高速公路通信系統(tǒng)技術(shù)探討

高航遠(yuǎn)

摘? 要：文章對(duì)高速公路機(jī)電工程三大系統(tǒng)之一的通信系統(tǒng)進(jìn)行了討論和分析，綜合論述了數(shù)字同步體系（SDH）、分組傳送網(wǎng)（PTN）及無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）等技術(shù)在高速公路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高速公路;通信系統(tǒng);數(shù)字同步體系（SDH）;分組傳送網(wǎng)（PTN）;無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）

中圖分類號(hào)：U495? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）10-0143-02

Abstract： This paper discusses and analyzes the communication system， which is one of the three major systems of expressway electromechanical engineering， and comprehensively discusses the application of synchronous digital hierarchy （SDH）， packet transport network （PTN） and passive optical network （PON） in expressway communication system.

Keywords： highway; communication system; synchronous digital hierarchy （SDH）; packet transport network （PTN）; passive optical network （PON）

引言

作為高速公路機(jī)電工程中的三大系統(tǒng)之一，通信系統(tǒng)為高速公路的現(xiàn)代化管理提供重要的支撐作用，為監(jiān)控系統(tǒng)與收費(fèi)系統(tǒng)等提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖像等信息的傳輸，為道路使用者提供事故報(bào)警的手段，是高速公路正常高效運(yùn)營(yíng)必不可少的部分。

數(shù)字同步體系（SDH）技術(shù)自20世紀(jì)80年代產(chǎn)生以來(lái)，因其相較于準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸體系（PDH）技術(shù)的優(yōu)勢(shì)而迅速得到推廣，在高速公路通信系統(tǒng)中也得到了大范圍的使用。但是隨著時(shí)代的進(jìn)步及信息化革命的提速，SDH技術(shù)越來(lái)越不能滿足人們的需求。分組傳送網(wǎng)（PTN）及無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)的出現(xiàn)，使得高速公路通信系統(tǒng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，具備了更高效的性能。

1 SDH技術(shù)概述

數(shù)字同步體系（SDH）技術(shù)以同步時(shí)分復(fù)用（STDM）和光纖技術(shù)為核心，由終端復(fù)用器（TM）、分插復(fù)用器（ADM）、再生中繼器（REG）及數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）等設(shè)備構(gòu)成。SDH技術(shù)甫一誕生，便以其強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理能力、靈活的復(fù)用和映射結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一的光接口及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口以及完善的操作維護(hù)管理（OAM）能力，迅速得到了廣泛的應(yīng)用。[1]

2 SDH技術(shù)在高速公路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用及局限

SDH技術(shù)在高速公路中的應(yīng)用，最初也主要是用于電話語(yǔ)音傳輸，但隨著高速公路業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，目前SDH設(shè)備主要用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)業(yè)務(wù)，而最初的語(yǔ)音通話業(yè)務(wù)也已不再是該技術(shù)所支持的主要業(yè)務(wù)。

SDH是一項(xiàng)成熟且應(yīng)用廣泛的光傳輸技術(shù)，多年來(lái)在高速公路通信系統(tǒng)中也已大范圍采用。但隨著通信技術(shù)的發(fā)展和業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)，尤其是視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率等性能提出了更加嚴(yán)格的要求，這使得SDN技術(shù)的性能越來(lái)越顯得捉襟見(jiàn)肘，主要體現(xiàn)在：

（1）流量和網(wǎng)絡(luò)擁塞控制能力差。大規(guī)模地使用軟件控制，以及在少數(shù)的幾個(gè)高速鏈路與交叉節(jié)點(diǎn)上集中了很大的業(yè)務(wù)量，因此如果這些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，這將會(huì)導(dǎo)致大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)故障甚或全網(wǎng)癱瘓。

（2）不能提供良好的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。

（3）擴(kuò)容成本高，可擴(kuò)展性不盡如人意?，F(xiàn)今高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)都為基于以太網(wǎng)的高帶寬要求業(yè)務(wù)，而對(duì)于實(shí)現(xiàn)此功能的SDH設(shè)備，如光板和以太網(wǎng)版等，都是成本較高的設(shè)備。

3 PTN及PON技術(shù)概述

3.1 PTN技術(shù)概述

隨著技術(shù)的進(jìn)步，傳送網(wǎng)所承載的業(yè)務(wù)從時(shí)分復(fù)用（TDM）向IP轉(zhuǎn)變，而SDH以TDM為技術(shù)基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容模式很難再為新需求發(fā)展提供支撐，而PTN憑借多元化的業(yè)務(wù)承載類型、強(qiáng)大的帶寬拓展能力以及完備的OAM能力，成為傳輸網(wǎng)的新選項(xiàng)。

分組傳送網(wǎng)（PTN）技術(shù)是在IP業(yè)務(wù)和光傳輸介質(zhì)之間新設(shè)的一個(gè)層面，該技術(shù)針對(duì)分組業(yè)務(wù)的流量突發(fā)性及統(tǒng)計(jì)復(fù)用傳送的要求而設(shè)計(jì)，以分組業(yè)務(wù)為核心并能支持多業(yè)務(wù)提供。PTN適合各種粗細(xì)顆粒的業(yè)務(wù)、端到端的組網(wǎng)能力，因此更加適合IP業(yè)務(wù)特性的“柔性”傳輸管道。[2]

3.2 PON技術(shù)概述

無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)是指在光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）中不含有源的電子設(shè)備，ODN中所有的傳輸設(shè)施都采用無(wú)源電子設(shè)備，如光纖、光連接器、無(wú)源光分路器及光纖接頭等。PON因其技術(shù)特性，可以避免外部電磁干擾，而且有較低的設(shè)備故障率及較高的系統(tǒng)可靠性。

雖然PON的傳輸距離較有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）為短，但其卻有著造價(jià)低、易于維護(hù)等顯著優(yōu)勢(shì)。

從技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，隨著業(yè)務(wù)對(duì)帶寬要求越來(lái)越高，現(xiàn)在廣泛使用的以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）及吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）在技術(shù)上的瓶頸將日趨明顯，因此引入波分復(fù)用（WDM）的下一代無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（NG-PON）將引領(lǐng)將來(lái)的發(fā)展方向。

4 高速公路通信系統(tǒng)概述

高速公路通信系統(tǒng)一般由光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)、語(yǔ)音交換系統(tǒng)、光電纜線路工程及通信電源等系統(tǒng)組成。

光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)主要的任務(wù)是為高速公路沿線各站點(diǎn)業(yè)務(wù)電話、監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、隧道機(jī)電設(shè)施、辦公自動(dòng)化、站前信息發(fā)布屏等的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖像等信息的傳輸提供通道，為高速公路聯(lián)網(wǎng)及集中統(tǒng)一管理提供信息傳輸通道。

語(yǔ)音交換系統(tǒng)即電話交換系統(tǒng)，由本地電話網(wǎng)、省域長(zhǎng)途電話網(wǎng)和交通運(yùn)輸部省際長(zhǎng)途電話網(wǎng)等組成。系統(tǒng)在各收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)及隧道洞口變電所配置業(yè)務(wù)電話、收費(fèi)對(duì)講電話及傳真機(jī)等設(shè)施。

5 PTN及PON技術(shù)在高速公路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

在傳輸網(wǎng)系統(tǒng)中，省域干線傳輸網(wǎng)（即干線網(wǎng)）可采用SDH設(shè)備，路段接入網(wǎng)（即接入網(wǎng)）可采用含PTN的傳輸和接入設(shè)備組成，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

省域干線采用SDH技術(shù)可直接對(duì)接原有干線網(wǎng)絡(luò)，路段接入網(wǎng)由布設(shè)在通信分中心的光線路終端（OLT）和分布在各通信站的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）等網(wǎng)元設(shè)備構(gòu)成。接入網(wǎng)采用PTN技術(shù)構(gòu)建光纖環(huán)網(wǎng)，為高速公路相關(guān)業(yè)務(wù)提供足夠的傳輸帶寬。高速公路沿線及隧道的視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和收費(fèi)數(shù)據(jù)等遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)，通過(guò)EPON光纖接入進(jìn)行組網(wǎng)，接入通信系統(tǒng)中。

采用PTN和PON架構(gòu)的高速公路通信系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)性能更加高效。PTN與PON技術(shù)的結(jié)合，使得系統(tǒng)能夠承載大容量的IP業(yè)務(wù)，這種架構(gòu)非常適用于傳輸高速公路監(jiān)控系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的帶寬要求，并且能夠提供端到端的管理業(yè)務(wù)，使得系統(tǒng)更加智能。

（2）系統(tǒng)更加安全可靠。PON技術(shù)所采用的無(wú)源設(shè)備，使得網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備的故障率大大降低，也不會(huì)出現(xiàn)SDH網(wǎng)絡(luò)中若關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，則可能全網(wǎng)癱瘓的問(wèn)題。

（3）系統(tǒng)使用方便靈活。由于系統(tǒng)有著豐富的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接口，因此可以根據(jù)用戶管理的需求，開(kāi)發(fā)和接入更加個(gè)性化的業(yè)務(wù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

通信系統(tǒng)處于高速公路機(jī)電工程中的核心地位，是高速公路語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖像等信息的傳輸?shù)闹匾Ｕ稀?/p>

當(dāng)前，基于云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)以及人工智能等新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧高速公路已經(jīng)浮現(xiàn)，這將為人們的高速公路出行提供更加舒暢愉快和高效智能的體驗(yàn)，也將使得高速公路變得更加綠色環(huán)保。隨著高速公路建設(shè)的進(jìn)展及數(shù)字通信技術(shù)發(fā)展越來(lái)越快，相關(guān)業(yè)務(wù)對(duì)通信系統(tǒng)也會(huì)提出越來(lái)越高的性能要求。[3]

參考文獻(xiàn)：

[1]孫學(xué)康，毛京麗.SDH技術(shù)（第3版）[M].北京：人民郵電出版社，2015：45-52.

[2]許圳彬，王田甜，胡佳，等.分組傳送網(wǎng)技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2015：4-12.

[3]洪盛，洪豐.高速公路機(jī)電通信系統(tǒng)新技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r分析[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2017（9）：59-60.