軟交換技術在地鐵通信系統(tǒng)中的應用

文/李瑛

（天津軌道交通運營集團有限公司 天津市 300222）

伴隨當今社會經(jīng)濟的持續(xù)、穩(wěn)健、迅猛化發(fā)展，交通運輸領域作為其中的重要組成部分，呈現(xiàn)出快速發(fā)展勢頭，其中，發(fā)展最為強勢的便是地鐵。但隨著地鐵運營范圍的持續(xù)擴大，其安全問題越來越受到人們的重視與關注。在實際工程設計過程中，不僅要重視技術創(chuàng)新，而且還需強調相關技術的實用性、適用性以及安全性、可靠性。在設計地鐵工程前，需要對其安全性進行深入研究與充分考察。軟交換技術實為基于IP電話而不斷完善的新興技術類別，此技術的實現(xiàn)，除了對數(shù)據(jù)業(yè)務與話音的高效傳輸有利外，還順應了當今通信技術高速、智能、綜合化發(fā)展的基本趨向。所以，將軟交換技術應用于地鐵通信系統(tǒng)中，意義重大。本文結合當前實況，就此技術的具體應用思路作一剖析。

1 軟交換技術概述

1.1 軟交換概念

所謂軟交換技術，從根本上來講，即為基于IP電話，后經(jīng)不斷演進與創(chuàng)新所形成的一種全新技術形式。在整個IP電話網(wǎng)架構中，由于網(wǎng)關功能有著諸多優(yōu)點，比如高效、可擴展及靈活等，因而提出了分解的網(wǎng)關功能概念，實際就是把IP電話網(wǎng)關進行分解，使之成為三部分，分別為媒體網(wǎng)關控制器、信令網(wǎng)關與媒體網(wǎng)關，各功能實體在實際運作中，均能較好的達成某一或多項功能。其中，針對媒體網(wǎng)關控制器來講，其能夠實現(xiàn)呼叫控制功能，而對于媒體流所對應的轉換與傳送來講，主要借助媒體網(wǎng)關控制器，利用其媒體網(wǎng)關來達成。伴隨當今分組交換的日漸頻繁與普遍，軟交換技術在此背景下，不管是傳統(tǒng)的固定網(wǎng)絡當中，還是在移動網(wǎng)絡的深層融合中，均扮演著核心角色，發(fā)揮著關鍵作用。

1.2 特點

針對軟交換而言，其最基本的特點即為選用的是開放式體系結構，此結構能夠實現(xiàn)分布式的管理與通信，而且在結構擴展性方面，也比較突出。其無論是在媒體控制層上，還是在應用層上，都已分離于媒體層硬件，并且在此架構中，還融合了標準開放的計算環(huán)境，準允充分利用商用的標準計算平臺、開發(fā)環(huán)境及操作系統(tǒng)。此外，實施軟交換之后，多個業(yè)務網(wǎng)便能以一種比較合理的方式，融合在一起，因而有助于網(wǎng)絡結構、網(wǎng)絡層次的簡化，另外，諸如移動網(wǎng)、分組網(wǎng)、電路交換網(wǎng)等網(wǎng)絡的業(yè)務配置也會隨之而被簡化，因而可以較好的降低在建設維護分離業(yè)務網(wǎng)時所產(chǎn)生的高成本，此外，還有助于維護復雜性的簡化。還需要指出的是，運用分組交換技術之后，整個網(wǎng)絡的資源綜合利用率便能得到提升，交換機互連的復雜性會得到降低，業(yè)務網(wǎng)承載成本會隨之而減少。

1.3 以軟交換技術為基礎的體系結構

對于軟交換網(wǎng)絡來講，其實為一個全開放并且已經(jīng)被分層的體系結構，從基礎層面來分析，其囊括了四個彼此間處于獨立狀態(tài)的層面，基于功能上來考量，可劃分為如下層次：

（1）邊緣接入層。針對此層來講，在實際運作中，選擇了多種接入手段，并借助多種類型的接入設備，把用戶與網(wǎng)絡相連，將網(wǎng)絡當中的一些業(yè)務提供給用戶。

（2）傳輸層。所謂傳輸層，從根本上來考量，即為承載多媒體信息（比如視頻、數(shù)據(jù)、語音等）的IP網(wǎng)絡；另外，針對此承載網(wǎng)絡來講，不需要再次進行組網(wǎng)，而且成本低，相關協(xié)議比較的簡單。

（3）控制層。針對控制層來分析，其核心功能即為控制接入層當中的全部媒體網(wǎng)關的業(yè)務，以及控制各個媒體網(wǎng)關間的通信。

（4）業(yè)務/應用層。此層的基礎性功能實體囊括了AAA服務器、特征服務器、應用服務器及媒體服務器等，除此之外，此層還有傳統(tǒng)智能網(wǎng)的標配功能。

2 地鐵通信系統(tǒng)體制分析

2.1 地鐵通信系統(tǒng)概述

針對地鐵所對應的基礎設施來講，通常情況下，包括停車場和控制臺、車站、車輛段等，其中，針對控制臺而言，其能夠監(jiān)控、管理地鐵的整個運行過程，因而能夠為地鐵系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行提供切實保障。與地鐵相配套的通信系統(tǒng)實為一種涵蓋全面的通信網(wǎng)絡，不僅能調度車輛，輔助工作人員辦公，而且還能實現(xiàn)多種信息的相互連通，因此，此系統(tǒng)有著較高的可靠性與安全性。通常來講，通信系統(tǒng)能夠為各子系統(tǒng)間的信息交流與互通提供條件與保障，因而可使車輛安全、高效運行；此外，還能為乘客提供舒適、溫馨且優(yōu)質的乘車環(huán)境；如果有一些特殊情況出現(xiàn)，此時，通信設備能夠即刻執(zhí)行實現(xiàn)設定好的相關措施，確保即便發(fā)生一些特殊事故，通信網(wǎng)絡同樣能夠維持正常運行狀態(tài)。在實際操作中，為了能夠讓通信系統(tǒng)真正擁有上述功能，需選用一些技術比較成熟，而且安裝簡便的設備。還需要指出的是，地鐵通信系統(tǒng)主要由許多二級系統(tǒng)組成，根據(jù)其作用的差異，可將其劃分為3種，分別為專用系統(tǒng)、公安系統(tǒng)與民用系統(tǒng)。

2.2 地鐵通信中軟交換技術的功能實現(xiàn)

在地鐵通信系統(tǒng)中應用軟交換技術，能夠使系統(tǒng)的通信條件始終保持一致，而且通過合理化應用軟交換平臺，不僅能連通視頻會議，而且還能連通通信網(wǎng)絡，因而可以實現(xiàn)用戶各類信息以及即時消息的及時互換、共享與溝通；此外，即便是不同的用戶，他們之間也能夠傳輸所需要的文件資料；而對于可視電話來講，用戶通過合理化使用可視電話設備，能夠開展高效且優(yōu)質的語音盒視頻通話，而視頻用戶與語言用戶之間，可根據(jù)現(xiàn)實需要及相關技術要求，借助軟交換來實現(xiàn)高質量連接；而對于視頻會議來考量，主要是借助會議系統(tǒng)來達成或實現(xiàn)視頻會議，與此同時，還能從中獲得其他功能，比如圖像分屏等。

2.3 程控交換技術與軟交換技術對比分析

通過全面、深入分析城市地鐵通信系統(tǒng)可得知，用戶比較集中的地方主要有三個，其一為控制中心附近，其二是車輛段，其三為車站。需要強調的是，各車站有著比較少的平均用戶數(shù)，所以，當采用軟交換系統(tǒng)時，可借助其比較靈活的接入模式，以及智能化的管理方法，為用戶提供優(yōu)質服務，而且對于用戶分散情況，尤為適用?；诠δ軐用鎭矸治觯瑐鹘y(tǒng)的交換方式僅能達成或滿足單一性功能，難以滿足人們對優(yōu)質化、高清晰、海量化圖像通信方面的需求，另外，整個系統(tǒng)并非全部開放；而對于軟交換系統(tǒng)來講，其除了能夠提供多種服務外，還能根據(jù)用戶需要及需求變化，增加一些新的功能。

3 地鐵軟交換網(wǎng)絡方案設計分析

3.1 軟交換技術實現(xiàn)方案分析

現(xiàn)階段，基于地鐵公司通信系統(tǒng)及軟交換技術應用實況層面來分析，地鐵通信系統(tǒng)要想更加高效、合理的使用軟交換技術，通常情況下，需要借助如下方案來達成：

（1）在傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡中，應用軟交互模塊，以此來獲得所需要的軟交互功能；針對此方案而言，其實為一種比較典型且已被廣泛應用的技術擴展兼容方案。

（2）把模擬通信模塊以一種比較合理的方式融入到軟交換系統(tǒng)當中，以此獲得所需功能，此方案實為一種用于擴展兼容軟交換技術的方案。

通過對比上述兩種方案，從中能得出（1）方案實為一種NGN軟交互過渡方案，而對于（2）方案來講，由于其建立了比較完善且優(yōu)質的分布式的交換平臺，因而是一種經(jīng)典的NGN方案。此外，還需要指出的是，（2）方案專網(wǎng)用戶功能十分強大，因而能夠較好的滿足下一代網(wǎng)絡的總體需求；另外，在系統(tǒng)容量方面，也較（1）方案偏優(yōu)。所以，在現(xiàn)實應用過程中，（2）方案能夠為系統(tǒng)構建一個優(yōu)質平臺，用于達成各項功能，因而能夠把軟交換技術更好的應用于地鐵通信當中。

3.2 系統(tǒng)架構與協(xié)議

針對NGN網(wǎng)絡結構來講，其由多部分組成，不僅有業(yè)務層、控制層，還有傳輸層、接入層。其中，對于接入層而言，其設備數(shù)最多，如信令網(wǎng)關、中繼網(wǎng)關等。而對于傳輸層來講，其由信號傳送設備組成，主要作用就是傳輸軟交換信息，并且與控制層隔離，實現(xiàn)控制、傳送工作互不干涉。而針對控制層來講，其乃是整個軟交換當中的核心部分，能夠向軟交換提供所需平臺。而對于業(yè)務層而言，其能夠向用戶提供真實且全面的智能服務體驗。

3.3 系統(tǒng)構成的設計方案概述

把軟交換中心設備以一種比較妥當、合理的方式放于核心機房，以此來控制用戶及控制中心，并且還能用于控制信息通知等。需說明的是，此設備有諸多元件，比如電源板、主控板等，其中，針對電源板而言，其在具體的容量上，需要滿足4萬使用者的各種需求。另外，還需根據(jù)現(xiàn)實需要，將中繼網(wǎng)關、接入網(wǎng)關等安裝在控制中心，為控制區(qū)域內的通信正常提供切實保障，而且還能實現(xiàn)信號專線互通；還可根據(jù)運作需要，安裝1臺網(wǎng)關，以此來管理各線路的多種設備；針對使用計費系統(tǒng)而言，其主要作用就是匯總、分析用戶所產(chǎn)生的各種費用。

3.4 軟交換系統(tǒng)保護方案設計

（1）網(wǎng)關自動交換。針對軟交換平臺系統(tǒng)來講，如果其出現(xiàn)問題，此時，可選用中級網(wǎng)關所具有的交換功能，穩(wěn)定公共網(wǎng)絡、調度系統(tǒng)等，使其保持穩(wěn)定、高效運行狀態(tài)。如果接入了網(wǎng)關，除了可交換單個網(wǎng)絡外，還能在多臺設備均接入到網(wǎng)關中，于虛擬化狀態(tài)下實現(xiàn)交換（其中某一臺發(fā)生故障）。所以，如果遇到一些比較惡劣的環(huán)境，可通過接入網(wǎng)關的方式，來實現(xiàn)通信正常。

（2）容災備份保護。需要指出的是，因軟交換分布的方法，主要通過多個點共同控制來達成，所以，其有助于系統(tǒng)在備份保護能力方面的提升，控制中心分布在各個地方，因而能夠組建龐大的運作系統(tǒng)，但需說明的是，各個控制中心均采用的是同一個數(shù)據(jù)庫。當主控中心發(fā)生異常，此時系統(tǒng)便會自動進入第2個控制中心，若第2個控制中心也發(fā)生異常，那么會進入第3個，以此類推，這樣便能夠保證通信正常。

4 RAMS規(guī)劃以及全壽命周期成本

4.1 RAMS目標

當?shù)罔F通信軟交換系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時，為了使其保持易維護、可靠、易用，結合系統(tǒng)運行參數(shù)、計算模型、過程框圖，且與通信系統(tǒng)既定標準相匹配，從中便可得到RAM要求，即可靠性為0.05，運行可用性為99.99%，可維護性：維護時間為3小時，響應時間為2小時。

4.2 RAM計算

（1）計算維護時間。本文所給出的地鐵通信軟交換系統(tǒng)設有網(wǎng)管系統(tǒng)，用于控制故障，另外，還能對有無程序出現(xiàn)問題進行自主檢測。如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在異常，便會即刻發(fā)出警報。

（2）計算系統(tǒng)可用性。公式R=MTBF/MTBF+T故障。其中，T在公式中所表示的是故障時暫停工作時間，而MTBF所表示的是系統(tǒng)正常運行時間。

4.3 系統(tǒng)工作周期成本分析

4.3.1 技術壽命

該系統(tǒng)在設計之初，選用的是NGN網(wǎng)絡，是一種新型且實用的網(wǎng)絡系統(tǒng)，因而其技術壽命≥20年。

4.3.2 經(jīng)濟壽命

系統(tǒng)各設備的維修費用處于合理區(qū)間內的時間，即為設備的經(jīng)濟壽命。當設備已經(jīng)被投入使用后，用的越久，其每年需分擔的成本便越低，但卻有著比較高的維修費用。地鐵通信系統(tǒng)通常有20年的經(jīng)濟壽命。

5 結語

綜上，本文圍繞地鐵通信系統(tǒng)，深入研究軟交換技術在其中的具體應用，從中得知，通過此技術的合理化應用，能夠優(yōu)化地鐵的通信網(wǎng)絡，而且還能從中節(jié)省大量的成本與人力。另外，采用當前比較流行的多中心控制方法，可以使系統(tǒng)保持穩(wěn)定、安全運行狀態(tài)。因此，軟交換技術應用在地鐵通信系統(tǒng)當中，有著重要現(xiàn)實意義與價值。