下一代軟交換鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)研究

史 藝

（遼寧鐵道職業(yè)技術學院，遼寧 錦州 121000）

下一代軟交換鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)研究

史 藝

（遼寧鐵道職業(yè)技術學院，遼寧 錦州 121000）

軟交換是下一代通信的核心技術，其基本思想是實現(xiàn)硬件軟件化。基于軟交換技術構建鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)，可為鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)提供一個實時、可控、穩(wěn)定、安全的多媒體通信平臺.

軟交換；分組交換；調(diào)度；集中；多媒體；安全

1 鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)的特點

鐵路是一個龐大的綜合性企業(yè)，是我國國民經(jīng)濟的大動脈，是發(fā)展經(jīng)濟、鞏固國防、滿足人民生活需要的主要交通工具.為確保鐵路這一龐大聯(lián)動機正常運轉，鐵路運輸生產(chǎn)必須在分散的基礎上實行高度集中的統(tǒng)一指揮.鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)按級別分為鐵道部調(diào)度指揮中心（簡稱部中心）、鐵路局調(diào)度指揮中心（簡稱局中心）和車站基層網(wǎng)三級網(wǎng)絡，包括列車調(diào)度、計劃調(diào)度、貨運調(diào)度、客運調(diào)度、機車調(diào)度、特種調(diào)度和供電調(diào)度等系統(tǒng).

鐵路調(diào)度通信是專門用于組織及指揮鐵路運輸?shù)蔫F路專用通信系統(tǒng).為保證鐵路列車暢通無阻、安全正點，鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)必須首先做到迅速、準確、安全、可靠.迅速是指電路的選叫和交換要快，調(diào)度指揮要及時；準確是指通信的清晰度和逼真度要高，盡量減少錯號、誤動、失真和串音；安全是指對人身和設備沒有危險，并符合鐵道部規(guī)定的保密要求；可靠是指保持良好穩(wěn)定的通信質(zhì)量.隨著鐵路特別是高速鐵路的發(fā)展，鐵路系統(tǒng)逐步推廣 TDCS（Train Operation Dispatching Command System）鐵路列車調(diào)度指揮系統(tǒng)和CTC（Centralized Traffic Control System）調(diào)度集中控制系統(tǒng)（主要應用于高速鐵路和客運專線）.鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)的發(fā)展要求鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)必須在滿足鐵路調(diào)度通信業(yè)務的同時，滿足列車控制安全數(shù)據(jù)和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)等業(yè)務的實時傳輸需求，要在迅速、準確、安全、可靠的基礎上強化分散控制與集中管理等技術手段，進一步提高系統(tǒng)可監(jiān)測性、可控性、可維護性以及應急容災能力.

鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)是以調(diào)度員為中心的一點對多點的主從通信系統(tǒng)，是一種會議模式的專用通信網(wǎng)絡.現(xiàn)有鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)主要采用FAS（Fixed Access Switching）鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)，調(diào)度員以單呼、組呼（依次選叫）和全呼等方式呼叫所轄區(qū)段調(diào)度終端用戶并建立通信聯(lián)系，同時接受所轄區(qū)段調(diào)度終端的呼叫并建立通信聯(lián)系.作為鐵路列車調(diào)度指揮系統(tǒng)的重要通信工具，鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)一般不與公網(wǎng)相連.FAS可滿足鐵路數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)和GSM-R對功能的要求，可分別或同時支持電路和IP組網(wǎng)應用，支持用戶由單純的話音調(diào)度指揮向調(diào)度指揮平滑過渡，支持由電路交換向軟交換平滑過渡，為下一代鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)實現(xiàn)軟交換奠定了堅實的基礎.

2 軟交換技術

2.1 軟交換

軟交換（Soft-switching）是通過軟件實現(xiàn)呼叫控制功能的實體，是下一代通信網(wǎng)絡的呼叫與控制核心，提供實時的業(yè)務呼叫控制和連接控制.軟交換的基本思想是硬件軟件化，使呼叫控制與呼叫傳輸分離開，通過服務器或網(wǎng)絡上的軟件實現(xiàn)呼叫選路、連接控制、管理控制和信令互通等基本功能.

2.2 軟交換網(wǎng)絡結構

軟交換系統(tǒng)采用分層網(wǎng)絡結構，組網(wǎng)靈活方便，各層之間使用標準的協(xié)議進行連接和通信，基于應用服務器在統(tǒng)一的分組網(wǎng)絡上進行軟交換，提供各種類型的業(yè)務.網(wǎng)絡基本結構如圖1所示，包括接入層、傳輸層、控制層和業(yè)務層等4個功能層.

接入層為底層，采用各種方式和接入手段將各種用戶接入核心網(wǎng)，實現(xiàn)各種信息格式之間的轉換，但不具備呼叫控制功能，需要與控制層設備配合才能完成操作.它采用開放的業(yè)務接口與分組承載網(wǎng)絡相對獨立，使業(yè)務開發(fā)具有很高的靈活性，便于新業(yè)務、新功能的開發(fā)和系統(tǒng)升級.接入層主要包括信令網(wǎng)關、各種媒體網(wǎng)關、綜合接入設備、媒體資源服務器、智能終端等多種接入設備.

傳輸層采用分組承載方式，負責提供各種信令和媒體流的通道，目前大多使用具有巨大IP容量和高QoS保證的IPv6網(wǎng)絡.

控制層是整個網(wǎng)絡的呼叫與控制核心，其主要組成部分是軟交換設備，用來控制接入、完成呼叫接續(xù)，主要提供呼叫控制、連接控制、協(xié)議處理等功能，并為業(yè)務層提供訪問底層的開放接口.

業(yè)務層為頂層，主要包括應用服務器、網(wǎng)管服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、AAA服務器等，它利用底層的各種網(wǎng)絡資源為用戶提供獨立于網(wǎng)絡的智能服務，為整個軟交換網(wǎng)絡體系提供業(yè)務上的支持.

2.3 軟交換的核心要素

2.3.1 開放的網(wǎng)絡結構

軟交換網(wǎng)絡具有簡潔、清晰的層次結構，各個網(wǎng)元之間使用標準的協(xié)議和接口，使得系統(tǒng)各部分在地理上可以自由分離，網(wǎng)絡結構開放，系統(tǒng)各部分均可獨立發(fā)展和升級，可實現(xiàn)各種異構網(wǎng)的互通和網(wǎng)絡融合，降低運營維護成本.

2.3.2 綜合的接入能力

軟交換支持各種協(xié)議，實現(xiàn)了各種業(yè)務及用戶的綜合接入，只要符合標準的設備均可以很快進入網(wǎng)絡體系，并允許網(wǎng)絡內(nèi)所有用戶遠程接入，能最大限度地保護用戶投資，充分發(fā)揮現(xiàn)有通信網(wǎng)絡的作用.

2.3.3 基于策略的運行支持

軟交系統(tǒng)換采用了一種與傳統(tǒng)OAM系統(tǒng)完全不同的、基于策略的實現(xiàn)方式來完成運行支持系統(tǒng)的功能，將PSTN的可靠性和數(shù)據(jù)網(wǎng)的靈活性有機結合起來，按照一定的策略對網(wǎng)絡特性進行實時、智能、集中式的調(diào)整和干預，以保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性.

軟交換做為先進的下一代通信主流技術，必將為下一代鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)帶來全新的通信理念.

3 下一代鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)

3.1 基本思路

構建下一代鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)的基本思路是：充分利用先進軟交換技術，實現(xiàn)鐵路列車調(diào)度指揮系統(tǒng)網(wǎng)絡的軟交換與系統(tǒng)融合，以及與鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)的融合；滿足鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)的分散管理、集中控制的要求，實現(xiàn)鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡化、智能化、一體化，提高系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性、安全性和應急能力.

首先,采用軟交換技術實現(xiàn)鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)與相對獨立分散的機務綜合管理、電力遠動、牽引供電、車輛安全、貨檢安全集中監(jiān)控、鐵路客票發(fā)售和預訂等系統(tǒng)的融合，在一個綜合的多媒體平臺上實現(xiàn)鐵路調(diào)度的分散管理和集中統(tǒng)一指揮.第二,融合鐵路通信系統(tǒng)與鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)，建成一個多媒體軟交換鐵路通信系統(tǒng)網(wǎng)絡，為鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)提供語音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻會議等多媒體通信功能，既保證各系統(tǒng)的相對獨立性，又確保在緊急狀態(tài)能跨系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)、發(fā)布命或消息、召開視頻會議，使鐵路調(diào)度可在一個平臺上完成各種調(diào)度指揮與管理業(yè)務，確保數(shù)據(jù)、命令、語音、圖像和視頻等通信實時、迅速、準確、安全、可靠，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)絡資源共享，并提供對外應急業(yè)務接口，提高指揮系統(tǒng)的應急能力和抵御自然災害的能力.第三,利用現(xiàn)代技術，采用智能終端整合調(diào)度終端設備，簡化設備，簡化操作與維護，實現(xiàn)設備一體化和設備與網(wǎng)絡的完美結合.利用軟交換的安全機制提高系統(tǒng)安全性.

3.2 系統(tǒng)構成

如圖2所示，下一代軟交換鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)，充分利用TDCS/CTC、數(shù)字調(diào)度通信、GSM-R等技術，采用IPv6、H.323多媒體通信協(xié)議標準的分組承載軟交換網(wǎng)絡結構，為鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)提供多媒體綜合業(yè)務平臺.

接入層采用IPv6主要是利用其巨大的地址空間，以便容納更多的業(yè)務接入.此外，在IPv6中指定了對身份認證和加密的支持，增強了網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)安全性，便于協(xié)議自身的功能擴展并提供更好的服務質(zhì)量（QoS）支持.

H.323通信協(xié)議是一個系列協(xié)議，是ITU_T制定的“基于數(shù)據(jù)包的多媒體通信系統(tǒng)”，采用了ISDN的設計思想，具有電信網(wǎng)集中處理和管理的工作模式，具備做任意規(guī)模的IP電話系統(tǒng)的能力，很容易與傳統(tǒng)PSTN電話網(wǎng)兼容，是對多媒體會議功能支持最全面和最完善的多媒體通信協(xié)議，可以支持鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)一點對多點的會議模式通信.

3.2.1 調(diào)度指揮中心

鐵路調(diào)度分為行車調(diào)度、貨運調(diào)度、客運調(diào)度、計劃調(diào)度、機車調(diào)度、特種調(diào)度和供電調(diào)度等.調(diào)度在調(diào)度指揮中心指揮鐵路運輸生產(chǎn)，調(diào)度指揮中心按級別分為鐵道部調(diào)度指揮中心（簡稱部中心）和鐵路局調(diào)度指揮中心（局中心），分別設在鐵道部和鐵路局.部中心、局中心、車站基層網(wǎng)構成三級鐵路調(diào)度指揮網(wǎng)絡.

局中心包括各調(diào)度室以及網(wǎng)管、綜合維護等業(yè)務系統(tǒng)，調(diào)度室1至調(diào)度室n可分別為行車調(diào)度、貨運調(diào)度等調(diào)度室.調(diào)度臺設在調(diào)度室內(nèi)，是供調(diào)度指揮列車運行的多媒體智能終端.各調(diào)度臺可按其專用IP直接接入，在分組承載網(wǎng)和調(diào)度服務器的控制下完成與車站基層網(wǎng)的多媒體軟交換通信，在一個統(tǒng)一的多媒體通信平臺上實現(xiàn)了各調(diào)度指揮系統(tǒng)的融合.調(diào)度服務器是調(diào)度指揮與管理專用的應用服務器，集中了H.323多點控制器功能模塊、H.323多點處理器功能模塊、調(diào)度業(yè)務控制功能模塊、軟交換功能模塊、AAA功能模塊，可完成系統(tǒng)中所有媒體信息的集中處理.媒體服務器為鐵路調(diào)度通信提供音頻混合、不同語音編解碼和專用媒體資源等功能.調(diào)度臺能為調(diào)度員提供圖像、數(shù)據(jù)、語音、會議等多媒體通信功能，供調(diào)度員辦理行車調(diào)度指揮管理業(yè)務、進行調(diào)度通信、召開視頻會議，實現(xiàn)了調(diào)度指揮和數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的融合.在緊急狀況時，系統(tǒng)可在調(diào)度指揮中心授權后，可提供特定的專用接口與PSTN、CDMA/GSM網(wǎng)絡終端進行應急通信.

3.2.2 車站基層網(wǎng)

車站是鐵路運輸生產(chǎn)的基層單位，具有點多線長、分散維護的特點，應以安全生產(chǎn)為中心，保證設備準確無誤.鐵路局以局中心為核心連接所轄的n個車站基層網(wǎng)組成鐵路局調(diào)度指揮系統(tǒng)，車站調(diào)度終端是車站基層網(wǎng)中指揮列車運行、組織鐵路運輸生產(chǎn)、提高效率、保證安全、傳輸生產(chǎn)指揮信息的重要設備.下一代鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)具有開放的軟交換網(wǎng)絡結構，各鐵路局可根據(jù)局中心和各車站實際情況采用不同類型的調(diào)度終端，并根據(jù)調(diào)度終端類型不同選擇直接接入和媒體網(wǎng)關接入兩種方式.智能終端直接按IP接入；其它終端可由媒體網(wǎng)關接入，其中有線終端由中繼網(wǎng)關接入，移動終端業(yè)務由無線接入網(wǎng)關.

圖2所示的系統(tǒng)中，車站1采用與調(diào)臺一樣的智能調(diào)度終端，實現(xiàn)了車站調(diào)度終端設備一體化，為車站提供多媒體業(yè)務平臺，按其預先設置的專用IP直接接入分組承載網(wǎng)由網(wǎng)絡賦予其權限及業(yè)務范圍.車站n采用CTC系統(tǒng)，包括車站值班員工作站、（大站）信號員工作站、CTC自律機（車站聯(lián)鎖系統(tǒng)）、電務維護、調(diào)度通信等系統(tǒng)，由接入網(wǎng)關接入分組承載網(wǎng).兩種調(diào)度終端接入后，均在分組承載網(wǎng)和調(diào)度服務器的控制下進行通信，構成車站基層指揮系統(tǒng).

3.2.3 調(diào)度通信系統(tǒng)

在圖2系統(tǒng)中，調(diào)度臺與車站1智能調(diào)度終端可直接接入，在分組承載網(wǎng)和調(diào)度服務器的控制下實現(xiàn)H.323協(xié)議所支持的一點對多點主/從通信或會議業(yè)務等多媒體軟交換通信業(yè)務，并可實現(xiàn)與移動終端的軟交換通信.

車站n通信系統(tǒng)包括數(shù)字調(diào)度電話系統(tǒng)和鐵路專用移動通信系統(tǒng)GSM-R（GSM for Railways）.數(shù)字調(diào)度電話系統(tǒng)由數(shù)字調(diào)度電話主系統(tǒng)（簡稱主系統(tǒng)）、數(shù)字調(diào)度電話分系統(tǒng)（簡稱分系統(tǒng)）、操作臺等組成.主系統(tǒng)設在局中心調(diào)度機械室，提供網(wǎng)絡和通道管理、組網(wǎng)、呼叫處理、交換及各種通信業(yè)務等綜合業(yè)務.分系統(tǒng)設在各車站通信機械室，在主系統(tǒng)控制下完成車站基層網(wǎng)各種用戶的接入業(yè)務.操作臺（簡稱前臺）設在車站值班員室等車站作業(yè)室，是一種車站指揮系統(tǒng)按鍵式桌面通信終端，前臺由分系統(tǒng)接入主系統(tǒng)，在主系統(tǒng)控制下建立與調(diào)度臺和移動終端的通信聯(lián)系.主系統(tǒng)由接入網(wǎng)關接入分組承載網(wǎng)，在分組承載網(wǎng)和調(diào)度服務器的控制下，實現(xiàn)與調(diào)度臺和移動終端之間的通信.

GSM-R系統(tǒng)由交換機、基站、機車綜合通信設備、手機等設備組成，經(jīng)無線接入網(wǎng)關接入，在分組承載網(wǎng)和調(diào)度服務器的控制下與調(diào)度臺和車站進行通信.GSM-R系統(tǒng)提供調(diào)度通信、車次號傳輸與列車停穩(wěn)信息的傳送、調(diào)度命令傳送、列車尾部裝置信息傳送、調(diào)車機車信號和監(jiān)控信息系統(tǒng)傳輸、列車控制數(shù)據(jù)傳輸、區(qū)間移動公務通信、應急指揮通信話音和數(shù)據(jù)業(yè)務等功能.應急通信系統(tǒng)在發(fā)生自然災害或突發(fā)事件等影響鐵路運輸?shù)木o急情況時，在突發(fā)事件現(xiàn)場與救援中心之間，以及現(xiàn)場內(nèi)部可采用GSM-R通信系統(tǒng)，建立語音、圖像、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng).

在下一代鐵路調(diào)度通信應急系統(tǒng)中還可以有條件地將重要的辦公PSTN終端經(jīng)中繼網(wǎng)關接入系統(tǒng)，在遇到緊急情況和處理重大事故時可及時將調(diào)度指揮中心授權的CDMA/GSM終端（特別是3G終端）經(jīng)無線接入網(wǎng)關接入系統(tǒng)，為鐵路調(diào)度指揮應急系統(tǒng)提供必要的臨場應急通信工具.

3.3 系統(tǒng)的優(yōu)勢

3.3.1 互通融合 擴展性強

軟交換鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)基于H.323技術，可在分組承載網(wǎng)之上，可實現(xiàn)控制功能與承載能力、呼叫與會晤、應用與服務、業(yè)務提供與網(wǎng)絡各自分離，可相對獨立地發(fā)展和升級，具有極強的組網(wǎng)靈活性和功能可擴展性，無需對已有的網(wǎng)絡和硬件設備進行更換或改動，便可在網(wǎng)絡上任意靈活地設置和插入調(diào)度臺、調(diào)度終端和調(diào)度服務器，在故障情況下系統(tǒng)可立刻將故障設備的業(yè)務接管過來，系統(tǒng)可靠性高、維護方便，可有效整合鐵路通信資源，同時滿足鐵路企業(yè)信息化不斷發(fā)展的要求.系統(tǒng)應用服務器可提供調(diào)度指揮系統(tǒng)運行維護與管理功能、通信功能，還可提供增值業(yè)務和開放的、獨立于網(wǎng)絡的應用程序開發(fā)接口，提供其它服務器之間的互聯(lián)，容易實現(xiàn)各業(yè)務網(wǎng)絡之間互通融合.媒體服務器在應用服務器和軟交換設備的控制下可提供在IPv6環(huán)境下鐵路調(diào)度系統(tǒng)所需的各種媒體資源.軟交換鐵路調(diào)度系統(tǒng)在保證系統(tǒng)完整性的前提下，具有很高的擴展性，系統(tǒng)具有很大的發(fā)展空間.

3.3.2 安全性能高.

軟交換鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)采用雙軟交換、雙機終端、雙鏈路、雙IP、雙通道、雙服務器的雙環(huán)結構，可提高系統(tǒng)設備的安全性；系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫服務器存儲鐵路調(diào)度通信網(wǎng)絡的配置和用戶數(shù)據(jù)，有效地進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)冗余備份，提高了數(shù)據(jù)的安全性；調(diào)度服務器的AAA功能模塊可有效地進行鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)用戶的認證、授權和管理，可有效控制系統(tǒng)用戶的接入和業(yè)務權限，提高系統(tǒng)用戶安全度.軟交換自身完備的安全機制，可利用協(xié)議體系對傳輸進行安全保護，可滿足鐵路調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡信息安全的要求，有效防止安全攻擊.

3.3.3 應急容災能力強

軟交換鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)可為鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)提供一個多媒體綜合業(yè)務平臺，保證鐵路調(diào)度實時地完成調(diào)度命令、計劃傳送、可視圖像、錄音錄像存儲等多種媒體業(yè)務.這個平臺可以實現(xiàn)各調(diào)度指揮系統(tǒng)的互通融合，便于在緊急狀態(tài)在一個多媒體平臺上進行統(tǒng)一的調(diào)度指揮，提高系統(tǒng)的應急與協(xié)作能力.

軟交換系統(tǒng)在分組網(wǎng)上可進行網(wǎng)絡中斷備份和容災備份，可對視頻、語音、圖像數(shù)據(jù)業(yè)務進行統(tǒng)一管理和儲存，可對所有的呼叫過程、語音、圖像和數(shù)據(jù)內(nèi)容進行記錄.系統(tǒng)可采用雙歸屬1+1主備容災方案，每個媒體網(wǎng)關均連接到兩個軟交換設備上，兩個軟交換設備采用主/備用制，一旦主用設備故障，則自動按預先配置的IP向備用軟交換設備注冊，激活備用軟交換設備來接接替主用設備的業(yè)務，有效防止大面積癱瘓，使系統(tǒng)具有較高的容災能力.鐵路調(diào)度指揮中心可臨時由調(diào)度臺、通信服務器、媒體網(wǎng)關、調(diào)度終端、應急業(yè)務電話終端等搭建應急調(diào)度通信網(wǎng)絡，可充分發(fā)揮軟交換的應急通信機制.

4 結束語

軟交換鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)無疑將成為下一代鐵路調(diào)度通信發(fā)展的方向，它將從不同層面、不同角度采用不同的技術手段提高服務質(zhì)量，給下一代鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)提供一個嶄新的多媒體綜合通信平臺，為保障鐵路運輸安全正點、實現(xiàn)鐵路調(diào)度高度集中的統(tǒng)一指揮和適應鐵路未來的發(fā)展提供高質(zhì)量的通信技術支持和保障.

〔1〕趙學軍，陸立，等.軟交換技術與應用.北京：人民郵電出版社，2004.

〔2〕韓熠.下一代網(wǎng)絡中鐵路專用通信網(wǎng)絡技術的研究.鐵道部科學研究院，2006.52-53，93-95.

〔3〕楊金虎.鐵路專用通信.北京：中國鐵道出版社，2005.

U285

A

1673-260X（2012）02-0050-04