图2EPLAN组网方式

为避免广播风暴,以太网业务可不设置成环,则NE1至NE3之间的业务需经过NE2,如图2所示。例如控制中心CCTV工作终端要访问车站2摄像机,则NE1接收数据后,根据VB的MAC地址表选择VC TRUNK,传送到车站1,车站1VB根据其MAC地址表选择VC TRUNK,将数据传送至车站2。

如果以太网EPLAN设置成环,则在网络中必须启动生成树协议(STP/RSTP),以避免广播风暴的出现。

EPLAN实现以太网业务的多点动态共享,符合数据业务的动态特性,节省带宽资源,因而在轨道交通通信系统中被广泛采用。

3.3MSTP以太网业务的保护

EPL点对点透传本身并无保护功能,它的保护必须依赖SDH保护倒换环的方式来实现。而对于组成环网的EPLAN在采用以太网二层交换处理后,对以太网业务的保护要采用以太网生成树(STP)或快速以太网生成树协议(RSTP)来实现保护功能。

4结论

MSTP所提供的以太网组网方式和应用能很好地满足现有轨道交通领域通信系统的需求,但随着速率、安全性及可靠性等要求的提高,MSTP以太网业务,尤其是以太环网,在应用中会暴露出一些问题:采用逐跳方式进行MAC地址交换,随着节点的增加,查询效率将会降低;以太环上节点间带宽分配存在不公平性;生成树协议保护倒换收敛时间过长等。以上问题较好的解决方案是弹性分组环技术(RPR)。MSTP将RPR引入其中能很好地解决目前以太环网存在的不足,因此内嵌RPR的MSTP将会是未来传输系统的一种优先选择方案。

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