軟交換技術在鄭州城市軌道交通公務電話系統(tǒng)中的應用

馬文勝 趙東霞

(1.鄭州市軌道交通設計研究院有限公司，450000，鄭州;2.鄭州市軌道交通有限公司，450000，鄭州∥第一作者，工程師)

1 問題的提出

公務電話系統(tǒng)在城市軌道交通中為運營、管理、維修等部門工作人員提供了日常工作的聯(lián)系手段。它是集語音、中低速數據為一體的交換網絡，為城市軌道交通內部用戶之間、內部用戶與市話公網用戶之間提供電話聯(lián)絡，能將“119”、“110”和“120”等特種業(yè)務呼叫自動轉移至市話公網的“119”、“110”和“120”平臺上。

我國的電話交換技術經歷了人工交換、步進制交換、縱橫制交換、程控交換等幾個階段。程控交換技術在國內大規(guī)模應用已有20余年。目前，城市軌道交通公務電話系統(tǒng)的建設，基本上采用的是程控交換技術。隨著技術的不斷進步，國內主流設備供應商如中興、華為等公司，宣布逐步停止生產程控交換整機設備。因此，在今后的城市軌道交通公務電話系統(tǒng)建設中若仍采用程控交換技術，就已不是最優(yōu)選項了。

2 鄭州城市軌道交通的基本情況

2.1 線網概況

根據《鄭州市城市軌道交通線網規(guī)劃修編(2010～2020)》，鄭州城市軌道交通由都市區(qū)快線網和市區(qū)普線網共17條線路組成，設置2處多線路共用控制中心:

1)鄭州東站控制中心，管轄 1、2、3、4、5、6、7、10、15、16 號等線路;

2)劉集控制中心，管轄 8、9、11、12、13、14、17號等線路。

2.2 鄭州軌道交通1號線概況

1號線分兩期建設，一期工程于2009年動工，2013年12月28日已竣工運營。1號線一期工程線路全長26.2 km，均為地下線，共設車站20座。一期工程在起點西流湖站以西設凱旋路停車場，終點設置鄭東車輛段，鄭州東站附近設置多線共用的鄭州東站控制中心;二期工程在一期工程東西方向延長10座車站。

2.3 公務電話系統(tǒng)的建設

鑒于程控交換機存在的問題，鄭州市軌道交通1號線一期工程在初步設計階段推薦采用軟交換技術組網，系統(tǒng)設備采用中興通信ZXSS10 SS1b軟交換系統(tǒng)設備組網。該工程是軟交換技術在國內軌道交通公務電話系統(tǒng)中的首次運用。

3 軟交換技術分析

3.1 軟交換技術特點

1)傳統(tǒng)程控交換機的業(yè)務提供，在設計交換機方案時就固定下來。一旦產品定型，若想修改或增加某種業(yè)務就十分困難。而軟交換技術是在IP(因特網協(xié)議)電話技術發(fā)展的基礎上，采用分組網絡作為承載網絡，將網關呼叫控制和媒體交換的功能相分離而形成的。它打破了傳統(tǒng)的封閉交換機結構，采用開放的接口和通用的協(xié)議，硬件分散，而業(yè)務控制和業(yè)務邏輯則相對集中。

2)軟交換技術能夠支持各種形式的信息，是集話音、數據、圖像及傳真等業(yè)務于一體的全新網絡技術。軟交換技術組建的地鐵公務電話網絡符合GB 50157—2003《地鐵設計規(guī)范》15.3.5 節(jié) 中“公務電話交換設備應具備綜合業(yè)務數字網絡功能”的條款。

3)根據我國工信部電信傳輸研究所對軟交換技術的定義，軟交換設備是網絡演進以及下一代分組網絡的核心設備之一，符合工信部 YD 1434—2006－I《軟交換設備總體技術要求》中規(guī)定的各項要求。它獨立于傳送網絡，可以向用戶提供現有電路交換機能提供的所有業(yè)務，并向第三方提供和開放可編程能力。

3.2 軟交換網絡結構分析

軟交換網絡結構分為邊緣接入層、核心傳送層、控制層和業(yè)務層，如圖1所示。

圖1 軟交換網絡結構圖

3.2.1 邊緣接入層

邊緣接入層的設備主要有以下幾種:

1)TG:用于完成與PSTN/PLMN(公共陸地移動網絡)電話交換機的中繼連接，將電話交換機PCM(脈沖編碼調制)中繼的64 kbit/s的語音信號轉換為IP包。

2)SG:用于完成與PSTN/PLMN電話交換機的信令連接，將電話交換機采用的基于TDM(時分復用模式)電路的7號信令信息轉換為IP包。

3)AG:提供模擬用戶線接口，用于直接將普通電話用戶接入到軟交換網絡中，可以為用戶提供PSTN的所有業(yè)務。AG直接將用戶數據及用戶線信令封裝在IP包中。

4)IAD:同時提供模擬用戶線和以太網接口，分別用于普通電話機的接入和計算機設備的接入。

5)多媒體業(yè)務網關(MSAG):用于完成各種多媒體數據源的信息，將視頻與音頻混合的多媒體流適配為IP包。

6)H.323 GW:用于連接采用H.323協(xié)議的IP電話網網關。

7)WAG:用于將無線接入用戶連接至軟交換網絡。

3.2.2 核心傳送層

核心傳送層主要是為業(yè)務媒體流和控制信息流提供統(tǒng)一的、確保服務質量的高速分組傳輸平臺。軟交換網絡的各個網元之間，采用IP數據包傳輸各種控制信息和業(yè)務數據信息。因此，核心傳送層實際上就是一個承載網絡。在鄭州軌道交通1號線一期工程公務電話系統(tǒng)中，核心傳送網實際由專用傳輸系統(tǒng)提供的IP傳輸通道實現。

3.2.3 控制層

控制層決定呼叫的建立、接續(xù)和交換，將呼叫控制與媒體業(yè)務相分離，理解上層生成的業(yè)務請求，通知下層網路單元如何處理業(yè)務流。軟交換通過提供基本的呼叫控制和信令處理功能，對網絡中的傳輸和交換資源進行分配和管理。

3.2.4 業(yè)務層

業(yè)務層決定提供和生成具體業(yè)務，并通知控制層做出相應的處理。業(yè)務層中的各種應用服務器提供了執(zhí)行、處理和生成業(yè)務的平臺，并負責處理和媒體網關的承載接口。

3.3 軟交換網絡的協(xié)議結構

軟交換網絡涉及的協(xié)議包括 H.248、SCTP、ISUP、TUP、INAP、H.323、SIP、MGCP、BICC、BRI、PRI等。

1)MGCP(媒體網關控制協(xié)議):主要應用在軟交換網絡與媒體網關或軟交換網絡與MGCP終端之間，完成端點處理和連接處理兩種功能。

2)H.248協(xié)議:該協(xié)議通過命令完成對終結點和關聯(lián)之間的操作，從而實現呼叫的建立和釋放。

3)SIP(會話初始協(xié)議):是在IP網上進行多媒體通信的應用層控制協(xié)議。

4)BICC(與承載無關的呼叫控制協(xié)議):主要用于軟交換設備與軟交換設備之間的呼叫控制，可以建立、修改和結束呼叫。

5)SCTP(流控制傳送協(xié)議):主要任務是在無連接方式的IP網絡上可靠地傳送PSTN公共信令消息。

3.4 軟交換技術運用現狀

軟交換設備作為下一代網絡發(fā)展的方向及核心，已經相當成熟可靠，已在國內電信運營商大規(guī)模運用。電信運營商的骨干語音網核心都已經被軟交換技術替代，并且已在民航、電力、檢察院及酒店等領域得到應用。

國內外主要的軟交換設備廠商有華為、中興、阿爾卡特、3Com、諾基亞西門子和斯達康等公司。它們都擁有各自的軟交換網絡解決方案，其中有許多解決方案已經在實際網絡中得到應用。

4 鄭州軌道交通1號線一期工程公務電話系統(tǒng)組網方案

通過軟交換技術分析可以得出，雖然在國內軌道交通中尚未采用軟交換技術，但軟交換技術運用在城市軌道交通公務電話系統(tǒng)上完全是可行的。因此，鄭州軌道交通1號線一期工程初步設計采用軟交換技術組網。設備招標采用了中興SS1b軟交換設備組網。具體組網結構見圖2。

圖2 鄭州軌道交通1號線一期工程公務電話軟交換網絡結構圖

1)車站:由于中興公司的綜合接入設備容量較小，通常小于24線，不能滿足地鐵車站用戶量需求，因此，在鄭州軌道交通1號線一期工程各車站設置ZXMSG 5200綜合接入網關，按照普通車站48線、換乘車站96線配置，實現車站電話功能。

2)停車場:在綜合樓與運用庫，分別設置168線和64線ZXMSG 5200綜合接入網關各1套，實現樓內電話及附近單體建筑內的電話接入。

3)車輛段:在綜合樓、運用庫、乘務員公寓和檢修庫，分別設置300線、96線、64線和48線ZXMSG 5200綜合接入網關各1套。綜合樓內綜合接入網關實現綜合樓、物資總庫、調車機庫等建筑內的電話接入;運用庫內綜合接入網關實現運用庫、鏇輪庫等建筑內的電話接入;乘務員公寓內綜合接入網關實現乘務員公寓內的電話接入;檢修庫內綜合接入網關實現檢修庫、門衛(wèi)等建筑的電話接入。停車場、車輛段沒有采用集中單套綜合接入網關，而是采用了多套綜合接入網關分布式設置，一方面體現了軟交換網絡邊緣接入層設備接入的靈活性，另一方面減少了車輛段、停車場主要建筑單體間的大對數音頻電纜的敷設，節(jié)省了工程造價。

4)控制中心:設置1000線ZXMSG 5200綜合接入網關1套，實現控制中心電話的接入。設置ZXMSG 9000 MT256中繼媒體網關1套，與市話公網12個E1互聯(lián)，完成公務電話系統(tǒng)與市話公網的互聯(lián)互通;與專用無線系統(tǒng)2個E1互聯(lián)，實現公務電話與地鐵800 MHz手持終端的互通呼叫。設置ZXSS10 SS1b軟交換核心交換控制設備1套，該核心交換控制設備具備10000線的呼叫處理能力?？刂浦行耐瑫r配置系統(tǒng)網管、計費、話務臺和測量臺。

5)傳輸通道:各車站、停車場、車輛段的綜合接入網關，使用專用傳輸系統(tǒng)提供的點對點以太網傳輸通道，并接入控制中心。為確保接入網關的通道暢通，各綜合接入網關采用1+1冗余設置以太網通道。

6)市話中繼內側:按照360線中繼，每線帶寬64 kbit/s，共需要 23 Mbit/s。按照經驗值1.5 ～3 倍的突發(fā)流量冗余，設置100 Mbit/s以太網端口。

7)各車站綜合接入網關:配置10 Mbit/s以太網電端口。

8)車輛段停車場各綜合接入網關:考慮到各綜合接入網關用戶容量不同，配置10～50 Mbit/s以太網端口，由于各綜合接入網關距離傳輸設備較遠，采用以太網光口光纖連接。

5 后續(xù)工程方案

中興公司的ZXSS10 SS1b軟交換系統(tǒng)設備具備電信級的容量和處理能力，后續(xù)擴容主要是軟件擴容和增加許可。后續(xù)工程實施方案主要分為以下兩種。

5.1 二期工程及后續(xù)其他線路建設的接入方案

二期工程各車站可采用與一期工程相同的方式，新設綜合接入網關，通過專用傳輸通道接入控制中心核心交換控制設備。

由于鄭州東站控制中心是多條線路共用的控制中心，后續(xù)線路的建設方式宜采用與1號線相同的方式，即通過后續(xù)的專用傳輸系統(tǒng)，接入鄭州東站控制中心核心交換控制設備。具體方案詳見圖3。

圖3 二期工程及后續(xù)其他線路建設的接入方案

5.2 雙歸屬方案

由于軟交換核心交換控制設備處理能力較大，可實現軌道交通多線路的接入，但相應的安全風險就會不斷上升。一旦核心交換控制設備宕機，則直接造成多條線路的公務電話系統(tǒng)全部中斷。

軟交換網絡具有雙歸屬冗余技術，能夠實現系統(tǒng)處理能力的備份，極大地提高了網絡運行的安全性。建議在后續(xù)線路建設中，可選擇在某條線路的車輛段或后續(xù)規(guī)劃的劉集控制中心，新設另外一套軟交換核心交換控制設備，與鄭州東站控制中心軟交換核心交換控制設備互為雙歸屬冗余配置，以保證網絡的安全運行。具體方案見圖4。

圖4 軟交換接入網絡的雙歸屬方案

6 開通測試情況

鄭州軌道交通1號線一期工程公務電話系統(tǒng)于2013年6月—12月期間完成了安裝調測工作，實現了系統(tǒng)設備的出廠測試和驗收測試。其主要測試內容見表1。

表1 設備測試記錄

從表1可以看出，鄭州軌道交通軟交換系統(tǒng)在呼叫建立時間、呼叫接通率及語音質量方面，完全符合工程設計要求。2013年12月28日，鄭州軌道交通1號線一期工程開通運營，公務電話系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

7 結語

軟交換技術具有功能強大、接入靈活、擴容簡便、技術生命力強、標準化程度高等特點，非常適用于建設周期長、站點線性分布的城市軌道交通場景。隨著我國城市軌道交通建設的加速發(fā)展以及軟交換技術在鄭州軌道交通1號線一期工程中的率先成功應用，不久的將來，軟交換技術將在我國城市軌道交通公務電話系統(tǒng)中得到大規(guī)模運用。

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