郝晨旭毕业论文郝晨旭1毕业设计

1、二一七 届 毕 业 设 计地下轨道交通 PIS 系统的设计学院：信息工程学院专业：通信工程姓名：郝晨旭号：201324040101学指导教师：关可完成时间：2017 年 6 月 9 日二一七年六月 摘 要 摘 要 目前各大城市在城市轨道交通信息系统方面逐渐加大投资研究力度，但是存在一些缺陷和不足之处：一方面每条地铁线独立运营不能实现信息与技术共享，两一方面当单节点出现故障或者多节点发生瘫痪，信息系统无法进行业务恢复以及信息的及时传输。本文主要以城市轨道交通 PIS 系统为主要研究对象，参考国内外目前地下轨道交通 PIS 系统研究现状，进一步分析乘客信息系统的基本架构与功能，并对传统同步数字传输

2、设备 SDH 技术进行详细的介绍，引出新型的智能光网络传输技术 ASON，并对 ASON 的网络结构模型、实现原理、生存技术做出了详细的介绍。通过对 ASON 技术在地下轨道交通通信系统的分析，设计出城市地铁分布式组网的架构，以此为基础设计出乘客信息系统，解决传统通信系统所存在的问题。关键词：分布式组网，ASON，PIS，通信系统，SDH IABSTRACT ABSTRACTAt present, the major cities in the urban rail transit information system gradually increase investment researc

3、h, but there are some shortcomings and shortcomings: on the one hand each subway line independent operation can not achieve information and technology sharing, both aspects of a single node failure Or multi-node paralysis, the information system can not be business recovery and timely transmission o

4、f information.This paper mainly focuses on the PIS system of urban rail transit, and analyzes the present situation of PIS system of underground rail transit at home and abroad, and further analyzes the basic structure and function of passenger information system, and introduces SDH technology of tr

5、aditional synchronous digital transmission equipment, Leads to a new intelligent optical network transmission technology ASON, and ASON network structure model, to achieve the principle of survival technology made a detailed introduction. Based on the analysis of ASON technology in underground rail

6、transit communication system, the architecture of urban subway distributed network is designed, and the passenger information system is designed to solve the problems existing in traditional communicationsystem.KEY WORDS:distributed networking, ASON, PIS, communication system，SDHII 目录 目录第一章 绪论1 1.1.

7、 论文研究背景及意义1 1.1.1 论文的研究背景1 1.1.2.论文研究目的和意义2 1.2. PIS 系统的国内外研究综述2 1.2.1. 国外 PIS 系统研究现状2 1.2.2. 国内 PIS 系统研究现状3 1.3. 研究路线与研究方法3 1.3.1. 研究路线3 1.3.2. 研究方法4 1.4.小结4 第二章 城市轨道交通乘客信息系统框架5 2.1.引言5 2.2. 轨道交通网络化信息服务的特征5 2.2.1. 地铁网络化运营现状及效益分析5 2.2.2. 轨道交通网络条件下乘客乘坐体验6 2.3. PIS 系统的构成6 2.4. PIS 系统的功能7 第三章 智能光网络技术分析

8、9 3.1. 同步数字传输设备(SDH)技术9 3.1.1. SDH 背景9 3.1.2. SDH 定义9 3.1.3. SDH 工作原理10 3.1.4. SDH 的拓补结构11 3.1.5. SDH 特点11 3.2. ASON 技术应用分析13 3.2.1. ASON 技术背景13 3.2.2. ASON 结构模型及实现原理14 3.2.3.生存技术15 3.2.4. 拓补自动发现及 MESH 组网恢复16 3.2.5. ASON 技术优势17 第四章 ASON 技术在地下轨道交通通信系统中的分析18 4.1. ASON 技术在地下轨道交通通信系统中的应用分析18 4.2. 地下轨道交通

9、通信系统的 ASON 需求分析19 4.2.1. 控制平面需求20 4.2.2. 传送平面需求20 4.2.3. 保护恢复需求21 4.3. ASON 设备与传统 SDH 设备联合组网方式21 第五章 基于 ASON 的地下轨道交通 PIS 系统的研究23 5.1.组网设计23 5.1.1.ASON 组网设计23 5.1.2.设备选型23 III 目录 5.2. 地下轨道交通通信网 ASON 网络的特性24 5.2.1. 核心层采用 MESH 组网24 5.2.2. 资源和拓补自动发现24 5.2.3. 快速端到端业务配置24 5.2.4. 基于流量工程的路由选择25 5.2.5. 业务路径优

10、化25 5.2.6. 业务可恢复属性25 5.2.7. 静态业务与智能业务的平滑转化25 5.2.8. ASON 设备与华为传统设备混合组网25 5.3. 地下轨道交通 PIS 系统与接入26 5.3.1. PIS 系统网络总体结构26 5.3.2.组网方案27 5.3.3.控制中心子系统28 5.3.4.车站系统28 5.3.5.车载系统29 5.3.7.车载设备的连接构成及一般要求30 5.4. 接口基本要求31 5.4.1. 与总中心 PIS 系统接口31 5.4.2. 与专用传输系统的接口31 5.4.3. 与专用通信电源系统的接口31 5.4.4. 与 LTE 车地通信系统的接口31

11、 5.5. 系统业务流程32 5.6. 系统运作模式32 第六章 总结与展望34 致 谢36 参考文献37 附 录1 附录 A PIS 系统总体网络结构图1 附录 B 车载 PIS 系统构成图2 IV地下轨道交通 PIS 系统的设计 第一章 绪论1.1.论文研究背景及意义1.1.1 论文的研究背景随着我国经济快速发展，我国城市化进程普遍加快，使得城市人口迅速增长及车辆的快速增加，一些大中型城市交通出现道路拥挤、交通堵塞的状况并日趋恶化。为了缓解国内各大城市的这种交通状况，很多城市相继建设了地下轨道交通。截至到 2013 年 5 月底，北京、广州、深圳、南京、上海、天津、成都、沈阳、长春、苏州、

12、昆明、佛山、武汉、重庆、大连等城市已经或即将开通城市轨道交通，地下轨道交通的运营线路总长已超过了 2000 公里。国内很多二线城市陆陆续续开始了地下轨道交通的建设，除了上述所提到的城市外，还有郑州、无锡、西安、杭州、哈尔滨、青岛、福州等城市。目前，国家发展和改革委员会多次公布了城市地下轨道交通建设的相关规划和有关的设计案例报告，涉及到的项目达到 25 个之多，其中近期批准了沈阳市、兰州市、厦门市、太原市、常州市等几个城市的地下轨道交通项目；同时，哈尔滨市、上海市、广州市等城市的地下轨道交通建设规划调整方案已获得批准。这些项目总投资金额大约高达 8700 亿元，这一举动意味着城市轨道交通建设将迎

13、来新一轮建设。以上海市轨道交通建设为例，市民乘坐地下轨道交通出行人数已经超过了公共交通出行总数的 50%，其中 2013 年 5 月的日客流最高峰达到千万人次，如今已经成为常态。地下轨道交通已经成为城市公众非常重要的交通工具。城市轨道交通有许多的优点比如：运量大、运行速度快、安全性、有利于环境保护以及节约能源。目前，世界大多数国家已经清醒的意识到：缓解城市交通的根本途径就是优先发展建设城市轨道交通。所以，构建城市公共交通系统的关键就是建设地下轨道交通系统。目前城市中选择公共交通出行的人数越来越多，所以地下轨道交通运营更看重乘客出行的乘车体验。那么以前的城市轨道交通以车辆为中心的运营模式逐渐被以

14、服务乘客的运营模式取代。乘客信息系统（Passenger Information System，简称 PIS）是城市轨道交通运营商运用成熟可靠的现代科技：显示技术、网络技术与多媒体技术等，在预定的时间段，将准备好的信息向公众乘客显示。通过在地铁车厢里建立起的动态的乘客信息显示系统，可让乘客身处地下空间，仍然能够时刻保持与外面世界的信息沟通，这一点充分体现以人为本、以为乘客服务的至高理念。PIS 系统是城市轨道交通非常重要的服务系统，以图像、声音、文字等多媒体方式，在列车内、出入口、站前广场、站厅、站台等位置，提供网站、手机终端、显示屏、触摸式查询机等服务平台，为乘坐轨道交通的乘客及员工提供共3

15、7页第1页地下轨道交通 PIS 系统的设计 以运营信息为主，商业广告为辅的多媒体综合信息显示。为乘客安全、便捷地乘坐城市轨道交通提供正确的服务信息引导。国内大中型城市的城市轨道交通运营线路逐渐增多，乘客信息系统运营条件也在摸索中成熟，之前采用不同建设标准、不同的技术设计的乘客信息系统已经不能满足现在城市轨道交通的各种需求，所以需要搭建一套基于 ASON 智能通信网的统一乘客信息系统，通过实现这一系统并搭建统一管理平台，可以在全网范围内实现信息采集、信息发布、设备监控、媒体编排、播表版式等功能处理及协调管理。目前已经具备了开发基于 ASON 智能通信网的乘客信息系统的外部环境和技术手段。1.1.

16、2.论文研究目的和意义乘客信息系统在地下轨道交通日常运营过程中发挥着极其重要的作用，其结合成熟可靠的多媒体技术、网络技术以及图像显示等技术将特定的多媒体信息在特定的时间内显示给指定的乘客。乘客信息系统不仅扮演了乘客乘车出行信息服务系统引导的角色，还是整个城市交通形象的重要窗口。乘客信息系统在城市轨道交通运营开发、运营管理中扮演着重要的角色。乘客信息系统的全面网络化建设可以方便乘客出行并在宣传城市轨道交通以及传播城市文化方面有着巨大的作用。研究和建设满足基于 ASON 智能通信网的乘客信息系统，是乘客信息系统的必然趋势，具有重要的现实意义。本论文针对相关问题，参考国内外文献，以对乘客信息系统的发

17、展和需求进行详细分析，设计基于 ASON 智能通信网的乘客信息系统，着重分析了与之相关的关键技术，进而完成乘客信息系统的设计，满足智能光网络并线联网运营的需求，实现实时信息共享，对提高我国城市轨道交通信息服务提供了设计依据，具有一定的指导意义。1.2.PIS 系统的国内外研究综述1.2.1.国外 PIS 系统研究现状在国外如巴黎、新加坡、伦敦、东京等城市都有类似的乘客信息系统。在巴黎地铁交通的公交运量大约占 70%左右，并且巴黎公共运输公司在手机上开发公共平台为乘客提供更多更好的服务，并可以借助手机短信向乘客播报地区和郊区路段的交通实时状况。从 2007 年开始，用户可以使用手机平台乘车路线，

18、并计算行程时间以及费用。黎公共运输公司发送短信选择共37页第2页地下轨道交通 PIS 系统的设计 英国伦敦的地铁运营历史已达百年之久，每日可运 300 万人次，伦敦地铁可以满足将近一半的出行人员的需求，并且乘客也可以在乘车前以及途中通过互联网进行实时查询获取当前列车的运行状态。在日本东京，其地下轨道交通每日运送乘客大约在 3000 多万人次，承担了城市全部客运量的 9 成以上，日本地铁技术已经将数字地铁功能以先进的技术将各种形式的信息融合成一个信息实体。通过信息实体将为乘客播报当前列车的实时信息、乘车路线及行程时间。通过对上述城市地下轨道交通的分析可以发现 PIS 系统应用广泛以及功能之强大，

19、并可以为乘客提供更多更好更便捷的信息服务，并且可以与公共网络、公安网络进行组网给乘客提供更多的更人性化的延伸服务。1.2.2.国内 PIS 系统研究现状目前，北京、上海、广州、南京、杭州、沈阳、哈尔滨、深圳、大连、天津、长春、武汉、重庆、苏州、成都、昆明、南昌等城市均已经拥有了完整的城市轨交交通。北京、广州、深圳、上海、天津地铁在分析建设时加入乘客信息系统，且在北京、广州、深圳等已实行车载实时传输的 PIS 系统。另外如南京、沈阳、重庆、成都、武汉等国内城市的地铁，在分析设计中都采用了 PIS 系统。目前，乘客信息系统在国内的地铁中得到了广泛的医用。但是在大中型城市中由于一些原因使得 PIS

20、系统存在独立运行，导致功能比较单一，各线之间不能实现信息实时共享等问题。所以，基于 ASON 技术的智能光网络系统是大势所趋。1.3.研究路线与研究方法1.3.1.研究路线本文研究路线：国内外调查材料收集与整理资料分析系统关键技术研究与设计技术资料分析方案分析设计 提交论文共37页第3页地下轨道交通 PIS 系统的设计 1.3.2.研究方法本论文通过借鉴国内外最新研究成果，通过收集和阅读大量资料，并调查和分析研究国内外先进技术和方法，使得本研究有着更宽的视角。本研究源于系统研究开发，落实到工程项目应用实践，整个研究过程运用以下方法：1)2)3)理论与实践相结合的研究方法。逻辑推理分析与数学模型

21、相结合的方法系统集成研发和合并分析的方法1.4.小结本章描述了乘客信息系统研究的背景与意义，并对国内外的 PIS 系统应用和研究现状进行了详细的分析，国外包括伦敦、东京、巴黎等典型地区的研究和应用现状，国内包括已经建成和在建主要城市的研究和应用现状。在此基础上分析既有系统的不足之处，又可以完善相关的理论体系，分析研究系统建设中存在的关键问题，设计出一套基于 ASON 智能光网络的乘客信息系统，是当前紧迫且重要的任务。共37页第4页地下轨道交通 PIS 系统的设计 第二章 城市轨道交通乘客信息系统框架2.1.引言随着城市轨道交通智能网络化建设的快速进行以及日益增长的乘客数量，城市轨道交通所承担的

22、交通服务需求日趋增加。同时，城市轨道交通运营服务将致力于为乘客提供更人性化、综合化的信息服务已经成为乘客信息系统智能化网络建设的首要目标。在城市轨道交通的早期发展探索阶段，乘客信息系统主要采用单线路研究、分析、建设及运营的建设模式，但是面对所需求的智能网络化的运营模式，乘客信息系统发也应顺势所趋相应改变。城市轨道交通运营管理者的主要目标就是为乘客提供优质的信息播报以及完善的网络信息内容。若信息服务不到位或者信息内容短缺会降低城市轨道交通运营的效率，那么城市轨道交通建设而带来的经济效益及社会价值将会大打折扣。在建设城市轨道交通的过程中，应根据国内现有的智能网络化轨道交通建设经验，结合智能网络化建

23、议的需求，将提供高水平、高质量、高效率的轨道交通智能网络信息作为城市轨道交通建设的最终目标。本章在网络化运营条件下，引入了线网控制中心 OCC 的概念，设计了新一代乘客信息系统的总体框架及功能定义，与独立运营条件下乘客信息系统相比，能够更好地将轨道交通各种多媒体信息整合在一起，使乘客拥有覆盖范围较为广泛的智能网络信息服务。2.2.轨道交通网络化信息服务的特征智能网络化作为建设城市轨道交通的主要发展目标，为实现信息智能传输、服务高效运营以及管理提供了良好的技术基础。智能光网络将城市轨道交通内外部所涉及的各种多媒体信息进行资源有效整合，并且以接收呈现城市轨道交通实时运营信息为中心，为城市轨道交通运

24、营管理人员等提供一系列完整的信息服务系统。2.2.1.地铁网络化运营现状及效益分析如今大中型城市的轨道交通运营模式已经由单线模式向多线网络式的运作模式转变， 这种巨大的改变带来的是乘客对线路交叉点换乘以及乘车信息实时呈现的服务需求。因 此，单线路运营模式将逐步被智能光网络的运营模式所取代。城市轨道交通线路间的各种资源实时共享、集中进行管理等可以充分发挥城市轨道交通的强大功能，产生各独立线路一加一大于二的经济效益。城市轨道交通运营实行分线或者分区域进行管理和控制对现在城市轨道交通网络化发展起着至关重要的作用。在传统的单线路运营模式下，城市轨道交通需要在建设、运营等各方面在单线模式下投入较多的人力

25、、物力等资源导致单线的运营效率较高，同时也便于共37页第5页地下轨道交通 PIS 系统的设计 运营者进行集中管理。在网络化运营模式下，各条线路之间的技术、资源等有着较高的兼容性与互补市各区域中存在的利益不均衡现象导致各个线路间的资源不均衡。因此，建立合理的、高效的智能光网络化信息服务要以分线或者分区域对轨道交通运营进行管理和控制为前提，强调智能网络化的运营管理模式的重要性，以便实现城市轨道交通整体效益最大化的目标。2.2.2.轨道交通网络条件下乘客乘坐体验在传统的轨道交通单线路运营模式下，各个线路之间的运营信息是相互的，并且每条线路的运营都是以自我控制中心展开，难以实现多线路之间的信息、技术资

26、源的共享。而今，城市轨道交通正向整体规划建设、智能网络运营、多线路交错、信息技术资源共享等方向转变。但是，面对乘客所需的服务信息越来越复杂，城市轨道交通运营管理者无法提供响应的信息，这两者之间形成了不平衡的供需关系。因此，轨道交通智能网络化服务信息要求运营管理者着重分析乘客所需信息，为其提供更全面的、与其生活息息相关的信息服务。需以乘客在城市空间的完整行进路径为线索，以乘客在城市空间不同位置的信息需求呈现多元化特征为指导原则，优先拓展信息展现的发布渠道，使用先进的技术手段在载体上提供实时信息发布服务。乘客大多通过出入口 LED 屏、动态信息屏、网站、移动电视、智能导向查询系统、信息化服务中心、

27、广播系统、移动通信系统等等方式来获取所需的信息，以上等方式可以实现对乘客出行路线的完整覆盖。乘客在出行过程中，特别是位于站厅、站台时，除了解本站的运营状态外，对本线路的运营情况也有明确的信息需求。在换乘过程中，对相关的换乘站以及行程线路规划相关情况的需求也更为明显和迫切。在智能网络化信息服务平台的基础上，轨道交通运营方充分利用网络资源，向乘客实时发送有关服务信息，不仅满足了乘客的需求，也提高了信息的实用性，近而提升乘客乘坐城市轨道交通的体验。2.3. PIS 系统的构成城市轨道交通 PIS 系统由五个子系统构成，分别是控制中心子系统、车站子系统、车载子系统、网络子系统和广告制作子系统(1) 中

28、心子系统中心子系统具备信息管理、设备管理、网络安全管理、参数管理、安全监视、日志、报表等功能。以下对中心子系统主要设备和工作站进行介绍：共37页第6页地下轨道交通 PIS 系统的设计 中心服务器：负责采集和存储需要播放的信息，进行数据的上传和输出，对终端显示设备进行集中控制，创建列车运行所需的日志，存储乘客信息系统所需的配置信息，并且具备时钟管理、磁盘维护等功能；资讯服务器：负责为乘客提供乘车信息和各类乘车资讯；视频流服务器：负责所有素材的录入工作；直播数字编码器：负责所有视频、音频的编码工作，并指定显示设备；播出控制工作站：负责播报内容的编制、审核、运行等工作；中心维护工作站：负责系统配置、

29、权限管理、安全保障等工作；中心操作员工作站：负责远程监控设备、编辑设备位置图、发布紧急消息等。(2) 车站子系统车站子系统负责转播由控制中心发来的实时信息以及叠加信息，还具有时钟显示、日志统计、报表、接口等功能。(3) 车载子系统车载子系统是指地铁上、车辆段以及沿地铁线的乘客信息系统设备，负责视频/音频的发送、接收和播放控制等。其获取信息的方式分为：直接播放提前录制好的 DVD 光盘，不具备实时移动传输能力；在车辆段或进站区域，通过有线或者无线的传输方式将事先存储好的信息发送给列车，可以在行驶过程中播放实现准实时传输；在运行正线设置无线基站，信息通过车载无线集群系统发送给列车，实现实时移动传输

30、。(4) 网络子系统网络子系统可分为有线和无线两部分，有线部分：控制中心车站、各车站隧道传输通道；无线部分指车地传输通道。(5) 广告制作子系统广告制作子系统主要为专业人员提供广告制作的界面，具备广告审核、安排广告时间表、指定屏幕显示等功能。2.4.PIS 系统的功能PIS 系统为乘客提供列车时刻、出行参考、政府公告、赛事直播、广告等实时多媒体信息，在紧急突况下为乘客提供疏散、撤离提示。其具体功能如下：(1)(2)(3)(4)(5)紧急疏散功能：发布紧急信息，紧急信息包括预先设定和即时编辑两种；广告播出功能：为各种广告提供发布平台；多区域屏幕分割功能：可增加信息播出量和灵活性； 实时信息和时钟

31、显示功能；终端显示屏的广泛兼容功能：支持 LCD、CRT、LED、PDP 屏幕显示；共37页第7页地下轨道交通 PIS 系统的设计 (6)(7)(8)(9)(10)(11)定时自动播出的功能：形式包括日播、周播和月播；多语言支持和全数字传输功能；显示列车服务信息；集中维护功能；广播级的图像质量；灵活多样的显示功能。共37页第8页地下轨道交通 PIS 系统的设计 第三章 智能光网络技术分析3.1.同步数字传输设备(SDH)技术3.1.1.SDH 背景随着通信网络的发展，要求传送的信息已经不局限在声音，还有数据、文字、图像和视频等，所以 SDH 技术的诞生是有一定必然性。再随着数字通信和计算机技术

32、的发展， 在 70 至 80 年代，陆陆续续出现了 T1(DS1)E1 载波系统(1.544/2.048Mbps)、X.25 帧中继、ISDN(综合业务数字网) 和 FDDI(光纤分布式数据接口)等多种网络技术。随着信息社会的不断完善，快速、经济、有效地提供各种传输和业务的现代信息传输网成为主要的目标。上述技术随着时代的发展由于其业务的单调性以及在扩展的兼容性，带宽的局限性， 已经不能再原有架构中进行创新。SDH 就是在这种背景应用需求下发展起来的。在各种宽带光纤接入网技术中，使用 SDH 技术进入网视同是应用最普遍的。SDH 的诞生解决了由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的发

33、展，而产生了用户与核心网之间的接入瓶颈的问题，同时提高了传输网上大量带宽的利用率。SDH 技术自从 90 年代引入以来，至今已经是一种成熟、标准的技术，在骨干网中被广泛采用，且价格越来越低，在接入网中应用 SDH 技术可以将核心网中的巨大带宽优势和技术优势带入接入网领域，充分利用 SDH 同步复用、标准化的光接口、强大的可靠性带来好处，在接入网的建设发展中长期受益。能力、灵活网络拓扑能力和高3.1.2.SDH 定义Synchronous Digital Hierarchy - 同步数字系列SDH 网是由一些 SDH 的网络单元(NE)组成的，可以进行同步信息传输、复用、交叉连接和分插的网络，可

34、以在光纤、微波等传输媒质进行同步信号的传送。 SDH 网有全世界统一的网络节点接口(NNI)，从而可以简化信号的传输以及信号的互通、复用以及交叉连接等过程SDH 网有一套特殊的复用结构，可以允许现存的准同步数字体系(PDH)、同步数字体系都可以纳入其帧结构中传输，有着强大的兼容性和广泛性。SDH 网有标准的光接口，允许不同的厂家的设备在光路上互通。SDH 网大量采用软件进行网络配置和控制，增加新功能以及新特性非常方便，适合不断发展的需要。共37页第9页地下轨道交通 PIS 系统的设计 3.1.3.SDH 工作原理SDH 传输业务所需信号时信号必须经过映射、定位和复用三步进入 SDH 的帧。图

35、3-1 工作流程图图 3-2 工作原理1) 映射：将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器（C），再加入通道开销 （POH）形成虚容器（VC）的过程，帧相位发生偏差称为帧偏移。2) 定位：即是将帧偏移信息收进支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程，它通过支路单元指针（TU PTR）或管理单元指针（AU PTR）的功能来实现。3) 复用：复用可以将多个低阶通道层的信号适配进高阶通道层，或把多个高阶通道层信号适配进复用层的过程。复用主要是采用字节交错间插的方式进行处理。共37页第10页地下轨道交通 PIS 系统的设计 3.1.4.SDH 的拓补结构SDH 网络具有多种拓补结构，其中包括链

36、型、星型、网孔型和环型等等。其中的环型结构中的一种特殊结构是双环结构，它自身具备自愈功能，可以提供系统网络的可靠性。较常用的有双纤双向复用段保护环和双纤单向通道保护环，网络结构如下图所示：图 3-3双纤单向通道保护环图 3-4双纤双向复用保护环3.1.5.SDH 特点1.优点共37页第11页地下轨道交通 PIS 系统的设计 （1）SDH 传输系统在国际上有统一的帧结构数字传输标准速率和标准的光路接口，系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的 PDH 完全兼容，并容纳各种新使的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性。（2） SDH 接入系统的不同等级的码流在帧结构净

37、负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了 PDH 准同步复用方式对全部高速信号进行逐级分解然后再生复用的过程，由于大大简化了 DXC，减少了背靠背的接口复用设备，改善了网络的业务传送透明性。（3） 由于采用了较先进的分插复用器（ADM）、数字交叉连接（DXC）、网络的自愈功能和重组功能就显得非常强大，具有较强的生存率。因 SDH 帧结构中安排了信号的5%开销比特，它的功能显得特别强大，并能统一形成网络管理系统，为网络的自动化、智能化、信道的利用率以及降低网络的维管费和生存能力起到了积极作用。（4）由于 SD

38、H 多种网络拓扑结构，它所组成的网络非常灵活，它能增强网监，运行管理和自动配置功能，优化了网络性能，同时也使网络运行灵活、安全、可靠，使网络的功能非常齐全和多样化。（5） SDH 有传输和交换的性能它的系列设备的构成能通过功能块的自由组合，实现了不同层次和各种拓扑结构的网络，十分灵活。（6） SDH 并不专属于某种传输介质，它可用于双绞线、同轴电缆，但 SDH 用于传输高数据率则需用光纤。这一特点表明，SDH 既适合用作干线通道，也可作支线通道。例如，我国的国家与省级有线电视干线网就是采用 SDH，而且它也便于与光纤电缆混合网(HFC)相兼容。（7） 从 OSI 模型的观点来看，SDH 属于其

39、最底层的物理层，并未对其高层有严格的限制，便于在 SDH 上采用各种网络技术，支持 ATM 或 IP 传输。（8） SDH 是严格同步的，从而保证了整个网络稳定可靠，误码少，且便于复用和调整。（9） 标准的开放型光接口可以在基本光缆段上实现横向兼容，降低了联网成本。2.缺点有效性和可靠性是一对矛盾，增加了有效性必将降低可靠性，增加可靠性也会相应的使有效性降低。SDH 的一个很大的优势是系统的可靠性大大的增强了（运行维护的自动化程度高），这是由于在 SDH 的信号STM-N 帧中加入了大量的用于 OAM 功能的开销字节，这样必然会使在传输同样多有效信息的情况下，只有当 PDH 信号是以 140M

40、bit/s 的信号复用进 STM-1 信号的帧时，STM-1 信号才能容纳 642Mbit/s 的信息量，但此时它的共37页第12页地下轨道交通 PIS 系统的设计 信号速率 155Mbit/s，速率要高于 PDH 同样信息容量的 E4 信号（140Mbit/s），也就是说STM-1 所占用的传输频带要大于 PDH E4 信号的传输频带。2. 指针调整机理复杂SDH 体制可从高速信号中直接下低速信号，省去了多级复用/解复用过程。而这种功能的实现是通过指针机理来完成的，指针的作用就是时刻指示低速信号的位置，以便在“拆 包”时能正确地拆分出所需的低速信号，保证了 SDH 从高速信号中直接下低速信号

41、的功能的实现。可以说指针是 SDH 的一大特色。但是指针功能的实现增加了系统的复杂性。最重要的是使系统产生 SDH 的一种特有抖动由指针调整引起的结合抖动。这种抖动多发于网络边界处，其频率低，幅度大，会导致低速信号在拆出后性能劣化，这种抖动的滤除会相当困难。3. 软件的大量使用对系统安全性的影响SDH 的一大特点是 OAM 的自动化程度高，这也意味软件在系统中占用相当大的比重，这就使系统很容易受到计算机病毒的侵害，特别是在计算机病毒无处不在的今天。另外，在网络层上人为的错误操作、软件故障，对系统的影响也是致命的。这样系统的安全性就成了很重要的一个方面。所以设备的维护人员必须熟悉软件，选用可靠性

42、较高的网络拓扑。3.2.ASON 技术应用分析3.2.1.ASON 技术背景因特网的迅猛发展带来了网络业务量的爆炸性增长,各 种新型业务如视频点播、带宽租用、虚拟专用网等不断涌现, 这在为服务提供商带来了广阔的市场前景和新的利润增长点的同时,也对其传输网络提出了更高的要求。新业务不可预测性使得静态的网络资源配置方式无法与动态的业务模式相 适应。数据业务的宽带化发展使得网络中的大颗粒业务大量涌现,如 GE、10GE、40GE 以太网,2.5Gbs、10Gbs 和 40GbsSDH 分组传输接口等,而传统的 IP 网络技术更适合于小颗粒业务处理,迫切需要对这些大颗粒业务进行高效传输、灵活调度和完善

43、管理。在传统 SDH、DWDM 光网络运行中,存在一些固有的缺陷, 导致网络效率较低,制约了宽利用率低、不能实现网络负载的自动均衡和优化、不能实现实时网络管理、不统一。共37页第13页地下轨道交通 PIS 系统的设计 自动交换光网络 ASON(Automatically Swiched Optical Network)技术正是基于解决这些问题而提出的。ASON 技术 的出现赋予了光传输网络智能控制功能。通用多协议标记交换和大量的路由协议及信令技术应用,使它具有智能决策和动态调节能力,能够根据用户需要动态分配光通道。复杂而耗时的设备操作,现在可以通过控制平面自动实现。同时具备MESH(网孔形)灵

44、活组网、网络链路负载自动均衡和优化、 网络拓扑自动发现、提供新业务、便于网络扩展等功能。3.2.2.ASON 结构模型及实现原理ASON 总体功能结构包含了三个平面:传输平面、控制平面和管理平面。各个平面之间通过相关接口相连。除此之外, 还包括为控制和管理信息通信的数据通信网络 DCN。ASON 功能结构模型如图：图 3-5 ASON 功能结构控制平面:由一组实时的信令及协议系统组成,负责完成呼叫控制和连接控制功能,并在发生故障时恢复连接。控制平面就像一个智能机器人,它能够自动发现网络包含哪些节点,各个节点之间的连接关系等。同时,还能够完成传统 光网络中需要人工完成的一些功能,比如呼叫控制、连

45、接控 制等。控制平面的重要功能:(1)收集和扩散网路拓扑信息, 并通过使用基于约束的最短路径优先(CSPF)算法,提供控制平面路由;(2)连接控制功能:快速有效地建立业务连接、 重配置或修改业务连接、完成恢复连接功能;(3)支持多种保护和恢复方案;(4)支持流量控制工程;(5)不受路由区域及传输资源子网划分的限制;(6)不受连接控制方式的限 制;(7)主要面向客户层业务,侧重于业务交换的实时性。管理平面:主要面向网络管理者,管理平面完成对控制平面、传输平面、DCN 和整个系统的管理功能。同时,管理 平面提供在这些平面之间的协调操作。控制平面、传输平面和DCN 将各自发生的告警、性能、 等管理信

46、息上报给管理平面,由管理平面来确保所有平面之间的协同工作。共37页第14页地下轨道交通 PIS 系统的设计 传输平面:传输平面是由一系列的传输实体组成。这些实体包含实施交换功能的传输网网元,如分插复用器、多业务传输平台、数字交叉连接设备和光数字交叉连接设备等。 传输平面由传统的光网络设备组成,比如 SDH、DWDM、OTN 设备等。图 3-6 面向业务的 ASON 网络立体图由上图可以看出,ASON 由管理、控制和传输三个功能平面组成。管理平面功能集中在少数网络管理系统 NMS 上,管理 平面完成对被管理系统的公共管理。网络智能主要在控制平面上完成。控制平面能够实现自动呼叫、流量工程、网络资

47、源动态分配和快速服务指配等。传输平面实现客户信息在不 同位置的转移,支持时间、波长和空间的任意交换类型,可以根据用户要求提供 SDH 虚拟容器、波长级、波段级、光纤 级等不同带宽颗粒的连接业务。通过传输平面设备也可以传 递控制和管理信息。综上所述,正是 ASON 具备的控制平面和相关接口,通过协议和信令系统动态地交换网络拓扑状态信息、路由信息和其他控制信息,具备了光通路的动态建立和拆除的能力,从而真正实现了光网络的自动交换。3.2.3.生存技术目前,ASON 采用的生存技术可分为保护、集中恢复和分布恢复,其中保护和集中恢复是传统光传输网就有的功能, 而分布式恢复则是 ASON 所特有的功能。在

48、 ASON 中,恢复与控制平面的动作有关,保护则由传输平面完成。1）ASON 保护 保护指预先配置一条保护连接,当工作连接故障时,业务倒换到保护连接上传送。保护倒换时间一般在 50ms 以内。ASON 支持两种保护机制:基于传送平面的保护和基于控制平面的保护。共37页第15页地下轨道交通 PIS 系统的设计 (1) 基于传送平面的保护:出现故障时,保护倒换由传送平面完成,控制平面不参与。基于传送平面的保护类型有复用段保护(MSP)和子网连接保护(SNCP)等,与传统光网络的保护是一样的。(2) 基于控制平面的保护:由控制平面配置保护关系, 包括建立一条或多条保护连接,出现故障时保护倒换由控制平

49、面完成。基于控制平面的保护有 3 种类型:1+1 保护、1: 1 保护、1:N 保护。该种保护是基于电路级的,而传统保护都只能基于设备或者网络级。2）ASON 恢 复恢复指当工作连接故障后,网络自动建立一条新的恢复连接来替代出现故障的工作连接。由于建立恢复连接时需要重新计算路由,业务恢复时间较长,网络空闲状态下,单条业务恢复时间在 2s 以内。恢复通常可以使用网络的任意空闲 资源。使用恢复方式时,网络必须预先保留一部分空闲资源, 供建立恢复连接时使用。ASON 采用分布式控制、动态重路由恢复方式。当工作连 接中断时,首节点计算出一条业务恢复的最佳路径,然后通过信令建立起一条新的恢复连接,并将业

50、务替代到新的恢复连接上传送。在建立了新的连接后,根据呼叫的回复属性, 决定是否删除原故障连接。3.2.4.拓补自动发现及 MESH 组网恢复ASON 拓扑自动发现包括:控制链路自动发现和 TE 链路自动发现。拓扑自动发现是ASON 实现自动交换的基础。正是因为有了控制链路自动发现和 TE 链路自动发现功能,ASON 才具备了实时管理网络拓扑,并在此基础之上,实现了对业务的自动交换等功能。SDH 常用的网络结构是链型网和环形网,而 ASON 支持 MESH 网,由于网孔网从一个节点到网络中的其他节点,可选的路径就有很多条,网络的安全性就提高了很多。ASON 控制平面支持 MESH 组网恢复。与传

51、统网路相比, MESH 组网恢复不需要预留 50%的网络资源,并且只要网路资源允许,业务多次故障后都可以找到恢复路径。共37页第16页地下轨道交通 PIS 系统的设计 图 3-7 MESH 组网恢复正常状态的业务路径为 NE1NE5NE3,当 NE1 与 NE5 之间的光纤故障后,首节点NE1 发起重路由,找寻到一条恢 复路径(NE1NE2NE6NE3),业务倒换到新建的路径传送。 如果新的业务路径再次故障后,首节点仍可以利用现有的网络资源找到新的业务路径。3.2.5.ASON 技术优势控制平面是 ASON 的技术核心。正因为引入了“控制平面”,从而实现了自动发现功能。因此,ASON 具备了自

52、动交 换的功能。ASON 有以下优点:(1)智能控制。能够自动地完成端到端光通路的建立、拆除和修改,动态申请和释放带宽, 大容量、多粒度的交换实现灵活调度;(2)灵活组网。ASON 采用分布式的智能控制与管理和分布式恢复能力,可以实现快速业务恢复。MESH(网孔形)组网,自愈性强、易扩展、 高带宽利用率,提供端到端(跨环) 业务的保护;(3)网络 链路负载自动均衡和优化。ASON 进行实时的流量工程控制, 带宽的动态分配,提高了利用率;(4)网络拓扑自动发现。 通过洪泛,在网络拓扑变化时,ASON 能自动实时更新拓扑; (5)提供新业务。ASON 可以提供的新业务类型,例如:按需分配带宽、光虚

53、拟专用网(OVPN)和业务等级协定(SLA) 等。ASON 也可以提供各种不同质量级别要求的业务;(6)便于网络扩展。通过一系列的标准约束设备制造商和规范网络接口与相关协议措施,可以赋予ASON的网络具有扩展性和设备之间的互连互通性。共37页第17页地下轨道交通 PIS 系统的设计 第四章 ASON 技术在地下轨道交通通信系统中的分析随着地下轨道交通的建设，无论从全网建设还是管理模式，原有通信传输网络均不能适应目前发展需要。因此，有必要优化现有传输网络，整合目前资源，建设网络结构更清晰、支持业务更丰富、运营维护更方便的传输网络。而智能光网络将能解决地下交通轨道通信系统建设面临的迫切问题，本章将

54、从技术角度研究 ASON 技术在地下轨道交通中如何应用，以西安地铁为例，研究 ASON 设备与传统 SDH 设备联合组网，最后规划出西安地下轨道交通通信系统的 ASON 组网设计方案4.1.ASON 技术在地下轨道交通通信系统中的应用分析PIS 系统的业务流程是：控制中心（Operating Control Center，OCC）下发的信息通过车地无线通信系统发送到列车服务器，解码后，在列车显示屏上显示出来。列车客室内的监控信息通过车地无线通信系统传送到司机室的监控终端上，同时上传到 OCC。因此， PIS 系统通信网络需要具备双向传输能力。ASON 将交换和传输在光层面进行融合，通过在 SD

55、H 中引入相应信令机制和路由协议，以向用户提供多种不同服务。SDH 的帧结构采用这种技术的相互融合之后，可在SDH 网络上 ATM 的信元进行打包传输，一方面保证了服务质量，发挥了 ATM 的快速交换能力。另一方面这种技术实现了可靠的 SDH 传输特性，具有传输稳定可靠和大容量的特点。图 4-1 ASON 优势引入 ASON 技术在地下轨道交通通信系统中有助于提高维护效率和，从而解决运行维护工作中的问题，主要表现在以下方面：共37页第18页地下轨道交通 PIS 系统的设计 1）提高维护质量，减少人为出错率。在现有传送网中，缺乏端到端电路的自动配置功能，所有的电路配置都需要人工来进行操作完成。在添加网络设备时各种网络设备信息也需要人工进行配置，但是如果电路自动配置功能采用 ASON 技术，就可以减少人工手动操作的次数，有效的减少出错几率。ASON 还具有对错误网络设备信息配置的自动发现报警并能及时修复的功能。通过分析可以看出，ASON 技术的采用有利于网络维护质量的提高，从而有效降低人为出错的