高速公路通信系統(tǒng)中軟交換技術(shù)的應(yīng)用

熊屹、熊文文

（江西路通科技有限公司，江西南昌 330008)

0 引言

高速公路通信系統(tǒng)是構(gòu)成高速公路機(jī)電系統(tǒng)的重要部分，為公路交通信息收集及傳輸提供媒質(zhì)，也為各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、視頻會議提供傳輸通道，在交通通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。隨著軟交換技術(shù)的推廣應(yīng)用，高速公路通信領(lǐng)域也迎來了全新的技術(shù)支持，該技術(shù)可使傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)被IP 網(wǎng)絡(luò)完全取代和承載，為高速公路運行過程中大規(guī)模、及時性、點多面廣的語音、數(shù)據(jù)、視頻、多媒體等信息的傳輸提供了全新的解決方案，還能降低通信成本，提升信息傳輸、處理及管理效率。省級高速公路運營管理涉及省市縣鄉(xiāng)等諸多級次，基層單位遍及各地市、縣鄉(xiāng)，甚至是村鎮(zhèn)，通信也往往圍繞省會城市，通過主干光纖以及設(shè)置在各地市的監(jiān)控分中心實現(xiàn)連接。

隨著高速公路建設(shè)速度的加快，公路里程持續(xù)增多，傳統(tǒng)的程控交換系統(tǒng)已經(jīng)無法適應(yīng)激增的通信業(yè)務(wù)量，必須盡快對原程控交換系統(tǒng)升級改造，這種處理雖然能夠滿足業(yè)務(wù)方面的運行需求，但是必須對省級監(jiān)控中心以及各分中心程控交換系統(tǒng)均實施擴(kuò)容改造，改造及運行成本較高。為此，可以借鑒國內(nèi)先進(jìn)省份成功經(jīng)驗，秉承兼容并蓄的思路，在繼續(xù)保持原程控交換系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在新建高速公路段引入軟交換系統(tǒng)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的缺陷與不足，利用開放式網(wǎng)絡(luò)，滿足高速公路運行過程中通信、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴男枨?，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合及各項通信業(yè)務(wù)的有效連接。

1 程控交換系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

當(dāng)前F 省高速公路通信系統(tǒng)主要采用的是中興ZXJ10B 型程控交換機(jī)，全省高速公路電話業(yè)務(wù)互聯(lián)互通均采取SDH+程控交換+接入網(wǎng)方案，在全省8個地市高速公路管理分中心安裝程控交換機(jī)，并結(jié)合地市路段設(shè)置情況新增或接入程控交換系統(tǒng)。隨著部分地市高速公路的新建和改擴(kuò)建，原程控交換機(jī)所能提供的業(yè)務(wù)容量已經(jīng)消耗殆盡，原通信系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足高速公路通信業(yè)務(wù)快速增長方面的需求。為適應(yīng)高速公路運行過程中電話業(yè)務(wù)激增的要求，必須對全省范圍內(nèi)所有高速公路通信系統(tǒng)重新規(guī)劃，以推動現(xiàn)有高速公路通信技術(shù)的升級換代。

F 省高速公路大規(guī)模建設(shè)始于2006年，為保證高速公路順利運行，在公路建成后隨即進(jìn)行了通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、信息傳輸系統(tǒng)等方面的配套性建設(shè)，此后經(jīng)過數(shù)次的升級改造，全省高速公路系統(tǒng)已經(jīng)擁有相對獨立的主干光纜，光纜保護(hù)模式也從最早的鏈狀1+1 過渡到多個環(huán)網(wǎng)模式?；诖?，全省高速公路通信系統(tǒng)還積極引入SDH 主干網(wǎng)光纖傳輸設(shè)備，將省級通信中心和各地市分中心主干傳輸設(shè)備聯(lián)網(wǎng)處理，其中省級匯聚節(jié)點和各地市主干節(jié)點分別采用高速率STM- 64設(shè)備和STM- 16 設(shè)備，地方環(huán)網(wǎng)則采用STM- 4 設(shè)備[1]。目前這種高帶寬、高穩(wěn)定性、強(qiáng)自愈能力的全省高速公路通信網(wǎng)絡(luò)為語音、視頻、多媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用提供了可能。

2 軟交換技術(shù)原理

2.1 軟交換技術(shù)的概念

軟交換技術(shù)是當(dāng)前國內(nèi)較為熱門的通信技術(shù)之一，其與目前各大運營商所構(gòu)建起的通信網(wǎng)絡(luò)存在較大區(qū)別，軟交換技術(shù)主要通過IP 通信網(wǎng)絡(luò)提供業(yè)務(wù)及固網(wǎng)、移動融合，是現(xiàn)有高速公路通信系統(tǒng)向全I(xiàn)P 網(wǎng)絡(luò)過渡的重要階段。根據(jù)國際軟交換協(xié)會的界定，軟交換技術(shù)依托分組網(wǎng)絡(luò)，主要借助過程控制軟件及相應(yīng)的設(shè)備和系統(tǒng)將呼叫控制功能及媒體處理功能分開。根據(jù)我國信息產(chǎn)業(yè)部的相關(guān)規(guī)定，軟交換在通信系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)中地位比較特殊，主要承擔(dān)著協(xié)助呼叫控制、資源分配、路由計費、認(rèn)證及協(xié)議處理等功能，并充當(dāng)下一代分組網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備。總之，軟交換技術(shù)可為下一代網(wǎng)絡(luò)的實時業(yè)務(wù)提供核心連接、呼叫控制等功能。

媒體服務(wù)器、信令網(wǎng)關(guān)、媒體網(wǎng)關(guān)等構(gòu)成軟交換技術(shù)的功能實體，綜合性、分布性、開放性是軟交換技術(shù)的主要功能特征。一般的通信網(wǎng)絡(luò)主要借助協(xié)議協(xié)商達(dá)到控制的目的，而軟交換網(wǎng)絡(luò)主要通過軟交換技術(shù)及Megaco、H.323、BICC、SIP、SIGTRAN 等多種協(xié)議實現(xiàn)控制。其中BICC 協(xié)議和SIP 協(xié)議主要用于軟交換設(shè)備之間；SIGTRAN 協(xié)議則用于軟交換設(shè)備和信令網(wǎng)關(guān)之間IP 網(wǎng)絡(luò)中電路交換信令的傳遞；Megaco 協(xié)議用于軟交換設(shè)備、媒體網(wǎng)關(guān)、H.248 終端和接入網(wǎng)關(guān)之間。會話啟動協(xié)議（Session Initiation Protocol，縮寫SIP）是國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組所認(rèn)為的internet 多媒體通信及控制協(xié)議體系的重要部分，屬于應(yīng)用層協(xié)議，對于多媒體會話信令控制較為適用。借助IP 網(wǎng)絡(luò)展開多媒體通信，能夠?qū)崿F(xiàn)對多個參與者所參加的會話進(jìn)程的創(chuàng)建、修改和終結(jié)[2]。軟交換技術(shù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，具體見圖1。

圖1 軟交換技術(shù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.2 基于軟交換技術(shù)的VOIP 技術(shù)

VOIP 技術(shù)主要依托IP 電話，具備一定的增值業(yè)務(wù)，該技術(shù)主要借助現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)傳送語音，并能廣泛利用Internet 及全球IP 互聯(lián)等運行環(huán)境，提供更加快速便捷的傳輸服務(wù)。通過VOIP 技術(shù)可在IP 網(wǎng)絡(luò)快速傳輸語音、視頻、數(shù)據(jù)、傳真，低成本地完成Internet 呼叫、電子商務(wù)、虛擬電話、電視會議及各種類型信息的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)。VOIP 技術(shù)可以具體采用G729、G722、G711 等編碼技術(shù)以及SIP、RTP、H.323等傳輸協(xié)議。借助VOIP 技術(shù)能夠?qū)oice 模擬聲音信號數(shù)字化處理，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)封裝打包后通過IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實時傳輸，所涉及的基于軟交換技術(shù)的VOIP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具體見圖2，其中的VOIP 網(wǎng)絡(luò)主要由終端設(shè)備、交換及接入設(shè)備等構(gòu)成。此外，還應(yīng)當(dāng)在系統(tǒng)中配備配套性的VOIP 交換設(shè)備、接入設(shè)備，其中交換設(shè)備與傳統(tǒng)PSTN 網(wǎng)絡(luò)所用交換機(jī)類似，而接入設(shè)備即中繼網(wǎng)關(guān)主要通過EI/ TI 線路與傳統(tǒng)PSTN 網(wǎng)絡(luò)相接，以保證傳統(tǒng)PSTN 網(wǎng)絡(luò)和VOIP 網(wǎng)絡(luò)互通運行。

圖2 基于軟交換技術(shù)的VOIP 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

VOIP 技術(shù)主要通過向發(fā)送端模擬語音信號實施抽樣、量化、編碼等處理，將數(shù)字化后的語音信號轉(zhuǎn)換成IP 封包并壓縮，對應(yīng)添加控制信息及地址信息后提交網(wǎng)絡(luò)傳輸；信息傳輸至對應(yīng)端后，再進(jìn)行解封，將控制信息和地址信息全部去除，并還原成最初的模擬語音信號。

3 軟交換技術(shù)的應(yīng)用

3.1 軟交換技術(shù)應(yīng)用的必要性與可行性

當(dāng)前高速公路通信系統(tǒng)程控數(shù)字交換機(jī)不具有NO.7 信令功能，且交換機(jī)自身容量小、軟件版本低，硬件面臨停產(chǎn)，后期維護(hù)跟不上；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理，交換效率低下，很難適應(yīng)高速公路通信系統(tǒng)中電話交換網(wǎng)絡(luò)方面的要求。為此，必須依托當(dāng)前運行情況及業(yè)務(wù)實際，積極引入軟交換技術(shù)。

隨著計算機(jī)及現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展，許多發(fā)達(dá)國家的高等級公路已經(jīng)建成網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化的通信系統(tǒng)。國內(nèi)通信設(shè)備更新?lián)Q代也更為頻繁，為滿足高速公路良好運營方面的要求，將語音通信系統(tǒng)引入軟交換技術(shù)也是必然趨勢。軟交換技術(shù)能夠延長傳統(tǒng)模擬電話服務(wù)的壽命周期，IP 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用使使用成本更為低廉，對原通信語音系統(tǒng)等同時具有延續(xù)與保護(hù)功能。大量工程應(yīng)用實踐表明，軟交換技術(shù)具有傳統(tǒng)電路交換技術(shù)所不具備的功能，能夠克服程控交換機(jī)非全業(yè)務(wù)網(wǎng)的弊端，并能通過同一網(wǎng)絡(luò)實時傳輸語音、視頻、多媒體等信息，達(dá)到通信業(yè)務(wù)的高效融合。以軟交換技術(shù)為依托的VOIP 技術(shù)通過引入開放性協(xié)議，能實現(xiàn)語音、視頻等業(yè)務(wù)的融合，設(shè)備也可以設(shè)置在通信網(wǎng)絡(luò)中的任何位置，形成邏輯上相互獨立、接入設(shè)備靈活、信令方式不同的通信系統(tǒng)，對于任何遵循軟交換標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的接口均能自由接入，使網(wǎng)絡(luò)運行成本大大降低。

在該省高速公路通信系統(tǒng)省級改造過程中，以改進(jìn)和完善原程控交換系統(tǒng)為切入點，引入并充分發(fā)揮軟交換技術(shù)的功效。在該省省會城市交通管理中心配置一套ZXSS10- SS1B 軟交換控制設(shè)備，并將全省網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的服務(wù)全部添加至系統(tǒng)內(nèi)。借助系統(tǒng)模塊化操作，提供不同類型的業(yè)務(wù)接口，并通過IP- PBX 技術(shù)將相關(guān)業(yè)務(wù)軟件充分融合，以滿足不同業(yè)務(wù)需求。以上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡潔，所涉及業(yè)務(wù)領(lǐng)域完全覆蓋了當(dāng)前高速公路通信方面的需求，該系統(tǒng)還配置有MSG9000 接入網(wǎng)關(guān)、市話公網(wǎng)對接交換、電話業(yè)務(wù)布設(shè)等功能。

軟交換技術(shù)應(yīng)用后高速公路通信傳輸系統(tǒng)內(nèi)的接入業(yè)務(wù)進(jìn)一步弱化，大量外場設(shè)備因大多采用網(wǎng)絡(luò)接口而直接淘汰。經(jīng)過測算全省高速公路語音業(yè)務(wù)造價，軟交換系統(tǒng)的整體造價僅為SDH+程控交換+接入網(wǎng)方案造價的70%；此外，應(yīng)用軟交換技術(shù)后，后續(xù)改擴(kuò)建、新建高速公路通信系統(tǒng)語音業(yè)務(wù)的開設(shè)難度和維護(hù)難度均大大降低，經(jīng)濟(jì)性和可擴(kuò)展性十分優(yōu)越。

3.2 VOIP 語音系統(tǒng)構(gòu)建

依托軟交換技術(shù)的VOIP 語音系統(tǒng)能夠借助數(shù)據(jù)網(wǎng)支撐網(wǎng)絡(luò)平臺，將全部分點通話均納入內(nèi)部IP 網(wǎng)絡(luò)，通過現(xiàn)有的設(shè)備及數(shù)據(jù)鏈路承載全部的內(nèi)部VOIP 通信業(yè)務(wù)，使電話通信成本大大降低。VOIP 語音系統(tǒng)還具備調(diào)度功能以及錄音、熱線、廣播及組播功能，可靠性高，擴(kuò)容便捷，維護(hù)簡便，同時支持常用的通信協(xié)議，兼容性良好。對于收費員向相應(yīng)收費中心報告收費業(yè)務(wù)疑問、收費中心向收費員下達(dá)指示等“群呼”“組呼”，收費車道摘機(jī)反饋等業(yè)務(wù)均十分適用該語音對講系統(tǒng)。就操作層面來看，以DTMF 電話分機(jī)為收費對講分機(jī)，設(shè)置于收費廳內(nèi)，借助廣場IAD接入設(shè)備將其轉(zhuǎn)換成IP 數(shù)據(jù)，通過設(shè)置在收費廣場的以太網(wǎng)交換機(jī)，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳輸至中心。中心主要設(shè)置2 部收費對講主機(jī)，以實現(xiàn)對全線路對講分機(jī)的調(diào)度和管理。按照這種設(shè)計，整個通信系統(tǒng)可靠性高，呼叫路由可提供不同級別的備份，能夠自動恢復(fù)和實時倒換故障信息，還具備數(shù)據(jù)再生功能，某一節(jié)段或節(jié)點出現(xiàn)的故障對于信息傳輸和系統(tǒng)運行不造成影響[3]。

3.3 故障分析及處理

VOIP 語音系統(tǒng)故障處理通常由收集信息、判斷故障、定位故障和排除故障等階段構(gòu)成。在處理故障的過程中，必須大量收集原始信息，以便維護(hù)人員縮小并鎖定故障范圍；在收集到故障信息的基礎(chǔ)上，進(jìn)行故障類型及形式等的判斷；在此基礎(chǔ)上，借助具體手段和方法分析、比較各種故障原因，并最終鎖定具體原因，有針對性的采取相應(yīng)措施使系統(tǒng)恢復(fù)。VOIP語音系統(tǒng)故障處理過程，具體見圖3。遇到故障后先進(jìn)行故障類型的判斷，對于終端故障必須進(jìn)行相應(yīng)的終端配置、軟交換核心設(shè)備配置等的全面檢查；對于系統(tǒng)故障，則需要進(jìn)一步判斷具體屬于中繼故障、網(wǎng)絡(luò)故障，還是屬于電源故障、單板故障。如果以上操作均無法解決系統(tǒng)故障，則應(yīng)通過系統(tǒng)日志或抓取網(wǎng)絡(luò)報文等方式，分析可能的故障原因。

圖3 VOIP 語音系統(tǒng)故障處理過程

3.4 例行維護(hù)

作為一種預(yù)防性的維護(hù)措施，例行維護(hù)主要針對機(jī)房環(huán)境、供電系統(tǒng)、線纜及接地電阻、告警系統(tǒng)等展開定期檢查和養(yǎng)護(hù)，對于潛在的隱患、缺陷應(yīng)及時恢復(fù)和消除，實時掌握硬件設(shè)施及網(wǎng)絡(luò)的運行狀況趨勢。通過采取定期檢查、備份、測試及清潔等方式，對于通信系統(tǒng)運行過程中所存在的功能失效、管線老化等有效應(yīng)對，消除系統(tǒng)運行安全隱患。同時制定維護(hù)作業(yè)計劃，與例行維護(hù)活動相對應(yīng)定期編制年（月、季、周、日）維護(hù)作業(yè)計劃表，并嚴(yán)格按照52 周維護(hù)作業(yè)計劃實施。

4 結(jié)語

綜上所述，軟交換技術(shù)憑借其開放性接口、良好的網(wǎng)絡(luò)融合性、靈活的組網(wǎng)特征，在高速公路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)得到業(yè)界一致認(rèn)可，以軟交換技術(shù)為依托的VOIP 語音系統(tǒng)可推進(jìn)當(dāng)前語音通信網(wǎng)絡(luò)向融合語音、數(shù)據(jù)、視頻、多媒體等綜合業(yè)務(wù)的軟交換語音網(wǎng)絡(luò)的平滑過渡，在充分利用既有網(wǎng)絡(luò)資源的基礎(chǔ)上，大大節(jié)省硬件設(shè)施及組網(wǎng)成本，向高速公路通信系統(tǒng)高效運行提供保證。與此同時，軟交換技術(shù)作為“下一代網(wǎng)絡(luò)的基石”，在高速公路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)語音及視頻業(yè)務(wù)、多媒體、增值業(yè)務(wù)等的有機(jī)融合，在滿足基礎(chǔ)性業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，引領(lǐng)我國高速公路通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、綜合化發(fā)展。