融合通信網(wǎng)絡(luò)在智慧高速公路中的應(yīng)用

詹金南

（福建省高速公路集團(tuán)有限公司南平管理分公司，福建 南平 354000）

0 引 言

我國(guó)的高速公路通過(guò)大規(guī)模建設(shè)已經(jīng)獲得了歷史性的突破，高速公路總里程在世界上排名第一[1]。高速公路已經(jīng)基本形成了網(wǎng)絡(luò)格局，完成了由初始階段的連通到現(xiàn)階段的全網(wǎng)覆蓋，高速公路行業(yè)也從最初的以建設(shè)為主發(fā)展到以“建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、管理、服務(wù)、安全”共同發(fā)展的階段，高速公路的運(yùn)營(yíng)管理相關(guān)企業(yè)應(yīng)該利用智慧高速公路的信息化建設(shè)來(lái)提高高速公路在運(yùn)營(yíng)和管理服務(wù)方面的能力[2]。

1 智慧高速公路的定義和內(nèi)涵

智慧高速公路作為智慧交通工程的重要組成部分，是智慧交通工程在公路運(yùn)行方面的衍生與應(yīng)用，主要起到便捷管理、方便出行等作用。根據(jù)智慧交通工程的定義，智慧高速公路項(xiàng)目主要是通過(guò)對(duì)新型信息化技術(shù)與通信技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)參與交通通行者（人）、交通工具（車(chē)）與交通設(shè)施（路）的信息傳遞與“溝通”，使得交通管理部門(mén)能夠及時(shí)有效地做出反應(yīng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的交通需求的管理與調(diào)整，進(jìn)一步地提高交通參與能力與服務(wù)意識(shí)，從而保障高速公路的安全、高效、便捷、通暢、綠色環(huán)保運(yùn)行，減少交通事故與公路堵塞的情況。智慧高速公路的含義包括3個(gè)方面，（1）運(yùn)營(yíng)時(shí)的狀態(tài)智能感應(yīng)；（2）實(shí)時(shí)的運(yùn)營(yíng)與管理；（3）及時(shí)有效的信息服務(wù)。

2 智慧高速公路建設(shè)遇到的困難

2.1 收費(fèi)的檢查

根據(jù)相關(guān)的國(guó)家收費(fèi)公路統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，我國(guó)的高速公路總里程已經(jīng)突破1.4×105km，高速公路收到的費(fèi)用超過(guò)5 000億元。每年，不同省份的高速公路收費(fèi)都會(huì)出現(xiàn)偷逃的現(xiàn)象，損失的數(shù)額大約在幾百萬(wàn)元到數(shù)億元之間。目前，MTC/ETC/路徑識(shí)別點(diǎn)三套系統(tǒng)正式地開(kāi)啟獨(dú)立運(yùn)行的模式，無(wú)法有效地展開(kāi)數(shù)據(jù)的挖掘和關(guān)聯(lián)性匹配等相關(guān)工作。此外，在夜間惡劣的環(huán)境下，車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)常常會(huì)出現(xiàn)狀態(tài)不佳的情況，因此導(dǎo)致識(shí)別的準(zhǔn)確率下降，從而加大了收費(fèi)檢查的難度。

2.2 應(yīng)急的指揮

在智慧高速公路信息化建設(shè)的過(guò)程中，提高安全應(yīng)急指揮的調(diào)度服務(wù)能力是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的內(nèi)容。在高速公路的復(fù)雜環(huán)境中，常會(huì)出現(xiàn)無(wú)法看清、無(wú)法聽(tīng)清、無(wú)法調(diào)動(dòng)及無(wú)法統(tǒng)一指揮等問(wèn)題，需要及時(shí)解決平臺(tái)化和標(biāo)準(zhǔn)化等一些安全應(yīng)急管控業(yè)務(wù)的要求，創(chuàng)建一個(gè)能夠可視調(diào)度平臺(tái)+GIS+精準(zhǔn)定位服務(wù)的架構(gòu)，從而讓手持移動(dòng)終端能夠快速地接入、平臺(tái)能夠自動(dòng)地預(yù)警響應(yīng)，快速地將資源調(diào)撥到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效及時(shí)的救援工作。

2.3 路網(wǎng)的監(jiān)控

現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)于智慧高速公路的建設(shè)與監(jiān)控一直處于待發(fā)展建設(shè)階段，還不能較為自主地完成對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、后臺(tái)大數(shù)據(jù)的掌握與實(shí)際應(yīng)用。因此，我國(guó)在布局建設(shè)智慧高速的信息化方面還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)橋面、隧道和邊坡等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，提高對(duì)收費(fèi)站、主線電機(jī)等監(jiān)控服務(wù)器的驗(yàn)修水平，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智慧高速的信息化建設(shè)[3]。

3 融合通信網(wǎng)絡(luò)的解決措施

3.1 以SDN云化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)部署的自動(dòng)化

以往高速公路信息化的應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)形式，是為業(yè)務(wù)系統(tǒng)單獨(dú)創(chuàng)建一套IT硬件設(shè)施。如果要擴(kuò)大業(yè)務(wù)系統(tǒng)的容量，實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)系統(tǒng)的自動(dòng)部署，通常需要對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新和變換，收費(fèi)系統(tǒng)和路網(wǎng)監(jiān)測(cè)產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)需要傳送到數(shù)據(jù)中心進(jìn)行高效、快捷的處理。高速公路路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理的企業(yè)為了能夠提高IT資源的使用率、節(jié)省運(yùn)維的成本，未來(lái)將實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)ICT架構(gòu)的云化模式[4]。因此，新一代以SDN的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的中心網(wǎng)絡(luò)要有如下3個(gè)方面的能力。第一，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部署要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，對(duì)故障能夠進(jìn)行精細(xì)的管理，從而有效解決硬件出現(xiàn)的故障問(wèn)題；第二，通過(guò)擴(kuò)展相關(guān)的設(shè)備，幫助服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)相接通，從而實(shí)現(xiàn)高速接入的升級(jí)和擴(kuò)展。第三，在大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建云數(shù)據(jù)中心的立體安全防御保護(hù)的相關(guān)體系結(jié)構(gòu)。

3.2 IP+光超寬長(zhǎng)距骨干的承載，實(shí)現(xiàn)未來(lái)高速公路的發(fā)展

收費(fèi)系統(tǒng)是高速公路業(yè)務(wù)中一個(gè)優(yōu)先級(jí)別最高的系統(tǒng)，通信網(wǎng)絡(luò)的收費(fèi)系統(tǒng)包括了對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和監(jiān)控圖像等的收費(fèi)，系統(tǒng)能夠有效確保收費(fèi)數(shù)據(jù)的完整性和安全性[5]。此外，路網(wǎng)監(jiān)測(cè)的運(yùn)用，特別是高清視頻監(jiān)控在收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)等一些場(chǎng)合的分布，要求骨干級(jí)別的通信網(wǎng)絡(luò)要提供超大的帶寬。在高速公路區(qū)域中心的省級(jí)骨干的傳輸網(wǎng)，可以利用IP+光的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的強(qiáng)大路由轉(zhuǎn)發(fā)能力以及波分設(shè)備的大帶寬超長(zhǎng)距離傳輸，有效承載高速公路業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)廣域聯(lián)網(wǎng)的收費(fèi)以及聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控。

3.3 結(jié)合傳送路段網(wǎng)，提高收編高速公路業(yè)務(wù)大小顆粒的可靠性

高速公路路段內(nèi)的骨干通信網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)的匯聚層級(jí)，負(fù)責(zé)收費(fèi)、監(jiān)控及辦公等業(yè)務(wù)。該層級(jí)網(wǎng)絡(luò)需要極其精確的可靠度，還要節(jié)約光纖資源，以保證業(yè)務(wù)之間做到互不牽制。HybridMSTP的傳輸方案，能夠給高速公路路段網(wǎng)帶來(lái)安全性高、可靠性高、易維修護(hù)理的業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)方案。通過(guò)在內(nèi)部設(shè)置PCM單板的方式，使得低速業(yè)務(wù)能夠直接接入，從而減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。這樣不但能夠節(jié)約機(jī)房的空間以及投入的成本，還可以有效減少網(wǎng)絡(luò)的故障點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的維護(hù)和管理。此外，借助HybridMSTP設(shè)施中的SDH硬管道能夠確保業(yè)務(wù)安全性較高的承載，并且借助分組的軟管道帶寬統(tǒng)計(jì)復(fù)用有效增強(qiáng)帶寬的使用率。HybridMSTP的技術(shù)成功地實(shí)現(xiàn)一網(wǎng)承載多業(yè)務(wù)的功能，節(jié)約了大量的光纖資源，同時(shí)MSTP通過(guò)不同的通道將不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行隔離，以保證數(shù)據(jù)的安全。

3.4 靈活運(yùn)用有線無(wú)線方案，高速公路前端接入全場(chǎng)景承載

高速公路中的收費(fèi)系統(tǒng)、路網(wǎng)感知及指揮調(diào)度3個(gè)應(yīng)用業(yè)務(wù)的前端的接入場(chǎng)景形式是多種多樣的，其中涉及了視頻的監(jiān)控、收費(fèi)的監(jiān)控、情報(bào)板、路網(wǎng)感知傳感器及氣象站等。由于前端具有多樣化的特點(diǎn)，所以通信接入設(shè)備需要具有豐富的接口種類(lèi)以及不同數(shù)量的接口，要適應(yīng)嚴(yán)峻的室外工作的環(huán)境，具有寬溫、防塵以及防水等性能，同時(shí)還要具備有線通信和無(wú)線通信的能力。在高速公路前端業(yè)務(wù)接入的不同場(chǎng)合中，需要結(jié)合業(yè)務(wù)的不同特性，靈活地運(yùn)用有線和無(wú)線的通信接入網(wǎng)絡(luò)的方案，其中包含了工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)及xPON等。對(duì)于光纖資源較為豐富的高速公路，可以使用xPON或者是工業(yè)交換機(jī)的通信接入措施；對(duì)于沒(méi)有光纖資源的場(chǎng)合，可利用點(diǎn)到多點(diǎn)的微波產(chǎn)品做接入通信網(wǎng)絡(luò)[6]。

3.5 端到端的安全防護(hù)體系，幫助實(shí)現(xiàn)高速業(yè)務(wù)等保的目標(biāo)

根據(jù)國(guó)家發(fā)布的關(guān)于信息安全等級(jí)保護(hù)管理層面的規(guī)定要求，相關(guān)部門(mén)單位要對(duì)高速公路的信息化系統(tǒng)展開(kāi)安全性的建設(shè)，通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心的安全需要滿(mǎn)足等級(jí)保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)安全等級(jí)保護(hù)三級(jí)網(wǎng)絡(luò)安全提出的標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)安全解決的計(jì)劃要求，應(yīng)該在高速公路數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)的出口部署DDOS流量檢測(cè)和清洗設(shè)備、防火墻以及入侵防御等相關(guān)設(shè)施，抵御來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)的已知威脅；設(shè)置沙箱抵御來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)的未知性威脅；此外，在路段網(wǎng)絡(luò)聚集交換的節(jié)點(diǎn)旁邊需要掛防火墻，方便對(duì)接入層展開(kāi)安全性的訪問(wèn)控制、識(shí)別過(guò)濾相關(guān)的協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)安全的防護(hù)。

4 結(jié) 論

針對(duì)智慧高速建設(shè)遇到的各種問(wèn)題和挑戰(zhàn)，結(jié)合通信網(wǎng)絡(luò)端到端的解決方案，有效助推了智慧高速公路路網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)通信平臺(tái)的建設(shè)，大大提高了高速公路路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理企業(yè)的資源使用效率，減少了運(yùn)維的成本。高速公路的運(yùn)營(yíng)管理企業(yè)應(yīng)該不斷加強(qiáng)對(duì)智慧高速公路信息化建設(shè)的關(guān)注，從而提高高速公路的運(yùn)營(yíng)管理服務(wù)的能力。