SDH技术在地铁信号系统传输网的应用研究

摘要：SDH技术具有完善的光线自动保护机制，能够满足铁车在高速运行的过程中网络传输的高度可用性。本文以北京地铁2号线为例，从SDH技术体系入手，SDH技术在地铁信号系统传输网的具体应用，为新技术应用解决建设需求。

关键词：SDH技术;地铁信号系统;传输网

当前我国正处于高速发展阶段，随着人们生活水平的不断提高，私家车数量与日攀升，越来越多的私家车占据大面积的城市空间，城市道路拥堵不堪，因此，很多城市开始大力发展城市轨道交通，开发地下空间建设交通设施。但轨道交通属于地下空间，信号网络不畅，影响通讯体验，亟需依靠先进的通信信号设备进行控制和管理。采用SDH技术，在轨道交通线路延伸设计时需考虑将延伸段骨干网接入既有的SDH传输网，以满足轨道交通信号方面的使用性能。

1 SDH技术体系

1.1 SDH传送结构

SDH信号根据标准化定义，分为几个速率级别：

（1）STM-1：155.52Mbps;

（2）STM-4：622.08Mbps;

（3）STM-16：2.488Gbps;

（4）STM-64：9.953Gbps;

（5）STM-256：39.813Gbps;

因此，通常以STM-N来表示SDH线路接口。SDH之所以能够达到同步传送，正是因为线路接口速率统一、传送的帧结构一致。STM-N帧中，是以STM-1帧为基本的传送单元，以乘4的关系进行级别上升的。每个STM-1帧是一个9*270字节（byte）组成的固定格式的矩阵[1]。多个STM-1以字节間插的方式，最终组成STM-No。图1即为SDH线路传送的基本帧结构：

1.2 SDH网络结构

SDH体系在拥有同步传输带来的一系列优点的同时，稳定且带有冗余的网络构建方式更能够带来可靠性和经济性。网络的基本机构有链形、星形、树形、环形，以下主要介绍星型与环形结构。

1.2.1 星型结构

此种网络拓扑是将网中一网元做为特殊节点与其他各网元节点相连，其他各网元节点互不相连，网元节点的业务都要经过这个特殊节点转接。这种网络拓扑的特点是可通过特殊节点来统一管理其它网络节点，利于分配带宽、节约成本，但存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈问题。特殊节点的作用类似交换网的汇接局，此种拓扑多用于本地网接入网和用户网。

1.2.2 环行结构

环形拓扑实际上是指将链形拓扑首尾相连，从而使网上任何一个网兀节点都不对外开放的网络拓扑形式。这是当前使川最多的网络拓扑形式，主要是因为它具有很强的生存性，即自愈功能较强[2]。

2 SDH技术在地铁工程的应用实例

2.1 工程概况

沈阳地铁二号工程是沈阳快速轨道交通线网规划方案中二号线的城区段，线路全长21.517km，全部为地下线路，全线设19座车站，个部为地下车站。全线最大站向距离1564m，最小站间距离716m。走向为由南向北，北起黄河北大街的松山路，沿黄河北大街向南，穿过白山立交，终点站为上深沟站。沈阳市地铁二号线一期工程在线路南端设置浑南停车场，同时在沿线上设置2座主变电站。该地铁工程专用通信系统包括：传输系统、专用无线通信系统、公务电话系统、专用电话系统、广播系统、电视监视系统、时钟系统、旅客向导系统、综合布线系统、电源系统。

2.2 SDH传输系统设计

2.2.1 光缆线路设计

根据工程概况中描述，该工程在沈阳市区为南北向轨道交通线路。但是控制中心的位置却在一号线西部终点十三号街。即光缆链路需要沿线路在上、下行隧道进行南北向贯穿的同时，还应从其中一个节点向西敷设至十三号街。

在二号线车站当中，青年大街车站为一、二号线换乘车站，因此选择该车站为光缆链路的交汇。即青年大街车站既为二号线线路光缆贯穿的车站，同时也将控制中心方向的光缆引入二号线沿线。

由于轨道交通线路一般均设置在城市内部，跨市区建设的情况也仅为跨市后与外市线路接驳，因此，线路长度多不会超多80km。因此光缆方面选择1310nm处衰减大、色散低，1550nm出衰耗小、色散大的G.652光缆。在本工程中，所敷设的4根光缆均为G.652型48芯[3]。

光缆依据传输系统环网，将传输环网分布于上、下行光缆中，避免因光缆整根受损而 发生环网多点中断的情况。

2.2.2 传输网络设计

本线路共计19座车站，即包含控制中心在内共计21个节点，其中控制中心节点为传输系统规划的各环路的相切点。根据轨道交通业务需求分析，轨道交通中各个系统均需要与控制中心进行通信，即集中型业务。因此，可采用SNCP的保护方式。以太网业务使用RPR环网进行承载。为使传输系统环路规模避免过大（环网时钟跟踪单方向避免超过6个节点），将网络规划为2个SNCP环，以太网业务（除BAS系统）根据传输的SNCP环网涉及的车站进行组建。

在控制中心设置GPS同步，将GPS时钟震荡频率信号做为传输网的外接时钟源，传输的每个环路均跟踪控制中心的外接时钟源，每个环网的车站（停车场）节点均以最近距离的跟踪方式进行跟踪。

2.2.3 设备硬件规划

本工程选用的MSTP设备为华为的NG-SDH族的OSN（Optical Switching Node）系列。其中车站及停车场选用OSN3500、控制中心选用OSN7500及OSN3500。

2.2.3.1 控制中心设备硬件规划

控制中心由OSN7500及OSN3500两端设备组成。其中OSN7500做为连接车站的主节点，OSN3500做为控制中心的业务接口扩展。

在OSN7500上，配置6个方向的STM-16光线路接口模块。其中4个光线路模块连接2个物理环网，另外的两个模块以MSP环的方式与OSN3500连接。同时，配置4个RPR处理及接口模块，负责两个物理环的以太网接入。

在0SN35OO上，配置4个方向的STM-16光线路接口模块。其中2个光线路模块以 MSP环网方式连接0SN7500，另外的两个模块备用预留。同时，配置4个RPR处理及接口模块。

2.2.3.2 光缆缆芯使用规划

根据光缆线路及网络规划，制定光缆缆芯使用满足如下规则：

（1）每个物理环网自控制中心使用上行缆逐个连接各个环上车站，使用下行缆从环路上最后一个车站返回控制中心;

（2）上行缆的所有使用的缆芯无论是成端还是熔接，均需要在下行缆设置相同使用方式的备份芯。下行缆中使用的缆芯也需在上行缆中进行备份;

（3）需要穿过站点的缆芯需要进行直接熔接;

线路上的所有光缆均需要在青年大街站向西引入控制中心，即在青年大街站向西在上下行隧道敷设两根联络光缆，联络光缆中的相应缆芯与线路上的光缆进行跳接，以实现线路上的车站与中心连接。

2.2.4 以太网业务规划

在以太网数据业务中，根据需求模型将部分业务进行了冗余备份。根据业务模型及硬件规划，将除BAS系统的业务按照物理环路，每个环路配置两个RPR环网（冗余业务分别承载与不同的RPR环网之上）。由于BAS业务需求的带宽要求比较固定（每车站10M），为BAS系统设置全网级别逻辑RPR环网，同样的，环网为冗余[4]。

所有分配的以太网业务中，每个RPR中不同类别的业务均独占一个MPLS VPNoMPLS VPN中，传输系统对外提供的端口为MPLSPE属性，用于接入各个系统（C属性），传输系统站建互联使用RPR协议的端口为P属性，用于MPLS VPN标签的透传

2.3 工程实践

2.3.1 时隙分配

根据网络规划，本工程线路上设置两个SNCP环，同时在控制中心，OSN3500与OSN7500之间形成一个MSP环，即共计3个环网。3个环网相切于控制中心OSN7500。根据硬件规划，所有的E1业务均承载于控制中心OSN3500上，而以太网业务在控制中心得两个网元上均有承载。时隙分配图将按照本工程环网逐个画出，并标记跨环业务。

2.3.2 典型站数据配置

依据时隙分配图，逐个车站进行相应的业务、承载环及VPN数据配置。数据配置篇幅较大，本文只采集了部分典型站的数据，如控制屮心OSN7500、控制中心OSN3500、青年大街、青年公园。其他站点均使用相同模板的数据配置脚本，只需按照时隙图进行相应的时隙修改。

2.3.3 应用效果

截止至今，系统已经开通运行2年。2年之间，传输系统承载的E1业务、以太网数据业务无中断事故。尤其是以太网部分，大颗粒带宽系统，如电视监视、乘客信息等系统画面播放能够满足前文分析的系统最大需求，在高负载情况下，仍能够提供清晰的画质。系统目前最常用的为专用无线、公务电话、专用电话、闭路电视、乘客信息、BAS、AFC等系统。传输系统稳定的运行为这些系统提供了高可用、高带宽、不间断的承载保证，为沈阳地铁通信网打下坚实的承载基础。

该线路运营初期，在信号系统CBTC未完成的情况下，车搁10分钟。随着信号系统CBTC逐步的完善，功能不断的实现，车搁由原来的10分钟缩短到现在的4分钟。当前的运营随有信号系统准CBTC的控制，但通信系统仍然是行调、安全等方面的控制核心之一[5]。

在指挥调度中心，运营过程中最常用的通信子系统为专用电话、专用无线、公务电话、闭路监控，同时SCADA、BAS做为电调和环调的主要系统也经常被使用。所有的常用系 统，均有传输系统进行承载。

3 结语

目前，SDH是地铁通信网络系统的主要技术手段，能够有效保证地铁站通信效果，但SDH现场配置耗时长限制了该技术的运用，易导致次日地铁骨干网不可用现象，未来，在地铁系统不断优化的过程中，仍需从技术、成本等层面提高SDH使用，实现技术升级。

参考文献：

[1]刘强.OTN技术在地铁传输网中的应用[J].科技创新与应用，2020（13）：171-172.

[2]魏倩，魏文涛.SDH在广州地铁6号线信号系统传输網的应用[J].铁道通信信号，2016，52（02）：57-60.

[3]贾寒超.开放式传输网在地铁电视监控系统中的应用分析[J].河南科技，2014（20）：92.

作者简介：甘洪流，男，1978/12，壮，广西扶缓，工程师，本科，自动化铁道通信。