淺談通信系統(tǒng)在甘肅省高速公路中的應(yīng)用

張禹

摘 要：隨著我省高速公路信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，通信作為機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)類(lèi)設(shè)施，主要為我省高速公路收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、語(yǔ)音系統(tǒng)、視頻會(huì)議等提供透明的傳輸通道。通信系統(tǒng)自2001年開(kāi)始大規(guī)模建設(shè)，近年來(lái)隨著聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)路段的不斷增加，通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也在持續(xù)的增強(qiáng)及完善。目前，我省高速公路通信系統(tǒng)由光傳輸系統(tǒng)、程控?cái)?shù)字交換系統(tǒng)、軟交換系統(tǒng)、綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成。本文重點(diǎn)針對(duì)高速公路中的通信系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：通信系統(tǒng);高速公路;應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U495 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）04-0033-02

1 現(xiàn)狀分析

1.1 光傳輸系統(tǒng)現(xiàn)狀

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析。甘肅省高速公路通信網(wǎng)絡(luò)是以光傳輸系統(tǒng)為底層支撐系統(tǒng)，2011年之前建設(shè)的收費(fèi)路段均采用SDH技術(shù)，近年來(lái)新建路段均采用增加了分布式控制平面的ASON系統(tǒng)。ASON的概念是國(guó)際電聯(lián)在2000年3月提出的，基本設(shè)想是在光傳送網(wǎng)中引入控制平面，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的按需分配從而實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的智能化。因此我們可以將其看作是SDH的加強(qiáng)版。由于光傳輸系統(tǒng)主要是跟隨收費(fèi)站主體機(jī)電工程建設(shè)的配套光通信工程，隨著我省高速公路收費(fèi)業(yè)務(wù)的規(guī)劃建設(shè)與發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)隨之逐步進(jìn)行建設(shè)完善。因此，目前在網(wǎng)的光傳輸系統(tǒng)設(shè)備投入使用的年限各不相同，并且有一少部分的設(shè)備已處于停產(chǎn)狀態(tài)。與此同時(shí)，光傳輸技術(shù)作為通信產(chǎn)業(yè)的熱門(mén)技術(shù)之一，在近年來(lái)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用上出現(xiàn)了巨大的技術(shù)革新，因此，我省高速公路不同時(shí)期建設(shè)并投入使用的光傳輸設(shè)備在業(yè)務(wù)、功能及組網(wǎng)方面都存在一些明顯的差異。

（2）帶寬分布介紹。甘肅省高速公路建設(shè)始于2002年12月，建設(shè)初期7高速公路條共367Km。隨著甘肅省高速公路的建設(shè)和發(fā)展，根據(jù)省政府2007年4月3日甘政辦發(fā)[2007]37號(hào)批準(zhǔn)實(shí)施的《甘肅省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》，甘肅省高速公路網(wǎng)由國(guó)家高速公路系統(tǒng)和甘肅地方高速公路系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，規(guī)劃總里程4750Km，其中，國(guó)家高速3753Km，地方高速997Km。截止2016年底已建成高速公路3173Km，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)也從早期單一的收費(fèi)業(yè)務(wù)擴(kuò)展到收費(fèi)、視頻、外場(chǎng)監(jiān)控、內(nèi)線電話、站站通、視頻會(huì)議、區(qū)間測(cè)速、應(yīng)急救援平臺(tái)等多種多樣。隨著業(yè)務(wù)種類(lèi)的增多，各單一業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量的膨脹，對(duì)于通信帶寬的需求也是日益增加。因此，統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)帶寬分布情況，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，從而增加帶寬利用率成為了我省高速公路面臨的必須解決的一個(gè)問(wèn)題。

1.2 數(shù)字程控交換系統(tǒng)現(xiàn)狀

數(shù)字程控交換機(jī)雖然是研究多年的老課題，但由于現(xiàn)在的交換機(jī)在不停的更新?lián)Q代，對(duì)新型交換機(jī)的需求也在不斷增加，使我們更應(yīng)對(duì)這些基礎(chǔ)的東西增加更多的注意力。數(shù)字程控交換機(jī)是語(yǔ)音電話網(wǎng)及綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，在甘肅省高速公路通信專(zhuān)網(wǎng)中起著非常重要的作用。

甘肅省高速公路在網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)字程控交換機(jī)，其交換網(wǎng)絡(luò)主要采用時(shí)分交換的方式。利用專(zhuān)用通信芯片，既能進(jìn)行電路交換，又能進(jìn)行分組交換，而且能實(shí)現(xiàn)話音和非話業(yè)務(wù)等多種業(yè)務(wù)通信，組成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（Integrated Services Digital Network，ISDN）。

根據(jù)數(shù)字程控交換機(jī)的建設(shè)年限進(jìn)行劃分，2010年以后建設(shè)的路段，程控交換機(jī)在網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間較短，設(shè)備關(guān)健板件均為1+1備份配置，業(yè)務(wù)板基本為冗余雙通道，運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備可靠。2010年以前建設(shè)的程控交換設(shè)備主要集在中2002年～2005年之間，在網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，最長(zhǎng)已達(dá)14年之久。而這部分程控交換機(jī)目前已經(jīng)停產(chǎn)，在設(shè)備損壞后很難再找到與其相配的備板備件，特別是這些程控交換機(jī)的主控板及網(wǎng)管服務(wù)器硬件老化嚴(yán)重，多次發(fā)生過(guò)宕機(jī)現(xiàn)象。隨著近年來(lái)高速公路機(jī)電專(zhuān)項(xiàng)工程的開(kāi)展，此類(lèi)程控交換機(jī)正在逐步的更換為軟交換系統(tǒng)。

1.3 軟交換系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著程控交換機(jī)設(shè)備的停產(chǎn)，軟交換系統(tǒng)漸漸地被推上了我省高速公路通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。到目前為止，隨著多次的升級(jí)改造專(zhuān)項(xiàng)工程，我省已經(jīng)初步形成了軟交換語(yǔ)音網(wǎng)，是以省中心兩套eSpace U1981為核心的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由省中心進(jìn)行全省五位號(hào)碼的內(nèi)網(wǎng)語(yǔ)音調(diào)度，由各個(gè)收費(fèi)管理所完成各自路段的內(nèi)網(wǎng)語(yǔ)音交換。分支節(jié)點(diǎn)則根據(jù)各路段具體結(jié)構(gòu)選擇eSpace U1910、eSpace U1911系列網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)收費(fèi)站的語(yǔ)音接入，提供語(yǔ)音再生能力。eSpace U1981是華為系列語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)的大容量設(shè)備，擁有電信級(jí)可靠性，支持雙機(jī)部署或異地容災(zāi)，適用于大型語(yǔ)音通信應(yīng)用，非常適用于高速公路語(yǔ)音通信網(wǎng)絡(luò)。

軟交換技術(shù)是基于IP來(lái)承載鏈路互通信息的，需要龐大的IP地址資源。但是，軟交換系統(tǒng)在我省高速公路語(yǔ)音通信系統(tǒng)建設(shè)中僅僅只是開(kāi)始，同時(shí)又缺乏對(duì)軟交換系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃。導(dǎo)致目前的軟交換系統(tǒng)建設(shè)混亂不堪，甚至出現(xiàn)了部分站點(diǎn)IP沖突的現(xiàn)象。因此，對(duì)軟交換系統(tǒng)的IP地址進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，并整改現(xiàn)有軟交換系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫。

1.4 綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

我省高速公路綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)V5.2接口與程控交換機(jī)互聯(lián)，與程控交換機(jī)共同實(shí)現(xiàn)各個(gè)收費(fèi)站的語(yǔ)音內(nèi)線電話功能。隨著我省高速公路的程控交換機(jī)被漸漸淘汰出語(yǔ)音通信系統(tǒng)，接入網(wǎng)也逐漸被站級(jí)軟交換系統(tǒng)替代。而綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)的業(yè)務(wù)功能其實(shí)遠(yuǎn)不止如此，其設(shè)備更加趨向于鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)的應(yīng)用，在我省高速公路的應(yīng)用當(dāng)中，僅僅局限在語(yǔ)音電話的實(shí)現(xiàn)而已。

2 整體對(duì)通信網(wǎng)的需求

2.1 收費(fèi)網(wǎng)絡(luò)對(duì)通信帶寬的需求分析

甘肅省高速公路收費(fèi)系統(tǒng)是“省中心-收費(fèi)管理所-收費(fèi)站”三級(jí)聯(lián)動(dòng)的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中高速公路管理局中心機(jī)房放置的H3C-S12508核心交換機(jī)作為總網(wǎng)絡(luò)匯接點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直連了全省各個(gè)收費(fèi)管理所的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也稱(chēng)“集中式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)”，因?yàn)樵谶@種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中有中央節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)都與中央節(jié)點(diǎn)直接相連，這種結(jié)構(gòu)以中央節(jié)點(diǎn)為中心，因此它又被稱(chēng)為集中式網(wǎng)絡(luò)。星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最廣、實(shí)用性最好的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。無(wú)論在局域網(wǎng)中，還是在廣域網(wǎng)中都可以見(jiàn)到它的身影。擁有網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)快;實(shí)現(xiàn)容易，成本低;維護(hù)容易;安全性能高等特點(diǎn)。

根據(jù)目前收費(fèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬分析，收費(fèi)系統(tǒng)以各個(gè)收費(fèi)管理所劃分子網(wǎng)，以各個(gè)收費(fèi)站的車(chē)道機(jī)、管理機(jī)、查詢(xún)機(jī)、服務(wù)器為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)單元，每條路段至省中心的收費(fèi)總帶寬按照站點(diǎn)數(shù)進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算公式為：收費(fèi)總帶寬=站點(diǎn)數(shù)×4Mbps。收費(fèi)管理所至收費(fèi)站的帶寬均為4Mbps。以白蘭高速公路收費(fèi)管理所為例，擁有4個(gè)站點(diǎn)的白蘭所與省中心之間的收費(fèi)帶寬為4×4Mbps=16Mbps，白蘭所與所屬收費(fèi)站之間的收費(fèi)帶寬為固定的4Mbps。就現(xiàn)在的收費(fèi)網(wǎng)絡(luò)使用情況來(lái)看，隨著收費(fèi)軟件的升級(jí)及收費(fèi)業(yè)務(wù)量的增多，現(xiàn)有的4Mbps/每站的基數(shù)明顯不足，需要將各個(gè)收費(fèi)站的收費(fèi)帶寬提升為10Mbps，收費(fèi)所至省中心的帶寬也應(yīng)當(dāng)隨著站級(jí)帶寬的擴(kuò)大而升級(jí)：收費(fèi)總帶寬=站點(diǎn)數(shù)×10Mbps。

2.2 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對(duì)通信帶寬的需求分析

近年來(lái)，高清視頻圖像技術(shù)在高速公路廣泛應(yīng)用，較大程度的提高了高速公路的管理及服務(wù)水平，為社會(huì)提供廣泛的出行公眾服務(wù)信息。由于高清視頻圖像的分辨率相當(dāng)于傳統(tǒng)模擬視頻的4倍，其畫(huà)面清晰度與色彩還原度均需要龐大的通信帶寬作為支持。而甘肅省高速公路現(xiàn)有的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸通道是以一路圖像配置2Mbps的傳輸帶寬進(jìn)行分配的，這種分配方式在平均6Mbps碼流的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中是不夠的。

甘肅省高速公路監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)勢(shì)必會(huì)發(fā)展成為高清視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，在這種趨勢(shì)下，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)及通信設(shè)備未來(lái)的發(fā)展方向均需滿(mǎn)足高清視頻圖像的傳輸需求。而根據(jù)現(xiàn)有的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)帶寬分析，以各個(gè)收費(fèi)管理所、隧道管理所為單位，每條路段平均擁有150-250路圖像，考慮到監(jiān)控視頻在上傳圖像時(shí)不會(huì)同時(shí)并發(fā)，因此，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)核心匯聚層承載業(yè)務(wù)的帶寬收斂比通常是5比1，也就是本地路段若有150路圖像，監(jiān)控圖像并發(fā)數(shù)為30路圖像，該收斂比同樣適用于高清視頻圖像。按照1920×1080p/60Hz分辨率的高清視頻進(jìn)行估算，每路圖像需要預(yù)配置10Mbps帶寬，那么所屬路段監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸通道的帶寬算法是：監(jiān)控帶寬=圖像數(shù)×1/5×10Mbp，以150路圖像的路段為例，高清視頻監(jiān)控所需通信帶寬至少為150×1/5×10Mbps =300Mbps。在光傳輸系統(tǒng)上至少占用兩個(gè)VC4的帶寬（VC4是與140Mbps PDH信號(hào)相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)虛容器）。

2.3 視頻會(huì)議對(duì)通信帶寬的需求分析

甘肅省高速公路形成的視頻會(huì)議網(wǎng)絡(luò)是近年來(lái)建設(shè)并完善的新型網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)是與監(jiān)控、收費(fèi)、Internet完全物理隔離的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)。以省中心為節(jié)點(diǎn)，與各個(gè)收費(fèi)管理所形成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，各所的視頻會(huì)議傳輸帶寬均為16Mbps，考慮到高清視頻圖像僅有一路并發(fā)，因此，我省的視頻會(huì)議業(yè)務(wù)傳輸帶寬足夠。

2.4 語(yǔ)音系統(tǒng)對(duì)通信帶寬的需求分析

（1）程控交換機(jī)。各個(gè)收費(fèi)管理所的語(yǔ)音系統(tǒng)大多數(shù)為程控交換機(jī)系統(tǒng)，與省中心通過(guò)1條E1鏈路建立NO.7信令連接，該鏈路擁有30路語(yǔ)音話路動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙。由于是E1鏈路傳輸方式，從物理上無(wú)法進(jìn)行帶寬擴(kuò)容。

（2）軟交換。而近年來(lái)建設(shè)的軟交換系統(tǒng)與省中心建立1條帶寬為2Mbps的SIP中繼，這種語(yǔ)音中繼同樣不需要進(jìn)行升級(jí)擴(kuò)容。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)通信技術(shù)在甘肅省高速公路的應(yīng)用分析，可以使我們?cè)诮ㄔO(shè)途中合理規(guī)劃，科學(xué)分析，適度超前。網(wǎng)絡(luò)帶寬容量要有一定程度的冗余（建議按整體規(guī)劃30%帶寬預(yù)留），能夠滿(mǎn)足未來(lái)10年網(wǎng)絡(luò)帶寬的增長(zhǎng)需求，避免重復(fù)建設(shè)。制定統(tǒng)一的業(yè)務(wù)接入準(zhǔn)則，為后續(xù)業(yè)務(wù)擴(kuò)容提供參考依據(jù)。采用先進(jìn)而成熟的技術(shù)及設(shè)備，能夠滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的平滑升級(jí)、業(yè)務(wù)板卡擴(kuò)展，滿(mǎn)足高帶寬顆粒IP業(yè)務(wù)的傳輸。并保持設(shè)備版本統(tǒng)一、業(yè)務(wù)板件通用等要求以方便后期維護(hù)，降低維護(hù)成本。甘肅高速通信網(wǎng)絡(luò)正在向IP化、寬帶化方向發(fā)展。IP技術(shù)與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)相比，有許多優(yōu)越性，如：易于提供豐富靈活的新業(yè)務(wù)，保持網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展，可簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)融合，提升網(wǎng)絡(luò)的利用率等。隨著高速公路路網(wǎng)密度加大和網(wǎng)格化以及監(jiān)控、收費(fèi)業(yè)務(wù)的IP化演進(jìn)，以VC調(diào)度為基礎(chǔ)的SDH網(wǎng)絡(luò)首先在擴(kuò)展性和效率方面表現(xiàn)出了明顯不足，在光層上直接承載IP/MPLS的扁平化架構(gòu)已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。這對(duì)傳送網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求，業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)永遠(yuǎn)是業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的原動(dòng)力，能滿(mǎn)足各種新型業(yè)務(wù)的新技術(shù)呼之欲出。