基于軟交換的軌道交通專用通信系統(tǒng)的發(fā)展

肖 衍

基于軟交換的軌道交通專用通信系統(tǒng)的發(fā)展

肖 衍

摘 要：闡述了軌道交通專用通信網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀和問(wèn)題;結(jié)合當(dāng)前軌道交通規(guī)?；ㄔO(shè)、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)和智能化管理的需求，分析城市軌道交通發(fā)展軟交換技術(shù)的優(yōu)勢(shì);指出了基于軟交換技術(shù)的IP網(wǎng)是未來(lái)城市軌道交通專用通信網(wǎng)的發(fā)展方向;在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步論述了城市軌道交通通信專網(wǎng)建設(shè)軟交換網(wǎng)絡(luò)體系的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)策略和舊網(wǎng)改造思路。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;軟交換;網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃;網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)策略

軌道交通專用通信系統(tǒng)，包括傳輸、公務(wù)電話、專用電話、無(wú)線通信等系統(tǒng)，提供調(diào)度、指揮、公務(wù)聯(lián)絡(luò)和監(jiān)控等服務(wù)的基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)，是運(yùn)營(yíng)指揮及監(jiān)控管理的綜合平臺(tái)。隨著我國(guó)軌道交通線網(wǎng)規(guī)模的壯大，運(yùn)營(yíng)管理日趨復(fù)雜，線路內(nèi)與線路間的信息傳遞顯著增加，對(duì)專用通信系統(tǒng)的性能、容量、智能化、多媒體業(yè)務(wù)提出了更高要求，因此，有必要對(duì)專用通信系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行研究。

1 軌道交通專用通信系統(tǒng)現(xiàn)狀

現(xiàn)有專用通信系統(tǒng)是按照地鐵線路組網(wǎng)，采用數(shù)字程控電話設(shè)備，可以提供必需的語(yǔ)音和調(diào)度服務(wù)，但是沒(méi)有考慮軌道交通大規(guī)模建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的情況，沒(méi)有站在整個(gè)線網(wǎng)的高度統(tǒng)籌規(guī)劃，因此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地鐵線路間缺乏有效溝通造成資源浪費(fèi)。電路交換設(shè)備的線路利用率低、設(shè)備功耗高、集成度低、新業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)部署復(fù)雜、擴(kuò)容升級(jí)困難、維護(hù)成本高、單一窄帶業(yè)務(wù)、設(shè)備供應(yīng)商綁定等因素，越來(lái)越不能適應(yīng)軌道交通開(kāi)展靈活、多樣的多媒體、智能化新業(yè)務(wù)的發(fā)展需要。

此外，我國(guó)電信業(yè)歷經(jīng)數(shù)十年的高速發(fā)展已進(jìn)入飽和期，國(guó)際電信市場(chǎng)在美國(guó)和歐洲債務(wù)危機(jī)的影響下處于調(diào)整期，各主要設(shè)備廠商利潤(rùn)大幅下滑甚至虧損，迫使設(shè)備廠商加快轉(zhuǎn)型，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。程控電話交換設(shè)備10年前已停止研發(fā)投入，技術(shù)陳舊、利潤(rùn)低，面臨停產(chǎn)。如果專用通信系統(tǒng)繼續(xù)使用程控交換設(shè)備將會(huì)出現(xiàn)設(shè)備維修、升級(jí)困難，缺乏備品備件和有效的技術(shù)支持，嚴(yán)重影響運(yùn)營(yíng)安全，因此軌道交通通信系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展值得思考。

近年來(lái)軟交換技術(shù)已在世界范圍商用，成為未來(lái)電信網(wǎng)演進(jìn)的方向，其容量大、性能高、組網(wǎng)靈活、業(yè)務(wù)提供能力強(qiáng)，在軌道交通行業(yè)發(fā)展?jié)摿艽蟆?/p>

2 軟交換技術(shù)的適用性

軟交換比電路交換具有較高的的集成度，可以站在整個(gè)路網(wǎng)的高度整體規(guī)劃軌道交通體系，相比既有線路組網(wǎng)方式有更大的容量和呼叫處理能力，取消地鐵線路控制中心交換節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，投資明顯降低，資源配置率更高。

傳輸網(wǎng)MSTP支持IP分組業(yè)務(wù)，共享帶寬，結(jié)合軟交換設(shè)備應(yīng)用，可大幅提升整個(gè)專用通信系統(tǒng)的線路利用率，帶寬高達(dá)10 Gb/s，保證實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)的開(kāi)展。軟交換實(shí)現(xiàn)車站等場(chǎng)所的接入，可以采用傳統(tǒng)雙絞線，也可以采用五類線。而平面組網(wǎng)方面已有大量案例，其組網(wǎng)靈活、結(jié)構(gòu)扁平、體積小、功耗低，可以用于城市軌道交通的軟交換中心建設(shè)，節(jié)省機(jī)房面積和設(shè)備投資，提升線網(wǎng)互聯(lián)互通的能力，且擴(kuò)容升級(jí)方便。交換功能方面，容量、穩(wěn)定性、計(jì)費(fèi)和話務(wù)統(tǒng)計(jì)已經(jīng)達(dá)到商用要求，呼叫控制功能完善。業(yè)務(wù)應(yīng)用獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)，提供新業(yè)務(wù)速度快，集中維護(hù)效率高。軟交換接口標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放，給設(shè)備采購(gòu)帶來(lái)更多的選擇。

軟交換技術(shù)的安全性、可靠性，從業(yè)務(wù)層、控制層、承載層和接入層的網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備上得到保證。由于系統(tǒng)集成度很高，一旦出現(xiàn)問(wèn)題影響面比較大，因此對(duì)重要板卡電路和控制層設(shè)備要采取冗余備份。軌道交通專用傳輸光纖鏈路保護(hù)倒換時(shí)間短，且支持MPLS差分服務(wù)，能夠在承載層保障傳輸QoS。專用傳輸系統(tǒng)的內(nèi)嵌RPR的MSTP支持MPLS VPN技術(shù)，隔離軌道交通內(nèi)網(wǎng)用戶之間、內(nèi)網(wǎng)用戶和公網(wǎng)、業(yè)務(wù)子網(wǎng)間的路由信息，克服了IP網(wǎng)簡(jiǎn)單、通用、易遭攻擊的弱點(diǎn)，保證軟交換系統(tǒng)不受非法攻擊。通過(guò)加密和認(rèn)證等手段保證軟交換設(shè)備和終端之間的信令協(xié)議安全，用戶間的媒體流安全和用戶私有信息安全。

3 軟交換網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃原則和措施

軌道交通建設(shè)軟交換網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該首先建立行業(yè)的軟交換準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，以城市為單位統(tǒng)一規(guī)劃部署，明確設(shè)備的選型要求，有計(jì)劃有步驟地實(shí)施，確保網(wǎng)絡(luò)技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備可靠、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和業(yè)務(wù)可擴(kuò)展。注重網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的集約化、規(guī)?；ㄔO(shè)中的資源共享，充分利用既有網(wǎng)絡(luò)資源，保持運(yùn)營(yíng)線路的業(yè)務(wù)穩(wěn)定、循序漸進(jìn)地推進(jìn)軟交換網(wǎng)的建設(shè)。網(wǎng)絡(luò)的軟交換改造是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，新建線路先上馬;既有線路應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的年限、設(shè)備工況進(jìn)行改造，有計(jì)劃、有步驟地切換到軟交換網(wǎng)上來(lái)。

新建線路實(shí)施軟交換，初期建設(shè)線網(wǎng)級(jí)的軟交換中心，容量不宜大但要有平滑擴(kuò)容能力，可通過(guò)后續(xù)線路逐步接入。新建線路的控制中心、車輛段和車站設(shè)置接入網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻接入。軟交換可以融合既有的電路交換網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)中繼網(wǎng)關(guān)保證既有線路和新建線路之間的互通。

既有電路交換網(wǎng)的軟交換改造應(yīng)首先在匯接層面展開(kāi)，建成軟交換中心、用戶數(shù)據(jù)中心和業(yè)務(wù)中心;其次，在端局層面當(dāng)某條線路的程控交換機(jī)老化需要退網(wǎng)時(shí)，在地鐵車站設(shè)置接入網(wǎng)關(guān) (AG)，可以選用由TDM到IP轉(zhuǎn)換接入板卡，實(shí)現(xiàn)由銅雙絞線承載的模擬語(yǔ)音、數(shù)據(jù)到IP分組的轉(zhuǎn)換?？梢员苊庵匦虏季€，減小施工難度以及對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響。預(yù)先對(duì)AG進(jìn)行配置和調(diào)測(cè)，利用夜間停運(yùn)期間完成割接。各車站可以有計(jì)劃地分期、分批實(shí)施，割接成功后將車站程控模塊拆除。應(yīng)當(dāng)注意軟交換與電路交換設(shè)備之間互通，以保證新改造站和未改造站之間的通話。對(duì)于車輛段和控制中心地上建筑，可以利用局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)接入。當(dāng)所有接入點(diǎn)完成接入后，再拆除控制中心的程控交換機(jī)。

軟交換的實(shí)施，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備和軌道交通相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在保證安全、可靠的前提下，充分考慮未來(lái)智能交通業(yè)務(wù)應(yīng)用、設(shè)備維護(hù)管理、網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)等因素，遵照以下原則進(jìn)行：

1．軟交換核心控制設(shè)備應(yīng)該以所在城市路網(wǎng)為大區(qū)布局，遵循大容量少局所的原則。大區(qū)內(nèi)宜采用平面組網(wǎng)方式，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備靜態(tài)配置與之互聯(lián)設(shè)備的路由。

2．軟交換設(shè)備的處理能力，宜按照實(shí)際需求除以70%考慮冗余。

3．軟交換的控制設(shè)備應(yīng)該成對(duì)配置，互為熱備，物理位置分開(kāi)，以便主用設(shè)備故障時(shí)異地備份設(shè)備能夠接管整個(gè)系統(tǒng)。

4．獨(dú)立信令網(wǎng)關(guān)/中繼媒體網(wǎng)關(guān)的設(shè)置，應(yīng)遵循大容量少局所的原則，網(wǎng)關(guān)盡量成對(duì)設(shè)置，放置在不同物理位置，采用話務(wù)負(fù)荷分擔(dān)方式工作。

思想政治教育離不開(kāi)教育者與受教育者，只有處理好這兩者的關(guān)系才能使思政教育達(dá)到最佳效果。當(dāng)前的思政教育工作中，存在過(guò)分注重教育者的主導(dǎo)地位的弊端，只是一味地輸送教育觀念，而忽視了學(xué)生是否接受這些觀念，把學(xué)生擺在次要地位，造成了以教師為主的教育模式。教育過(guò)程變成了強(qiáng)制灌輸?shù)倪^(guò)程，沒(méi)有解決學(xué)生的內(nèi)心問(wèn)題，自然這些教育內(nèi)容也就無(wú)法被學(xué)生吸收。這種填鴨式的教育方式不適合于大學(xué)生群體，忽略了學(xué)生的能動(dòng)作用，不能使教育發(fā)揮最大價(jià)值，因?yàn)榇髮W(xué)生已經(jīng)屬于成人，對(duì)外在事物有了一定的判斷，能夠主動(dòng)地接受教育，現(xiàn)存的思政教育忽略了學(xué)生的能動(dòng)作用。

5．接入網(wǎng)關(guān)的設(shè)置原則，以車站、車輛段和控制中心為單位，100用戶以上可以設(shè)置AG。

6．媒體服務(wù)器應(yīng)盡量靠近媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)置，應(yīng)考慮冗余熱備，其主要部件也應(yīng)考慮冗余熱備份。

7．應(yīng)用服務(wù)器盡量與軟交換設(shè)置在同一物理位置，應(yīng)考慮主、備冗余及關(guān)鍵部件的冗余備份。應(yīng)用服務(wù)器應(yīng)按照提供的業(yè)務(wù)種類劃分。

8．用戶號(hào)碼編制原則，應(yīng)與現(xiàn)有地鐵用戶編號(hào)原則一致，方便路由選取和用戶使用。

9．軟交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址規(guī)劃，應(yīng)盡量使用公有IP地址，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)集中布置，設(shè)在同一網(wǎng)段內(nèi)。內(nèi)部網(wǎng)管、計(jì)費(fèi)等端口可以考慮使用私有地址。終端設(shè)備的IP地址可采用私有IP，借助NAT穿越實(shí)現(xiàn)外網(wǎng)訪問(wèn)。

4 軌道交通專用通信系統(tǒng)的演進(jìn)策略

專用通信系統(tǒng)向軟交換技術(shù)演進(jìn)是漸進(jìn)的，為了保護(hù)既有投資，已建成的電路交換網(wǎng)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里仍將存在?？梢钥紤]在新建線路上率先采用軟交換技術(shù)，如圖1，已建成的線路待將來(lái)設(shè)備維護(hù)升級(jí)困難或設(shè)備老化故障率高時(shí)，再切換到軟交換上來(lái)。發(fā)展軟交換可以按照技術(shù)的成熟度，依先公務(wù)電話、專用電話、再無(wú)線數(shù)字集群次序逐步發(fā)展，最后這3個(gè)子系統(tǒng)合用一個(gè)全路網(wǎng)的軟交換控制中心。

公務(wù)電話目前是軌道行業(yè)軟交換技術(shù)應(yīng)用的熱點(diǎn)領(lǐng)域。在組網(wǎng)應(yīng)用上可以考慮在連接各條地鐵線路光網(wǎng)絡(luò)的上層骨干光傳輸網(wǎng)附近，設(shè)置主、備用2套軟交換核心控制設(shè)備，媒體網(wǎng)關(guān)控制器互為備份保護(hù)。軟交換核心控制設(shè)備初期通過(guò)信令網(wǎng)關(guān)和中繼媒體網(wǎng)關(guān)與控制中心的公務(wù)電話匯接交換機(jī)相連，軟交換網(wǎng)與公網(wǎng)軟交換網(wǎng)的互連可以在時(shí)機(jī)成熟時(shí)通過(guò)SIP-T或BICC協(xié)議實(shí)現(xiàn)。各條新建線路車站、車輛段、控制中心設(shè)置接入網(wǎng)關(guān)，如圖2所示，采用POTS、ISDN終端和以太網(wǎng)接口的綜合接入設(shè)備，支持模擬電話、數(shù)字電話、IP電話和計(jì)算機(jī)上的軟件電話等。新建地鐵線路之間通過(guò)軟交換實(shí)現(xiàn)多媒體交互。軟交換通過(guò)信令網(wǎng)關(guān)和中繼媒體網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)新建線路和既有線路的信令和媒體流的轉(zhuǎn)換，達(dá)到互聯(lián)互通的目的，并且將地鐵通信網(wǎng)融合到IP網(wǎng)上來(lái)。

圖1 軌道交通公務(wù)電話系統(tǒng)軟交換組網(wǎng)示意圖

圖2 軌道交通公務(wù)電話系統(tǒng)新建線路軟交換設(shè)備連接示意圖

這樣采用軟交換技術(shù)公務(wù)電話系統(tǒng)可以整合專用電話、OA、會(huì)議視頻系統(tǒng)、無(wú)線WiFi應(yīng)用等系統(tǒng)，提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻和第三方新業(yè)務(wù)的新一代軌道交通綜合通信平臺(tái)。生成全方位的智能化的管理、服務(wù)新業(yè)務(wù)，如無(wú)線WiFi可以建立三維立體街區(qū)圖的電子圖庫(kù)，實(shí)現(xiàn)乘客與軌道交通專網(wǎng)的互動(dòng)，接受乘客的詢問(wèn)，向乘客手機(jī)推送向?qū)畔ⅰ⒌缆窊矶滦畔?、車站周邊建筑、道路信息等。為乘客出行提供決策信息，引導(dǎo)乘客快速到達(dá)目的地。

城市軌道交通專用電話軟交換接入方式和公務(wù)電話系統(tǒng)類似，只是偏重智能化的調(diào)度功能。因此未來(lái)有可能和公務(wù)電話合二為一。物理設(shè)備實(shí)體是同一套，業(yè)務(wù)邏輯可由軟交換對(duì)不同端口加以區(qū)分。傳統(tǒng)專用電話子系統(tǒng)中，線網(wǎng)指揮中心、各維修專業(yè)調(diào)度、各維修專業(yè)值班室之間以及線網(wǎng)換乘站之間缺乏有效溝通手段，運(yùn)營(yíng)指揮效率及安全性低。采用軟交換技術(shù)在線網(wǎng)層面有效解決了專用調(diào)度系統(tǒng)的互聯(lián)互通問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著城市軌道交通線路網(wǎng)絡(luò)化，城市軌道交通的安全隱患也日益增多，線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)指揮調(diào)度、應(yīng)急搶險(xiǎn)組織需要智能化的專用調(diào)度系統(tǒng)，確?，F(xiàn)場(chǎng)工作人員隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)有線、無(wú)線WiFi等高速接入，與線網(wǎng)指揮中心和線路控制中心保持多媒體通信，實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，以便作出正確決策，保證運(yùn)營(yíng)安全。專用無(wú)線通信系統(tǒng)目前采用TETRA，未來(lái)也會(huì)向3G、4G方向發(fā)展。3G的核心網(wǎng)設(shè)備均采用軟交換技術(shù)。3.9G的LTE技術(shù)因?yàn)楦邘捄皖l譜利用率等優(yōu)勢(shì)正在國(guó)外大規(guī)模商用，國(guó)內(nèi)有望在近期發(fā)放LTE牌照。目前TETRA領(lǐng)域全球最具影響力的專業(yè)協(xié)會(huì)TCCA正和3GPP溝通協(xié)調(diào)，推進(jìn)LTE專網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)工作，重點(diǎn)將加強(qiáng)LTE標(biāo)準(zhǔn)中群組、調(diào)度等功能規(guī)范。未來(lái)基于LTE技術(shù)專用無(wú)線多媒體調(diào)度系統(tǒng)會(huì)成為軌道交通無(wú)線調(diào)度網(wǎng)的首要選擇。

軟交換已成為未來(lái)通信行業(yè)的主流技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合的推動(dòng)力量。軌道交通專用通信網(wǎng)積極推進(jìn)軟交換技術(shù)的發(fā)展符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，不僅有利于整體通信網(wǎng)絡(luò)效率提升，而且對(duì)軌道交通行業(yè)自身的規(guī)模化建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)和智能化管理起到積極的促進(jìn)作用，其社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，對(duì)軌道交通行業(yè)未來(lái)發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義。

［1］糜正琨，楊國(guó)民．交換技術(shù)［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2006，7．

［2］中華人民共和國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部.YD-T1434-2006.軟交換設(shè)備總體技術(shù)要求［S］．2006．

［3］中華人民共和國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部.YD-T1243.1-2002.媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備技術(shù)要求——IP中繼媒體網(wǎng)關(guān)［S］．2002．

［4］中華人民共和國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部.YD045-2007-C.基于軟交換的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)總體技術(shù)要求［S］．2007．

［5］GB50157-2003.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003．

Abstract:The development status and problems of rail transport special communication network are described．In combination of current large scale construction of rail transit and the requirements of intelligent management and networked operations，the advantages of the development of soft-switch technology in urban rail transit are analyzed and it is pointed out that the IP network based on soft-switching technology will be the development direction of special communication network for urban rail transit in the future．Furthermore，the network planning of soft-switching communication network for urban rail transit is expounded together with network evolution strategy and transformation of old network．

Key words:Urban rail transit;Soft-switching;Networks planning;Network evolution strategy

肖 衍：北京市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限公司 高級(jí)工程師100089 北京

2013-03-27

(責(zé)任編輯：諸 紅)