MSTP技術在軌道交通中的應用 隨著中國的電信業務大規模普及,出現了越來越多的傳輸專網建設,其中包括有軌道交通、公安、電力等諸多行業。大多數專網建設是基于城域范圍的,最明顯的特征是數據類型業務帶寬需求遠遠高于語音業務。為了滿足新一代的城域網綜合業務的要求,目前主流的解決方案是多業務傳送平臺MSTP的應用。地鐵業務需求分析 作為軌道交通的傳輸網絡,必須是一個實時、透明、無阻塞、高可靠性、先進完善的系統。軌道交通通信網絡中的傳輸子系統建設屬于城域光傳輸網范疇,所以其網絡框架構筑的設計還是從網絡的層次結構和網絡的拓撲結構這兩方面來加以考慮,在具體細節上需要考慮業務顆粒和流量狀況。從具體業務需求來看。上海地鐵對于傳輸子系統的要求,主要應用是集中于控制中心與各車站(包括停車場)之間、公安調度中心之間各種信息的傳遞,包括數字視頻、電話語音信息、音頻信息、低速數據信息及高速數據信息等各種信息傳輸。由于不同的數據流實際用于監控、報警、通告發表,切實保障著地鐵線路的整體安全,因此要求每條數據流在通道上獨立而且可靠。就業務本質而言,主要分兩大類:傳統的TDM業務和IP數據業務。其中,TDM業務可細分兩類,傳統的語音業務和低速TDM業務。數據業務流有不同的三類:第一類是各站點統一面向控制調度中心的IP業務,如監控圖像傳遞;第二類是所有站與站之間的數據業務互動,如辦公自動化;最后一類是某些站與站之間的某些特定的點對點直達業務。對于具體帶寬需求,數據業務總量倍于甚至三倍于TDM業務。從業務層次來看,單條軌道交通線路是單層的(在多條軌道交通線路的綜合設計中,可能出現業務分層的結構),即除了控制中心站點,所有各站點的地位對等。線路載體,是每個車站上、下行區間兩側各自敷設的多芯單模光纜。因此單條軌道交通線路可組建的光傳送平臺,在網絡的物理拓撲上是鏈狀的,但邏輯拓撲上仍是有條件成環。MSTP光傳送平臺技術簡介 MSTP(multi-servicetransportplatform)技術,是指在SDH平臺上集成了以太網在內的多種數據業務的接入、處理和傳送能力,其中的功能模型如圖1所示。
很明顯,MSTP完整地將傳輸網和數據網融合在一起。數據接口、封裝和映射技術、內部交換處理功能部分成為其正確實現和應用的關鍵。MSTP光傳送平臺構筑分析 針對上海市的軌道交通線路的傳輸系統應用要求,采用了朗訊科技的Metropolis全系列MSTP產品。該系列是目前朗訊科技的城域網產品,不同平臺提供了從STM-1到STM-64的光傳送速率,從2M、34/45M到155M的電口接入,以及豐富的數據接口應用,包括10/100M自協商接口、SFP的GE光口、X.21、SHDSL一直到ATM。因此,不僅可解決傳統的TDM業務傳送,而且通過不同的設計可以實現不同類型應用的數據業務的安全可靠的傳送。TDM業務設計 TDM業務在SDH平臺上的設計及保護機制已經是眾所周知的,MSTP平臺從傳統業務這個層面上來看,是無異于傳統SDH設備的。地鐵的TDM業務較少,也不存在舊網的統一工作。如何構建物理網絡,從語音業務為主的TDM業務角度出發,還是要求組環。在網絡資源利用率方面,MS-SPRing優于SNCP,地鐵線路的傳輸系統其實也不例外。組環的機制,還有很大部分還是取決于節點數量,小于16個節點建議采用MS-SPRing; 大于16個節點的網絡,如果要求是單環結構就只能組SNCP環,如果沒有限制則可以組建兩個甚至三個MS-SPRing環。相鄰車站的實際距離大概在短短幾公里左右,線路光接口一般采用L16.1,也就足以滿足線路衰耗要求。而單層的網絡結構,使得無論是節點間采用隔站跳接的方式,或在首尾相連,差別都不是很大。唯一要注意的是控制中心的位置,因為大多數TDM業務是開向中心站點的。數據業務設計 MSTP平臺在具體應用上,最困難的部分是會涉及到較多的類似數據網絡設計的細節考慮。因此在規劃階段,首先需要根據具體業務應用進行精心地分析。就MSTP技術的本質而言,它是建立在SDH機制上的數據功能集成,其業務應用自然會帶有一定限制。以主流的IP數據業務為例,MSTP產品不考慮三層路由功能,它對業務是直接透明傳遞的。這就明確了目前MSTP網絡的定位,它并非要替代現有的純數據網,而且它也沒有能力去替代現有的純數據網。由于改變了傳統的LAN/WAN之類的設計理念,所以與之相連的周邊數據設備設計也需要加倍小心。例如,需要考慮對于不同地域數據如何互動,是否要進行網段劃分等等。點對點數據業務設計 上海地鐵的三類業務要求中,以點對點的數據流最為簡單,只要考慮映射機制、帶寬配置和途經路由三個方面即可。在源和宿映射后的數據業務流,就等效于傳統點對點TDM電路,因此也只能采用SDH的保護機制。由于SDH保護是最為成熟可靠的,所以可以確保該業務的實時性和安全性。面向控制中心的數據業務設計 對于各站點面向控制調度中心的數據業務設計就比較復雜。在所有的上海地鐵軌道交通傳輸項目的數據應用中,以每路視頻編碼高達6M的MEPG2的數字視頻IP碼流對帶寬需求量最大,就以其為基礎對MSTP具體設計做一簡單介紹。 首先要做的是數據流情況的分析。上海地鐵的每個車站都會有6到8個視頻編碼器,通過矩陣切換對安裝在不同地點的攝影機所得的信息進行編碼。而其所有視頻解碼器統一設置在控制中心,并且安放了對各個站點視頻設備的網管和操作控制平臺。因此,在邏輯上這是個最典型的星狀網。假定有10個需要監控的節點,每個節點有8個攝像頭,那么理論上每個節點上傳的信息量就是48M。而總共80個攝像頭,上行的信息量就需要480M的帶寬來傳送。但實際上海地鐵的控制中心站點上,解碼器和相應監視屏幕數量是有限的,具體在8～16個之間。所以,控制中心實際上是根據不同情況的需求,對各個車站的視頻編碼器進行點播。換而言之,瞬時最大的帶寬需求也就6M視頻數據乘以16路視頻流, 總共96M帶寬,而不是480M的數據流量。以十個車站的節點組成一個單環為例,如圖2所示。 從傳統的數據網絡考慮,要組建多點匯聚到一點的星狀網,為了不出現阻塞還是得按可能出現的最大傳輸帶寬來設計。那么在地鐵網絡上的表征就是單節點需要48M,匯聚到控制中心總共有480M的帶寬需求。如果每個站點真的如此向控制中心開設多條點對點業務,帶寬資源就明顯大大地浪費了。因為在某些情況下,某個節點可能根本不傳送視頻數據,但因為映射后的帶寬就是TDM電路,這些空閑的帶寬是無法被統計復用。所以,可以采用將所有站點串成一條共享帶寬的以太網的總線,那就只要考慮總共提供96M帶寬。在此類應用中,總線相對專線應用的帶寬節省優勢就得以充分體現。 根據此特定的情況,采用可以承載IP業務的TransLAN以太網板卡的二層交換技術,為上海地鐵構筑一條跨地域的以太網總線。對于某個MSTP站點上的構筑這條以太網總線的以太網板卡,細節如圖3所示。單板卡上八個LAN接口,直接連著進入的八路視頻流,統一映射到兩個WAN接口,分別開向兩個不同的線路方向。每個MSTP的地鐵車站都采用此方式,最后統一匯聚控制中心站落地,通過一個LAN接入到本地交換機,由交換機提供16路接口連接到16個解碼器。很明顯,這條數據流在整個網上形成一個以太環網。由于以太網成環會造成環回路由,導致網絡不穩定,所以這里必須采用生成樹協議。 每塊以太網板卡的網橋ID都可被操作,即可以根據具體情況將優先級的默認設置權重進行修改。那么整個互通的MSTP網絡會根據設定來進行判別,形成不同的生成樹結構。一般,生成樹會在某處邏輯上自動斷開這類以太環,實際上形成的結構更類似于一條以太網總線。假定設置后,生成樹協議自動識別根橋位于監控中心,那么圖像數據總線邏輯上的抽象如圖4所示意,即邏輯中斷點在中心(實際上可能因為算法問題會出現在不同位置)。當網絡出現中斷的故障時,生成樹協議會自動修復原來的邏輯斷點,形成一條新邏輯拓撲結構的以太網總線。 當IP視頻數據流從以太網板卡LAN接口映射成邏輯WAN的數據進入到SDH的交叉矩陣時,已經是封裝入所需帶寬的VC虛容器中,在整個MSTP網絡中形成個具有一定容量的巨大數據總線管道。根據視頻流的96M帶寬需求, 管道中的帶寬實際是映射到2個VC3上,最終形成了一條約為百兆的數據總線。 顯而易見,在MSTP體系中,以太網應用可以混雜了底層的SDH光或電保護機制和二層數據鏈路層面的保護機制。對于軌道交通線路,從SDH帶寬資源來看是比較適合復用段共享環。但如果出現超過16個節點的單環,就只能采用通道保護環,由于這種機制下分布式應用會大量占用帶寬,所以通常對此時的數據業務就不再附加SDH層面的保護。在復用段共享保護環情況下,對于數據業務實際是存在著SDH層面和數據鏈路層面的雙重保護。發生失效時候,保護機制時間的先后次序上,一般先進行SDH層面的保護,倒換時間在50ms內。如果SDH層面的保護不成功或無法實施,則可以依賴數據層面的生成樹保護形式。在上海地鐵的兩條不同線路上,實際就采用了上述兩種不同的保障機制。共享型的數據業務設計 對于各站互動的IP數據業務流而言,如OA系統,共享總線肯定是最為方便的手段。雖然業務類型甚至性質與上述的視頻流完全不一致,但是從共線以太網平臺來說,需要考慮的因素其實是一樣的,所以也不需要多加闡述。 上海地鐵中有相當多種類的IP數據流,包括售檢票、通告信息、OA等等,有些業務實際上是配置在同一塊板卡上的。我們利用了虛擬交換機的技術,將不同的應用數據流配置在同一塊板卡的不同以太網總線上,使得內容各異性質各異的業務可以協同運作而不發生任何業務間的串擾。同時,由此帶來的板卡數量的減少,也就意味著投資的節省。從工作原理上來說,最終是要將這些不同的業務映射到SDH凈負荷中不同的虛容器中,就是說在物理上就是相互獨立的電路。這相當于對不同業務開設了不同的電路專網,而且是真正獨立的專網專用,其安全性比常規的數據網絡更有保障。 最后,在設計中需要重視的一點是,對于IP數據流來說,使用MSTP以太網板卡設計的網絡本質還是一個二層的局域網,具有帶寬競用的現象,因此需要充分考慮到帶寬的因素和QoS的機制具體應用。 Metropolis全系列MSTP產品提供了從STM-1到STM-64的傳送速率以及豐富的接口類型,可以覆蓋從接入到骨干不同層面的應用,并且針對不同的業務提供不同保護機制,確保傳輸子系統在整個通信網絡中的安全可靠地運行。同時朗訊科技的Navis(r)系列的網管平臺,以圖形化的界面提供故障管理、安全管理、性能管理、配置管理等全系列功能,實現了整網所有的MSTP系列的端到端的管理。
很明顯,MSTP完整地將傳輸網和數據網融合在一起。數據接口、封裝和映射技術、內部交換處理功能部分成為其正確實現和應用的關鍵。MSTP光傳送平臺構筑分析 針對上海市的軌道交通線路的傳輸系統應用要求,采用了朗訊科技的Metropolis全系列MSTP產品。該系列是目前朗訊科技的城域網產品,不同平臺提供了從STM-1到STM-64的光傳送速率,從2M、34/45M到155M的電口接入,以及豐富的數據接口應用,包括10/100M自協商接口、SFP的GE光口、X.21、SHDSL一直到ATM。因此,不僅可解決傳統的TDM業務傳送,而且通過不同的設計可以實現不同類型應用的數據業務的安全可靠的傳送。TDM業務設計 TDM業務在SDH平臺上的設計及保護機制已經是眾所周知的,MSTP平臺從傳統業務這個層面上來看,是無異于傳統SDH設備的。地鐵的TDM業務較少,也不存在舊網的統一工作。如何構建物理網絡,從語音業務為主的TDM業務角度出發,還是要求組環。在網絡資源利用率方面,MS-SPRing優于SNCP,地鐵線路的傳輸系統其實也不例外。組環的機制,還有很大部分還是取決于節點數量,小于16個節點建議采用MS-SPRing; 大于16個節點的網絡,如果要求是單環結構就只能組SNCP環,如果沒有限制則可以組建兩個甚至三個MS-SPRing環。相鄰車站的實際距離大概在短短幾公里左右,線路光接口一般采用L16.1,也就足以滿足線路衰耗要求。而單層的網絡結構,使得無論是節點間采用隔站跳接的方式,或在首尾相連,差別都不是很大。唯一要注意的是控制中心的位置,因為大多數TDM業務是開向中心站點的。數據業務設計 MSTP平臺在具體應用上,最困難的部分是會涉及到較多的類似數據網絡設計的細節考慮。因此在規劃階段,首先需要根據具體業務應用進行精心地分析。就MSTP技術的本質而言,它是建立在SDH機制上的數據功能集成,其業務應用自然會帶有一定限制。以主流的IP數據業務為例,MSTP產品不考慮三層路由功能,它對業務是直接透明傳遞的。這就明確了目前MSTP網絡的定位,它并非要替代現有的純數據網,而且它也沒有能力去替代現有的純數據網。由于改變了傳統的LAN/WAN之類的設計理念,所以與之相連的周邊數據設備設計也需要加倍小心。例如,需要考慮對于不同地域數據如何互動,是否要進行網段劃分等等。點對點數據業務設計 上海地鐵的三類業務要求中,以點對點的數據流最為簡單,只要考慮映射機制、帶寬配置和途經路由三個方面即可。在源和宿映射后的數據業務流,就等效于傳統點對點TDM電路,因此也只能采用SDH的保護機制。由于SDH保護是最為成熟可靠的,所以可以確保該業務的實時性和安全性。面向控制中心的數據業務設計 對于各站點面向控制調度中心的數據業務設計就比較復雜。在所有的上海地鐵軌道交通傳輸項目的數據應用中,以每路視頻編碼高達6M的MEPG2的數字視頻IP碼流對帶寬需求量最大,就以其為基礎對MSTP具體設計做一簡單介紹。 首先要做的是數據流情況的分析。上海地鐵的每個車站都會有6到8個視頻編碼器,通過矩陣切換對安裝在不同地點的攝影機所得的信息進行編碼。而其所有視頻解碼器統一設置在控制中心,并且安放了對各個站點視頻設備的網管和操作控制平臺。因此,在邏輯上這是個最典型的星狀網。假定有10個需要監控的節點,每個節點有8個攝像頭,那么理論上每個節點上傳的信息量就是48M。而總共80個攝像頭,上行的信息量就需要480M的帶寬來傳送。但實際上海地鐵的控制中心站點上,解碼器和相應監視屏幕數量是有限的,具體在8～16個之間。所以,控制中心實際上是根據不同情況的需求,對各個車站的視頻編碼器進行點播。換而言之,瞬時最大的帶寬需求也就6M視頻數據乘以16路視頻流, 總共96M帶寬,而不是480M的數據流量。以十個車站的節點組成一個單環為例,如圖2所示。 從傳統的數據網絡考慮,要組建多點匯聚到一點的星狀網,為了不出現阻塞還是得按可能出現的最大傳輸帶寬來設計。那么在地鐵網絡上的表征就是單節點需要48M,匯聚到控制中心總共有480M的帶寬需求。如果每個站點真的如此向控制中心開設多條點對點業務,帶寬資源就明顯大大地浪費了。因為在某些情況下,某個節點可能根本不傳送視頻數據,但因為映射后的帶寬就是TDM電路,這些空閑的帶寬是無法被統計復用。所以,可以采用將所有站點串成一條共享帶寬的以太網的總線,那就只要考慮總共提供96M帶寬。在此類應用中,總線相對專線應用的帶寬節省優勢就得以充分體現。 根據此特定的情況,采用可以承載IP業務的TransLAN以太網板卡的二層交換技術,為上海地鐵構筑一條跨地域的以太網總線。對于某個MSTP站點上的構筑這條以太網總線的以太網板卡,細節如圖3所示。單板卡上八個LAN接口,直接連著進入的八路視頻流,統一映射到兩個WAN接口,分別開向兩個不同的線路方向。每個MSTP的地鐵車站都采用此方式,最后統一匯聚控制中心站落地,通過一個LAN接入到本地交換機,由交換機提供16路接口連接到16個解碼器。很明顯,這條數據流在整個網上形成一個以太環網。由于以太網成環會造成環回路由,導致網絡不穩定,所以這里必須采用生成樹協議。 每塊以太網板卡的網橋ID都可被操作,即可以根據具體情況將優先級的默認設置權重進行修改。那么整個互通的MSTP網絡會根據設定來進行判別,形成不同的生成樹結構。一般,生成樹會在某處邏輯上自動斷開這類以太環,實際上形成的結構更類似于一條以太網總線。假定設置后,生成樹協議自動識別根橋位于監控中心,那么圖像數據總線邏輯上的抽象如圖4所示意,即邏輯中斷點在中心(實際上可能因為算法問題會出現在不同位置)。當網絡出現中斷的故障時,生成樹協議會自動修復原來的邏輯斷點,形成一條新邏輯拓撲結構的以太網總線。 當IP視頻數據流從以太網板卡LAN接口映射成邏輯WAN的數據進入到SDH的交叉矩陣時,已經是封裝入所需帶寬的VC虛容器中,在整個MSTP網絡中形成個具有一定容量的巨大數據總線管道。根據視頻流的96M帶寬需求, 管道中的帶寬實際是映射到2個VC3上,最終形成了一條約為百兆的數據總線。 顯而易見,在MSTP體系中,以太網應用可以混雜了底層的SDH光或電保護機制和二層數據鏈路層面的保護機制。對于軌道交通線路,從SDH帶寬資源來看是比較適合復用段共享環。但如果出現超過16個節點的單環,就只能采用通道保護環,由于這種機制下分布式應用會大量占用帶寬,所以通常對此時的數據業務就不再附加SDH層面的保護。在復用段共享保護環情況下,對于數據業務實際是存在著SDH層面和數據鏈路層面的雙重保護。發生失效時候,保護機制時間的先后次序上,一般先進行SDH層面的保護,倒換時間在50ms內。如果SDH層面的保護不成功或無法實施,則可以依賴數據層面的生成樹保護形式。在上海地鐵的兩條不同線路上,實際就采用了上述兩種不同的保障機制。共享型的數據業務設計 對于各站互動的IP數據業務流而言,如OA系統,共享總線肯定是最為方便的手段。雖然業務類型甚至性質與上述的視頻流完全不一致,但是從共線以太網平臺來說,需要考慮的因素其實是一樣的,所以也不需要多加闡述。 上海地鐵中有相當多種類的IP數據流,包括售檢票、通告信息、OA等等,有些業務實際上是配置在同一塊板卡上的。我們利用了虛擬交換機的技術,將不同的應用數據流配置在同一塊板卡的不同以太網總線上,使得內容各異性質各異的業務可以協同運作而不發生任何業務間的串擾。同時,由此帶來的板卡數量的減少,也就意味著投資的節省。從工作原理上來說,最終是要將這些不同的業務映射到SDH凈負荷中不同的虛容器中,就是說在物理上就是相互獨立的電路。這相當于對不同業務開設了不同的電路專網,而且是真正獨立的專網專用,其安全性比常規的數據網絡更有保障。 最后,在設計中需要重視的一點是,對于IP數據流來說,使用MSTP以太網板卡設計的網絡本質還是一個二層的局域網,具有帶寬競用的現象,因此需要充分考慮到帶寬的因素和QoS的機制具體應用。 Metropolis全系列MSTP產品提供了從STM-1到STM-64的傳送速率以及豐富的接口類型,可以覆蓋從接入到骨干不同層面的應用,并且針對不同的業務提供不同保護機制,確保傳輸子系統在整個通信網絡中的安全可靠地運行。同時朗訊科技的Navis(r)系列的網管平臺,以圖形化的界面提供故障管理、安全管理、性能管理、配置管理等全系列功能,實現了整網所有的MSTP系列的端到端的管理。