【关键词】概述;功能分析;传输技术;轨道交通
中图分类号: U45 文献标识码: A 文章编号:
引言
伴随着我国现代化经济与科技的不断发展与进步,我国的城市轨道交通在人们的出行中占据着重要作用。然而城市轨道交通通信系统是一个庞大的系统性工程,它直接为轨道的运营管理服务,是轨道交通的信息传递器和神经系统。作为城市轨道交通的一个综合性系统结构,主要由以下几个方面组成:传输系统、电话系统、视频系统、广播系统等。本论文主要对传输系统做深入剖析。轨道交通通信系统主要完成三个方面的任务:一是【确保】(必须保证)轨道交通指挥和调度有效进行;二是为广大旅客传输各种信息服务;三是维护设备和运营管理的服务。通过这三种任务和能力的完成,才能确保整个轨道交通通信系统的正常运转。
【通信系统包括专用通信系统、公安通信系统和民用通信系统三部分。】
1、通信传输系统概述
通信系统的传输子系统作为城市轨道交通通信网络的重要组成部分和信息传输载体,主要用于承载数据、语音、图像等运营管理信息。数据类信息主要包括通信系统各子系统的监控信息、时钟及网络同步信号、列车自动监控( ATS) 信息、门禁系统( ACS) 信息、自动售检票系统( AFC) 信息、计算机网络系统( EMIS) 信息、电力监控系统( SCADA) 信息、火灾报警系统( FAS)信息、环控信号( BAS) 信息、综合监控信息、乘客信息显示系统( PIDS) 信息等,语音类信息主要包括有线调度信息、无线调度信息、公务电话信息、站间行车电话信息、广播音频信息等,图像类信息主要包括视频监控信息、视频会议信息、乘客信息显示系统车载视频监视信息。
传输的运营管理信息包括语音、数据及图像三类,各类信息的内容如下:
语音信息:专用无线系统、公务电话、专用电话、站间电话、宽带广播;
数据信息:通信系统各子系统的监控信息、时钟及网络同步信号、列车控制(ATS)信息、综合监控系统(ISCS)信息(含机电设备监控(BAS)、电力监控系统( SCADA)信息)、火灾报警系统( FAS)信息、自动售检票(AFC)信息、门禁系统( ACS)、计算机网络( EMIS)信息等;
图像信息:CCTV视频监控信息,乘客信息系统,视频会议
随着通信技术的不断发展,传统的 TDM ( time division multiplex) 业务逐渐被 IP( Internet protocol) 数据业务取代,语音信息向数字化方向发展。同时,随着人们对视频图像的要求越来越高,标清视频、高清视频技术得到快速发展,传统的模拟视频监控系统逐渐被数字视频监控系统取代,城市轨道交通通信网络也呈现数字化、IP 化的发展趋势。通信业务的数字化,对通信网络提出了更高的要求,需要传输系统具有更强大、更灵活的数据处理能力,对传输带宽的要求更为迫切。
2、通信传输系统的功能分析
作为整个城市轨道交通通信系统的“神经”,各种信息都会通过这个“神经”系统的传输。在日常工作中,各种调度信息、电话语音信息、视频信息、自动检票信息等数据的传递都通过传输系统进行。而这些信息都是轨道交通正常运行的必要条件,如果一些信息的传输出现中断就会影响到轨道交通的安全。
当前,国内外所采用的传输技术一般用 SDH、OTN 等技术,可以兼顾技术的安全稳定性和先进性。这种性能的传输网络还应当具备以下几个方面的特点。第一,先进性。构成该网络的 IP 技术和 SDH 技术以及综合端口技术都处于国内外领先水平;第二,容量大。要满足整个城市轨道交通的通信系统畅通无阻必须才有 SDH 光纤技术。第三,网络自愈。在传输过程中一旦某个环节出现故障,该系统必须能够通过自身自愈功能消除故障和安全隐患。
3、传输系统的关键技术分析
当前,国内外主要传输系统有六种:OTN、SDH、ATM、宽带 IP、IPoverSDH 与 IPoverWDM、以太网技术。这六种技术的特点分别介绍如下。
1)OTN 技术。该技术是开放、传输、网络英文首字母的缩写,意为开放的传输网络。因此 OTN 技术的特点主要为:首先,能够合理利用接口模块处理各种物理接口和各种复杂环境中的通信协议。采用光纤技术,传输距离没有限制;其次对于数据、语音和视频传输具有很多优势;再次,该系统的适应性非常强,能够不断扩展适应各种标准端口的发展。
OTN系统是西门子公司依照标准的通信协议自主开发的传输网络,其特点是设备简单,网络可靠、组网灵活、扩容升级方便等。但OTN是一种企业内部规范,是一种非标准的系统,传输制式非国际标准化,很难在公网中得以广泛应用,但特别适合专网的应用,特别是城市轨道交通这样封闭网络。
2)SDH 技术。该技术是同步、数字和体系的英文缩写,意为同步数字体系。该系统广受青睐,是目前世界各国普遍采用的技术。SDH 技术除了核心网应用以外,还可以灵活的提供需要的 2Mbit/s 通道。它有非常成熟的标准和产品,安全性、适用性和可用性都非常强,是世界各国电信传输的基础,其兼容 TM、REG、DXC 等技术模式,并可以在各种模式之间灵活转换。
3)ATM 技术。该技术是异步、传输和模式的英文缩写,意为异步传输模式,该模式可以实现不同信息系统之间的传递和转换,例如电话、视频、IP 数据等。该技术可以承载各种不同业务和流量之间的划分,并对其分析,实现数据的集成处理。
4)IP 技术。IP 技术是互联网迅速普及的后果,当前比较先进的 IP 承载系统有 SDH、ATM 和宽带 IP, 其中又以宽带 IP 为最优。由于轨道通信系网络并非专业地 IP 业务,其不适合在骨干网络中传输。但是宽带 IP 将成为未来传输系统的发展趋势。
5)IPoverSDH 与 IPoverWDM。以 IP 业务为主的数据业务是当前信息传输发展的主要技术标志。目前,ATM 和SDH 均能支持 IP,分别称为 IPoverATM 和 IPoverSDH,两者各有千秋。IPoverATM 利用 ATM 的速度快、多业务支持能力的优点以及 IP 的简单、灵活、易扩充和统一性的特点,可以达到优势互补的目的。
6)以太网技术。该技术也是一个重要承载技术,但是与媒体无关,可以透明地将电缆和各种光纤对接。该技术比较适宜处理突发的 IP 数据流,采用了异步工作方式,具有很好的扩展性能,其速率可以扩展至 10Gbit/s。其最大的特点是可以在光线上以最大速度传输,减少网管开支,提高网络结构。
4、传输技术应用及选择
关键词 轨道交通;CBTC;通信融合
中图分类号:U285 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2014)03-0006-02
21世纪以来,随着科学技术的不断进步,中国的轨道交通也发生了翻天覆地的变化,不仅高速铁路在大铁上从无到有,城市轨道交通中的通车里程和技术水平上也发生了巨大的变化,而通信与轨道交通这两种看似“不相关”的系统结合的越来越紧密。
1 国内轨道交通的发展现状
由于城市轨道交通和国家铁路的车辆的形态、运输组织以及配套设施大致相同,因此在广义上,两者均属于大轨道交通的范围。
1)在城市轨道交通领域,自1863年世界上第一条地下铁路在伦敦正式运营之后,城市轨道交通系统得到了全球均得到了较快的发展,城市轨道交通己成为世界各主要特大城市倍受青睐的一种交通方式。在中国,截止2013年底,我国轨道交通运营线路累计已达到80条,运营总里程已突破2400千米,涉及运营车站达到1600座。同时,我国近期已获得国家批准建设轨道交通的城市已达到37个,高居世界第一,据预测我国城市轨道交通的建设热潮至少持续10年以上。
2)而在国家铁路(大铁)领域,自2004年中长期铁路网规划后,中国开始进入高速铁路的大规模建设时期。截至2013年底,全国铁路营业里程达10.3万千米,其中高铁运营里程1.1万千米,居世界第一位。根据中国铁路总公司近期调整后的《中长期铁路网规划》,预计到2015年,中国高速铁路运营里程将达到1.9万千米;到2020年,中国铁路营业里程将达到12万千米以上,快速客运网基本覆盖中国各省省会及50万以上人口城市。
2 基于通信的列车控制系统(CBTC系统)
随着现代轨道交通的运输效率越来越高,要求前后两列列车的行车间隔也越来越短,这势必需要专门的铁路行车指挥或列车控制系统来代替人工来指挥列车运行。以地铁为例,传统行车指挥系统一般采用基于轨道电路的固定闭塞形式,其能够支持的最小列车运行间隔一般为100秒,而如果采用基于无线通信的列车控制系统,能够支持的最小列车间隙则能够达到75秒,相当于运输效率能够再提高25%。此外,基于CBTC信号系统相对于传统的轨道交通信号系统也有着其他显著优势,包括:
1)无需繁杂的电缆,转而以无线通信系统代替,减少电缆铺设及维护成本。
2)车辆与控制中心可实现双向通信,大幅度提高了列车区间通过能力。
3)信息传输流量大、效率高、速度快,容易实现移动自动闭塞系统。
4)适应各种车型、不同车速、不同运量、不同牵引方式的列车,兼容性强。
5)支持信息分类传输,可以集中发送和处理,提高调度效率。
可以看出,在轨道交通中,无线通信系统已不再是仅仅承担传统的语音功能,而是还要承担更加重要的列车控制数据的传输通道功能。目前在大铁领域,CBTC系统已经有了比较成熟的基于GSM-R网络的CTCS-3列控系统,而在城市轨道交通领域,也已经开始了基于WiFi的列车控制系统的尝试。因此,从支撑列车高效和安全运行的角度来说,通信系统对于轨道交通有了更加重要的作用和意义。
3 目前CBTC系统存在的问题
虽然CBTC系统能够大幅提高列车的运行效率,但是在实际运用过程中现有的CBTC系统还是存在比较大的问题。
1)频率受限。在大铁领域,由于历史原因,分配的GSM-R带宽仅有4M,可用频点也仅有19个,因此在进行频率规划时非常困难;而在城市轨道交通领域,没有专门给CBTC系统分配专属频谱,而是与民用WiFi 2.4G共享频段。
2)频率干扰。在大铁领域,国内分配的4M GSM-R带宽与中国移动共享,因此存在严重的互相干扰却无法解决的现状;而在城市轨道交通领域,由于与民用共享2.4G频谱,因此也存在与其他WiFi系统的严重干扰,无疑带来极大的安全隐患。
3)传输瓶颈。在大铁领域,GSM-R系统由于采用低速CSD(电路域数据业务)来承载列控业务,所能提供最高9.6 kbps的带宽显然非常有限,而目前通过GPRS承载的一些PS域业务,也由于其最多提供171 kbps的传输能力显得捉襟见肘;而在城市轨道交通领域,虽然WiFi技术相比CSD和GPRS能够提供较高传输带宽,但是由于与其他车载民用WiFi系统共享信道以及相互干扰也会极大的影响传输速率,而且在高速运行时,WiFi的有效速率将更低,甚至无法使用。显然,诸如未来视频监控和实时电视等高带宽业务无法在既有系统上承载。
4 未来大轨道交通通信系统的融合趋势
鉴于目前CBTC系统存在的问题,需要有一种全新的通信系统来解决目前列控数据传输的安全性和可靠性要求,同时又要兼顾未来轨道交通中新业务的承载需求以及车上乘客对于无线宽带接入的要求。
在城市轨道交通领域,目前每个城市除了大力建设传统的地铁、轻轨项目之外,城际和市郊铁路也在同步快速发展,以满足城乡之间的快速交通的需求。而从目前城际和市郊铁路的建设来看,由于都是1.435米的标准轨距,所以绝大部分将采用城市周边以往废弃的大铁轨道来进行改造,从而大幅缩减土建成本;但是,我们也应该看到这种建设方式也必将带来城市轨道车辆的复用,实现跨线套跑,从运营和维护方面也可大幅节约投资。
而在大铁领域,由于铁路系统机制改革以及公司化运作,在未来也不排除既有线路复用为城际铁路,尤其是既有的一些货运线路或者一些等级较低的线路。
此外,我们还应该看到未来诸如视频监控、实时电视、乘客信息系统(PIS)、乘客高速上网等新业务在未来通信系统承载的需求。
综合考虑以上几种情况,不难看出作为CBTC系统必将有融合趋势,即未来的通信系统不仅需要满足高速铁路的列控数据承载,又要能够满足城市轨道交通的列控数据的承载,同时又能兼顾未来高带宽的新业务的承载。从目前通信行业发展方向来看,无疑只有基于下一代LTE技术的CBTC系统能够有效解决上述问题,同时又能够满足目前既有通信系统的演进要求以及未来大轨道交通通信系统的融合。
5 大轨道交通通信系统的新挑战
对于未来轨道交通CBTC系统的融合,基于LTE技术的LTE-R不仅能够有效解决目前CBTC系统遇到的各种问题和瓶颈,还能够大幅降低业主单位的建设和运营成本。
LTE-R是基于4G LTE技术的下一代轨道交通通信系统,不仅能够满足传统语音以及高达100Mbps的高速数据传输的需求,还能够提供非常强大和专业的集群通信功能,比如组呼、广播、优先级呼叫、功能号码、位置路由等等,完全能够满足未来轨道交通对于语音和数据传输的需要。此外,由于LTE-R在接入层提供的数据传输“管道”的强大承载能力,未来可以有效兼顾轨道车辆上不同的信号系统,实现“多个信号系统+1个通信系统”的组网格局,同时又能兼顾未来高带宽业务的接入需求;不仅能够大幅降低业主单位的建设和维护成本,还能够为业主单位带来诸如乘客上网业务等新的利润增长点。
由于LTE-R扁平化组网,相比传统通信系统建设,也将大幅减少通信子系统的建设成本。
图2 LTE-R扁平化组网示意图
此外LTE-R系统需要提供CBTC系统中最重要的QoS保障以及可靠性组网,最大程度的提高了可靠性和安全性,为信号和列控系统提供了“永不掉线”的技术保障;而针对高速铁路的抗多普勒频移、MIMO优化、分布式基站等关键技术也应在下一代LTE-R系统中保留和优化,保证移动终端的高速移动和无线接入网络的深度覆盖的需求。
6 结束语
轨道交通的发展日新月异,下一代LTE-R系统不仅能够有效解决未来轨道交通的综合通信需求以及技术瓶颈。但是,我们也应该看到,由于轨道交通对于通信系统的安全性和可靠性的严格要求,通信系统的融合虽然是未来发展的方向,但是在相当长的时间里,新技术势必会与既有的系统长期共存。因此,未来的通信系统也应充分考虑到这一行业特点,在充分保证轨道交通的运营安全的前提下,为融合的大趋势保驾护航。
参考文献
关键词:轨道交通;通信传输系统;技术;应用
中图分类号:P135 文献标识码:A
1.轨道交通中通信传输系统的重要性
在建设轨道交通的过程中,信息基础建设是其中关键的一环,而通信传输系统则是信息基础建设中不可或缺的组成部分。通信传输系统的重要作用包括以下几个方面:1)指挥列车运行;2)公务联络;3)传输相关信息;4)开展运营管理等。通过通信传输系统,轨道交通的诸多部门可保持彼此间的高效联络,且被置于统一的管理、指挥之下,如此一来,促进了列车运行自动化的发展,使得列车运行效率及其管理效率得以大幅提高[1]。
2.通信传输系统常见技术分析
2.1PDH技术
经历长期发展之后,PDH技术及其应用已经相对成熟,在光纤数字网中的应用较为常见。现阶段,通信技术正在迅猛发展,同时用户需求也在不断转变,PDH技术的不足之处也开始逐渐暴露:1)开发端口系自行开发,所以,兼容性不理想;2)由于采用异步复用体制,所以,上下路结构相对复杂;3)对光纤传输网络进行架设时,需要设置两套网管设备[2]。
2.2OTN技术
OTN技术是一种基于轨道交通通信传输系统需要而专门开发的传输技术,其帧结构具有明显的自身特点。该技术能够对不同速率进行有效区分,还能以同一网络为载体针对各种网络传输协议予以协调处置,无论在实时性业务方面,还是在非实时性业务方面,均表现出了良好的承载性能,既能承载窄带业务,也能承载宽带业务,综合应用性能良好。对OTN传输系统进行架设时,其相关设备均采用工业标准通信协议接口,且相对简单,在组网操作时表现出了很强的灵活性,同时还具有便于集中维护的优势。OTN技术也尤其不足之处,如在售后服务方面,对设备供应商有着一定的依赖性,且兼容性不理想[3]。
2.3SDH技术
在实时性业务中,SDH技术可对TDM业务提供有效支持,然而在视频信号、以太网传输这两方面则无法提供支持。对于SDH技术而言,其接口形式相对单一,只有PDH系统这一标准接口。SDH技术能够承载窄带业务,如话音的传输等,无法直接承载视频的传输,需要增设相应的设备,如Ethernet路由器等。另外,在承载Ethernet业务时,表现出了某种程度的瓶颈性。为音频广播业务提供技术支持时,其传输宽带频率仅为3kHz,因而广播音效存在一定程度的失真。通常情况下,可提供点对点模式的通信信道,然而无法提供轨道交通更为需要的共线式这一通信要求。SDH技术不具备统计复用功能,很难为总线型宽带数据业务提供有效支持,在图像业务方面也是如此[4]。
2.4IP技术
IP技术的研究和应用相对成熟,是现阶段通信行业重点研究的领域。IP技术具有良好的数据业务承载能力。相较TDM技术而言,IP技术在传送耗时方面及业务恢复耗时方面均偏长,所以,IP技术并非最理想的承载技术。在接口方面,IP技术未针对音频传输设置相应的低速接口,而高端设备往往不进行2Mb/S接口的设置,所以,需额外加设相关辅助设备予以接入。
2.5RPR技术
在一系列数据业务中,RPR技术具有相当明显的优势,可结合用户的实际需求予以相应的分配。在RPR技术中,不仅有空间复用技术的应用,同时还有统计复用技术的应用,因而在网络等一些正常的条件下,能大幅提升带宽的实际利用率,约为3倍的SDH网络。RPR技术具有一定的数据优化处理能力,可对IP突发特性予以有效支撑。RPR技术可对服务等级进行分级,从而满足那些具有实时性要求的那一类数据业务,即具有高效的数据业务支持能力[5]。
3.PTN在城市轨道交通的应用分析
3.1PTN技术特点
PTN属于一种典型的传送平台,其突出特点在于能够展开相应传输并予以有效分组。应用PTN技术的过程中,IP属于核心部分,同时以太网发挥着业务层的功能。PTN技术特点表现在以下几个方面:1)当系统发生故障的情况下,可予以及时而准确的定位,具有理想的故障管理功能,还具有良好的OAM能力;2)具有理想的可扩展性能;3)其网络系统,一方面能够对多项业务予以有效配置,另一方面能够方便、快捷地提供多种业务支持;4)网络具有十分良好的安全性,在保护性能方面极为理想;5)网络节点采用NNI接口,同时设备采用UNI接口;6)数据平台具有多项功能,可对数据予以保护、传输以及转发等,能够很好地保证信息传送的同步性。同时端、端连接一般借助控制平台予以实现[6]。
3.2PTN作为城市轨道交通传输系统的符合性
在PTN技术具体应用的过程中,其最为常见的业务模式包括以下3种:1)PWE3隧道协议,属于点对点模式的协议,不仅保留了ATM接口,同时还保留了TDM接口;2)EVC协议,既支持点对点模式的传输,又支持点对多点模式的传输,另外,能和以太网相接;3)能和IP网络展开高效互联,同时提供了局域网接入业务,在语言业务方面别具优势。通过分析不难发现,在轨道交通通信所包括的一系列业务中,PTN技术几乎均能够提供有效的技术支持。PTN技术具有理想的OAM能力、强大的可扩展性能、良好的生存性能,因而无论在设计方面,还是在使用方面,均能很好地满足轨道交通通信传输系统的实际需求。由于PTN技术具有诸多优点,所以,PTN类型产品得以大量开发,并得到了广泛应用,知名度较高的制造企业包括化为、阿尔卡特以及烽火公司等。对于PTN产品而言,其交换容量通常在10GB以上,因而能够满足轨道交通正常工作状态下的各类通信要求,即在城市轨道交通传输系统的构建和应用中,PTN技术具有良好的符合性。
3.3PTN作为城市轨道交通传输系统的优势
相信不久的将来,PTN技术将会在轨道交通通信传输系统中获得更为广泛和深入的应用,其优势主要体现在以下几个方面:1)具有相对广泛的适应性,能够很好地满足轨道交通通信中多种类型业务的实际需要,具有十分优异的组网性能,值得一提是,在承载IP等业务时,其在轨道交通通信传输通道这一方面展现出了良好的应用性能;2)该技术具有相对完备的QOS机制,无论在COS差异服务方面,又或是在QOS差异服务方面,PTN技术均能够通过分级技术予以有效实现,从而实现对轨道交通通信传输系统中网络宽带的最大程度利用;3)PTN技术具有十分强大的OAM功能。传统系统中那部分优良的传输模式被PTN技术相对完整地继承了下来,同时表现出了极好的维护性能。PTN技术可承载MPLS,还能够针对SDH展开理想的维护,相对完善的OAM机制,可帮助轨道交通通信传输系统对设备问题及网络故障予以快速检测,然后予以有效修复;4)同步时钟。SDH具有良好的时钟传输性能,而PTN技术也很好地继承了这一优势,且能够保证同步频率,当协议符合预先设定条件时,便能够实现同步时钟的效果,如此一来,使得轨道交通通信传输系统的即时通信性能得到了有效保证[7]。
4.结束语
在建设轨道交通的过程中,信息基础建设是其中关键的一环,而通信传输系统则是信息基础建设中不可或缺的组成部分。所以,轨道交通通信传输系统的建设、应用及优化引起了业内人士的普遍关注。在此背景下,以PTN技术为代表的一系列新技术在轨道交通通信传输系统中得到广泛应用。现阶段,轨道交通通信传输系统正朝着业务数字化、网络IP化的方向发展,而PTN技术具有良好的OAM机制和保护倒换能力,因而可以预见该技术将会在轨道交通通信传输系统的建设和应用中发挥出更为重要的作用。
参考文献:
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[4]杨忠玲,刘畅.浅谈GSM-R系统在城市轨道交通无线通信系统中的应用[J].电子制作,2013,10:145.
[5]郭阳.城市轨道交通通信系统中的传输系统研究[J].中国新通信,2013,14:10.
[6]李永丰,陈正荣,陈益超.共缆监控传输系统技术[J].决策与信息(中旬刊),2013,05:109-110.
【关键词】 轨道交通,通信传输系统,传输系统,技术应用
Abstract: in the railway traffic management operations, transmission system plays a service and rail transit the function, is other system required communication channel. Because transmission system in the communication system of the transmission medium position, so the transmission system the backbone of the system should be given not only to ensure selection of flexible and networking to expand, consider to transmission to the continuous, information flow to fast and accurate. To many of the domestic urban rail transit choose equipment and transmission system application technology situation as the basis, the comprehensive analysis and comparison of the rail transit transmission system existing application status and four kind of rail transit transmission technology (including elastic group ring, open transmission network, many business transmission application platform and asynchronous transfer mode), and the future orbit communications transmission line construction type selection are proposed.
【 key words 】 orbit transportation, transmission system, transmission system, technology application
中图分类号:C913.32文献标识码:A 文章编号:
在城市轨道交通的通信系统中,传输系统是居于核心主导地位的系统。它不仅为公务、无线、电视监控、专用、广播和乘客信息等通信的其他子系统来提供数据、图像以及语音的传输渠道,而且也为列车的自动控制、电力监控、自动售检票以及设备和环境监控等系统来提供传输通道。
由于传输系统承载着多种信息的媒介,作为这种媒介就要求此系统应实时、透明、有着灵活组网、可靠性高并且无阻碍、功能齐全、扩展性好。
一、轨道交通中通信传输系统的重要性
轨道交通的信息基础建设中,可扩展性的独立的通信传输系统是其重要的组成部分,是传递轨道交通通信系统的正常管理及运营的综合性信息的平台,也是保证其他支持系统正常运作的基础。
传输系统是轨道交通通信中最为重要的一个子系统。它作为独立完整轨道交通内部通信网,主要用于指挥列车运行、公务联络以及传递各种信息和进行运营管理等,并有机的联系轨道交通的各个部门,从而实现自动化的行车调度和列车运行,统一指挥运输,是提高各部门运行效率的有效手段及必备工具。
现今轨道交通通信传输的系统主要承载的业务包括:专用电话、公务电话和无线电话、电视监控系统、旅客和广播显示系统、计算机网络、自动售检票、时钟、楼宇自控、消防报警、综合布线、电源及接地、办公自动化、电力监控等系统。
二、通信传输系统的种类比较和应用状况
从轨道业务的特点出发来看,比较适合轨道的各种业务传输的技术主要有开放式传输系统网络,基于同步数字序列的多业务传输型平台,弹性分组环技术和异步传输模式。
1.开放式传输系统网络
开放式传输网络是西门子公司发明的一种开放式网络,具有灵活并支持多协议的特点。此系统网络本质上是基于时分复用体制的复用技术,因而也是具有时隙的概念,每路信号都具有固定时间的比特位组,通过位置对信道标志,并完全保证业务服务质量。但是两者有着根本区别是开放式传输网络系统的帧结构。开放式传输网络系统的特点主要有:
此网络系统真正实现了传输接入一体化,语音图像和数据的一体化,窄宽带的一体化;这一网络系统按需分配带宽,加上带宽的粒度细,从而提高了网络资源的实际利用率;分布式的网络,灵活组网,扩容和升级较为方便;具有如宽带音频接口等各种丰富的接口;各种应用无需接入其他设备,直接接入开放式传输网络系统即可;支持多点广播,并带有语音和图像的信号;自愈能力强,具有可靠性;具有数字图像的压缩技术来提高监控图像的清晰度;有对独立的端口可以直接管理的集成管理系统;可自由混合所有的应用;其他种类信号的传输不会受到其中一种信号传输的影响;此网络系统有着较低的开销。
同时开放式传输网络系统的成本较高,技术封闭,不开放的接口以及供货独家等缺点,而且在日后的国产化方面也存在这一些问题。
2.基于同步数字序列的多业务传输型平台
此技术发展较快,问世以来已发展到三代,有着同步数字序列的所有优点,配合接入技术,较好的满足承载业务的要求,这种技术具有以下特点;
兼容网络体系中的准同步的数字序列,对各种物理接口都有支持;对网络结构的简化,对多协议支持性处理;对以二层汇聚和二层交换以及太网业务透传的支持,对以太网业务实现宽带共享,还具有统计复用、环路保护及宽带管理的功能;对VP-Ring的保护支持,与同步数字序列通道保护及复用段的保护可以实现协同处理;具有自愈保护及恢复功能,传输有着高可靠性,同步数字序列的各种保护特性都被继承,实现通道保护恢复的时间要小于50ms,硬件的冗余和工作时间达到99.99%(这是提高服务质量的最重要因素);具有多种扩容和平滑升级的能力,并结合波分复用技术,从而满足用户对宽带更大的要求;支持弹性分组环、MPLS(多协议的标志交换)等各种性技术应用;多网元功能的高度集成,实现宽带有效的按需分配和管理。
随着技术的发展,基于同步数字序列的多业务传输型平台技术在网络应用中更具优势,可实现轨道交通的通信网络系统及业务的一体化和综合化,这样就简化了复杂的网络层次,提高使用宽带的效率,降低轨道通信的运营成本。
3.同步数字序列+异步传输模式
传统的同步数字序列传输技术对业务服务质量能够完全保证,对其他业务也有固定信道,不需复杂的协议进行控制,尤其对实时业务传输特别适合。轨道交通中需传输承载的业务,比如公务电话、广播宽带音频、无线音频、时钟信息、广播控制数据、闭路电视控制数据、无线监控数据、电源监控数据、闭路电视监控数据等,绝大部分都是对服务质量有100%保证的实时性较强的业务。
同步数字序列和异步传输技术结合,可以较好的摒除单独同步数字序列技术或者异步传输技术使用的不足,结合其两者的优势,提高地铁、轻轨中实时业务的服务质量,这一结合的优势是技术的开放成熟,而且有较高的标准化,这样使得网络有着灵活的组网和强大网络管理以及较高的升级扩容能力。但是这样结合技术也有着缺点,这就是两套网络的使用使得网络管理不统一,投资较高,维护和管理及运营的成本较高,而且异步传输技术较大开销,效率却低。
4.弹性分组环技术
弹性分组环技术的提出是为数据包的传输的优化,其有着如下的优点:弹性分组环技术可以按照用户需求来分配所需宽带,利用支持统计复用技术和空间复用技术来提高宽带的使用率;优化数据业务,有着对IP突发特性的有效支持;提供不同等级服务和业务的环保护功能,保障数据业务的实时性要求。
弹性分组环技术有着视频监控的系统,并保持用着太网帧格式的用户数据,并简化分组到时分复用的映射过程,根据服务质量进行严格的用户分组等级分类。利用严格的抖动及延时保障机制,保障画面流畅和图像清晰,从而达到轨道交通监控对图像的要求,是在轨道交通系统中视频业务传输难点提供较好的承载。同样的,弹性分组环技术也存在着问题和不足,需要其他技术的支持。
总结
综上所述,在轨道交通通信传输系统的未来发展情况仍需多种传输技术共同作用。前三种传输技术已经有了较成功的应用,而弹性分组环技术也在不断完善。因而,只要同轨道交通通信传输技术有着相符合的发展方向,以上所述的技术都可在选择应用,这也利于降低成本。
轨道交通通信传输在网制选择上可以使独立组网,也可多种制式组成的混合组网,这些的选择应该依据具体的情况和路线以及当时技术的发展情况确定。
参考文献:
[1]冯建新. 城市轨道交通中通信传送业务平台的选择[J]. 城市轨道交通研究, 2008,(06)
[2]王. 开放式传输网络在地铁专用通信中的应用[J]. 光通信研究, 2009,(06) .
关键词:交通战备 通信 应急专网
背景
长江海事局信息中心是长江海事局的直属单位之一,担负着长江航运安全通信保障工作重任,为长江航务管理局及下属的海事、航道、公安等支持保障单位提供通信信息服务,为长江上的航行船舶和企事业单位提供水上安全信息服务,在海事遇险救助、长江突发应急处置、交通通信战备等工作中发挥通信保障作用。近几年来,长江海事局信息中心始终坚持以服务长江航运安全和长江海事安全监管为主线,以确保通信信息畅通为重点,做好长江航运通信专网的维护和建设,做到平战结合,加快理念创新、科技创新,积极推进长江航运和长江海事的信息化全面、协调、可持续发展。
长江航运通信专网和应急通信系统现状
1、长江航运通信专网是服务交通战备的重要基础
长江航运通信专网是以保障长江水上运输生产调度指挥和船舶航行安全而建设的,是确保长江航运安全的重要通信基础和长江航运安全体系不可或缺的重要组成部分,是长江航运现代化和“四个长江”建设不可缺少的重要支撑。
经过交通运输部多年的投资建设,长江航运通信专网已初具规模,基本形成了船岸通信网、长途传输网、电话交换网、数据通信网等网络系统。
船岸通信网承担长江航运船舶航行安全信息播发,船舶遇险、紧急、安全通信和航运生产通信。长途传输网是长江航运信息化的主通道、生命线,依托传输网建设的用户接入网,为长江航运各支持保障单位的沿江二、三级单位提供了就近接入和广域网联网服务。数据通信网承载了长江航运部分支持保障单位的数据联网业务,是支持保障系统和港航单位实现信息化管理的网络平台。电话交换网解决了宜宾至上海沿江各港航企事业单位的语音通信,专网内部实行等位拨号。电视电话会议网通过会议终端实现视频通信,为召开全线会议、业务培训等工作创造了条件,既节约了经济成本,又提高了工作效率。
2、应急通信系统是做好交通战备通信保障的重要手段
长江应急通信系统由应急通信指挥车及车载系统组成,具体包括:无线调度通信系统、现场图像采集系统、卫星传输系统、车载数据网络平台、视频处理系统等。该系统可以与长江航运通信专网联网,实现应急车与指挥中心的语音、视频、数据通信。
在2007年长江三峡库区水上搜救演习中,应急通信系统承担了现场通信指挥、网络通信传输以及通信保障服务,为及时有效应对演习中可能出现的突发事件,保障演习通信安全发挥了重要作用。在2010年长航局上海世博安保、2011年国家内河高等级航道“十二五”建设开工启动仪式等活动中,长江应急通信系统发挥应急通信作用,圆满完成视频转播和应急通信保障任务,得到了上级领导的高度评价。
面临的形势和存在的问题
当前,国家加大了对内河航运的重视程度和建设力度,特别是近一年,国家领导人亲自深入长江考察调研,提出要发挥内河航运作用,努力把全流域打造成黄金水道,建设长江经济带,构建沿海与中西部相互支撑、良性互动的新棋局。要发挥长江航运在长江经济带建设中的主力军作用,对长江航运通信专网建设和航运信息化发展也提出了更高的要求,结合交通通信战备现状,还存在以下一些问题:
干线基础网络不完善。干线传输网有部分路段为单物理光缆路由,部分节点的传输容量使用已达瓶颈,网络的安全性和可靠性有待完善。
应急通信保障能力仍需提升。我国应急通信的“十二五”发展思路中提到,要始终坚持应急通信与国防战备建设相结合,坚持应急通信与国家突发事件应急体系建设相统一。应急通信在交通通信战备中发挥的作用不容忽视,必须加大对应急通信系统的建设力度。
通信专业人才队伍整体素质要进一步提高,从传统维护管理型向研发创新型转变,从专一型向全能型、复合型发展。
各支持保障单位在交通战备中的整体合力还有上升空间,应急通信保障体系需进一步健全。
做好新形势长江干线交通通信战备的建议
1、着力强化做好交通通信战备的工作意识
交通战备是关系国防建设和国计民生的重要工作,首先,要站在政治高度在思想上形成统一认识。如何使单位发展和国防建设有机结合,需要认清做好长江航运通信信息服务与做好交通通信战备工作的关系,要强化全民国防教育,同时增强教育的深度和广度,形成常态化机制,不断增强做好交通通信战备工作的责任感和使命感。还要注重日常战备,积极推动和支持军民融合深度发展,形成“平时生产、急时应急、战时应战”的局面。
2、着力完善长江通信专网基础网络设施
建设具有环路保护的干线光传输网,提高干线传输稳定性。建设覆盖长江干线支持保障单位和重要港航单位的用户接入网,建设覆盖长江干线的无线宽带网,搭建船岸间无线IP、多媒体等业务应用平台。进一步优化信息网络基础性能,融合海事业务和通信业务现有的网络资源,提高现有网络设备资源的利用率;配合做好长江海事局云中心建设,大力开展“大数据”应用研发;结合现有安全设备,建设能够有效保障系统高效运行的信息安全系统,包括链路备份、关键设备备份和数据级异地容灾等。完善安全架构体系,从策略体系、组织体系、运作体系和技术体系几方面进行提升,实现平时服务安全监管,战时服务战备运输。要坚持“宽带长江,智能航运”战略,紧扣沿江干线光传输环网、船岸无线宽带接入网、北斗地基增强系统“三个重点”,努力打造长江航运信息传送高速公路和长江航运数据云共享平台,将长江航运通信网建设成为立体化覆盖、多功能服务、全业务保护的现代化信息通信专网,充分发挥专网的安全保障与信息服务作用。
3、着力提高长江通信专网应急通信保障能力
信息中心刚建成的应急移动通信平台,在重庆、武汉和南京配置3辆应急移动通信车,已有的应急移动通信车配置在宜昌,通过对现有的长江海事局信息中心固定站和移动通信车进行相应的设备改造,能够同时实现四辆应急移动通信车与长江海事局信息中心固定站之间、任意两辆应急移动通信车之间的单跳语音、视频和数据等综合信息双向实时传输,确保长江出现自然灾害等突发事件时能及时形成现场调度指挥、视频传送等通信能力。该系统能够灵活接入长江通信专网中,实现语音、视频、数据业务通信,大大提高长江航运应急保障能力。
4、着力提升长江通信专网队伍实战能力水平
通信人才队伍是服务交通通信战备的重要力量,要着重革命化、正规化、现代化、专业化的队伍建设,要打造“四化”队伍,培养一流的人才,积极适应长江航运和长江经济带发展的需要。目前我们已有经验丰富的通信设施维护管理技术队伍,能熟练地操作和维护各种有线、无线通信设备和各种数据通信业务。与此同时,还应注意技术向能力转化,尤其是实战能力的转化,结合上级相关工作要求,按照各通信系统的运维维护管理办法做好日常维护,完善工作程序,并结合应急预案不定期组织各类应急演练,提高实战能力,真正为交通战备工作做到召之即来、来之能战、战之能胜提供有力支持。
5、着力发挥长江航运支持保障单位联动效能
长江海事(通信)、航道和长航公安、总医院等是长江航运支持保障系统的重要有机组成部分,都承担着所肩负的交通战备职责。各单位各系统都有各自的交通战备应急工作系统(组织机构、运行机制和工作规程等),如何使之产生1+1>2的效果,则更应加大各单位各系统间的互动与联动,建立健全常态的应急保障战备联动机制,并加强应急演练,不断优化完善,形成优势互补,合作构建长江航运交通应急战备新模式。
总结
2014年9月《国务院关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见》正式出台,在国家层面明确了长江黄金水道的主通道地位。认识新常态,适应新常态,引领新常态,是当前和今后一个时期我们判断形势、布局工作的基本思维。面对长江航运和长江海事发展新常态,我们要把思想和认识统一到上级的决策部署上来,抢抓新机遇,强化新思维,研究新思路,增强新动力,谋求新发展。面对新的形势和要求,作为负责水上安全通信、应急通信、专项通信保障的长江海事局信息中心,还将继续贯彻上级交通战备工作指示精神,紧密结合当前国际和国家周边安全形势,发挥通信职能优势,不断提升通信信息服务能力和保障水平,为长江海事“五化”建设、为长江航运科学发展提供有力支撑,为长江经济带建设作出应有贡献。
参考文献:
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[2]冯瑛;正确认识交通战备工作中的几种关系[J];《山西交通科技》1996年06期
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[4]张玉坤;浅谈怎样做好新形势下的交通战备工作[J];《山西交通科技》1994年01期
科学技术在迅猛发展,给人民生活产生了巨大变化,人们的生活开始向高科技发展。很多的科技都融入到了人们的生活之中,如信息技术和多媒体体技术都开始服务于人们的生活。科技在城市建设中也发挥了越来越重要的作用。本文主要研究通信技术在轨道交通中的运用。
【关键词】
通信技术;城市轨道交通;运用;研究
当今,经济在迅猛发展,工业化的程度也在不断加快。城市化之路也更加快速,随之而来的是人口的增多,各地往来更加频繁,在人们的日常生活中,就会运用轨道交通作为出行工具,这样才能更加方便人们的出行,才能缓解路面交通的压力,使之更加的顺畅,因此,轨道交通发展成为一个非常朝阳的行业。轨道交通在交通中是一个非常重要的工具,它对于缓解人们的出行压力起到了非常大的作用。在当代网络技术发展的今天,信息化也必将融入到轨道交通上,这样才能促进其更加高效和迅速,才能保证交通安全和可靠,保障人们的出行安全和便捷。
1对城市轨道通信系统进行整体规划
在对城市轨道交通专用通信系统构建的时候,要从以下几个方面进行规划和设计:①运营的相关人员和系统设备之间的交互方式,要保证所提供的数据信息稳定、可靠;②要制定目标,要保证所运输的物质安全、有效的送到目的地。另外,要尽量保证系统的安全和可靠,这样才能保证系统的畅通运行。在通信系统的每个子系统中,要安置系统报警或者是自行检测系统,从而保证整个系统的通畅运行。在轨道交通机电系统中,通信系统不仅仅是要提供数据、文字和图像的服务,更重要的是运用这些资源保证系统的安全可靠,尽量提升交换的效率,保证客户能够准时安全到达目的地。通信系统有很多的子系统。比如,公务电话,视频监控、广播等,这些系统共同组成了通信系统,每个子系统都有各自的功能,都对整个通信系统起着至关重要的作用,所以每个子系统都要进行详细的制定,都要做到其安全性、可靠性满足运营的要求,这样才能使整个通信系统在运营中有效运行。通信系统的核心是传输系统,它对整个通信系统起着非常关键的作用,制约着其他系统的发展,只有它安全有序的运行,才能保证整个系统的有效便捷运行。
2城市轨道交通通信系统中的关键技术
2.1通信系统中的传输框架设计研究
传输系统中2.5G的MSTP构成的保护环路,能使每个车站和控制中心以及各个车站之间提供2M到10M/100M总线型业务或者是能够保持点点之间进行数据的传输途径,保持车站能够与控制中心的设备相连通的,进而可以让传输通信系统从整体上保持其功能的优良性。公用电话系统是能够利用较远的端口与控制中心相连接的,交换机可以利用交换数据来达到公务电话相连接的目的,还可以实现就中控交换机与市话中继续连接进而达到公务用电话还具有向外连接的功能;专用电话可以实现控制中心和每个车站相互之间的音频调节实现互相之间的通讯联系,并且由控制中心的调节控制台发出来调控的指令;视频监控系统是能够作为车站和控制中心的第二级监控网络的或者控制中心的。涉及到公安控制系统中心在控制车站中的监控的,可以将采集到的视频截图等送达至核心的综合性的显示平台或者车站里面的监控室里面的监控中心的;广播控制台是由车站与控制中心链接的,广播系统可以在广播控制台上进行紧急信息的临时的。广播系统是可以分析出来控制中心的ATS指令来采集所有车辆在运行中的全部信息的,最终实现了对正在运行的列车的到离站时间来进行自动型的预告广播;时钟系统指的是利用控制中心里面第一级别的母钟给每个分级站的第二级别来进行同步的操作,并且还能够向子系统发出与之相关的信号,二级母钟可以再向更低级别的子钟进行同步操作。
2.2对通信接口进行设计研究
从上面我们可以得知,在整个通信系统中,传输系统是整个系统的骨架,是最重要的一部分。它在整个系统中,引领着其他子系统的方向,对其他部分有重要的指导性,它对其他系统的安全和可靠有着非常重要作用。所以要把IPoverSDH和综合业务介入融为一体,这是最好的选择方式。SDH有很多的优点,它成熟,标准,可靠,又灵活通用。这是其他系统无法比拟的,但是也有自身的缺点,比如点对点的传送不是非常好,图像的传输也不是很佳。IP技术对它的缺点正好能够弥补。
3结束语
随着经济的发展,城市也在不断建设和发展。在城市建设中,通信系统的设计和建设是非常重要的,只有迅速建立起通信系统平台,才能保证轨道交通的有效、快速运行,才能保证每个出行人的生命和财产安全,让他们的出行有一个更加安全的保证。本文对通信系统的设计进行深入的研究,根据轨道交通通信系统的一些特点,阐述了如何把通信系统运用到轨道交通上来,从而提升我国的轨道交通的安全运行,提升客运的质量,保证每个出行人员的交通安全,促进我国的经济和社会发展,为城市的美好明天而不懈努力。
作者:李川一 单位:中车建设工程有限公司
参考文献
[1]钟治国.通信技术在城市轨道交通中的应用[D].上海:上海海运学院,2013.
[2]钦臻文.通信传输系统在城市轨道交通中的应用发展[J].城市轨道交通研究,2012,03(01):69~72.
关键词:轨道交通;通信传输系统;传输系统;技术应用
1 引言
轨道交通通信传输系统是在光纤宽带基础上进行的数字传输网络,它不仅可以对通信系统下子系统实行自动监控,还可以对自动销售检票情况、乘客信息及列车安全等一系列综合信息进行自动储存,并以语音、数据及图像的形式传送到相关管理端口使工作人员可掌握实时情况,以此来保证轨道交通的正常运行及人员的安全。
2 轨道交通通信传输系统组网现状
1965年,国内第一个轨道交通项目建成,时至今日,北京、大连、广州、上海等城市的轨道交通线路也早已建成通车。但是,这些轨道交通当中所采用的通信传输系统是不一样的。
若使用的是OTN传输制式,那么自愈环通常只有一个,若使用的是SDH传输制式、ATM传输制式、MSTP传输制式,那么自愈环会是多个或者是单个。通常情况下,组网采用的是MSTP或者是SDH制式。自愈环保护方式是国内交通传输网的常用保护方式。[1]
3 传输系统需求分析
3.1 基本性能需求
城市的轨道交通情况是变化的,所以通信系统必须具备很好的可维护性,能够防止一般的环境或者是人为损害,具备良好的可扩展性,以实现在节点增加时,尽量对软件设置不做任何更改。
3.2 功能需求
3.2.1 多业务接口
国内现有的城市轨道交通系统和其他系统的接口通常有以下几种:音频接口、E1中继接口、视频接口、RS422、以太接口( GE、FE) 等等。虽然在不久的将来以太网接口会成为大众化趋势,但是目前这一时期还没有完全到来,所以,保留多种接口也是有必要的。
3.2.2 系统保护
城市轨道交通系统中的通信系统应当具备自保功能,主要是两个方面的保护,核心板卡冗余保护以及线路保护。线路保护是指要有两个光纤线路互为备用,当某个设备发生问题时,可以使用备用设备保持线路的畅通,切换时间还应该尽量短,不能超过五十毫秒。
4 通信传输系统技术
4.1 基于SDH的多业务传输平台MSTP
MSTP技术是从SDH发展起来的,现已涵盖了以太网、RPR、PDH、ATM、SHDSL、DDN等诸多技术为一身。MSTP技术采用的是VC虚级联技术、LACS、成帧过程协议等技术来确保网络传输的速度。该项技术在国内的应用还是很广泛的,例如广州地铁的五号线。
4.2 OTN系统
OTN是一种光纤传输技术,是德国西门子研发的。该项技术的自愈性非常好,能够在整个网络的任意地点接入主机进行网络管理,带宽分配也可以实现计算机智能化,还可以根据信道对视频传输数据进行切换。但是OTN也存在一些缺点:这是西门子公司的专利产品,后续服务有限。该项技术在国内的很多城市轨道设计和建设中都得到了应用,例如天津轻轨、广州地铁、深圳地铁、上海地铁等等。
4.3 RPR技术
所谓的RPR技术,主要是为了重新利用空间,能够使得数据流在目标节点以及源节点之间进行传输。目标节点从环中分离出来之后就不再占用原有环的带宽了,这些释放出来的带宽就可以分配给其他的分组。广州地铁公安通信传输系统使用的是就是这种技术,而且运行情况良好。RPR技术尤其适合视频数据传输,所以在网络运营领域的使用也是很多的。[2]
5 PTN 在城市轨道交通的应用分析
5.1 PTN 技术特点
PTN是一种传送平台,其最大的特点就是可以传送并进行分组。IP是PTN的核心,以太网是它的业务层。该项技术的特点主要是:1)对于出现的故障可以迅速定位,还可以进行故障管理,OAM能力很强大。[3]2)可扩展性能很好。3)网络系统不仅可以对业务进行配置,还可以较为方便的提供多种业务。4)网络安全性比较可靠,保护性能良好。
网络节点接口即为NNI,而设备接口是UNI。数据平台的功能是对业务进行保护、交换、转发等等,还可以传送同步信息。端与端之间的连接可以通过控制平台来实现。
5.2 PTN 作为城市轨道交通传输系统的符合性
对于PTN技术而言,其业务模式有三种:第一,PWE3 隧道协议,这是一种点对点的协议,并保留了ATM、TDM接口;第二,EVC协议,该协议可以满足点对点以及点对多点的传输需求,并可以接入以太网;第三,可以与IP网络进行互联,并支持局域网接入,还可以开展语言业务。不难看出,对于地铁传输系统涉及到的诸多业务种类,PTN都可以很好的支持。对于城市轨道交通传输系统而言,PTN的OAM能力、可扩展性能、生存性技术都是可以满足设计和使用需要的。
有很多的设备制造商都推出了很多PTN类型的产品,例如比较有名的华为、阿尔卡特、烽火公司等等,这些产品的交换容量一般都超过了10GB,可以很好的达到日常地铁传输系统运行的要求。
5.3 PTN 作为城市轨道交通传输系统的优势
相信在未来的城市交通传输系统中,PTN将会得到广泛的应用,总体而言,PTN的技术特点主要有以下几点:1)PTN具备的优势:对于业务的适用范围广泛,可以满足各种类型的业务需要,组网能力强大,对于IP等业务,其传输通道的优势则更加明显。[4]2)QOS 机制十分完备:对于COS 差异服务、QOS差异服务,PTN采用分级技术都可以很好的满足需要,能够以最大的效率利用有限的网络带宽。3)OAM功能强大:传统系统的传输习惯被PTN很好的继承了下来,维护性能良好。能够对MPLS进行支持,还可以进行 SDH维护,OAM机制较为完备,能够对出现的设备或者是网络故障进行及时的反馈并进行修复。4)同步时钟:对于SDH的时钟传输性能,PTN也进行了继承,可以同步频率,在协议满足既定条件的情况下可以同步时钟,这使得设备之间的连接可以得到实现。
6 结束语
轨道交通通信传输系统的特点很明显,其支持和提供的业务越来越趋于数字化,和网络之间的联系也是越来越密切,PTN技术保护倒换能力以及OAM机制都是十分完备的,可以极为便利的处理IP业务。基于市场的需要,国内外很多的设备研发和制造商都推出了很多的PTN设备,这些设备可以很好的满足不同层次的市场需要。国内的很多电信运营商都已经开始使用PTN设备。伴随着科学技术的不断发展,未来的PTN技术也将不断的完善和成熟,PTN技术将会在以后的轨道交通通信传输系统中发挥极为重要的作用。
参考文献
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[2]章达.杨勇.地铁通信传输系统方案研究[J].科技传播,2011.
[3]牛晖萍. PTN 技术在轨道交通中的应用分析 [J]. 广东通信技术,2011.
摘要:通信系统是城市轨道交通重要的一个组成部分,在轨道交通中,通信系统的主要作用是为轨道交通的运营与管理提供服务,为其他的系统提供传输通道,而传输系统是通信系统的传输媒介。通信系统会直接影响各条轨道线路的正常运行,同时对整个城市轨道交通起着排除障碍、防灾救险的作用。因此,城市轨道交通中需要建立一个安全、可靠、功能齐全的通信传输系统。本篇文章论述的是通信传输系统在城市轨道交通中的应用。
关键词:城市交通 通信系统 传输系统 应用
目前,随着经济和科技的发展,国内的大中城市都在积极的建设地铁和轻轨等轨道交通,通信系统成为城市轨道交通中不可缺少的一部分。通信系统的安全、可靠性会直接影响到城市轨道交通的正常运行。因此,在选择安全、可靠的通信系统时要考虑两个方面的问题,一个是要保证通行系统的组网的灵活性,容易进行扩充;另一个是要确保传输的信息快速准确以及传输的连续性。目前,国内运用的通信系统主要有四种,分别是多业务传输平台、开放式传输网络、准同步数字传输系统和弹性分组环。
一、在城市轨道交通中应用通信系统的现状
在信息基础建设中,具备安全、可靠性的通信传输系统是其重要的一个组成部分。一个安全、可靠的通信传输系统能够确保城市轨道交通系统正常的运行与管理,同时也是轨道交通中其他系统的基础。在城市轨道交通通信系统中,传输系统是其中不能缺少的一个子系统。传输系统是轨道交通内部比较完整、独立的通信网,通过传输系统能够指挥列车的运行,能够对列车进行运营管理,还能进行公务联络以及传输各种信息。同时,传输系统还是使城市轨道交通各个部门之间进行沟通的一个重要的手段,有利于促进运输统一指挥、行车调度自动化和列车运行自动化的实现,还能够提高列车的运行效率。当前,城市轨道交通传输系统承载的业务主要有电视监视系统、专用电话、公务电话、电源及接地系统以及办公自动化系统等。
二、城市轨道交通中应用的几种通信传输系统及其特点
根据调查发现,在城市轨道交通中应用的通信传输系统主要包括多业务传输平台、准同步数字传输系统、开放式传输网络、和弹性分组环四种,这四种系统类型都是以同步数字序列作为基础的。
(一)多业务传输平台
多业务传输平台已经发展了三个阶段,几乎继承了同步数字序列的所有的优点,通过与接入技术的配合,能够更好的满足传输系统承载业务的需要。多业务传输平台技术的特点主要有以下几个方面:
(1)能够兼容准同步数字系列的网络体系,还能够支持多种物理接口;
(2)能够简化网络结构,能够进行多协议处理;
(3)可以实现对太网业务的带宽共享,可以实现统计腹带以及环路保护的功能;
(4)传输的可靠性比较高,拥有自愈保护恢复功能。
在城市轨道交通中使用多业务传输平台有很多的优点,使用的技术比较先进,设备标准化,拥有较强的网络管理能力,组网能力比较灵活,具有丰富的接口类型.多元业务传输平台综合了SDH、ATM和Ethernet标准接口,使其成为一个综合性的业务平台,并在电信领域得到广泛的使用。同时,也存在着一些缺点。在进行传输数据业务工作时,使用的是PPP映射的方式,映射效率比较低,浪费了大量的宽带,尤其是在传输视频业务的时候。
(二)准同步数字传输系统技术
近年来,准同步数字传输系统的发展已经非常的成熟,在光纤数字网中得到广泛的使用。但是随着通信技术的发展,准同步数字传输系统的弱点也开始显现出来,主要有以下几个方面:
(1)准同步数字传输系统的传输容量已经不能满足用户不断增长的需求;
(2)系统的光接口都是由厂家自己研发的;
(3)异步复用体制使上、下路变得十分复杂,需要使用较多的辅助设备;
(4)由光端机、复用设备和PCM设备构成光纤传输网络,在构成的过程中,必须要用两套网管设备对传输网络与接入设备进行管理。
(三)开放式传输网络
开放式传输网络是一种基于时分复用体制的复用技术,信道通过位置来进行标志,能够保证轨道交通业务的正常运行。开放式传输网络的特点主要有以下几点:
(1)实现了语音、数据和图像的一体化,还能实现传输和接入的一体化以及窄带和宽带的一体化;
(2)带宽的粒度比较细,根据需要来分配带宽,提高了网络资源的利用效率;
(3)在开放式传输网络中可以接入各种应用,不需要接入设备;
(4)能够进行语音操作,图像信号的广播点比较多;
(5)具有自愈的功能,可靠性比较高;
(6)在开放式传输网络中运用了数字图像压缩技术,提高了监控图像的清晰度;
(7)便于管理,比较适合城市地铁交通综合业务的接入,信息传输有较高的透明性。
但是,放式传输网络的成本比较高,没有开放业务的接口,而且只能是独家供应,这样将会不利于今后的国产化发展。
(四)弹性分组环
弹性分组环是一种新的MAC层,主要特点有以下几点:
(1)弹性分组环系统是按照用户的需要来进行宽带分配,采用了支持空间复用技术以及统计复用技术,提高了带宽的利用效率;
(2)弹性分组环系统能够优化轨道交通的数据业务;
(3)弹性分组环系统能够提供不同等级的服务,同时,还有对不同等级的业务进行保护的功能,进而确保数据业务的实效性。
弹性分组环系统也存在着一些不足,主要有以下几点:
(1)在业务接口方面,需要借助接入设备来进行相关业务的接口。
(2)不能对一个比较复杂、大规模的网络进行有效的管理,业务数据传输的透明性较差。
(3)由于弹性分组环系统不能对单一业务以及单个用户进行有效的保护,浪费了大量的网络资源,减少了能够提供的业务类型。
总结
综上所述,在城市轨道交通中使用的通信传输系统主要是多业务传输平台、准同步数字传输系统、开放式传输网络、和弹性分组环四种,运用这些通信传输系统能够降低城市轨道交通的成本。在选择应用系统的类型时,要根据城市轨道交通的实际情况以及具体的线路来选择。同时,需要选择比较先进的设备,具有较高的可靠性,易于运行维护。这样才能更好的保证城市轨道交通安全、正常的运行,提高城市轨道交通的经济效益。
参考文献:
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1.收费系统
高速公路收费系统一般采用半自动收费方式,即人工判别车型,车道入口发放通行卷,出口验卷,计算通行费,人工收费,计算机管理,辅以车辆检测器校核,闭路电视监视。目前,提倡计算机联网收费。远期,逐步实现自动收费方式。通行卷有采用非接触式IC卡,也有采用磁卡 。为便于计算机联网收费,联网收费区域内均应采用同一种 通行卷。
1.1 计算机收费系统
计算机收费系统一般分两级,即收费中心计算机系统和收费站计算机系统。收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网。各局域网之间、收费中心与区域拆帐中心之间需要通过通信系统实现数据传输进行勾通。
1.2 收费数据传输
收费数据分三级管理:收费中心计算机、收费站计算机及收费车道计算机。收费站与收费中心之间的数据传输是通过数据通道直接传输的,各通信站的ONU设备提供必要的2Mbps(G.703)数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的,在区域收费联网的情况下,路由器至少要具备两个E1(G.703)接口,一路传往收费中心,一路传往区域拆账中心。
1.3 收费图像传输
收费系统在个收费站广场出口均设置了摄像机,各摄像机的图像信号既要传到相应的收费站又要传到收费/监控中心。从摄像机到收费站的视频及控制信号传输是由收费系统完成的,而图像及控制信号的远程传输与监控有所不同,未采用复用方式,庵个摄像机图像对应一芯光纤,而控制信号是经MODEM通过通信系统的话路通道传输的。
2.通信系统
2.1 通信干线传输
长途通信干线传输系统设计的正确与否,决定着整个通信系统质量,它不仅关系到能否实现现代通信网设计的目的,还关系到工程投资的经济性、合理性和可靠性。目前,高速公路机电工程基本是采用光纤通信系统。高速公路通信系统长途通信干线传输网采用光纤通信,这是因为: 高速公路通信网要求同时传输语音、数据和图像通,信量较大,选用频带、通信容量大的光纤通信系统是合理的。 光纤通信具有通信容量大、抗电磁干扰能力强、通信质量高、传输距离长等特点,是其它通信传输方式无可比拟的。 光缆通信中继距离长,适应公路沿线各通信站点间距离不一致的实际情况。 采用长波长单模光缆传输方式,在中等容量以上长距离传输系统中,从经济上占有优势。
2.2 通信系统的程控交换
根据高速公路通信系统业务的内容和特点,通信系统采用三级程控交换,第一级交换中心设在高速公路总公司通信总中心,其主要职能是完成本局终端的话务接转,汇接所有来话、去话的转接任务,并与二级公路网中心联接,完成本局话务接续与本局以外的话务转接;第三级交通中心分别设在各高速公路公司下属的管理所,其主要职能是完成本局的话务接续与出入本局的话务接续。为了提高系统的可靠性、灵活性及话务流向的需要,各级交通交换中心之间均可进行互连,以便组成一个多迂回、多路由的程控数字交换网。
2.3 话音通信系统
高速公路通信网话音系统包括业务电话系统、指令电话系统和移动电话系统。业务电话系统为高速公路管理局、各公司、各管理所以及高速公路上各种设施(如监控、收费、服务区、停车场、加油站、维修、交警、通信、供电、配电及养护等)提供内、外业务联系电话。业务电话为全网自动拨号,业务电话网应与市话公用网汇接。指令电话系统主要是为监控总中心以及监控中心下达交通监控和调度指令。为便于交通控制和交警业务调度,在监控中心和分中心可分别设置两套指令电话控制台,以便供公路值班员和交警值班员使用,指令电话应自成系统。指令电话控制台设置在各路公司内,分监控指令控制台和交警指令控制台,分别控制所辖路段各指令电话机和交警用指令电话机;指令电话控制台具群呼、组呼、单呼功能及自动录音功能;指令电话控制台具有转接功能,即实现指令电话控制台与指令电话机之间的转接。
2.4 移动通信系统
移动通信,就是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换。移动通信不仅指双方的通话,还应包括数据、传真、图像等业务。移动通信系统可以自己建网,也可以租用邮电部建立的公用蜂窝移动通信网。邮电部公用蜂窝移动通信网可实现全省漫游,管理也比较方便,可以省去了自己建网的费用,但公用蜂窝移动通信网费用很高,同时不能完成高速公路网要求群呼、组呼等调度功能。自行建立高速公路移动通信专用网,可以解决上述不足,但建网投资很大。建议高速公路移动通信系统自己建立专业移动通信网,采用800MHz集群移动通信系统。据了解,辽宁省高速公路管理系统应用移动通信较为先进,移动通信成为快速应变能力的强有力手段。
3.监控系统
高速公路监控系统应用图像传输可将道路现场的活动图像,利用图像传输系统的能力把图像信息用电信号的方式传送到远方,清楚地再现在屏幕上,有利于管理人员做出控制决策。活动图像传输采用光缆传输方式,高速公路监控摄像点不太多的特点,一般采用一对一(一摄像头对一监视器)方式传输到各路监控中心。通过视频切换方式,由总部的控制信号来选取所需的图像信号,由光缆传至监控总部的监视器,使总中心也能监视到它所关心的全省高速公路运行情况,以便进行宏观管理。
监控系统主要由两部分组成:监控中心计算机系统和外场设备。
3.1 监控中心计算机系统
监控中心计算机系统即情报处理系统,它包括通信控制器、网络服务器、交换式集线器、终端计算机等。这些计算机组成局域网,组网方式:收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网,只是多了一台通信控制器,它配有多串行接口控制器,用于外场设备与中心的数据通信管理。
3.2 监控中心的外场设备
监控的外场设备包括车辆检测器,可变情报板,可变限速标志,气像检测器等。由于这些检测点(数据采集点)距离通信
站较远,相对分散,且数据量较小,无法采用标准的高速数据接口进行传输,因此在每个远端数据点配一台MODEM,将数据传到就近通信站的ONU,最后通过通信系统传至监控中心通信控制器。
3.3 监控数据传输
监控数据分二级管理:监控中心、监控外场设备。通信系统在各站综合业务接人网的ONU设备业务通道中提供足够的2/ 4wVF接口,监控数据采用模拟传输方式,通过这些音频接口完成,由监控系统提供MO-DEM进行数模转换。
3.4 监控图像传输
监控系统在全线设置了一定数量的摄像机,各摄像机的图像和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄像机的图像和控制信号传输提供光电缆,视频图像信号和控制信号经过数字/视频复用光端机复用后,占用一根光纤。
4.结束语
1总体设计
集中告警系统整体结构如图1所示。图1集中告警系统结构集中告警系统采用分层设计,主要包括前置机、告警解析服务器、应用服务器和客户端。前置机负责采集各子系统的告警数据,将不同协议的告警数据转换成系统内部统一格式并存入数据库。告警解析服务器根据不同设备类型的告警状态匹配规则进行告警分析定位,将分析结果提交给应用服务器。应用服务器将告警结果转发给客户端显示,并响应客户端的各种操作指令。客户端主要提供人机操作界面,通过监控拓扑视图来显示网络及设备的运行状态。
2需要解决的难点问题
集中告警系统的建设难点在于:①管理设备类型众多,接口协议繁杂;②监控场景视图千变万化。专用通信系统至少包含8个子系统,不同的子系统由不同的设备供应商提供,各子系统告警接口协议一般都由设备供应商自己定义,而且多采用私有接口协议[3]。不同子系统功能不同,设备组网方式及配置情况差异巨大,因此抽象出的监控场景视图也不同,且随时可能发生改变。通常解决这种问题最简单的方案就是定制系统,为每个项目开发一套集中告警系统,这样做存在如下缺陷:①项目通用性差,不能一劳永逸解决同一个问题,每个项目都需要重新投入人力物力;②项目后期维护成本增加,版本管理困难,每个项目一个版本,对于共性的bug解决需要n份雷同工作。该系统要解决上述难点问题并避免定制系统带来的缺陷[4]。
3设计实现
3.1前置机实现
前置机直接与被监控系统通信,采集设备告警,需要设计成接口可灵活扩充的软件结构[5]。前置机软件结果如图2所示。图2前置机软件结构前置机接口适配层设计成横向可扩充结构,接口实体间没有任何耦合,接入新协议只需横向扩充一个全新接口实体即可[6]。接口实体将不同格式规约的告警数据转换成内部可识别的统一格式,然后存入数据库,并通知告警解析服务器。前置机与告警解析服务器间采用面向连接TCP私有协议通信。前置机各接口实体通过DLL的方式实现,前置机初始化时动态加载DLL。新增设备类型时只需增加一个全新的DLL接口实体。
3.2告警解析服务器、应用服务器实现
前置机虽然将告警转换成统一格式[7],但不同设备的告警状态匹配规则不同,有的通过告警级别匹配(如1~4级表示故障,5级表示恢复);有的通过“告警类/告警号”匹配(如“通信故障/1”表示故障,“通信故障/2”表示恢复)。告警解析服务器主要根据不同设备类型的告警状态匹配规则进行告警分析定位,产生内部告警数据结构,程序结构如图3所示。告警解析服务器从数据库提取告警数据,根据设备类型进行数据调度,把告警数据分发到对应的告警解析实体,告警解析实体通过DLL的形式实现,在程序初始化时动态加载进来。新增设备类型时除了前置机上增加一个DLL接口实体,告警解析服务器也需增加一个全新的DLL解析实体。内部告警数据结构是一个内存链表,数据保存在数据库中,程序启动后加载到内存,其内按告警级别记录着系统每个故障单元对应的故障告警个数及恢复告警个数。告警解析实体根据告警状态匹配规则进行告警分析。如为故障状态告警则把对应故障单元的故障告警数加1;如为恢复状态告警则清除之前存在的相匹配的故障告警(假设故障告警n个,n≥0),把对应故障单元的故障告警数减n,恢复告警数加n+1,产生内部告警数据结构,将数据入库并通知应用服务器。告警解析服务器与应用服务器间采用面向连接TCP私有协议通信。应用服务器负责将内部告警数据结构转发给在线客户端;同时对客户端提交的数据进行后台分析处理并入库,将处理结果返回给客户端。
3.3客户端实现
客户端可以实现系统告警的图形化管理,告警可以定位到板卡或者端口级别。但不同集中告警系统管理的设备不同,设备外观及配置也各不相同,这就为系统图形化管理带来了困难。为了不走定制路线,系统需要提供一个设备无关的拓扑场景[8]编辑工具,可以根据设备组网及配置情况利用各种形状的图元进行拓扑编辑。拓扑编辑原理如图4所示。图4拓扑编辑原理一个监控拓扑由若干个图层构成,图层间有严格的隶属关系,一个图层可有多个子层,子层下还可再有子层,依此类推。拓扑编辑采用图4所示的倒树型拓扑编辑结构,由一个根节点可以扩充出不同的子图层构成一个完整的监控拓扑。每个图层有唯一的图层索引,图层索引代表了该图层在整个拓扑中的位置信息。如1-1的父层是1;1-2-1的父层是1-2;1-1有2个子层1-1-1和1-1-2。可以在一个图层中添加设备网元,设备网元的属性包括设备类型、设备名称、目的图层和通信参数等。在该图层的子层中编辑设备的机架图,每个设备网元都有一个目的图层,目的图层指向机架图所在的图层。这样点击设备网元就可以切换到目的图层(机架图),一般机架图层都是设备图层的子层。机架图层主要通过图元的组合来描述设备的详细构成,如模块、板卡和端口等信息,机架图层内的每个组成图元代表一个故障单元,故障单元的属性包括所属设备、单元名称和告警位置等。系统通过图层索引保存拓扑结构,通过图元数据流保存图层内数据信息,并提取图层内的设备信息及故障单元信息另表保存。系统初始化时读取所有故障单元信息,依此建立内部告警数据结构内存链表,用来保存每个故障单元的告警个数。客户端收到服务器转发的内部告警数据结构后,将对应的内存链表更新,然后根据新数据刷新监控拓扑上的告警指示,把指示定位到对应图层的对应故障单元上,根据不同告警级别通过不同颜色来显示告警状态。告警显示具有向上传递性,当一个故障单元产生告警后,会逐层反应到父层对应的网元上,直至最顶层拓扑。维护人员见到告警指示后,可以由设备网元点击逐层深入,直到最底层查看具体的故障位置及故障详细信息。客户端收到告警数据结构后除了在监控拓扑上进行颜色指示外,还可将告警信息送给告警箱,由告警箱进行灯光显示及声音提示;还可以通过声卡播放告警提示音。客户端还为维护管理人员提供各种应用功能接口,如:告警清除、告警受理、告警查询、告警打印、告警统计以及告警报表等。
4系统性能测试
测试的目标是验证通过上述设计方案实现集中告警系统的稳定性、可靠性及系统扩充能力。测试设备的网络配置结构如图5所示。图5集中告警系统测试结构测试需要的设备包括:服务器、客户端和各子系统接口测试Demo。为了简化测试环境,在一个服务器上部署前置机程序、告警解析程序及应用服务器程序;各子系统接口测试Demo通常由子系统厂家提供,各接口测试Demo可以部署在同一台计算机上,也可分开部署。按照各子系统提供的组网及设备配置资料进行拓扑编辑测试,拓扑编辑工具可以灵活方便建立监控拓扑,形象描述设备网络及设备机架图。证明了该系统拓扑编辑的设备无关性与灵活性。根据各子系统提供的接口协议文档,在集中告警系统上扩充前置机的接口实体DLL和告警解析的解释实体DLL。DLL实现后可以动态加载到集中告警平台里,证明了接口管理的实用性与灵活性。通过各子系统接口Demo向集中告警系统模拟发送告警,告警可以在监控拓扑上定位并正确显示,可以驱动声光告警。证明了接口实体DLL及解析实体DLL工作正常,与平台结合良好。各测试Demo定时1ms向集中告警系统发送告警数据。系统没有弹出异常,告警显示准确,证明了系统的稳定性与可靠性。测试结果证明,分层设计的集中告警系统稳定可靠,扩充能力极强,设计是可行的。
5结束语
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