IP通信技術在忻阜高速公路通信系統中的應用

□王曉霞

(山西交通職業技術學院，山西 太原 030031)

忻阜高速公路忻州——五臺山段起自忻州市忻府區秦城鄉部落村，終于晉冀交界五臺山長城嶺，出省后與河北保定至阜平高速公路相接，全長124公里。忻阜高速公路通信系統為忻阜高速的管理、運營服務的專用通信網。忻阜高速公路通信系統將實現本工程范圍內的交通管理、運營業務管理以及沿線緊急電話、監控設備等語音、數據、圖像信息的傳輸，為交通運營管理部門提供必要的通信調度手段，保障本路段交通安全、暢通、高效運營及實現現代化交通管理。

一、系統設計原則

忻阜高速公路通信系統是本公路的重要組成部分，通信系統應當滿足忻阜高速公路正常運行的需求，確保道路的暢通、安全，為此在進行通信系統方案設計時，遵循如下設計原則：1.通信系統的設置應滿足忻阜高速公路信息傳輸的需求。2.通信系統應滿足忻阜高速公路管理和運營的需要。3.通信系統應能提供24小時全天候不間斷的通信服務，因此應當選用可靠性高的方案，避免通信中斷。4.結合通信技術的發展方向，選用技術成熟、質量高的通信技術，保證信息傳輸的準確性。5.系統應具有擴展性，以滿足忻阜高速公路信息發展的需求。6.系統投資經濟合理，盡量節約資金。

二、忻阜高速公路通信業務需求分析

1.圖像傳輸需求。忻阜高速公路閉路電視監視系統包含了道路交通監控、收費廣場交通監控內容。交通監控采用靜態全線覆蓋布設方案，視程首尾相接，整個監控規模為81臺攝像機。通信系統主干網絡需為其提供400M以上的傳輸帶寬。

2.數據通信需求。忻阜高速公路的數據通信主要有監控外場設備如可變情報板、可變限速板、車輛檢測器、氣象儀等設備的監控數據傳輸到忻阜高速監控中心。

3.語音通信需求。忻阜高速公路的語音通信有以下幾個方面：(1)忻阜高速管理中心內各管理運營部門，配電房、監控中心、收費站等內部辦公及維護使用的電話業務通信。(2)忻阜高速范圍內汽車司機在發生事故時的緊急求援語音通信。(3)工程維護人員、值勤人員在外場作業時的移動無線通信。(4)忻阜高速運營管理部門同上級管理公司以及外部單位的語音通信。

三、忻阜高速公路通信主干傳輸網絡性能要求

根據忻阜高速公路通信業務需求分析，考慮到山西高速公路交通通信網的現狀和系統的兼容性，忻阜高速公路通信系統主干傳輸網絡采用直接基于光纖的IP傳輸技術。傳輸網絡設備采用路由交換機和光纜，路由交換機可以直接提供10/100M以太網接口，用于本通信局域網的組織，在忻阜高速公路監控中心設帶IP網關的程控交換機，通過交換數據網實現數據、圖像、語音的綜合傳輸(三網合一)。

忻阜高速公路主干傳輸網絡在系統性能上重點考慮：

1.冗余和容錯性：為了保證系統工作的連續性，對于通信設備、鏈路留有一定的冗余配置，以保證主干通信節點上的任何單點故障不影響任何系統的通信，監控網絡中的任何故障不會引起故障源的擴散。

2.網絡確定性：確定性包含了兩方面的內容。一是邏輯鏈路的確定性：由于采用了冗余技術、在邏輯結構上通常很難把握，對網絡分析和判斷帶來了難題，所以要求網絡結構不但在物理上簡單、明確，在邏輯鏈路上也要同樣的明確，包括邏輯斷點要有確定的位置，最好能夠進行人為的設定。二是故障恢復時間的確定性：考慮到實時性因素，對于故障時，業務恢復時間應設定上限值，此上限值應以不影響網絡通信為準則。

3.實時性：控制數據、圖像抓拍聯動、實時視頻等業務對實時性的要求很高，因此要求單臺設備最多幾十微秒的設備延時，主干交換機需要有Qos機制。

4.安全性：網絡應可以實現分布式的安全部署，能夠進行訪問控制，MAC地址綁定和過濾，系統隔離等。

5.可擴展性：對于網絡的擴展，應該靈活、方便，并且不能影響其他系統的正常工作，系統擴展時，其他網絡設備無需更改設置，網絡路由依然是明確的。系統升級時，和原有設備應該是兼容的，不至于浪費原有的投資。

6.可管理性：網絡管理對于系統的運營至關重要，對于本系統，建議采用圖形化的網管，能夠管理到所有的網絡設備的每一個端口，包括整個端口的配置，告警，流量監控、分析，以便網絡管理員能快速、準確地檢查整體網絡的運行情況，有效找到網絡熱點，快速診斷并在故障蔓延以前加以排除。該網管還要有通用軟件接口，便于集中監控系統對通信網絡設備的監控。

四、通信方案

整個忻阜高速公路通信網絡分為兩層網絡架構，考慮到運營、管理的便利性，我們對網絡管理功能提出了更高要求。

1.網絡拓撲。本IP通信網絡的千兆主干網絡和區域交換機網絡分別使用4芯光纖，組成自愈環保護結構。

2.千兆主干通信網絡。在監控中心設置一臺多引擎核心交換機MACH3005。在外場各主干節點分別采用一臺雙引擎骨干交換機MACH3002，該交換機配置有雙交換引擎和雙管理引擎，在雙引擎上配置不同的上聯模塊，分別連接到監控中心的核心交換機。冗余引擎和冗余光鏈路上聯模塊的使用確保了任意的一個故障(包括設備故障和鏈路故障)都不會影響系統的通信連接。兩個引擎之間隨時在線設備使用，不存在切換時間。主干交換機之間通過單模光纖組成交換式冗余環形結構Hiper-Ring，兩條千兆鏈路之間互為備份，當主通信鏈路出現故障的時候，業務完全切換到備用鏈路的時間小于0.5s。

為了提高設備的可用性，中心交換機在硬件冗余方面具有3路電源設備輸入，雙套風扇。為了提高圖像等數據的實時性和兼容不同系統的應用，主干交換機具有針對數據業務的Qos機制，能夠根據不同的應用設置加權比重，并分配有一定的帶寬，確保關鍵應用的實時性和安全性。主干交換機通過組播控制，提高圖像應用的系統效率。外場的4臺主干交換機配置各配置有2個單模百兆光口，實現和區域監控交換機之間的環網連接。

3.區域接入網絡。現場終端設備各自接入本地區域百兆交換機，區域交換機和本地的主干交換機通過冗余光纖組成百兆級交換式冗余環形結構，形成一個主干環冗余下聯5個百兆環的結構。區域交換機采用卡軌式安裝的工業級交換機。

4.網絡管理。在監控通信中心設置獨立通信網絡系統的網管終端，以管理網絡的運行和維護。配備專用網管軟件，該網管軟件是通信中心站千兆交換機、外場通信站千兆交換機和區域百兆交換機的統一網管，可以從網管中心方便的對整個網絡進行集中管理，簡化日復一日的狀態監控、故障診斷、數據分析等工作，有效和方便地對IP網絡等信息系統進行全面的設備管理和功能管理。

網管終端以圖形化顯示方式進行信息顯示，并支持SNMP V1,V2,V3、SNMP TRAP、IGMP Snooping、Hiper-Ring、Dual-Homing、RSTP 等多種協議；支持Windows NT/2000/XP， Linux，HP OpenView6.31等多種操作系統平臺。網管終端能夠進行基于工作組的VLAN和路由的配置，簡化由于編程給運營、維護帶來的不便。在安全性設定方面，支持端口和MAC地址的捆綁設定和關閉暫時不用的端口，保護系統不受外來接入的侵犯；集成OPC支持，可以將網管監控的所有代理(交換機)的狀態信息直接傳到監控軟件。

結束語

忻阜高速公路監控系統通信平臺實現了不同專網之間的信息共享、全數字化信息(數據、語音和圖像)傳輸、三網(數據網、語音網和視頻網)合一。

忻阜高速公路于2010年10月1日順利通車，開通以來，忻阜高速公路通信系統運行正常，性能穩定，確保了忻阜高速的正常運營管理與交通暢通。

參考文獻：

[1]陶洋.通信信息網[M].北京：人民郵電出版社，1999.

[2]鮮繼清.現代通信系統與信息網(第2版)[M].北京：高等教育出版社，2005.

[3]趙祥模等.高速公路通信系統理論及應用[M].北京：電子工業出版社，2003.