城市轨道交通信息化网络规划
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鹭 舞 8 恻 勰 城市轨道交通信息化网络规划 顾伟华 黄天印 胡 波 (1.上海申通地铁集团有限公司,201103,上海; 2.上海轨道交通信息管理中心201103,上海∥第一作者,教授级高级工程师) 摘要为适应城市轨道交通网络化发展,需对城市轨道交 已相继步入网络化建设与运营阶段,其它一些城市 也正在建设网络化的轨道交通,我国城市轨道交通 通信息化网络需求进行全面统筹规划。结合城市轨道交通 线网规划目标、原则及内容,提出在网络化运营条件下构建 一个安全、高效的信息化网络架构的基本原则和规划内容, 建设正由单纯的“线路型”向“网络化”转变。对于特 大型城市,只有全面完成从单线向网络化的升级过 剖析了城市轨道交通信息化网络规划的关键技术、规划方 案、资源管控原则,可为优化整体资源配置,构建节约、高效、 先进的城市轨道交通网络,实现网络化运营以及为城市轨道 交通信息管理部门合理配置网络资源、提高管理效率提供理 论支持。 渡,才能真正体现出城市轨道交通“大运量、便捷、安 全、准点”的优势,才能充分发挥轨道交通在城市综 合交通体系中的核心作用。 现代轨道交通是智能化交通系统,信息网络是 城市轨道交通的基础设施,城市轨道交通的运营及 关键词 城市轨道交通;信息化网络规划;网络资源管控 中图分类号U 285.4 1 DoI:10.16037/j.1007—869x.2016.s2.002 On Urban Rail Transit Information Network Planning GU Weihua,HUANG Tianyin,HU Bo Abstract In order to adapt to the demands of urban rail transit network.an information network of urban rail tran— sit needs a comprehensive overall planning.Combined with 管理均离不开信息网络的支撑。城市轨道交通网络 化的目标就是为整个城市提供安全、可靠和高效运 营的公交骨干网络。城市轨道交通网络化包括网络 化规划、网络化建设和网络化运营三个层面,重点在 于“网络化规划”。网络化规划是网络建设的指导, 网络化建设是网络形成的过程,网络化运营是网络 the objectives,principles and contents in urban rail transit line network planning,a basic principle and planning con・ tent for safe and efficient information network architecture is proposed in the condition of network operation.In this paper,the key information of urban rail transit network planning technology,planning,resource control principle is 建设的最终目标。本文提出在城市轨道交通网络化 运营条件下,构建一个安全、高效的信息网络架构的 基本建议和规划。 l 城市轨道交通信息化网络规划现状分析 目前城市轨道交通大多以“线”为单位开展网络 规划,各线无法进行合理、高效的互联通信,已不适 analyzed,aiming to optimize the overall allocation of re— sources,develop a savings,efficient and advanced rail net— work,provide theoretical support for rational allocation of cyber source in rail information center and improve the management efficiency. Key words SOUrce 应城市轨道交通网络化运营的需求。随着城市轨道 交通建设的进展和软交换技术的发展,应建立一个 汇接城市轨道交通网络的统一通信网规划,各线交 换设备间通过控制中心间的上层网络联接,进行网 urban rail transit;network planning;cyber First-author S address Shenghai Shentong Metro Group 络的互连互通,建议在地铁指挥中心处建立汇接兼 多线共享交换机,制式以软交换为宜,实现全网统一 Co.,Ltd.,201103,Shanghai,China 编号并号码资源共享。每条线设计必须按照全市轨 随着城市化进程的加快,我国城市轨道交通进 入了快速的发展时期。北京、上海、广州等特大城市 道交通公务通信网架构全面统筹规划考虑。_1-3] 目前,在城市轨道交通通信系统中,TDM(时分 ・ 1 。 复用)业务与IP(网络之间互连的协议)业务仍然共 存,多采用MSTP(多业务传送平台)方案_4 ]。以 上海轨道交通通信系统为例,现有各线均设置传输 网络,除2号线及其西延伸段采用OTN(光传送网) 制式外,其它各线均采用基于SDH(同步数字体系) 的MSTP制式,系统容量为2.5 G。为了满足各线 路间以及线路至OCC(运营控制中心)、OCC和 COCC(线网运营控制中心)的业务信息传输,设置 了上层传输网络,亦采用MSTP制式。该方案采用 刚性管道承载数据业务,传送效率较低,设备仅具有 以太网二层交换能力;通信系统在满足数据业务高 质量、高安全传送的同时,保证TDM业务的承载是 一大挑战。 随着城市轨道交通网络化运营的发展,要求通 信系统打破“一线一建”模式,配合网络指挥中心 (TCC/COCC)的规划,各线建设逐步向线路间共享 网络资源、服从统一调度通信的建设方向发展;而政 务通信以及政府应急联动通信的需求也要求与城市 轨道交通网络实现互联互通。因此,建设统一的平 台,实现高层指挥调度集中控制、线路运营调度分散 控制的模式是必要的。 由于各地城市轨道交通建设特别是网络化步伐 普遍加快,新线的一些弱电系统,特别是各通信子系 统,由于分层结构层次的增加,建成不久就将会因网 络化运营的需求而需要改造,为此,建议先完成上层 通信信息网规划,以避免投资浪费。为确保实现资 源共享,在线网规划完成并且至少在三条线建设规 划完成期间,做出通信系统的网络化规划,以保证单 线通信系统设计和线网整体信息网络规划相一致, 以免工程返工和浪费。因此,实施城市轨道交通信 息网络规划非常必要和迫切。 2城市轨道交通信息化网络规划 2.1城市轨道交通信息化网络规划目标 信息化网络所具有的主要功能是建立安全可靠 的网络架构、高速数据传输、数据资源共享、业务平 台访问和网络管理以及为城市轨道交通信息化应用 系统服务的功能。作为各个业务的基础网络,其组 网和设计规划方案必须充分考虑各个业务的发展需 求。要结合信息化网络本身的特点,并以满足业务 ・ ,) ‘ 曩 薯 曩 逢 霉 蒸零 需求为原则,对业务需求进行合理科学的预测。信 息化网络规划按照应用、数据集中和安全保障的原 则进行规划,同时必须满足高可靠性、高安全性、高 实用性、可管理性、先进性、开放性、可扩展性和前 瞻性。 网络化的目标是努力实现“网络建设标准化、系 统配置人性化、网络功能最优化、资源利用集约化、 检修维修专业化、网络效率最大化、网络管理信息化 和网络成本合理化”的目标。主要从以下几个方面 考虑: (1)考虑到高可靠和可用性需求,信息网络要 提供备份冗余机制。包括关键节点设备冗余及链路 冗余,保证系统全天不间断运行,整体达 ̄1]99.999% 以上的可用性。 (2)信息网络高安全性的实现可从设备安全、 数据安全及用户安全几方面考虑,建设安全网络边 界,提升设备自身安全,同时对用户的接入和验证严 格审核。 (3)信息化网络应支持MPLS(多协议标签交 换)协议,以支持新的IT构架所增加的对容量和性 能的要求,支持故障情况下的路由变更。 (4)城市轨道交通信息管理部门对内部信息化 网络的IP地址、VLAN(虚拟局域网)、域名、路由协 议等进行统一规划,实现全网的可控互联。 (5)根据需要在数据中心安装接人认证 (LDAP、AAA、Radius)服务器,用于认证、跟踪、日 志记录和用户事件监控。 (6)合理使用信息安全技术,增强网络安全性 和可用性,保证互联网和外部网络之间的联通性。 (7)信息化网络应能支持基于IP的文本、语 音、图象等的传输,并且具有根据城市轨道交通网络 各单位组织架构的差异,划分不同的VPN(虚拟专 用网)、Qos(服务质量)保障等多种特性,能够承载 基于TCP(传输控制协议)/IP的多种网络应用与 协议。 (8)全网采用具有国际标准的先进技术,保证 整网采用先进技术,同时具备很好的兼容性及扩 展性。 2.2城市轨道交通信息化网络规划原则 本规划原则用于指导信息化网络新建工程设 lil ̄i/lli}t 露 自 用。单靠技术或单靠管理都不可能真正解决安全问 题,必须坚持技术和管理相结合的原则。 (8)测评认证原则。重要信息系统的安全方案 和工程设计必须通过有关主管部门的评审,采用的 计,以及现有网络的改扩建设计。城市轨道交通信 息网络规划应遵循的原则如下: (1)安全性原则。网络规划时要充分考虑其安 全性,严格遵照国际、国家信息安全标准,以及我国 公安部、建设和交通委员会、经济和信息化委员会等 各级管理机构的信息安全要求,符合信息安全等级 保护要求,充分考虑防病毒、防黑客等可能破坏网络 系统安全运行的问题,在网络规划时同步规划网络 安全产品和保密设备需经过国家主管部门的认可。 (9)系统可伸缩性原则。系统将随着网络和应 用技术的发展而发生变化,同时信息安全技术也在 发展,因此网络系统的建设必须考虑系统可升级性 安全设施,确保网络遭到破坏时不影响列车的正常 运行。 (2)系统性原则。整个网络系统的建设要有系 统性和适应性,不因网络和应用技术的发展、信息系 统攻防技术的深化和演变、系统升级和配置的变化, 而导致在系统的整个生命期内安全保护能力和抗御 风险能力降低。 (3)技术先进性原则。整个网络系统的设计应 采用先进的安全体系进行结构性设计,选用先进、成 熟的安全技术和设备,实施中采用先进可靠的工艺 和技术,提高系统运行的可靠性和稳定性。 (4)管理可控性原则。系统的所有安全设备 (管理、维护和配置)都应自主可控,系统安全设备的 采购必须有严格的手续,安全设备必须有相应机构 的认证或许可标记,安全设备供应商应具备相应资 质并可信。安全系统实施方案的设计和施工单位应 具备相应资质并可信。 (5)可靠性原则。网络系统的稳定可靠是集团 业务系统正常运行的关键,在网络设计中应选用高 可靠性的网络产品,充分考虑设备冗余和容错能力, 核心交换机、路由器等设备实现1比1的备份。通 过合理设计网络架构,制订可靠的网络设备备份策 略,消除设备及链路的单点风险,确保系统稳定 运行。 (6)高性能原则。骨干网络性能是整个网络良 好运行的基础,设计时必须保障网络及设备的高吞 吐能力,保证各种信息(数据、语音、图象)的高质量 传输,确保网络不成为业务发展的瓶颈。 (7)技术与管理相结合原则。网络系统建设是 一个复杂的系统工程,其影响因素包括产品、过程和 人,因此,其解决方案,必须在考虑技术解决方案的 同时充分考虑管理、法律、法规方面的制约和调控作 和可伸缩性。重要和关键的设备不因网络变化或更 换而被废弃。 2.3城市轨道交通信息化网络规划内容 2.3.1城市轨道交通信息化网络建设需求 为适应城市轨道交通网络化运营发展,需要建 设城市轨道交通信息化网络。信息网络是信息化技 术体系基础设施中的重要组成部分,其主要目标是 建立统一信息网络,承载应用系统和数据,并对其进 行集中管理和维护。从而为地铁集团公司信息化建 设步入有序、集约、高效和可持续的发展轨道提供一 套有关信息化网络建设的基本建议和规划。 在各单线建设设计之前,应为网络化运用规 划好资源共享和接口预留:所有弱电系统在OCC 内预留向上层传送数据和信息交互的条件,如接 口设备、电源、安装用房和管线空间;规划好上层 通信信息传输网络,实现各线OCC与运营公司、 地铁集团公司业务主管部门(如网络指挥、票务清 分中心及政府各部门等)交互,监管各类运营管理 信息,特别是各新建线OCC用房用电和设备接口 预留规划,以及清分中心(AcC)、全网或区域控制 中心Tee接口预留规划;车站控制室统一操作接 口预留规划。 在多线/网络化运营下对所有弱电系统(信号系 统例外)均可实现设备、信息的资源共享,主要为:各 线间的公务、无线系统,AFC(自动售检票)系统共 享;弱电系统间的信道共享;换乘站本系统线间的公 务、无线系统,以及CCTV(闭路电视)、CLK(时 钟)、ACS(门禁系统)、AFC、FAS(火灾报警系统)、 BAS(环境与设备监控)等设备和联动共享;PIS(乘 客信息系统)、OA(办公自动化)的网络化架构规划 与信息共享;各线所有弱电系统的维修设施共享的 规划。 ・ 。 ≯ ll_ ¨ 0 _== j 毒 誊 曩 2.3.2城市轨道交通信息化网络规划的内容 誓 一_' |0 _ l 通信子网的桥梁,采用三层交换技术,带宽达到万兆。 ②骨干层:提供各个汇聚节点的数据交换,提供骨干 节点间的万兆数据交换和汇聚层的接入。根据网络 城市轨道交通信息化网络规划主要涉城市轨道 交通业务需求分析、信息化网络的架构设计、IP资 源规划配套等方面内容。 区域规划,建立若干车站区、建设办公区、运营办公 区、维保办公区、集团本部办公区、数据中心服务接入 (IDC)、线路接人区。③汇聚层:管辖各自区域内的 2.3.2.1信息化网络规划业务需求 从目前已运营或已确定建设的城市轨道网络的 分析可得出,由于城市轨道交通建设存在阶段性,导 致各条线路的通信网络也相对独立,缺乏统一性和 网络通信,提供各个区域的核心交换接人;跨子网间 的传输需求通过本区的转接点输送给骨干层,在骨干 完整性。鉴于城市轨道交通建设的周期较长,业务 网络的技术发展较快,导致传输网络所选用的传输 制式和传输速率不尽相同,给构建统一的城市轨道 交通传输网络造成了一定的困难。因此,有必要从 网络的基本架构、业务网络及业务量的分析、子网及 拓扑、网络管理系统和网络规模、网络信息安全等多 方面分析,制定适合城市轨道交通自身业务特点的 网络规划。 通过网络规划,摄取更多先进成熟的技术元素, 通过上述目标的实现,最终将城市轨道交通的网络 打造成可运营、可管理、安全可靠、具备多业务承载 能力IP精品信息网。 2.3.2.2城市轨道交通信息化网络规划架构设计 城市轨道交通信息化网络规划应针对以上需 求,解决相应的问题,应秉衡“由上至下”的原则,重 新对网络架构进行规划设计或优化整合。信息化网 络规划要点主要有: (1)网络区域规划。城市轨道交通信息化网络 一般可划分为三个区域:生产网区、管理网区和互联 网区。其中生产网区内部可划分为执行协调网和生 产执行专网两个子域,管理网区内部可划分为企业管 理网、生产管理网和对外信息服务网三个子域,互联 网区内部仅用于部署互联网上网终端。各安全域及 其子域内部可根据实际情况再进行网段划分,并设置 访问控制、安全审计、安全监控等安全控制措施。 (2)网络拓扑规划。为了使得网络拓扑结构逻 辑清晰、功能明确,网络拓扑结构规划为核心层、骨干 层、汇聚层和接入层4层结构。①核心层:提供核心 数据交换,建议在主要管理和互联网接人点建立。核 心层连接各条线路通信子网,实现各条线路的传输子 网间的互连,在整个网络中起到汇接的作用,连接外 网及其外部应用服务区。核心层作为跨接各个线路 ・ 层中实现跨子网间的转接,带宽为千兆以太网。④接 入层:各个区域的内部网络的接入控制。接人层为各 种业务网络提供接入手段,可根据实际情况采用环 形、链型、星型等多种拓扑结构,建议采用星形。 (3)IP资源规划。为推动信息化网络的建设 和发展,规范信息化网络IP地址的使用和管理,保 证信息化网络的互联互通,必须对信息化网络的IP 资源进行统一规划。制定IP地址规划的意义在于, 统一管理信息化网络IP地址资源,以达到实现地址 的层次化划分、利于路由信息的聚合、减少路由表长 度、充分利用网络地址资源和信息资源等目的。 3城市轨道交通信息化网络规划关键技术 (1)核心冗余机制。规划建立双核心网络,这 可以为用户提供一个稳定高可靠的网络系统,避免 单点故障带来整体系统的运行故障。 (2)虚拟化。下一代网络的发展趋势就是分散 的网络,系统资源向统一的数据中心整合。虚拟化 可以极大提高系统资源的利用率和可迁移性,减少 设备的重复投资。 (3)低延时网络和流控机制。伴随着信息技术 的发展,运行在网络上的数据量和数据类型呈几何 级数增长,尤其是视频流量对于网络延时的要求非 常高。组建低延时网络,并且通过特定流控策略对 于不同数据流量区别对待,可以有效提升网络质量, 优化特定数据流量(比如视频)的数据传输。 (4)虚拟交换机技术。将一台交换机划分为多 台完全软件和端口独立的交换机,软件进程和端口 完全隔离。单台虚拟交换机的问题不会延伸到其他 虚拟交换机。多台交换机通过相应技术虚拟成一台 交换机使用,提高了资源的统一管理效率。 (5)安全准入验证及自动权限分配。网络准入 控制宗旨是防止病毒和蠕虫等新兴黑客技术对企业 增刊2 学 跨谂 安全造成危害。利用网络准入控制. 业能够减少 病 和蠕虫埘企、』 运作的 f:扰,防止易拟主机接入 订|常网络。在主机接入正常网络之前,系统能够检 它是行符合介业最新制定的防病毒 1操作系统补 】’策略。系统 以根据用r1名自动判断用户所属组 策略.h动为其分眦访问l十义限。 (“)BYOD(携带自己的没备办公)。能够有效 地管 和控制F1带没备(平板智能丁.机等)的网络访 问.提尚臼 没备用户的使川体验和。f 作效率。提 供J 接入点、控制器、安全、网络管理等所有必需的 琏础设施和基础架构.可帮助创建安全、高性能、支 持_更多没备访问的网络。 .1城市轨道交通信息化网络规划方案 城fI『轨道交通信息化网络的网络化通信由公务 通信心小甲台、尤线凋度通信应川平台、乘客信息服 务平台、视频j 控 个应用平台和共,}}j通信信息网、 NTP(『)(】Jc络tt;J"问l州步协议)lI、f钟同步系统两个支持 系统绀成。其叶l,乘客信息系统足独立的,为确保运 安个外充分门似丁城市地F空Ih】无线的商务运作。 建议信息网络 通信系统 享;办公自动化系统的 箭 足独’● 的. 其属运营内部系统,建议信息『xx]络 心 通 系统 卒; 站出入f]控制子系统设汁为, f 纳入迎 CCTV子系统。随CCTV实现本地和 f 层临控。共用信息网宜采用光纤异路环网、双网 结构. },共川信息传输1网定化于以低速数据和 沿青为主的传输网。作为城r} 轨道交通 本业务信 息传输网:共刖信息传输2网定位于基于IP的高速 数掘J 川,作为后期大}It 像信息传输网。 为实现以j 信息化网络规划,将网络拓扑结构 规划核心 、骨’f:层、汇聚层干¨接入层4层结构,如 1所示。 核心层组成为双万兆捆绑高速互联,提供高速 数据交换。骨干层没备双设备分别为万兆卜联至核 心的双设箭。双链路捆绑,在双万兆骨干 提供高速 数据路}1j。汇聚层汇聚本区域或本线路设备,每台 汇聚舣链路} 联至骨干没备,两台汇聚设备在线路 的不刚 点卜,分别从两个节点发布路南。 以J 海 轨道交通信息化网络为例,实施信息 化网络规划方案{n1图2所示。 罔1 城市轨道交通信息化 络整体规划拓扑罔 其中.核心层设备采用具有4个节点的冗余连 接结构。 胃 干层每个节点均与核心节点双双连接。 号虑骨f:层节点数超过了2【)个,有较多的骨干节 点,冈此建议采用具订_1个核心的结构。 在东宝兴路站、东 路站等OCC和线路交义 点建 骨干节点,绀建网络骨十。此外,汇聚和车站 接入设备都在线路内部.同步建设,各车站双线路连 接至汇聚没备.每个线路设置两个汇聚点。分别接入 到线路㈨勺两个骨干节点。、『厂聚节点的选择主要基 于光纤资源的 省考虑。 5城市轨道交通信息化网络资源管控 城市轨道交通网络化的运营体系必须要有信息 化网络体系的支撑。从稳定运营、有序保障的角度 考虑,需要对信息网络资源有组织、有计划地优化整 合,对信息化网络资源进行有效的管控。 通常地铁集【才]公司Internet(互联网)的出r=I较多 (集团、维保、运营、清分等)且各自负责维护,不便于 集中管控。应按照管 的灵活性卜j成本的合理性原 则,适度收敛Internet出口.制定统一的访问控制、行 为管理和安全审计策略.加强管理。基于城市轨道交 通网络资源现状,根据城市轨道交通网络资源管理办 法以及行业标准。研究信息化网络资源管控策略和制 度,实现可控的信息化网络资源分配和监控,达到“统 一分配、分级管理”的目标。具体如下: (1)建立资源分配及分级管理制度。结合城市 轨道交通的现状调研,对于现有业务的网络资源进 行梳理和整合,理清当前资源的分配和利用情况,并 ・ ‘ Q城市轫厘交通翼 2016年 2 } 海轨道交通 息化网络规划 ’案 以此为依 ,埘信息 络资源制定科 仃效的分级 管 、分 、他用 度。 (2)卡勾建网络 务准人和审核制瞍。制定、 务 的审核及准入 ̄JL,'Ii0.埘新、I 驽接人信息化网络资源 的 求做f}j 理性审 .保证新、 务接人的合坤一I牛 及合法 将多头连接收敛为单一f…I对各外部 f 提供信息 服务。 6 结语 未来的城市轨道交通 息化网络将址一套- ’j速 高效、稳定可锘、有线与无线结合、带钉『1动安全验 ( )分级管 义{=、l{。建 完 的 络信息管 证及权限分 功能、资源峪倚与分 统・l,I{J网络系 统,为城市轨道交通实现网络化运衍捉供・ 实的支 撑平台。作为面向公众H}连纡的企 . 息化Hf乏务、ll, 务不仅应用于本企业.也需‘ 面向恪个}1:会.为所 文俏.义十’Ji包括详细的 络卡日荚信息资料.以及每套 、I 纾昕分 的资源情况&和1每次对于观仃网络进仃 修改的IJJ】细 录表.做刘分级 录;l 总、7支时l 报 更新 搭乘城市轨道交通出行的乘客提供便捷HI迂务。这些 服务都来源于一个合理规划、设汁的网络 卡句.rj1此 可以体现服务的重要 度。同时.合 的网络规划 也为地铁集Ⅲ公司管理 、lI,大量的新兴、{ 筹系统以 及管理更大规模的线网奠定 实的 础 , (4)定制化管 平台..建设适合城If 轨道交通 网络资源毹: 平台.对包括网络系统、{ 饥系统、仃 储备份系统、 朋系统、终端系统、发个=系统、机房 动力及环境等资源进行 llJ统一管 .实现事什报 警、处 、变 等、l 务流 ..城市轨道交通网络资源 管 台使资源管 干¨流 管理的甲台化、可视化. 参考文献 】] 岚吴.Rt R技术及其矗 城ff J轨道交通传送H『、 j信息技术.! ‘J(2):7tJ 借廿JJ、F .uf以实现网络资源管理的川发化、流干rf 化,从 怵f 把控网络资源的生成、使『『J、变更、退出 伞生命 19】竹坶 , (5) 的、 务统汁‘j 测、故障定化、故障排 奁等功能 llJ‘为网络I I常-lil 护管 、网络优化提供 J [2]何 j!.挛彬.城市快速轨道的 络分析乖II觇划I-】I城f订规划il 刊.1 J【J7(I1)【J):j‘J. Ij J ] 忠强.轨道交通路网规划 学报, ..{4( {):-3(,rJ. 问题探 1j J l }朽交通火 ’ 依据 时能够简化管 、降低维护成水 (“)心建 统一的刈外服务平台.许录取内部 :4] Ii忠强.离}f}廉城ff『轨道交 路网形态分析JJ;.』、川城if』轨 道交通研 兜.1u cJ【j(5):jj 数据 向推送机制对外部 位提供数据信息服务. (收稿}¨ I: l】 I14- (”