軟交換技術在城市軌道交通通信系統(tǒng)中的應用

鄭 川

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司，610031，成都∥工程師)

電話通信是城市軌道交通列車指揮的基本手段，包括公務電話和專用電話。公務電話為城市軌道交通的管理部門、運營部門、維修部門提供一般公務聯(lián)絡;專用(調(diào)度)電話包括調(diào)度電話、車站/車輛段內(nèi)直通電話、站間行車電話、軌旁電話等，為城市軌道交通調(diào)度員和相關工作人員提供專用的直線通信工具，能實現(xiàn)包括單呼、組呼、全呼、自動錄音等多種功能。無論是專用調(diào)度電話還是公務電話，目前主要采用程控交換技術實現(xiàn)。經(jīng)多年的應用，這一技術在城市軌道交通領域發(fā)揮了重要的作用，有力地保障了列車的指揮和運營安全。

近年來，隨著城市軌道交通通信業(yè)務的IP(網(wǎng)絡之間互連的協(xié)議)化，以分組交換為核心的業(yè)務正在替代電路交換的核心業(yè)務。軟交換作為以IP 為基礎的業(yè)務形式，具有廣泛的應用前景，且已經(jīng)在國內(nèi)外得到了應用，將成為下一代網(wǎng)絡的關鍵技術。研究軟交換技術在城市軌道交通通信系統(tǒng)中的應用，可更好地滿足城市軌道交通通信系統(tǒng)的發(fā)展需要，使城市軌道交通的公務、專用電話業(yè)務在保證通話質(zhì)量和系統(tǒng)功能的前提下，達到網(wǎng)絡資源的最優(yōu)配置。

本文研究軟交換技術及其在城市軌道交通通信系統(tǒng)中的應用，并在此基礎上，提出了適合于城市軌道交通通信系統(tǒng)應用的軟交換的體系結(jié)構(gòu)。

1 軟交換技術及其在城市軌道交通通信系統(tǒng)中應用的可能性

1.1 軟交換技術

根據(jù)國際 SoftSwitch 論壇國際軟交換協(xié)會(International SoftSwitch Consortium，簡為 ISC)的定義，軟交換是基于分組網(wǎng)利用程控軟件提供呼叫控制功能和媒體處理相分離的設備與系統(tǒng)。軟交換是通過純軟件實現(xiàn)控制功能，把呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(傳輸層)中分離出來，搭建具有控制、交換等功能的軟交換平臺。

軟交換通過網(wǎng)關實現(xiàn)對各種業(yè)務的控制和傳送功能。其主要的網(wǎng)關包括媒體網(wǎng)關、信令網(wǎng)關、接入網(wǎng)關、綜合接入設備等。在網(wǎng)關間執(zhí)行的主要協(xié)議包括:IP 電話協(xié)議，如 H.323，SIP 等;媒體網(wǎng)關控制協(xié)議;信令轉(zhuǎn)換協(xié)議(SIGTRAN);互聯(lián)互通協(xié)議;以及業(yè)務層協(xié)議等。

軟交換與軟交換之間的組網(wǎng)有3 種結(jié)構(gòu):軟交換平面路由結(jié)構(gòu);軟交換分級路由結(jié)構(gòu)和定位服務器分級路由結(jié)構(gòu)。

軟交換具有豐富的功能和標準化的協(xié)議體系，不僅可支持現(xiàn)在的話音交換功能，還可支持靈活的、多樣性的功能，包括數(shù)據(jù)通信、視頻等，且具有計費、管理、維護等多方面的能力。

1.2 城市軌道交通通信系統(tǒng)的應用需求

城市軌道交通電話系統(tǒng)采用軟交換技術，不僅能滿足城市軌道交通公務電話系統(tǒng)和專用電話系統(tǒng)的基本業(yè)務需求，還具有以下優(yōu)勢。

(1)城市軌道交通通信網(wǎng)的扁平結(jié)構(gòu):根據(jù)城市軌道交通電話系統(tǒng)的特點，用戶主要分布在控制中心、車輛段、車站等處，除控制中心、車輛段用戶相對集中外，各個車站用戶數(shù)量較少;而軟交換系統(tǒng)集中智能的網(wǎng)絡管理體系、靈活接入的方式，能夠很好地適應城市軌道交通用戶較為分散的特點。軟交換系統(tǒng)的網(wǎng)絡擴展性好、實現(xiàn)功能強大，可滿足城市軌道交通公務電話用戶對系統(tǒng)維護管理等多方面的需求。

(2)城市軌道交通通信的新要求:公務電話軟交換可實現(xiàn)與辦公自動化(OA)系統(tǒng)融合，開展企業(yè)通信錄、一號通、點擊撥號、通話記錄、電子傳真、即時消息，以及通過網(wǎng)頁協(xié)同辦公、快速召開電話會議等高級業(yè)務功能應用;同時，可以開展視頻電話業(yè)務，實現(xiàn)基于網(wǎng)頁的點對點視頻，增加了辦公的便捷性。

(3)TDM(時分復用)業(yè)務IP 化，統(tǒng)一傳輸業(yè)務類型，簡化網(wǎng)絡配置:城市軌道交通信息傳輸系統(tǒng)承載的業(yè)務主要包括TDM 和IP 兩類。TDM 業(yè)務包括話音信息、低速數(shù)據(jù)、電話中繼等;IP 業(yè)務包括視頻及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信息。隨著城市軌道交通業(yè)務的不斷發(fā)展，TDM 業(yè)務在傳輸帶寬中所占比例越來越小。傳統(tǒng)的MSTP(多業(yè)務傳送平臺)承載網(wǎng)絡以話音為中心的TDM 結(jié)構(gòu)漸漸不再滿足需求，傳輸帶寬瓶頸也日益突出。于是，人們提出采用寬帶IP 傳送技術，建立IP 傳輸網(wǎng)絡。

(4)公務電話系統(tǒng)和專用電話系統(tǒng)功能融合，節(jié)省資源:在公務電話系統(tǒng)控制中心增加一套調(diào)度服務器，通過軟交換的新業(yè)務功能，配置相應的軟件，同時實現(xiàn)公務、調(diào)度、站內(nèi)直通電話，以及站間行車電話及軌旁電話的通信功能;避免了電話交換機的重復配置，提高了系統(tǒng)集成度，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，最大限度地實現(xiàn)了設備、技術、信息等的資源共享，節(jié)省了工程投資，也減少了電話系統(tǒng)的維護工作量，為構(gòu)建一個全透明的城市軌道交通電話網(wǎng)提供有力的技術支撐。

2 基于軟交換的城市軌道交通通信系統(tǒng)組網(wǎng)方案

城市軌道交通電話通信系統(tǒng)在控制中心、車輛段和各車站設置電話交換設備，與傳輸系統(tǒng)共同構(gòu)成電話交換網(wǎng)絡，實現(xiàn)電話出局與交換功能。

基于軟交換技術的城市軌道交通電話通信系統(tǒng)網(wǎng)絡方案設計如圖1所示。

圖1 基于軟交換技術的電話通信系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)

根據(jù)軟交換網(wǎng)絡的四層架構(gòu)，設計城市軌道交通通信公務電話系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

(1)接入層:完成各控制中心、車站的媒體網(wǎng)關、接入網(wǎng)關和話機等的接入。

(2)傳輸層:數(shù)據(jù)網(wǎng)絡完成的功能，主要完成車站—控制中心、車站—車站的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

(3)控制層:軟交換核心層，完成呼叫控制、信令處理、業(yè)務交換等功能。

(4)業(yè)務層:完成統(tǒng)一網(wǎng)管(軟交換、媒體網(wǎng)關和接入網(wǎng)關)、計費、業(yè)務平臺的提供等功能。

根據(jù)軟交換電話系統(tǒng)的四層網(wǎng)絡架構(gòu)，城市軌道交通公務電話系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖2所示。

2.1 控制中心方案

(1)控制中心配置一套主用軟交換中心設備(SS)，置于網(wǎng)絡的核心節(jié)點(核心機房)，主要完成控制中心和車站用戶的呼叫控制、信令處理、語音路由、語音調(diào)度、視頻通話、統(tǒng)一通信等功能。軟交換核心控制設備主要板件(主控板、協(xié)議處理板、電源板等)采用1 +1 熱備，以保證系統(tǒng)安全可靠，設備容量按不低于40 000 用戶考慮。

(2)在控制中心設置一套綜合接入設備(IAD)，用于控制中心范圍的公務通信，容量按2 000 用戶配置。

(3)在控制中心設置一套中繼網(wǎng)關(TG)，用于與市話網(wǎng)和專用無線通信系統(tǒng)的互連互通。

(4)在控制中心設置一套網(wǎng)管設備，對本線及后續(xù)線路設置的公務電話系統(tǒng)設備進行集中維護管理。

(5)在控制中心設置一套計費系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個線網(wǎng)公務電話用戶的集中計費管理。

(6)采用IP 話務臺，F(xiàn)E(快速以太網(wǎng))口接入網(wǎng)絡即可，達到全網(wǎng)查號及語音郵箱功能。軟交換和計費服務器也采用FE 口。

2.2 備用控制中心方案

在備用控制中心或車輛段設置一套SS，其性能與規(guī)格與主用SS 相同;在主用SS 故障時，可通過自動或手動的方式將業(yè)務切換到備用SS 上。設置一套IAD，用于備用控制中心和車輛段范圍的公務通信，容量按1 500 用戶配置。

2.3 車站方案

在各車站設置一套車站接入AG(接入網(wǎng)關)，容量按100 用戶配置。

2.4 軟件設置

通過對軟交換網(wǎng)管軟件的設置，實現(xiàn)公務電話的基本通話功能以及專用電話的單呼、組呼、群呼等功能，同時還能實現(xiàn)企業(yè)通信錄、一號通、通話記錄、視頻電話、通過網(wǎng)頁協(xié)同辦公、快速召開電話會議等高級業(yè)務功能應用。

2.5 中繼方式與信令設置

2.5.1 網(wǎng)內(nèi)中繼

控制中心的主用SS 軟交換核心服務器通過專用傳輸系統(tǒng)提供的以太網(wǎng)接口與備用SS 及各個車站、備用控制中心、車輛段的AG 相連，實現(xiàn)控制中心、備用控制中心、車輛段及各車站的公務通信?？刂浦行膬?nèi)部的軟交換核心服務器、中繼網(wǎng)關、接入網(wǎng)關，通過控制中心為軟交換設置的三層以太網(wǎng)交換機互通。軟交換核心服務器與中繼網(wǎng)關(內(nèi)嵌信令網(wǎng)關)之間采用H.248/SIGTRAN 協(xié)議互通，與接入網(wǎng)關之間采用H.248、SIP 協(xié)議互通。

2.5.2 市話中繼

軟交換系統(tǒng)通過中繼媒體網(wǎng)關通過2 Mbit/s 數(shù)字中繼與運營商市話交換機相連，對市話中繼采用全自動方式DOD1 + DID(即通過撥引示號后，再按市話的要求撥完所有號碼，中間不聽二次撥號音)，中繼信令滿足 No.7 信令、No.1 信令、PRI 信令要求。同時，本次配置的軟交換系統(tǒng)還支持與其他軟交換設備或網(wǎng)絡的互通互連。建議其采用SIP-I協(xié)議互通。

2.5.3 與無線通信系統(tǒng)的中繼

控制中心軟交換系統(tǒng)交換機與無線集群交換機通過2Mbit/s 數(shù)字中繼線連接，接口信令滿足No.7信令和No.1 信令協(xié)議要求。

2.6 中繼容量計算

話務量由式(1)計算得出:

式中:

S——交換機用戶數(shù);

AK——交換機用戶線的平均話務量，取類似交換機實測數(shù)字，通?？扇?0.13～0.17 Erl;

K——至公用網(wǎng)話務量占交換機總話務量的百分數(shù)，取類似交換機實測數(shù)字，通?？扇?0%～35%。

(1)市話中繼數(shù)計算。城市軌道交通電話網(wǎng)絡按配置3 000 用戶考慮，中繼線的數(shù)量是根據(jù)話務量大小及用戶分機數(shù)量來確定。設AK為0.13 Erl，K 為30%，則由式1 可得 A =117 Erl。取呼損為 0.01，查愛爾蘭B 表可知，中繼線大約為137 根中繼線，由于1E1 含30 個語音信道，因此需要4.6 個 E1。根據(jù)進一法并考慮冗余，共設置6 個2 Mbit/s 中繼與市話網(wǎng)互通。

(2)與無線通信系統(tǒng)的中繼數(shù)計算。城市軌道交通電話網(wǎng)絡按配置3 000 用戶考慮，考慮到話務量主要集中在電話網(wǎng)絡交換，與無線通信系統(tǒng)的互通相對較少。假設總話務量K 為10%，設AK為0.13 Erl，則由式(1)，A=39 Erl。取呼損為 0.01，查愛爾蘭B 表可知，中繼線大約為40 根中繼線，由于1E1 含 30 個語音信道，因此需要 1.3 個 E1。根據(jù)進一法并考慮冗余，共設置2 個2 Mbit/s 中繼與無線通信系統(tǒng)互通。

3 結(jié)語

綜上所述，城市軌道交通電話通信系統(tǒng)采用軟交換，技術的方案可行，簡化了電話網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，可采用IP 承載網(wǎng)絡傳輸，能為專用通信網(wǎng)提供更多的新業(yè)務和個性化服務;節(jié)省了管理維護的人力、物力和費用，能為城市軌道交通電話通信系統(tǒng)引入新技術提供技術支持。

［1］范興娟.程控交換與軟交換技術［M］.北京:北京郵電大學出版社，2011.