昆明地铁首期1、2号线网络拆分延伸设计与应用

昆明地铁首期1、2号线网络拆分延伸设计与应用

庞宝成

（卡斯柯信号有限公司，650200，昆明）

摘要 本文介绍昆明地铁首期1、2号线网络拆分延伸设计与应用。阐述了SDH（Synchronous Digital Hierarchy同步数字体系）和工业以太网子系统的系统架构及特色功能，以及基于昆明地铁首期1、2号线网络拆分延伸的设计方法，实现网络拆分延伸的冗余性和可靠性。为多种制式网络结构的拆分和延伸提供借鉴意义。

关键词  SDH；工业以太网；网络拆分延伸

信号系统作为轨道交通安全运营保障的大脑，同时也是地铁列车高效率运行中枢，在地铁运营过程中起着至关重要的作用。其中信号系统传输网络是整个信息的传输通道，对信号系统正常运行起着至关重要的作用。

昆明首期（含1号线一、二期及1号线支线、2号线一期）工程信号系统DCS使用的有线传输技术是基于SDH的骨干网与基于交换机的接入网组成的；1号线西北延和2号线二期工程信号系统DCS使用的有线传输技术是基于工业以太网交换机组成的，遵循IEEE802.3标准协议。

1、SDH网络子系统

1.1概览

SDH是WAN（Wide Area Network广域网）通过光纤交换数字信息的一个标准。

SDH提供：

简单和强大的网络管理。

自愈结构，保证高可用性。

动态的大流量带宽分配。

以太网数据包传输服务。

SDH特点：

没有冲突效应的风险。

确定性带宽保证业务传输。

内部冗余。

本项目物理传输由SDH STM 4物理层中进行，提供了622Mbps 带宽。

从以太网角度而言，DCS配置的SDH节点类似于以太网交换机功能（虚拟桥接功能）。

SDH节点安装在既有线沿线的集中站、应急控制中心和停车场/车辆段。

选择的光纤拓扑结构是两纤环状结构（一纤用于传输TX,一纤用于接收RX）。

这个光纤拓扑结构允许实施SDH特有的光纤环保护方案。

1.2SDH物理保护机制

SDH网络通过光纤连接可以得到全面保护，如果单根光纤被切断，SDH环网能够在50 ms内完成自身重新配置。

如果光纤出现任何问题，数据流会自动导向另一个方向，从环网另一个方向达到目的地。

SDH光网络的光纤保护协议为二纤复用段共享保护环。

此保护运行在VC（Virtual Container虚容器）-4级，以确保为网络中的所有数据提供一种快速防护机制。

注意：VC-4是一个高级虚容器，其中包括一些小的虚容器如VC-12和VC3。因此，保护VC-4就意味着所有逻辑信道都会得到保护（基于VC-3,VC-12）。当光缆损坏时，重新配置的时间小于50ms，符合ITU-T标准。

当光缆修复好后，系统在10分钟内（该时间可配置）自动从保护模式切换回正常运行模式。

2、工业以太网子系统

2.1概览

工业以太网在延伸线每个设备集中站、控制中心、停车场配置两台高可靠性的骨干网交换机，构建两个相互独立的冗余骨干交换机环网，具备高冗余、高带宽、高可靠性等特点。冗余骨干网的设计能够确保当一台骨干网交换机出现故障时该集中站的另一个网络完全不受影响，提高了网络的可靠性。

骨干网交换机上，为不同的应用划分不同的VLAN并分配足够的通信带宽，为各个以太网通信端口设置限流，保证不同应用的通信通道相互隔离、互不干扰。

2.2工业以太网保护机制

为了保证服务的高可用性，充分利用环网拓扑提供的冗余结构，网络使用ERPS（Ethernet Ring Protection Switching以太网多环保护技术）重新配置协议。该协议保证无环回的拓扑，能够在50ms以内完成自身重新配置，并将数据流自动引导到另一个方向传输到达目的节点。

ERPS是一种专用于以太网链路层的标准环网协议，以ERPS环为基本单位。每台二层交换设备上只能有两个端口加入同一个ERPS环。

在ERPS环中，为了防止出现环路，可以启动破除环路机制，阻塞RPL（Ring Protection link环保护链路）owner端口，消除环路。当环网发生链路故障时，运行ERPS协议的设备可以迅速地放开阻塞端口，进行链路保护倒换，恢复环网上各节点间链路通信。

3、既有线和延伸线之间的SmartLink连接

3.1概览

SmartLink（备份链路），一个SmartLink由两个接口组组成，其中一个接口作为另一个的备份。SmartLink常用于双上行组网，提供可靠高效的备份与高速的切换机制。下游设备连接到上游设备，当采用单上行方式时，若出现单点故障，会造成业务中断。若采用双上行方式，将一台下游设备同时连接到两台上游设备，可降低单点故障对网络的影响。

在组网中采用SmartLink技术有以下优点:

能够实现在双上行组网的两条链路正常情况下，一条链路处于转发，而另一条处于堵塞待命状态，从而避免环路的不利影响。

配置和使用更为简洁，便于用户操作。

当主用链路发生故障后，流量会在毫秒级的时间内迅速切换到备用链路上，极大限度的保证了数据的正常转发。

3.2设计方案

下图是昆明市轨道交通1号线一、二期及1号线支线，2号线一期工程的骨干网光缆结构图：

图1昆明市轨道交通1号线一、二期及1号线支线，2号线一期工程骨干网结构图

从图1可以看出，1号线一二期、1号线支线和2号线一期工程通过DFGC与FDZ，以及HCN1与HCN2的冗余SDH环形网络将1、2号线的骨干网连接起来，从而预留了后续网络的拆分工作的条件，为后续网络拆分提供了便利。1、2号线拆分只需要断开DFGC与FDZ，以及HCN1与HCN2之间的骨干网光缆即可，下图2是昆明1号线一、二期，1号线支线及西北延工程的最终骨干网光缆结构图：

图2 昆明市轨道交通1号线工程最终骨干网结构图

对于1号线既有线，在HCN1和XDC各增加两台工业以太网交换机，与延伸线各集中站包括停车场的工业以太网交换机组成骨干网环网；延伸线接入既有线，采用SmartLink的功能，将延伸线华为交换机与既有线H3C交换机互联。将HCN1蓝网工业以太网交换机接入HCN1的蓝网接入交换机作为蓝网主用链路，HCN1蓝网工业以太网交换机接入XDC的蓝网接入交换机作为蓝网备用链路；将XDC红网工业以太网交换机接入XDC的红网接入交换机作为红网主用链路，XDC红网工业以太网交换机接入HCN1的红网接入交换机作为红网备用链路。下图3是昆明2号线一期、二期工程的最终骨干网光缆结构图：

图3 昆明市轨道交通2号线工程最终骨干网结构图

对于2号线既有线，在HCN2和DFGC各增加两台工业以太网交换机，与延伸线各集中站包括停车场的工业以太网交换机组成骨干网环网；延伸线接入既有线，采用SmartLink的功能，将延伸线华为交换机与既有线H3C交换机互联。将HCN2蓝网工业以太网交换机接入HCN2的蓝网接入交换机作为蓝网主用链路，HCN2蓝网工业以太网交换机接入DFGC的蓝网接入交换机作为蓝网备用链路；将DFGC红网工业以太网交换机接入DFGC的红网接入交换机作为红网主用链路，DFGC红网工业以太网交换机接入HCN2的红网接入交换机作为红网备用链路。

3.3 SmartLink网络可靠性指标

延伸线使用的华为工业以太网交换机型号为S5735-S24T4X-I，MTBF为62.88年；既有线接入交换机使用的H3C交换机型号为S3100-26TP-EI，MTBF为49.1年。

经过实验进行延伸线华为交换机和既有线H3C交换机的SmartLink测试，延伸线的一台华为工业交换机和既有线两个H3C交换机之间互连，两条互连的链路之间可以实现相互备份，主用链路故障后可以在10ms内完成到备用链路的切换。该方案可以防护网线故障及既有线H3C交换机故障的情况，但该方案在延伸线互连的华为交换机故障后两条链路将都不可用。该方案对延伸线和既有线之间的互连链路增加了一重保护。从测试结果来看，主用链路故障后，会立即切换到备用链路，切换时延在5ms左右；主用链路恢复后，不会立即切换回主用链路，大约4分钟后会切换回主用链路，切换时延在1ms以内。

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