IP通信技術(shù)在忻阜高速公路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

□王曉霞

(山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030031)

忻阜高速公路忻州——五臺山段起自忻州市忻府區(qū)秦城鄉(xiāng)部落村，終于晉冀交界五臺山長城嶺，出省后與河北保定至阜平高速公路相接，全長124公里。忻阜高速公路通信系統(tǒng)為忻阜高速的管理、運營服務(wù)的專用通信網(wǎng)。忻阜高速公路通信系統(tǒng)將實現(xiàn)本工程范圍內(nèi)的交通管理、運營業(yè)務(wù)管理以及沿線緊急電話、監(jiān)控設(shè)備等語音、數(shù)據(jù)、圖像信息的傳輸，為交通運營管理部門提供必要的通信調(diào)度手段，保障本路段交通安全、暢通、高效運營及實現(xiàn)現(xiàn)代化交通管理。

一、系統(tǒng)設(shè)計原則

忻阜高速公路通信系統(tǒng)是本公路的重要組成部分，通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足忻阜高速公路正常運行的需求，確保道路的暢通、安全，為此在進行通信系統(tǒng)方案設(shè)計時，遵循如下設(shè)計原則：1.通信系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)滿足忻阜高速公路信息傳輸?shù)男枨蟆?.通信系統(tǒng)應(yīng)滿足忻阜高速公路管理和運營的需要。3.通信系統(tǒng)應(yīng)能提供24小時全天候不間斷的通信服務(wù)，因此應(yīng)當(dāng)選用可靠性高的方案，避免通信中斷。4.結(jié)合通信技術(shù)的發(fā)展方向，選用技術(shù)成熟、質(zhì)量高的通信技術(shù)，保證信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。5.系統(tǒng)應(yīng)具有擴展性，以滿足忻阜高速公路信息發(fā)展的需求。6.系統(tǒng)投資經(jīng)濟合理，盡量節(jié)約資金。

二、忻阜高速公路通信業(yè)務(wù)需求分析

1.圖像傳輸需求。忻阜高速公路閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)包含了道路交通監(jiān)控、收費廣場交通監(jiān)控內(nèi)容。交通監(jiān)控采用靜態(tài)全線覆蓋布設(shè)方案，視程首尾相接，整個監(jiān)控規(guī)模為81臺攝像機。通信系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)需為其提供400M以上的傳輸帶寬。

2.數(shù)據(jù)通信需求。忻阜高速公路的數(shù)據(jù)通信主要有監(jiān)控外場設(shè)備如可變情報板、可變限速板、車輛檢測器、氣象儀等設(shè)備的監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫酶犯咚俦O(jiān)控中心。

3.語音通信需求。忻阜高速公路的語音通信有以下幾個方面：(1)忻阜高速管理中心內(nèi)各管理運營部門，配電房、監(jiān)控中心、收費站等內(nèi)部辦公及維護使用的電話業(yè)務(wù)通信。(2)忻阜高速范圍內(nèi)汽車司機在發(fā)生事故時的緊急求援語音通信。(3)工程維護人員、值勤人員在外場作業(yè)時的移動無線通信。(4)忻阜高速運營管理部門同上級管理公司以及外部單位的語音通信。

三、忻阜高速公路通信主干傳輸網(wǎng)絡(luò)性能要求

根據(jù)忻阜高速公路通信業(yè)務(wù)需求分析，考慮到山西高速公路交通通信網(wǎng)的現(xiàn)狀和系統(tǒng)的兼容性，忻阜高速公路通信系統(tǒng)主干傳輸網(wǎng)絡(luò)采用直接基于光纖的IP傳輸技術(shù)。傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用路由交換機和光纜，路由交換機可以直接提供10/100M以太網(wǎng)接口，用于本通信局域網(wǎng)的組織，在忻阜高速公路監(jiān)控中心設(shè)帶IP網(wǎng)關(guān)的程控交換機，通過交換數(shù)據(jù)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)、圖像、語音的綜合傳輸(三網(wǎng)合一)。

忻阜高速公路主干傳輸網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)性能上重點考慮：

1.冗余和容錯性：為了保證系統(tǒng)工作的連續(xù)性，對于通信設(shè)備、鏈路留有一定的冗余配置，以保證主干通信節(jié)點上的任何單點故障不影響任何系統(tǒng)的通信，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的任何故障不會引起故障源的擴散。

2.網(wǎng)絡(luò)確定性：確定性包含了兩方面的內(nèi)容。一是邏輯鏈路的確定性：由于采用了冗余技術(shù)、在邏輯結(jié)構(gòu)上通常很難把握，對網(wǎng)絡(luò)分析和判斷帶來了難題，所以要求網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不但在物理上簡單、明確，在邏輯鏈路上也要同樣的明確，包括邏輯斷點要有確定的位置，最好能夠進行人為的設(shè)定。二是故障恢復(fù)時間的確定性：考慮到實時性因素，對于故障時，業(yè)務(wù)恢復(fù)時間應(yīng)設(shè)定上限值，此上限值應(yīng)以不影響網(wǎng)絡(luò)通信為準(zhǔn)則。

3.實時性：控制數(shù)據(jù)、圖像抓拍聯(lián)動、實時視頻等業(yè)務(wù)對實時性的要求很高，因此要求單臺設(shè)備最多幾十微秒的設(shè)備延時，主干交換機需要有Qos機制。

4.安全性：網(wǎng)絡(luò)應(yīng)可以實現(xiàn)分布式的安全部署，能夠進行訪問控制，MAC地址綁定和過濾，系統(tǒng)隔離等。

5.可擴展性：對于網(wǎng)絡(luò)的擴展，應(yīng)該靈活、方便，并且不能影響其他系統(tǒng)的正常工作，系統(tǒng)擴展時，其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無需更改設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)路由依然是明確的。系統(tǒng)升級時，和原有設(shè)備應(yīng)該是兼容的，不至于浪費原有的投資。

6.可管理性：網(wǎng)絡(luò)管理對于系統(tǒng)的運營至關(guān)重要，對于本系統(tǒng)，建議采用圖形化的網(wǎng)管，能夠管理到所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的每一個端口，包括整個端口的配置，告警，流量監(jiān)控、分析，以便網(wǎng)絡(luò)管理員能快速、準(zhǔn)確地檢查整體網(wǎng)絡(luò)的運行情況，有效找到網(wǎng)絡(luò)熱點，快速診斷并在故障蔓延以前加以排除。該網(wǎng)管還要有通用軟件接口，便于集中監(jiān)控系統(tǒng)對通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的監(jiān)控。

四、通信方案

整個忻阜高速公路通信網(wǎng)絡(luò)分為兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，考慮到運營、管理的便利性，我們對網(wǎng)絡(luò)管理功能提出了更高要求。

1.網(wǎng)絡(luò)拓撲。本IP通信網(wǎng)絡(luò)的千兆主干網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域交換機網(wǎng)絡(luò)分別使用4芯光纖，組成自愈環(huán)保護結(jié)構(gòu)。

2.千兆主干通信網(wǎng)絡(luò)。在監(jiān)控中心設(shè)置一臺多引擎核心交換機MACH3005。在外場各主干節(jié)點分別采用一臺雙引擎骨干交換機MACH3002，該交換機配置有雙交換引擎和雙管理引擎，在雙引擎上配置不同的上聯(lián)模塊，分別連接到監(jiān)控中心的核心交換機。冗余引擎和冗余光鏈路上聯(lián)模塊的使用確保了任意的一個故障(包括設(shè)備故障和鏈路故障)都不會影響系統(tǒng)的通信連接。兩個引擎之間隨時在線設(shè)備使用，不存在切換時間。主干交換機之間通過單模光纖組成交換式冗余環(huán)形結(jié)構(gòu)Hiper-Ring，兩條千兆鏈路之間互為備份，當(dāng)主通信鏈路出現(xiàn)故障的時候，業(yè)務(wù)完全切換到備用鏈路的時間小于0.5s。

為了提高設(shè)備的可用性，中心交換機在硬件冗余方面具有3路電源設(shè)備輸入，雙套風(fēng)扇。為了提高圖像等數(shù)據(jù)的實時性和兼容不同系統(tǒng)的應(yīng)用，主干交換機具有針對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的Qos機制，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用設(shè)置加權(quán)比重，并分配有一定的帶寬，確保關(guān)鍵應(yīng)用的實時性和安全性。主干交換機通過組播控制，提高圖像應(yīng)用的系統(tǒng)效率。外場的4臺主干交換機配置各配置有2個單模百兆光口，實現(xiàn)和區(qū)域監(jiān)控交換機之間的環(huán)網(wǎng)連接。

3.區(qū)域接入網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場終端設(shè)備各自接入本地區(qū)域百兆交換機，區(qū)域交換機和本地的主干交換機通過冗余光纖組成百兆級交換式冗余環(huán)形結(jié)構(gòu)，形成一個主干環(huán)冗余下聯(lián)5個百兆環(huán)的結(jié)構(gòu)。區(qū)域交換機采用卡軌式安裝的工業(yè)級交換機。

4.網(wǎng)絡(luò)管理。在監(jiān)控通信中心設(shè)置獨立通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)管終端，以管理網(wǎng)絡(luò)的運行和維護。配備專用網(wǎng)管軟件，該網(wǎng)管軟件是通信中心站千兆交換機、外場通信站千兆交換機和區(qū)域百兆交換機的統(tǒng)一網(wǎng)管，可以從網(wǎng)管中心方便的對整個網(wǎng)絡(luò)進行集中管理，簡化日復(fù)一日的狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷、數(shù)據(jù)分析等工作，有效和方便地對IP網(wǎng)絡(luò)等信息系統(tǒng)進行全面的設(shè)備管理和功能管理。

網(wǎng)管終端以圖形化顯示方式進行信息顯示，并支持SNMP V1,V2,V3、SNMP TRAP、IGMP Snooping、Hiper-Ring、Dual-Homing、RSTP 等多種協(xié)議；支持Windows NT/2000/XP， Linux，HP OpenView6.31等多種操作系統(tǒng)平臺。網(wǎng)管終端能夠進行基于工作組的VLAN和路由的配置，簡化由于編程給運營、維護帶來的不便。在安全性設(shè)定方面，支持端口和MAC地址的捆綁設(shè)定和關(guān)閉暫時不用的端口，保護系統(tǒng)不受外來接入的侵犯；集成OPC支持，可以將網(wǎng)管監(jiān)控的所有代理(交換機)的狀態(tài)信息直接傳到監(jiān)控軟件。

結(jié)束語

忻阜高速公路監(jiān)控系統(tǒng)通信平臺實現(xiàn)了不同專網(wǎng)之間的信息共享、全數(shù)字化信息(數(shù)據(jù)、語音和圖像)傳輸、三網(wǎng)(數(shù)據(jù)網(wǎng)、語音網(wǎng)和視頻網(wǎng))合一。

忻阜高速公路于2010年10月1日順利通車，開通以來，忻阜高速公路通信系統(tǒng)運行正常，性能穩(wěn)定，確保了忻阜高速的正常運營管理與交通暢通。

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