地铁通信系统的应用分析_赵军锋

2013年第01期,第46卷 通 信 技 术 Vol.46,No.01,2013 总第253期 Communications Technology No.253,Totally

・应 用・

地铁通信系统的应用分析

赵军锋, 赵景召②

(①南水北调中线工程建管局河南直管局,河南 郑州450018; ②河南有线电视网络集团有限公司郑州分公司,河南 郑州450002)

【摘 要】主要对地铁通信系统组成,通信系统的传输技术中多业务传输平台(MSTP),弹性分组环技术(RPR),车地无线通信技术的实现、配套电源的远期负荷规划、地铁通信机房内的环境要求和环境控制等一系列问题进行了分析。随着通信技术的发展和城市轨道交通的快速建设,地铁通信网要用新型、可靠、经济的通信技术,来实现地铁通信业务的需求,这里也在地铁通信新技术应用和方案的选择做了部分分析。

【关键词】MSTP;RPR;车地无线通信;远期负荷;集中智能监控

【中图分类号】TN914 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2013)01-0047-04

Application Analysis of Metro Communication System

ZHAO Jun-feng, ZHAO Jing-zhao②

(①Henan Branch of Middle Route of South-to-North Water Transfer Project Construction and Managemeng Bureau, Zhengzhou Henan 450018, China;②Zhengzhou Branch Henan Cable TV Network Group Co., Ltd., Zhengzhou Henan 450002, China)

【Abstract】This paper focuses its analysis on subway communication system, multi-service transport and resilient and packet ring in communication system transmission technology, the vehicle wireless communication technology, long-term load planning of the supporting power, environmental requirement and control of metro communication machine-room, and also a series of other problems. With the development of communication technology and the rapid construction of city rail transport, metro communication network should satisfy, the subway communications business needs with modcrn, reliable and economic communication technology. This paper also do some discussion on new metro communication technologies and scheme options.

【Key words】MSTP (multi-service transfer platform); RPR (resilient packet ring); vehicle wireless communications; long-term load; concentrated intelligent monitoring and control

检票(AFC,Automatic Fare Collection)、乘客信息0 引言

系统(PIS,Passenger Information System)、列车地铁是现代社会一种快捷、安全、舒适、节能、

自动控制(CBTC,Communication Based Train Control 环保的公共交通工具,全国很多大城市已经向国家申

System)、防灾报警(AFS,Attribute Forecasting 报建设地铁,有十几个城市都得到了国家的批准。地

System)、电源监控(SCADA,Supervisory Control And 铁通信系统保证地铁高效运输和安全运行,满足现代

Data Acquisition)等子系统提供可靠的通信网。地化和传输语音、数据、图像、多媒体和文字等各种信

铁通信系统是轨道交通的控制、联络、监控、运行的息的需求,主要为列车自动监控(ATS,Automatic

重要环节,虽然经过专家们的各种设计规划,已经建Train Supervision )、综合监控系统(ISCS,

成地铁的城市在实际应用中还是遇到了不同问题,下Integrated Supervisory Control System)、自动售

面是对通信系统的应用做一些分析。 收稿日期:2012-10-09。

作者简介:赵军锋(1978-),男,高级工程师,一级

建造师,主要从事通信工程设备安装与调试

的工作;赵景昭(1979-),男,网络工程师,主要从事广电网络维护的工作。

1 地铁通信系统组成及应用分析

通信系统是由传输系统、无线通信系统、公务

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和专用电话系统、广播和闭路电视监控系统、时钟与同步系统、电源及接地系统、防灾报警系统、环境与监控系统、自动售票系统、办公自动化系统、列车运行控制系统、乘客信息系统等很多子系统组成(图1城市轨道交通通信系统)。不同城市的地铁规划发展不一样,通信系统的实际情况也不一样,根据北京、上海、天津等大城市已经建成地铁系统的实际情况,对地铁通信系统的传输系统、无线通信系统、动力配套系统、环境与监控系统应用做了分析。

图1 城市轨道交通通信系统

1.1 地铁通信系统的传输系统

当前通信技术发展情况来看,主要的传输技术有:多业务传输平台(MSTP ,Multi-Service Transfer Platform),千兆/万兆以太网、异步传输模式(ATM,Asynchronous Transfer Mode)、准同步数字系统(PDH ,Plesiochronous Digital Hierarchy),同步数字系统(SDH,Synchronous Digital Hierarchy ),开放式传输网络(OTN,Optical Transport Network)和弹性分组环技术(RPR,Resilient Packet Ring)。根据地铁通信系统的业务要求,主要是传统的时分复用(TDM,Time Division Multiplexing)语音业务和以太网业务。根据地铁的业务需求,轨道交通已经在用的主要是SDH、SDH+ATM、OTN、MSTP等传输技术,这儿主要介绍多业务传输平台(MSTP)和弹性分组环技术(RPR)。

基于SDH 的多业务传输平台是因为,MSTP传输技术是在SDH 基础上开发的,是面向基础电路连接的TDM 技术,这个主要是用于传输语音业务,为了满足更多业务传输的需求,MSTP在原来SDH 功能的基础上开发了基于SDH 的以太网技术(EoS ,Ethernet over SDH)、基于SDH 的异步传输技术(AoS,ATM over SDH)两大核心处理功能,采用通用成帧规程(GFP,Generic Framing Procedure)、虚容器(VC,Virtual Container)级联技术、链路容量调整机制(LCAS,Link Capacity Adjustment Scheme)等技术,以宽带为开放平台,承载语音、文字、数据、图像等业务,实现多业务在单一平台设备上接入、数据交叉、映射、传输等功能,它将传

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统的SDH 复用器、数字交叉链接器(DXC,Digital Cross Connect)、波分复用(WDM,Dense Wavelength Division Multiplexing)终端、网络二层交换机和网络互联协议(IP,Internet Protocol)边缘路由器等多个独立设备集成为一个网络设备。经过不断的发展,MSTP已经发展成为集PDH、SDH 、ATM 、RPR、以太网等技术于一体,能从2 Mb/s到10 Gb/s速率的业务通过各级虚容器复用而成,并且内嵌RPR 设备的二层交换机功能,MSTP设备通过多业务汇聚方式实现多业务综合传送和接入的技术。尽管MSTP 能提供各种功能,它还是基于SDH 为基础开发的一种技术,仍是基于TMD 应用的技术,有严格的时隙通道和带宽,不能动态的分配信道的带宽,不能满足“突发业务”特点的数据业务要求。

弹性分组技术(RPR)是一种新的媒体访问控制(MAC,Media Access Control)层协议,是为优化数据包的传输而提出的,它不仅有效地支持环形拓扑结构、在光纤断开或连接失败时可实现快速恢复,满足50 ms(自动保护倒换的测试时间)倒换保护功能,而且具备数据传输的高效、简单和低成本等典型以太网特性。RPR 因拥有1:3预订(over-subscription)、空间复用、均衡、双环工作、多点传送等技术,与单纯基于SDH 的MSTP 技术组网相比有带宽效率上的优势。弹性分组环技术(RPR), 一种以IP 数据业务为核心新开发出的光传输技术,它技术先进、互联方便、组网灵活,在网络可靠性、管理性、支持传统业务等方面都有优势,现已经在电信运营商中广泛的应用。RPR采用环形组网技术,将语音、数据、图像业务综合于一体,并解决了服务质量(QoS,Quality of Service)分类、环网保护等问题,它具备千兆以太网的可扩展性、灵活性和经济性的特点,同时还具有空间复用机制(SRP,Spatial Reuse Protocol),也就是在分组环路上,能多个节点成多段同时传送数据,而且不互相影响;以及50 ms环自愈保护特性,并具有网络拓扑自动发现、公平分配、环路带宽共享、业务分类等技术

优势[1]

。但是RPR 技术的不足之处在于它产生的原因是为数据业务提供的解决方案,对以TMD 为基础的语音电路业务的支持功能不强。

综上所述,MSTP 具有承载传统TMD 语音电路业务和数据的功能,但是承载数据业务的能力一般,不能动态的分配信道的带宽;RPR也具有承载TMD 业务、数据业务和视频业务的功能,但是承载传统TMD 业务能力一般,上述两种技术有很强的互补性。在地铁通信系统传输实现中,天津市地铁1号线、2号线传输网用的是SDH+ATM方案,是由上海贝尔公司提供的传输设备和传输解决方案;广州地铁传输网采用是西门子公司的OTN 开发式光传输网技术;

上海地铁11号线用的传输是MSTP 解决方案。ATM应用的是异步传输模式,ATM常用于组建宽带骨干网。ONT开放式光传输网技术是企业内部规范,是一种非标准的传输网制式,不同的通信企业有不同的解决方案,造成后续地铁建设通信网的不兼容性。根据其他大城市的地铁传输网的实现方案和地铁通信业务的要求,传统TMD 业务仍然有一定的份额,而且是保障列车运行、通信畅通的主要业务,同时随着业务发展,数据、图像、视频等综合业务的需求,MSTP和RPR 两种技术在实际应用中有很强的互补性,在技术上、经济上、组网灵活性都有很好的体现,就其应用前景来说是优秀的解决方案。 1.2 地铁通信系统的车地无线通信系统

地铁无线通信系统为行车调度与司机、车站值班与司机、司机与司机以及公安、环境控制、维修、消防应急等用户提供移动通信手段。无线调度系统分为行车调度、环境控制调度、公安调度、车辆段站调度、维修调度等无线通信组,组间不能交叉呼叫,各组享有不同的优先权,不同的无线用户也拥有不同的优先权。基于无线通信的乘客信息系统PIS,是依托无线通信网络技术,以计算机系统为核心,以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统,使乘客通过正确的服务信息引导,安全、便捷地乘坐轨道交通。另外,近期新开发的基

于无线通信的列车运行控制系统CBTC [2]

,CBTC是传统铁路信号系统的现代接班人,它集两项现代尖端科技——无线电通信技术和自动化控制技术,是基于无线通信的列车自动控制系统。列车上将不设驾驶员,依靠“CBTC”,其他系统发生故障,也会向列车发出安全指令,它的特点是用无线通信媒体来实现列车和地面设备的双向通信,用以代替轨道电路作为媒体来实现列车运行控制。

地铁信号系统的车—地通信大量采用无线通信技术。信号系统是关系行车安全,保证车—地通信的可靠性、实时性的关键无线通信技术。选择可靠的无线通信方案是无线信号控制的根本。目前从业务需求的角度CBTC 信号系统带宽需求为100 kb/s级, PIS系统中的下行流的带宽需求为10 Mb/s级,针对车载监控业务的上行带宽为兆位/秒级。从通信技术发展的角度出发,主要呈现了平台化、宽带化方向的发展趋势。从目前无线通信技术的角度出发,主要有集群通信技术(TETRA,TErrestrial Trunked RAdio)、第三代通信技术(3G,3rd-Generation)、全球微波互联接入技术(WiMAX ,Worldwide Interoperability for Microwave Access)、无线局域网(WLAN ,Wireless Local Area Networks)、基于铁路应用数字移动通信技术

(GSM-R,GSM for Railways)、地面微波传输技术(DVB-T,Digital Video Broadcasting)、无线网格(Mesh)网络等技术。中国地铁宽带无线通信技术常用的有TETRA、WLAN、WIMAX三种技术。目前,轨道交通信号CBTC 系统和PIS 系统都采用IEEE802.11协议无线标准,WLAN无线标准5.8G ISM IEEE802.11a协议支持的最大速率为54 Mb/s,WLAN 无线标准5.8G ISM IEEE802.11g 协议支持的最大速率为54 Mb/s,WLAN 无线标准2.4G ISM IEEE802.11b支持的最大速率为11 Mb/s。WLAN无线传输标准能满足CBTC 系统和PIS 系统的传输速率要求。近期的地铁无线通信网络建设中,主要应用CBTC 系统和PIS 系统的有广州4号线、北京10号线,WLAN 在5.8G ISM IEEE802.11a协议标准、2.4G ISM IEEE802.11b 协议标准、 5.8G ISM IEEE802.11g

协议标准组成的无线局域网[3]

,都能满足地铁在100KM/h速度的运行状态下的数据传输要求,可

以实现地铁车地之间的双向高速传输通信[4]

。但是,如果在同一轨道交通线上,如果CBTC 系统和PIS 系统无线通信同时应用一个标准协议IEEE802.11g,要考虑无线信号干扰问题,由于信号系统是保证地铁安全运行的根本,应考虑两个信号控制系统分配不同的信道来考虑整个地铁无线通信网的建设。

1.3 地铁通信系统的电力配套系统

地铁供电系统由外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明供电系统、电力监控系统等五部分组成。通信系统所用的电源与接地系统是在动力照明供电系统内独立的供电设备,并且具有集中监控功能。通信系统的动力电源是地铁供电系统的一级负荷里特别重要的部分,它应该保证对通信设备不间断、无瞬变的供电,满足通信设备对电源系统的要求。供电系统分为直流供电和不间断电源(UPS,Uninterruptible Power Supply)供电,直流供电是由电池组、开关电源、交流配电屏、直流配电屏组成如图2示。

图2 通信电源组成图

直流供电的容量应该按远期负荷配置。地铁的

通信机房内,除有地铁运营系统内部所需的通信设备外,还有考虑外租给中国移动、中国电信、中国

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联通等运营商无线通信设备的用电。交流不间断电源UPS 容量也应考虑一些远期的负荷要求,以及地铁运行监控系统、计算机终端、银行多媒体终端和广告等。实际通信机房供电应用中,会出现很多问题,因为在地铁通信机房设计时,设计人员时根据地铁通信设备要求来设计的,但是实际需求的变化与增加,有很多变化,比如:移动运营商的无线基站设备,华为、爱立信、诺基亚、贝尔的基站设备的功耗大约是1 500~2 600 W 之间,部分摩托罗拉、中兴、西门子基站设备的功耗要大于3 000 W,而且三家运营商包括GSM 和3G 共有5套基站设备的功耗,还有配套的传输设备等,这些实际出现的功耗都要在建设时考虑在内。基于用电安全,远期负荷(近期负荷指5年内)应按实测功耗平均值的基础

上乘以1.2的安全系数[5]

为了更好地保证地铁通信系统用电安全,建议给其他租用单位供电设备单独建设,单独从开关电源引出一个直流配电屏,从交流不间断电源引出一个交流配电屏,专门供地铁运营公司以外的其他租用单位使用,这样可以避免外用单位因为维护或作业操作可能对地铁运营造成安全隐患,同时可以根据相关设备建设成本向第三方租用单位谈判收取租金或费用。笔者单位承担过天津网通公司的地铁小灵通无线信号覆盖工程,因为用电问题和天津地铁运营公司协商多次,最后的解决方案是天津网通公司自购小型交流屏,由地铁运营单位电力工作人员监督配合下引用地铁内的市电,才使天津网通公司的小灵通无线设备得以加电运行。由以上的思路方法,可以解决类似与北京、天津等部分城市因为电信运营商地铁入场费谈不拢或用电难的问题。 1.4 地铁通信系统的机房环境与监控系统

地铁通信机房环境与监控是地铁环境与监控系统的一个子系统,地铁通信电源系统由交流配电屏、不间断电源(UPS)、高频开关电源、蓄电池组、电源监控(SCADA)、机房环境监控等子系统构成。由于电源室和通信机房均无人值守,有些城市地铁为方便管理,将轨道交通监控上的电源和环境监控结合起来,设置车站环境监控系统,由控制中心对各车站通信机房实施集中智能监控。智能集中监控系统主要对低压配电柜、UPS 输出的各项参数,通信机房和电源机房的空调、温度、湿度、水浸、门禁、非法入侵等进行监控,以及电池组和开关电源的交流配电,直流配电、整流模块,等进行监控,有效的控制机房环境。另外,采用智能集中监控系统,将传输网故障、空调运行、电源运行、环境监控等进行集中智能监控,并将故障信息存入数据库,并对各类故障信息进行打

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印、统计、分析等,而且便于维护人员及时处理故障,还能对信息进行分析总结。

地铁通信机房都是在地下十几米的房间内,机房内设备运行又释放出大量的热能,以及室内的静电问题,都是机房温度、湿度、通风、灰尘是环境控制的主要难题。笔者曾到天津地铁通信机械室内处理故障,就发现机房温度有34℃以上,设备内部的温度更是高,设备偶尔就会有异常告警;通信设备内平板上的灰尘几乎看不到金属色,机房环境简直是令人堪忧。另外,列车在隧道内运行时会产生大量的颗粒物;据北京地铁调查,每年产生的颗粒物达1 700 kg,再加上众多乘客进入车站带进大量灰尘,使隧道内空

气可吸入颗粒物的浓度超过最高允许浓度标准[6]

。根据电信运营商机房的条件和经验考虑,按照B 类机房要求,温度: 18℃~28℃,相对湿度:40%~60%。静态条件下,空气中0.5 nm的尘粒数少于18 000 粒/升。湿度对通信设备的影响也很大,空气潮湿易引起设备的金属部件和插件生锈蚀,并引起电路板、插接件和布线的绝缘降低,严重时还可造成电路短路。空气太干燥又容易引起静电效应,威胁通信设备的安全。电信设备尤其是交换机等设备对机房的温度有着较高的要求;温度偏高,易使机器散热不畅,使晶体管的工作参数产生漂移,影响电路的稳定性和可靠性,严重时还可造成元器件的击穿损坏,解决机房内环境的办法就是安装空调设备。对于空调设备的选择,建议选择独立的精密空调(如机房专用的大金空调),通过空调置换机房的空气,不要把室外的灰尘带进机房内,同时机房内的温度和湿度也可用通过空调调节控制。

目前地铁机房内,多采用地下走线方式,采用地下走线方式还有机场的通信机房。因为业务关系,笔者进入过天津机场通信机房和天津地铁的通信机械室,他们都是采用的地下走先方式。地板下走线方式是一种旧的解决方案,不利于控制机房环境,因为机房内静电强度较高,灰尘因为静电都依附在带点设备上,机房表面和设备表面的灰尘可以清理,但是地板下的灰尘和杂物难以清理,以及一些其他的鼠患、火灾、水灾、通风等隐患。如果发生以外,地板下走线不利于处理故障,更不利于机房的消防安全。所以,建议地铁通信机房采用上走线方式,将机房内的光缆、光纤、信号电缆、电源线分别布放在设备机架上面立体走线架上的空间,并做好监控消防设施,机房地面和机架卫生做定时的清洁,这样即能改善好机房的环境,又能兼顾机房的消防安全。

(下转第53页)

规格书、参考资料等等,内容十分丰富。在这里可以看一下双向匹配法在DGP 系统中的运用效果。

如图2、图3所示,在DGP 系统中只要输入关键字就能查出所有的相关的标准文献,并没有其它无关的信息出现,说明双向匹配法让DGP 系统搜索的准确率大大高,而且在实际操作的时候,反应速度是很快的,完全能够满足用户的实际需要。这说明,在DGP 系统中,运用双向匹配法能够很好地达到高效查找资料的目的,并提高搜索准确率,使得DGP 系统得到优化。

慢,在这样的情况下,提出对词典进行适当地整理,将词典内的词按词长分块,以提高DGP 系统分词效率,为搜索节约了时间,并且提高了搜索的准确率,达到了优化DGP 系统的目的。

参考文献

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四川:四川大学,2011.

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能上的比较[J].通信技术,2009,42(11):208-210.

图3 双向匹配法在DGP 系统中的运用图例(2)

3 结语

通过对分词技术的分析,并且根据DGP 系统的分词需要,分析出使用双向最大匹配法是最适合DGP 系统的分词方法。并了解到双向最大匹配法在分词的时候的难点是:在进行分词时会在一定程度上会使DGP 的分词效率稍微有点降低,使搜索变 (上接第50页)

析[J].现代城市轨道交通,2009(05):9-13.

[2] 何琳娜.无线通信技术在列车控制系统中的应用[J].通

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息安全与通信保密,2009(04):59-61.

2 结语

地铁在全国已经展开建设,随着列车控制技术、电源技术、有线通信技术、无线通信技术等诸多新技术的发展,实际商用到了地铁建设中越来越多。随着社会发展与进步,人们对轨道交通的运行、安全、快速、舒适和服务提出了更高的要求。地铁通信系统是为轨道交通的安全高效运行服务的,所以建设地铁通信系统时,不仅要考虑要用新型的、经济的设备,还要考虑通信设备的成熟性和安全性,以及地铁通信网进行商用运营。总之,通过专业人员的共同努力,把城市轨道交通建设成精品地铁、科技地铁、民生地铁。

参考文献

[1] 张育萍.城市轨道交通中通信系统传输技术比较与分

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2013年第01期,第46卷 通 信 技 术 Vol.46,No.01,2013 总第253期 Communications Technology No.253,Totally

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地铁通信系统的应用分析

赵军锋, 赵景召②

(①南水北调中线工程建管局河南直管局,河南 郑州450018; ②河南有线电视网络集团有限公司郑州分公司,河南 郑州450002)

【摘 要】主要对地铁通信系统组成,通信系统的传输技术中多业务传输平台(MSTP),弹性分组环技术(RPR),车地无线通信技术的实现、配套电源的远期负荷规划、地铁通信机房内的环境要求和环境控制等一系列问题进行了分析。随着通信技术的发展和城市轨道交通的快速建设,地铁通信网要用新型、可靠、经济的通信技术,来实现地铁通信业务的需求,这里也在地铁通信新技术应用和方案的选择做了部分分析。

【关键词】MSTP;RPR;车地无线通信;远期负荷;集中智能监控

【中图分类号】TN914 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2013)01-0047-04

Application Analysis of Metro Communication System

ZHAO Jun-feng, ZHAO Jing-zhao②

(①Henan Branch of Middle Route of South-to-North Water Transfer Project Construction and Managemeng Bureau, Zhengzhou Henan 450018, China;②Zhengzhou Branch Henan Cable TV Network Group Co., Ltd., Zhengzhou Henan 450002, China)

【Abstract】This paper focuses its analysis on subway communication system, multi-service transport and resilient and packet ring in communication system transmission technology, the vehicle wireless communication technology, long-term load planning of the supporting power, environmental requirement and control of metro communication machine-room, and also a series of other problems. With the development of communication technology and the rapid construction of city rail transport, metro communication network should satisfy, the subway communications business needs with modcrn, reliable and economic communication technology. This paper also do some discussion on new metro communication technologies and scheme options.

【Key words】MSTP (multi-service transfer platform); RPR (resilient packet ring); vehicle wireless communications; long-term load; concentrated intelligent monitoring and control

检票(AFC,Automatic Fare Collection)、乘客信息0 引言

系统(PIS,Passenger Information System)、列车地铁是现代社会一种快捷、安全、舒适、节能、

自动控制(CBTC,Communication Based Train Control 环保的公共交通工具,全国很多大城市已经向国家申

System)、防灾报警(AFS,Attribute Forecasting 报建设地铁,有十几个城市都得到了国家的批准。地

System)、电源监控(SCADA,Supervisory Control And 铁通信系统保证地铁高效运输和安全运行,满足现代

Data Acquisition)等子系统提供可靠的通信网。地化和传输语音、数据、图像、多媒体和文字等各种信

铁通信系统是轨道交通的控制、联络、监控、运行的息的需求,主要为列车自动监控(ATS,Automatic

重要环节,虽然经过专家们的各种设计规划,已经建Train Supervision )、综合监控系统(ISCS,

成地铁的城市在实际应用中还是遇到了不同问题,下Integrated Supervisory Control System)、自动售

面是对通信系统的应用做一些分析。 收稿日期:2012-10-09。

作者简介:赵军锋(1978-),男,高级工程师,一级

建造师,主要从事通信工程设备安装与调试

的工作;赵景昭(1979-),男,网络工程师,主要从事广电网络维护的工作。

1 地铁通信系统组成及应用分析

通信系统是由传输系统、无线通信系统、公务

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和专用电话系统、广播和闭路电视监控系统、时钟与同步系统、电源及接地系统、防灾报警系统、环境与监控系统、自动售票系统、办公自动化系统、列车运行控制系统、乘客信息系统等很多子系统组成(图1城市轨道交通通信系统)。不同城市的地铁规划发展不一样,通信系统的实际情况也不一样,根据北京、上海、天津等大城市已经建成地铁系统的实际情况,对地铁通信系统的传输系统、无线通信系统、动力配套系统、环境与监控系统应用做了分析。

图1 城市轨道交通通信系统

1.1 地铁通信系统的传输系统

当前通信技术发展情况来看,主要的传输技术有:多业务传输平台(MSTP ,Multi-Service Transfer Platform),千兆/万兆以太网、异步传输模式(ATM,Asynchronous Transfer Mode)、准同步数字系统(PDH ,Plesiochronous Digital Hierarchy),同步数字系统(SDH,Synchronous Digital Hierarchy ),开放式传输网络(OTN,Optical Transport Network)和弹性分组环技术(RPR,Resilient Packet Ring)。根据地铁通信系统的业务要求,主要是传统的时分复用(TDM,Time Division Multiplexing)语音业务和以太网业务。根据地铁的业务需求,轨道交通已经在用的主要是SDH、SDH+ATM、OTN、MSTP等传输技术,这儿主要介绍多业务传输平台(MSTP)和弹性分组环技术(RPR)。

基于SDH 的多业务传输平台是因为,MSTP传输技术是在SDH 基础上开发的,是面向基础电路连接的TDM 技术,这个主要是用于传输语音业务,为了满足更多业务传输的需求,MSTP在原来SDH 功能的基础上开发了基于SDH 的以太网技术(EoS ,Ethernet over SDH)、基于SDH 的异步传输技术(AoS,ATM over SDH)两大核心处理功能,采用通用成帧规程(GFP,Generic Framing Procedure)、虚容器(VC,Virtual Container)级联技术、链路容量调整机制(LCAS,Link Capacity Adjustment Scheme)等技术,以宽带为开放平台,承载语音、文字、数据、图像等业务,实现多业务在单一平台设备上接入、数据交叉、映射、传输等功能,它将传

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统的SDH 复用器、数字交叉链接器(DXC,Digital Cross Connect)、波分复用(WDM,Dense Wavelength Division Multiplexing)终端、网络二层交换机和网络互联协议(IP,Internet Protocol)边缘路由器等多个独立设备集成为一个网络设备。经过不断的发展,MSTP已经发展成为集PDH、SDH 、ATM 、RPR、以太网等技术于一体,能从2 Mb/s到10 Gb/s速率的业务通过各级虚容器复用而成,并且内嵌RPR 设备的二层交换机功能,MSTP设备通过多业务汇聚方式实现多业务综合传送和接入的技术。尽管MSTP 能提供各种功能,它还是基于SDH 为基础开发的一种技术,仍是基于TMD 应用的技术,有严格的时隙通道和带宽,不能动态的分配信道的带宽,不能满足“突发业务”特点的数据业务要求。

弹性分组技术(RPR)是一种新的媒体访问控制(MAC,Media Access Control)层协议,是为优化数据包的传输而提出的,它不仅有效地支持环形拓扑结构、在光纤断开或连接失败时可实现快速恢复,满足50 ms(自动保护倒换的测试时间)倒换保护功能,而且具备数据传输的高效、简单和低成本等典型以太网特性。RPR 因拥有1:3预订(over-subscription)、空间复用、均衡、双环工作、多点传送等技术,与单纯基于SDH 的MSTP 技术组网相比有带宽效率上的优势。弹性分组环技术(RPR), 一种以IP 数据业务为核心新开发出的光传输技术,它技术先进、互联方便、组网灵活,在网络可靠性、管理性、支持传统业务等方面都有优势,现已经在电信运营商中广泛的应用。RPR采用环形组网技术,将语音、数据、图像业务综合于一体,并解决了服务质量(QoS,Quality of Service)分类、环网保护等问题,它具备千兆以太网的可扩展性、灵活性和经济性的特点,同时还具有空间复用机制(SRP,Spatial Reuse Protocol),也就是在分组环路上,能多个节点成多段同时传送数据,而且不互相影响;以及50 ms环自愈保护特性,并具有网络拓扑自动发现、公平分配、环路带宽共享、业务分类等技术

优势[1]

。但是RPR 技术的不足之处在于它产生的原因是为数据业务提供的解决方案,对以TMD 为基础的语音电路业务的支持功能不强。

综上所述,MSTP 具有承载传统TMD 语音电路业务和数据的功能,但是承载数据业务的能力一般,不能动态的分配信道的带宽;RPR也具有承载TMD 业务、数据业务和视频业务的功能,但是承载传统TMD 业务能力一般,上述两种技术有很强的互补性。在地铁通信系统传输实现中,天津市地铁1号线、2号线传输网用的是SDH+ATM方案,是由上海贝尔公司提供的传输设备和传输解决方案;广州地铁传输网采用是西门子公司的OTN 开发式光传输网技术;

上海地铁11号线用的传输是MSTP 解决方案。ATM应用的是异步传输模式,ATM常用于组建宽带骨干网。ONT开放式光传输网技术是企业内部规范,是一种非标准的传输网制式,不同的通信企业有不同的解决方案,造成后续地铁建设通信网的不兼容性。根据其他大城市的地铁传输网的实现方案和地铁通信业务的要求,传统TMD 业务仍然有一定的份额,而且是保障列车运行、通信畅通的主要业务,同时随着业务发展,数据、图像、视频等综合业务的需求,MSTP和RPR 两种技术在实际应用中有很强的互补性,在技术上、经济上、组网灵活性都有很好的体现,就其应用前景来说是优秀的解决方案。 1.2 地铁通信系统的车地无线通信系统

地铁无线通信系统为行车调度与司机、车站值班与司机、司机与司机以及公安、环境控制、维修、消防应急等用户提供移动通信手段。无线调度系统分为行车调度、环境控制调度、公安调度、车辆段站调度、维修调度等无线通信组,组间不能交叉呼叫,各组享有不同的优先权,不同的无线用户也拥有不同的优先权。基于无线通信的乘客信息系统PIS,是依托无线通信网络技术,以计算机系统为核心,以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统,使乘客通过正确的服务信息引导,安全、便捷地乘坐轨道交通。另外,近期新开发的基

于无线通信的列车运行控制系统CBTC [2]

,CBTC是传统铁路信号系统的现代接班人,它集两项现代尖端科技——无线电通信技术和自动化控制技术,是基于无线通信的列车自动控制系统。列车上将不设驾驶员,依靠“CBTC”,其他系统发生故障,也会向列车发出安全指令,它的特点是用无线通信媒体来实现列车和地面设备的双向通信,用以代替轨道电路作为媒体来实现列车运行控制。

地铁信号系统的车—地通信大量采用无线通信技术。信号系统是关系行车安全,保证车—地通信的可靠性、实时性的关键无线通信技术。选择可靠的无线通信方案是无线信号控制的根本。目前从业务需求的角度CBTC 信号系统带宽需求为100 kb/s级, PIS系统中的下行流的带宽需求为10 Mb/s级,针对车载监控业务的上行带宽为兆位/秒级。从通信技术发展的角度出发,主要呈现了平台化、宽带化方向的发展趋势。从目前无线通信技术的角度出发,主要有集群通信技术(TETRA,TErrestrial Trunked RAdio)、第三代通信技术(3G,3rd-Generation)、全球微波互联接入技术(WiMAX ,Worldwide Interoperability for Microwave Access)、无线局域网(WLAN ,Wireless Local Area Networks)、基于铁路应用数字移动通信技术

(GSM-R,GSM for Railways)、地面微波传输技术(DVB-T,Digital Video Broadcasting)、无线网格(Mesh)网络等技术。中国地铁宽带无线通信技术常用的有TETRA、WLAN、WIMAX三种技术。目前,轨道交通信号CBTC 系统和PIS 系统都采用IEEE802.11协议无线标准,WLAN无线标准5.8G ISM IEEE802.11a协议支持的最大速率为54 Mb/s,WLAN 无线标准5.8G ISM IEEE802.11g 协议支持的最大速率为54 Mb/s,WLAN 无线标准2.4G ISM IEEE802.11b支持的最大速率为11 Mb/s。WLAN无线传输标准能满足CBTC 系统和PIS 系统的传输速率要求。近期的地铁无线通信网络建设中,主要应用CBTC 系统和PIS 系统的有广州4号线、北京10号线,WLAN 在5.8G ISM IEEE802.11a协议标准、2.4G ISM IEEE802.11b 协议标准、 5.8G ISM IEEE802.11g

协议标准组成的无线局域网[3]

,都能满足地铁在100KM/h速度的运行状态下的数据传输要求,可

以实现地铁车地之间的双向高速传输通信[4]

。但是,如果在同一轨道交通线上,如果CBTC 系统和PIS 系统无线通信同时应用一个标准协议IEEE802.11g,要考虑无线信号干扰问题,由于信号系统是保证地铁安全运行的根本,应考虑两个信号控制系统分配不同的信道来考虑整个地铁无线通信网的建设。

1.3 地铁通信系统的电力配套系统

地铁供电系统由外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明供电系统、电力监控系统等五部分组成。通信系统所用的电源与接地系统是在动力照明供电系统内独立的供电设备,并且具有集中监控功能。通信系统的动力电源是地铁供电系统的一级负荷里特别重要的部分,它应该保证对通信设备不间断、无瞬变的供电,满足通信设备对电源系统的要求。供电系统分为直流供电和不间断电源(UPS,Uninterruptible Power Supply)供电,直流供电是由电池组、开关电源、交流配电屏、直流配电屏组成如图2示。

图2 通信电源组成图

直流供电的容量应该按远期负荷配置。地铁的

通信机房内,除有地铁运营系统内部所需的通信设备外,还有考虑外租给中国移动、中国电信、中国

49

联通等运营商无线通信设备的用电。交流不间断电源UPS 容量也应考虑一些远期的负荷要求,以及地铁运行监控系统、计算机终端、银行多媒体终端和广告等。实际通信机房供电应用中,会出现很多问题,因为在地铁通信机房设计时,设计人员时根据地铁通信设备要求来设计的,但是实际需求的变化与增加,有很多变化,比如:移动运营商的无线基站设备,华为、爱立信、诺基亚、贝尔的基站设备的功耗大约是1 500~2 600 W 之间,部分摩托罗拉、中兴、西门子基站设备的功耗要大于3 000 W,而且三家运营商包括GSM 和3G 共有5套基站设备的功耗,还有配套的传输设备等,这些实际出现的功耗都要在建设时考虑在内。基于用电安全,远期负荷(近期负荷指5年内)应按实测功耗平均值的基础

上乘以1.2的安全系数[5]

为了更好地保证地铁通信系统用电安全,建议给其他租用单位供电设备单独建设,单独从开关电源引出一个直流配电屏,从交流不间断电源引出一个交流配电屏,专门供地铁运营公司以外的其他租用单位使用,这样可以避免外用单位因为维护或作业操作可能对地铁运营造成安全隐患,同时可以根据相关设备建设成本向第三方租用单位谈判收取租金或费用。笔者单位承担过天津网通公司的地铁小灵通无线信号覆盖工程,因为用电问题和天津地铁运营公司协商多次,最后的解决方案是天津网通公司自购小型交流屏,由地铁运营单位电力工作人员监督配合下引用地铁内的市电,才使天津网通公司的小灵通无线设备得以加电运行。由以上的思路方法,可以解决类似与北京、天津等部分城市因为电信运营商地铁入场费谈不拢或用电难的问题。 1.4 地铁通信系统的机房环境与监控系统

地铁通信机房环境与监控是地铁环境与监控系统的一个子系统,地铁通信电源系统由交流配电屏、不间断电源(UPS)、高频开关电源、蓄电池组、电源监控(SCADA)、机房环境监控等子系统构成。由于电源室和通信机房均无人值守,有些城市地铁为方便管理,将轨道交通监控上的电源和环境监控结合起来,设置车站环境监控系统,由控制中心对各车站通信机房实施集中智能监控。智能集中监控系统主要对低压配电柜、UPS 输出的各项参数,通信机房和电源机房的空调、温度、湿度、水浸、门禁、非法入侵等进行监控,以及电池组和开关电源的交流配电,直流配电、整流模块,等进行监控,有效的控制机房环境。另外,采用智能集中监控系统,将传输网故障、空调运行、电源运行、环境监控等进行集中智能监控,并将故障信息存入数据库,并对各类故障信息进行打

50

印、统计、分析等,而且便于维护人员及时处理故障,还能对信息进行分析总结。

地铁通信机房都是在地下十几米的房间内,机房内设备运行又释放出大量的热能,以及室内的静电问题,都是机房温度、湿度、通风、灰尘是环境控制的主要难题。笔者曾到天津地铁通信机械室内处理故障,就发现机房温度有34℃以上,设备内部的温度更是高,设备偶尔就会有异常告警;通信设备内平板上的灰尘几乎看不到金属色,机房环境简直是令人堪忧。另外,列车在隧道内运行时会产生大量的颗粒物;据北京地铁调查,每年产生的颗粒物达1 700 kg,再加上众多乘客进入车站带进大量灰尘,使隧道内空

气可吸入颗粒物的浓度超过最高允许浓度标准[6]

。根据电信运营商机房的条件和经验考虑,按照B 类机房要求,温度: 18℃~28℃,相对湿度:40%~60%。静态条件下,空气中0.5 nm的尘粒数少于18 000 粒/升。湿度对通信设备的影响也很大,空气潮湿易引起设备的金属部件和插件生锈蚀,并引起电路板、插接件和布线的绝缘降低,严重时还可造成电路短路。空气太干燥又容易引起静电效应,威胁通信设备的安全。电信设备尤其是交换机等设备对机房的温度有着较高的要求;温度偏高,易使机器散热不畅,使晶体管的工作参数产生漂移,影响电路的稳定性和可靠性,严重时还可造成元器件的击穿损坏,解决机房内环境的办法就是安装空调设备。对于空调设备的选择,建议选择独立的精密空调(如机房专用的大金空调),通过空调置换机房的空气,不要把室外的灰尘带进机房内,同时机房内的温度和湿度也可用通过空调调节控制。

目前地铁机房内,多采用地下走线方式,采用地下走线方式还有机场的通信机房。因为业务关系,笔者进入过天津机场通信机房和天津地铁的通信机械室,他们都是采用的地下走先方式。地板下走线方式是一种旧的解决方案,不利于控制机房环境,因为机房内静电强度较高,灰尘因为静电都依附在带点设备上,机房表面和设备表面的灰尘可以清理,但是地板下的灰尘和杂物难以清理,以及一些其他的鼠患、火灾、水灾、通风等隐患。如果发生以外,地板下走线不利于处理故障,更不利于机房的消防安全。所以,建议地铁通信机房采用上走线方式,将机房内的光缆、光纤、信号电缆、电源线分别布放在设备机架上面立体走线架上的空间,并做好监控消防设施,机房地面和机架卫生做定时的清洁,这样即能改善好机房的环境,又能兼顾机房的消防安全。

(下转第53页)

规格书、参考资料等等,内容十分丰富。在这里可以看一下双向匹配法在DGP 系统中的运用效果。

如图2、图3所示,在DGP 系统中只要输入关键字就能查出所有的相关的标准文献,并没有其它无关的信息出现,说明双向匹配法让DGP 系统搜索的准确率大大高,而且在实际操作的时候,反应速度是很快的,完全能够满足用户的实际需要。这说明,在DGP 系统中,运用双向匹配法能够很好地达到高效查找资料的目的,并提高搜索准确率,使得DGP 系统得到优化。

慢,在这样的情况下,提出对词典进行适当地整理,将词典内的词按词长分块,以提高DGP 系统分词效率,为搜索节约了时间,并且提高了搜索的准确率,达到了优化DGP 系统的目的。

参考文献

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图3 双向匹配法在DGP 系统中的运用图例(2)

3 结语

通过对分词技术的分析,并且根据DGP 系统的分词需要,分析出使用双向最大匹配法是最适合DGP 系统的分词方法。并了解到双向最大匹配法在分词的时候的难点是:在进行分词时会在一定程度上会使DGP 的分词效率稍微有点降低,使搜索变 (上接第50页)

析[J].现代城市轨道交通,2009(05):9-13.

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2 结语

地铁在全国已经展开建设,随着列车控制技术、电源技术、有线通信技术、无线通信技术等诸多新技术的发展,实际商用到了地铁建设中越来越多。随着社会发展与进步,人们对轨道交通的运行、安全、快速、舒适和服务提出了更高的要求。地铁通信系统是为轨道交通的安全高效运行服务的,所以建设地铁通信系统时,不仅要考虑要用新型的、经济的设备,还要考虑通信设备的成熟性和安全性,以及地铁通信网进行商用运营。总之,通过专业人员的共同努力,把城市轨道交通建设成精品地铁、科技地铁、民生地铁。

参考文献

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