高速公路融合通信技術應用研究

(湖南省交通科學研究院有限公司， 湖南 長沙 410015)

1 高速公路通信系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，我國高速公路語音交換系統(tǒng)的通信體制大部分仍然是電路交換技術，采用數(shù)字程控交換系統(tǒng)提供語音業(yè)務，該系統(tǒng)由2級系統(tǒng)構成。一般來說，在省通信中心設置大型程控交換機，提供大容量的市話和長話的接入，負責本省高速公路各運營公司的話務接續(xù)，并提供跨省的長途電話接續(xù)。與此同時，在各個運營公司分別配置程控交換機系統(tǒng)，系統(tǒng)容量按照該公司規(guī)模來決定，該交換機一般設在路段的通信中心，負責本路段的各個辦公電話的接續(xù)，并通過省通信中心與省或其他路段進行通信。

另外，在各運營公司的各個業(yè)務部門還分別部署有專門的通信系統(tǒng)，用以完成響應的業(yè)務，如收費對講系統(tǒng)、隧道緊急電話系統(tǒng)、指令電話系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)一般采用中小型程控交換機，且專網(wǎng)專用，具有一定的獨立性和封閉性。

基于電路交換的程控交換系統(tǒng)主要普遍存在設備老化、組網(wǎng)復雜、不適應業(yè)務IP化發(fā)展趨勢及業(yè)務單一等問題，不利于信息化的發(fā)展。

1.1 系統(tǒng)運營存在的問題

打電話占線不通，號碼多記不清，問題復雜無法表達清楚，需要人工記錄；不能一呼百應，無法呼叫協(xié)助救援，安全風險；多個系統(tǒng)之間，無法統(tǒng)一管理協(xié)同，事后無記錄；不能收、發(fā)通知和通告，傳遞事件信息、進度、變化等；現(xiàn)場情況緊急，不能實施回傳現(xiàn)場圖像、聲音等實時證據(jù)；不能滿足現(xiàn)代信息化管理安全營運與保暢應急。

1.2 系統(tǒng)維護存在的問題

1.2.1基礎方面

各種通訊基礎設施日益IP化和集成化，部分產(chǎn)品也開始向智能化方向發(fā)展，科技含量越來越高，尤其機電產(chǎn)品更新?lián)Q代迅速，目前高速公路公司大部分設備入網(wǎng)時間較早，已接近壽命年限，故障頻發(fā)，同時，部分型號設備廠商已經(jīng)停產(chǎn)，后續(xù)服務無法保證，缺少備品備件，存在安全隱患。

1.2.2界面方面

高速公路的業(yè)務管理根據(jù)業(yè)務性質(zhì)的不同，由不同的業(yè)務部門分別進行管理，如收費業(yè)務、監(jiān)控業(yè)務分別由收費分中心和監(jiān)控分中心管理，同時，設備的采購、使用、維護等也分別由不同部門分別進行管理，由于目前高速機電設備品牌型號多、工作模式等不統(tǒng)一，加上設備分布廣、不同區(qū)域跨度大等情況，通信網(wǎng)絡造成的問題頻發(fā)，大大提升了排查和維護的難度。

2 融合通信系統(tǒng)的規(guī)劃部署

融合通信采用業(yè)務和呼叫控制分離、呼叫控制和承載分離技術，實現(xiàn)分布式部署和集中化管理，使業(yè)務可以承載在不同的網(wǎng)絡中，通過基于標準化和開放式的通信協(xié)議，提供多種多樣的業(yè)務應用，快速加載創(chuàng)新型的業(yè)務。因此，融合通信系統(tǒng)不僅提供基本的語音業(yè)務，還提供各種增強型業(yè)務，如靈活的通信調(diào)度、視頻通話、文本通信、多媒體會議等等，具有業(yè)務加載快，創(chuàng)新性強、業(yè)務成本低的特點，能最大限度地提高通信系統(tǒng)的可用性和有效性。

通信系統(tǒng)與各業(yè)務系統(tǒng)的融合是融合通信的重要價值，融合通信能夠統(tǒng)一各個業(yè)務部門的底層通信，為各個特定業(yè)務提供通信支撐，從而不再建設獨立的、專門的通信系統(tǒng)，如收費對講調(diào)度系統(tǒng)、隧道緊急電話系統(tǒng)、路面預警廣播系統(tǒng)、指令電話系統(tǒng)等，都可以承載在融合通信系統(tǒng)中，真正實現(xiàn)通信系統(tǒng)的分布式部署和集中化管理。為高速公路的通信提供了經(jīng)濟、靈活的技術手段?；谌獻P構建開放融合通信體系架構，實現(xiàn)全業(yè)務融合，已成為業(yè)界共識[1]。

從高速公路的安全運營角度看，構建緊急事件快速處置的應急指揮調(diào)度系統(tǒng)需要實現(xiàn)多業(yè)務的融合和統(tǒng)一調(diào)度，實施資源的優(yōu)化組合和高效利用；從運維角度看，實現(xiàn)通信系統(tǒng)和業(yè)務系統(tǒng)的統(tǒng)一運行監(jiān)控，實施標準化的業(yè)務流程，業(yè)務統(tǒng)一受理，統(tǒng)一派發(fā)，統(tǒng)一管理。

高速公路運營架構圖如圖1所示。

圖1 高速公路運營架構圖

為實現(xiàn)不同通信系統(tǒng)的融合，通信網(wǎng)關起著重要的異構網(wǎng)絡匹配作用，實現(xiàn)不同網(wǎng)絡系統(tǒng)間的協(xié)議轉換和媒體轉換，為靈活組網(wǎng)提供支撐。網(wǎng)關在通信協(xié)議上，都是將各種異構網(wǎng)絡中的專有協(xié)議轉化為公共的、開放的和標準化的通信協(xié)議，使不同網(wǎng)絡間具有較強的的互通性和兼容性，從而能夠構建出大容量的通信網(wǎng)絡，進而承載各種各樣的業(yè)務和通信終端。

融合通信系統(tǒng)網(wǎng)絡結構總體架構如圖2所示。

利用高速公路通信專網(wǎng)，采用SIP軟交換技術的分布式架構，建設融合通信系統(tǒng)。融合通信系統(tǒng)網(wǎng)絡分為3層架構，分別是省中心、分中心、收費站(含車道)/服務區(qū)/隧道。

2.1 省中心

省中心設置一套基于軟交換架構的融合通信網(wǎng)關，用于提供聯(lián)網(wǎng)公司、經(jīng)營性路段以及還貸性路段等的語音業(yè)務以及多方視頻會議業(yè)務。省中心的融合通信網(wǎng)關可與原有視頻會議系統(tǒng)對接，實現(xiàn)視頻會議終端和融合通信終端的多方視頻會議。融合通信省中心負責本轄區(qū)融合通信系統(tǒng)的管理、使用、設備注冊等維護。

2.2 分中心

分中心設置一套基于軟交換架構的融合通信網(wǎng)關，用于提供分中心以及分中心所管轄收費站的語音業(yè)務、多方視頻會議業(yè)務。分中心和收費站的IP電話、對講機、單兵設備等通過網(wǎng)絡連接到分中心的融合通信網(wǎng)關，通過SIP協(xié)議實現(xiàn)融合通

圖2 融合通信系統(tǒng)網(wǎng)絡結構總體架構

信。分中心也可根據(jù)實際建設需求，分階段建設融合通信系統(tǒng)：建設融合通信網(wǎng)關滿足IP電話語音通話和視頻通話，各路段分中心負責本轄區(qū)分中心、收費站(含車道)及服務區(qū)融合通信系統(tǒng)的管理、使用、設備注冊等維護。

2.3 收費站(含車道)/服務區(qū)/隧道

收費站(含車道)、服務區(qū)和隧道內(nèi)安裝若干臺IP電話、對講機、單兵設備等前端設備。

收費站(含車道)、隧道內(nèi)IP電話可以在緊急情況下快速呼叫隧道所、救助中心或報警等。收費站/單兵設備可以將現(xiàn)場的實時音視頻信息及時回傳到后臺監(jiān)控中心。除此之外，集群通信系統(tǒng)的使用可以實現(xiàn)調(diào)度、群呼、優(yōu)先呼等功能。

收費站(含車道)、服務區(qū)內(nèi)安裝小型天線，對講機可通過小型天線接入到融合通信系統(tǒng)，實現(xiàn)接入網(wǎng)內(nèi)的語音通話功能。

單兵設備采用4G方式，通過電信運營商的4G網(wǎng)絡訪問接入網(wǎng)融合通信系統(tǒng)，實現(xiàn)單兵設備和接入網(wǎng)融合通信終端設備視頻通話功能。

在高速公路分中心、收費站(含車道)、服務區(qū)以及高速沿線重點部位搭建無線專網(wǎng)，該專網(wǎng)就近接入到IP接入網(wǎng)。前端的手機終端(安裝融合通信客戶端)可通過無線專網(wǎng)接入到融合通信系統(tǒng)，實現(xiàn)手機與手機之間以及手機與IP電話、視頻會議系統(tǒng)的音視頻通話功能。

3 融合通信系統(tǒng)技術應用的效果

經(jīng)濟的快速發(fā)展，經(jīng)濟規(guī)模的快速提升，使得我國高速公路運營面臨著前所未有的復雜性，需要運營部門在安全的前提下，進一步提高業(yè)務運行效率。為此，高速公路的通信系統(tǒng)應該具有相應的標準化和前瞻性，以融合通信為基礎的通信系統(tǒng)將能有效整合各種異構網(wǎng)絡，實現(xiàn)多種業(yè)務的整合，并為業(yè)務提供靈活的創(chuàng)新手段和技術空間，為各種業(yè)務創(chuàng)新提供強大的技術支撐及業(yè)務管理部門的業(yè)務聯(lián)動。

當高速公路前方發(fā)生緊急事故，監(jiān)控管理中心馬上通過融合合通信系統(tǒng)，通知交警及路政，并通過移動終端，可以將現(xiàn)場信息的上傳下達，及時提醒司機朋友，對發(fā)生事故的路段，進行交通管制，實現(xiàn)一路多方的聯(lián)動機制。以“統(tǒng)籌規(guī)劃、講求實效、需求主導、以用促建、資源共享、互聯(lián)互通、統(tǒng)一標準、保障安全”的原則，建設一體化的運營管控力度，實現(xiàn)減少層級管理、提高運作效率、優(yōu)化管理結構 、降低運營成本的目標，全面提升高速公路運營管理能力和水平。

以融合通信管理體系為核心，進一步優(yōu)化各高速公路系統(tǒng)層級管理模式及流程，實現(xiàn)管理層級制度化、標準化、規(guī)范化和“調(diào)節(jié)平化管理、職能統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、工作提質(zhì)增效”的高效管理目標。

3.1 高可靠性

融合通信系統(tǒng)提供強大的高可靠性和高穩(wěn)定性，如不同設備之間的性能冗余、功能冗余，設備各個功能模塊進行性能冗余和數(shù)量冗余，從而使得設備具有4個9，甚至5個9的穩(wěn)定可靠性，進而實現(xiàn)高效的設備切換和恢復。同時，通信設備也支撐鏈路的冗余，進而保障收費站(含車道)、服務區(qū)、隧道擁有強大的業(yè)務提供能力，提高了業(yè)務的完整性和準確性。

3.2 高可擴展性和兼容性

通融合信系統(tǒng)能提供極強的可擴展性能，基于IP的統(tǒng)一通信協(xié)議，使得不同組件之間采用相同的通信機制，進而能靈活提供組件數(shù)量的擴充，如在語音通信的基礎上能快速擴展到音視頻通信，并保證音視頻通信的兼容性，以支撐融合通信系統(tǒng)的功能擴展和規(guī)模擴展，并進行平滑升級。同時，開放、標準的SIP能充分保證不同系統(tǒng)的互操作性，讓高速公路信息化發(fā)展更加便捷。

3.3 可管理性

長期以來，對設備的配置管理都是基于私有的管理協(xié)議和標準，具有相當?shù)姆忾]性，使得通信系統(tǒng)的管理比較復雜和低效。而計算機技術和互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展使得管理的開放性和標準化越來越強，如基于標準的SNMP協(xié)議，使得系統(tǒng)的管理更加標準化和高效化。另外，對于常規(guī)的系統(tǒng)配置和維護，基于瀏覽器的B/S模式，更加簡化了系統(tǒng)管理，減輕高速公路管理和維護人員的負擔，提高網(wǎng)管和決策的效率。

3.4 實現(xiàn)基于用戶的管理

改變以電話號碼為基礎的通信管理方式，將通信信道和端口與用戶本身進行關聯(lián)，從而實現(xiàn)基于用戶的管理，而不是去管理復雜的鏈路和端口，進而實現(xiàn)全新的用戶管理。同時該技術不僅支持現(xiàn)有電話功能，還支持新式且多樣的多媒體信息服務業(yè)務[2]。

3.5 先進性和成熟性

融合通信采用標準的IP通信，具有相當?shù)募夹g成熟性。IP技術子互聯(lián)網(wǎng)誕生以來,經(jīng)過了幾十年的技術研發(fā)和積累，已經(jīng)具有相當?shù)某墒煨?，且也在繼續(xù)快速發(fā)展，使得融合通信系統(tǒng)不斷引入新的技術實現(xiàn)，進而保持其強大的先進性和成熟性，為各種業(yè)務的發(fā)展提供技術支撐。

3.6 經(jīng)濟與社會效益

融合通信技術在高速公路上應用，能夠充分整合各個業(yè)務部門的通信子系統(tǒng)，實現(xiàn)高速公路通信系統(tǒng)在技術和管理上雙重優(yōu)化[3]。同時該技術為強化各個業(yè)務部門之間的業(yè)務協(xié)同提供通信支撐，從而提高跨部門的業(yè)務處理效率，降低部門間的溝通成本，特別是對高速公路在處理緊急突發(fā)事件時，能實現(xiàn)事件的快速發(fā)現(xiàn)、響應和處置；同時，新業(yè)務可以在融合通信系統(tǒng)上直接加載，避免了系統(tǒng)重復建設，系統(tǒng)的管理和維護可以更加集中，從而降低高速公路的建設成本，實現(xiàn)降本增效。

后期，融合通信系統(tǒng)將充分引入人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等快速發(fā)展的前沿技術，實現(xiàn)音視頻通信與路網(wǎng)預警、車路協(xié)同等各個智能化系統(tǒng)的充分融合，打造“先進、安全、高效、快速、舒適”的智慧型高速公路，為我國經(jīng)濟發(fā)展提供完善的交通環(huán)境，為廣大公眾提供優(yōu)質(zhì)的出行體驗。

4 結束語

高速公路融合通信系統(tǒng)促進了高速公路各業(yè)務管理的信息化，為業(yè)務的承載提供基礎，為相關管理者和人員提供方便的溝通和管理，方便信息共享,并達到十三五及后期十四五提出的“提高應急指揮能力”和“安全監(jiān)管、應急系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)等與通信系統(tǒng)進行融合”的目標和方向。高速公路融合通信系統(tǒng)對高速公路機電信息化帶來了突出的效果。