軟交換技術在鄭州城市軌道交通公務電話系統中的應用

馬文勝 趙東霞

(1.鄭州市軌道交通設計研究院有限公司，450000，鄭州;2.鄭州市軌道交通有限公司，450000，鄭州∥第一作者，工程師)

1 問題的提出

公務電話系統在城市軌道交通中為運營、管理、維修等部門工作人員提供了日常工作的聯系手段。它是集語音、中低速數據為一體的交換網絡，為城市軌道交通內部用戶之間、內部用戶與市話公網用戶之間提供電話聯絡，能將“119”、“110”和“120”等特種業務呼叫自動轉移至市話公網的“119”、“110”和“120”平臺上。

我國的電話交換技術經歷了人工交換、步進制交換、縱橫制交換、程控交換等幾個階段。程控交換技術在國內大規模應用已有20余年。目前，城市軌道交通公務電話系統的建設，基本上采用的是程控交換技術。隨著技術的不斷進步，國內主流設備供應商如中興、華為等公司，宣布逐步停止生產程控交換整機設備。因此，在今后的城市軌道交通公務電話系統建設中若仍采用程控交換技術，就已不是最優選項了。

2 鄭州城市軌道交通的基本情況

2.1 線網概況

根據《鄭州市城市軌道交通線網規劃修編(2010～2020)》，鄭州城市軌道交通由都市區快線網和市區普線網共17條線路組成，設置2處多線路共用控制中心:

1)鄭州東站控制中心，管轄 1、2、3、4、5、6、7、10、15、16 號等線路;

2)劉集控制中心，管轄 8、9、11、12、13、14、17號等線路。

2.2 鄭州軌道交通1號線概況

1號線分兩期建設，一期工程于2009年動工，2013年12月28日已竣工運營。1號線一期工程線路全長26.2 km，均為地下線，共設車站20座。一期工程在起點西流湖站以西設凱旋路停車場，終點設置鄭東車輛段，鄭州東站附近設置多線共用的鄭州東站控制中心;二期工程在一期工程東西方向延長10座車站。

2.3 公務電話系統的建設

鑒于程控交換機存在的問題，鄭州市軌道交通1號線一期工程在初步設計階段推薦采用軟交換技術組網，系統設備采用中興通信ZXSS10 SS1b軟交換系統設備組網。該工程是軟交換技術在國內軌道交通公務電話系統中的首次運用。

3 軟交換技術分析

3.1 軟交換技術特點

1)傳統程控交換機的業務提供，在設計交換機方案時就固定下來。一旦產品定型，若想修改或增加某種業務就十分困難。而軟交換技術是在IP(因特網協議)電話技術發展的基礎上，采用分組網絡作為承載網絡，將網關呼叫控制和媒體交換的功能相分離而形成的。它打破了傳統的封閉交換機結構，采用開放的接口和通用的協議，硬件分散，而業務控制和業務邏輯則相對集中。

2)軟交換技術能夠支持各種形式的信息，是集話音、數據、圖像及傳真等業務于一體的全新網絡技術。軟交換技術組建的地鐵公務電話網絡符合GB 50157—2003《地鐵設計規范》15.3.5 節 中“公務電話交換設備應具備綜合業務數字網絡功能”的條款。

3)根據我國工信部電信傳輸研究所對軟交換技術的定義，軟交換設備是網絡演進以及下一代分組網絡的核心設備之一，符合工信部 YD 1434—2006－I《軟交換設備總體技術要求》中規定的各項要求。它獨立于傳送網絡，可以向用戶提供現有電路交換機能提供的所有業務，并向第三方提供和開放可編程能力。

3.2 軟交換網絡結構分析

軟交換網絡結構分為邊緣接入層、核心傳送層、控制層和業務層，如圖1所示。

圖1 軟交換網絡結構圖

3.2.1 邊緣接入層

邊緣接入層的設備主要有以下幾種:

1)TG:用于完成與PSTN/PLMN(公共陸地移動網絡)電話交換機的中繼連接，將電話交換機PCM(脈沖編碼調制)中繼的64 kbit/s的語音信號轉換為IP包。

2)SG:用于完成與PSTN/PLMN電話交換機的信令連接，將電話交換機采用的基于TDM(時分復用模式)電路的7號信令信息轉換為IP包。

3)AG:提供模擬用戶線接口，用于直接將普通電話用戶接入到軟交換網絡中，可以為用戶提供PSTN的所有業務。AG直接將用戶數據及用戶線信令封裝在IP包中。

4)IAD:同時提供模擬用戶線和以太網接口，分別用于普通電話機的接入和計算機設備的接入。

5)多媒體業務網關(MSAG):用于完成各種多媒體數據源的信息，將視頻與音頻混合的多媒體流適配為IP包。

6)H.323 GW:用于連接采用H.323協議的IP電話網網關。

7)WAG:用于將無線接入用戶連接至軟交換網絡。

3.2.2 核心傳送層

核心傳送層主要是為業務媒體流和控制信息流提供統一的、確保服務質量的高速分組傳輸平臺。軟交換網絡的各個網元之間，采用IP數據包傳輸各種控制信息和業務數據信息。因此，核心傳送層實際上就是一個承載網絡。在鄭州軌道交通1號線一期工程公務電話系統中，核心傳送網實際由專用傳輸系統提供的IP傳輸通道實現。

3.2.3 控制層

控制層決定呼叫的建立、接續和交換，將呼叫控制與媒體業務相分離，理解上層生成的業務請求，通知下層網路單元如何處理業務流。軟交換通過提供基本的呼叫控制和信令處理功能，對網絡中的傳輸和交換資源進行分配和管理。

3.2.4 業務層

業務層決定提供和生成具體業務，并通知控制層做出相應的處理。業務層中的各種應用服務器提供了執行、處理和生成業務的平臺，并負責處理和媒體網關的承載接口。

3.3 軟交換網絡的協議結構

軟交換網絡涉及的協議包括 H.248、SCTP、ISUP、TUP、INAP、H.323、SIP、MGCP、BICC、BRI、PRI等。

1)MGCP(媒體網關控制協議):主要應用在軟交換網絡與媒體網關或軟交換網絡與MGCP終端之間，完成端點處理和連接處理兩種功能。

2)H.248協議:該協議通過命令完成對終結點和關聯之間的操作，從而實現呼叫的建立和釋放。

3)SIP(會話初始協議):是在IP網上進行多媒體通信的應用層控制協議。

4)BICC(與承載無關的呼叫控制協議):主要用于軟交換設備與軟交換設備之間的呼叫控制，可以建立、修改和結束呼叫。

5)SCTP(流控制傳送協議):主要任務是在無連接方式的IP網絡上可靠地傳送PSTN公共信令消息。

3.4 軟交換技術運用現狀

軟交換設備作為下一代網絡發展的方向及核心，已經相當成熟可靠，已在國內電信運營商大規模運用。電信運營商的骨干語音網核心都已經被軟交換技術替代，并且已在民航、電力、檢察院及酒店等領域得到應用。

國內外主要的軟交換設備廠商有華為、中興、阿爾卡特、3Com、諾基亞西門子和斯達康等公司。它們都擁有各自的軟交換網絡解決方案，其中有許多解決方案已經在實際網絡中得到應用。

4 鄭州軌道交通1號線一期工程公務電話系統組網方案

通過軟交換技術分析可以得出，雖然在國內軌道交通中尚未采用軟交換技術，但軟交換技術運用在城市軌道交通公務電話系統上完全是可行的。因此，鄭州軌道交通1號線一期工程初步設計采用軟交換技術組網。設備招標采用了中興SS1b軟交換設備組網。具體組網結構見圖2。

圖2 鄭州軌道交通1號線一期工程公務電話軟交換網絡結構圖

1)車站:由于中興公司的綜合接入設備容量較小，通常小于24線，不能滿足地鐵車站用戶量需求，因此，在鄭州軌道交通1號線一期工程各車站設置ZXMSG 5200綜合接入網關，按照普通車站48線、換乘車站96線配置，實現車站電話功能。

2)停車場:在綜合樓與運用庫，分別設置168線和64線ZXMSG 5200綜合接入網關各1套，實現樓內電話及附近單體建筑內的電話接入。

3)車輛段:在綜合樓、運用庫、乘務員公寓和檢修庫，分別設置300線、96線、64線和48線ZXMSG 5200綜合接入網關各1套。綜合樓內綜合接入網關實現綜合樓、物資總庫、調車機庫等建筑內的電話接入;運用庫內綜合接入網關實現運用庫、鏇輪庫等建筑內的電話接入;乘務員公寓內綜合接入網關實現乘務員公寓內的電話接入;檢修庫內綜合接入網關實現檢修庫、門衛等建筑的電話接入。停車場、車輛段沒有采用集中單套綜合接入網關，而是采用了多套綜合接入網關分布式設置，一方面體現了軟交換網絡邊緣接入層設備接入的靈活性，另一方面減少了車輛段、停車場主要建筑單體間的大對數音頻電纜的敷設，節省了工程造價。

4)控制中心:設置1000線ZXMSG 5200綜合接入網關1套，實現控制中心電話的接入。設置ZXMSG 9000 MT256中繼媒體網關1套，與市話公網12個E1互聯，完成公務電話系統與市話公網的互聯互通;與專用無線系統2個E1互聯，實現公務電話與地鐵800 MHz手持終端的互通呼叫。設置ZXSS10 SS1b軟交換核心交換控制設備1套，該核心交換控制設備具備10000線的呼叫處理能力。控制中心同時配置系統網管、計費、話務臺和測量臺。

5)傳輸通道:各車站、停車場、車輛段的綜合接入網關，使用專用傳輸系統提供的點對點以太網傳輸通道，并接入控制中心。為確保接入網關的通道暢通，各綜合接入網關采用1+1冗余設置以太網通道。

6)市話中繼內側:按照360線中繼，每線帶寬64 kbit/s，共需要 23 Mbit/s。按照經驗值1.5 ～3 倍的突發流量冗余，設置100 Mbit/s以太網端口。

7)各車站綜合接入網關:配置10 Mbit/s以太網電端口。

8)車輛段停車場各綜合接入網關:考慮到各綜合接入網關用戶容量不同，配置10～50 Mbit/s以太網端口，由于各綜合接入網關距離傳輸設備較遠，采用以太網光口光纖連接。

5 后續工程方案

中興公司的ZXSS10 SS1b軟交換系統設備具備電信級的容量和處理能力，后續擴容主要是軟件擴容和增加許可。后續工程實施方案主要分為以下兩種。

5.1 二期工程及后續其他線路建設的接入方案

二期工程各車站可采用與一期工程相同的方式，新設綜合接入網關，通過專用傳輸通道接入控制中心核心交換控制設備。

由于鄭州東站控制中心是多條線路共用的控制中心，后續線路的建設方式宜采用與1號線相同的方式，即通過后續的專用傳輸系統，接入鄭州東站控制中心核心交換控制設備。具體方案詳見圖3。

圖3 二期工程及后續其他線路建設的接入方案

5.2 雙歸屬方案

由于軟交換核心交換控制設備處理能力較大，可實現軌道交通多線路的接入，但相應的安全風險就會不斷上升。一旦核心交換控制設備宕機，則直接造成多條線路的公務電話系統全部中斷。

軟交換網絡具有雙歸屬冗余技術，能夠實現系統處理能力的備份，極大地提高了網絡運行的安全性。建議在后續線路建設中，可選擇在某條線路的車輛段或后續規劃的劉集控制中心，新設另外一套軟交換核心交換控制設備，與鄭州東站控制中心軟交換核心交換控制設備互為雙歸屬冗余配置，以保證網絡的安全運行。具體方案見圖4。

圖4 軟交換接入網絡的雙歸屬方案

6 開通測試情況

鄭州軌道交通1號線一期工程公務電話系統于2013年6月—12月期間完成了安裝調測工作，實現了系統設備的出廠測試和驗收測試。其主要測試內容見表1。

表1 設備測試記錄

從表1可以看出，鄭州軌道交通軟交換系統在呼叫建立時間、呼叫接通率及語音質量方面，完全符合工程設計要求。2013年12月28日，鄭州軌道交通1號線一期工程開通運營，公務電話系統運行穩定。

7 結語

軟交換技術具有功能強大、接入靈活、擴容簡便、技術生命力強、標準化程度高等特點，非常適用于建設周期長、站點線性分布的城市軌道交通場景。隨著我國城市軌道交通建設的加速發展以及軟交換技術在鄭州軌道交通1號線一期工程中的率先成功應用，不久的將來，軟交換技術將在我國城市軌道交通公務電話系統中得到大規模運用。

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