軟交換技術在地鐵通信系統中的應用研究

宋鴻昇

【摘要】 本文在分析了目前地鐵通信系統的現狀和存在的問題的基礎上引入了軟交換技術，并對軟交換技術的特點和功能進行總結，在考慮了地鐵公司的需求和地鐵運行的實際情況之后將軟交換技術應用到地鐵的通信系統中，提出了一套完整的方案，分析了影響方案的各種成本以及設備的壽命得出了方案的可行性。

【關鍵詞】 軟交換 地鐵通信 電話交換

一、引言

1.1現狀

電話交換技術從發明到現在完成了從模擬到數字的轉變，這兩種技術的核心都是電路交換，關鍵是連接，通信之前要有合適的固定帶寬的電路連接，在進行通信時，電路保持連接直到通信結束才斷開，整個過程中帶寬資源一直保持占用，電路唯一。在使用電路交換技術進行通信時比較穩定而且可以實時無延遲的通信，但是因為通信完成時帶寬才被釋放，所以對電路的利用率不高。

技術的進步使得網絡在傳輸傳統信息的同時傳輸語音等，將交換和控制的功能分開之后就產生了軟交換技術。軟交換技術是通過通信一方發出通信要求之后，軟交換的控制中心發出命令使信號接通來實現的。在整個過程中通信產生的數據不經過控制中心而直接端對端，如此就在很大程度上節約了交換中心與通信者的帶寬。軟交換系統通過中繼網和傳統的網絡進行連接，保證了命令信息的及時傳遞和通信業務的傳輸。軟交換技術以其特殊的作用有能力取代電路交換，在通信技術中獲得廣泛的應用。

軟交換技術的應用使得數據網和語音網等的融合變為可能，其強大的功能也引起了地鐵通信部門的注意。當前，我國新建立的地鐵的通信系統都考慮采用軟交換技術，但是目前還沒有成功實施并運行。

1.2意義

傳統的電路交換技術的功能單一，不能滿足用戶日益增長的要求，而且如果要加入新功能則需要對硬件進行大幅度的提升， 面對軟交換技術的沖擊失去了發展的余地。軟交換采用智能而且相對集中的管理模式，可以迅速進行連接。而且在技術和業務上適用于城軌乘客少而且不集中。但是地鐵的應用條件和通信系統構成的差異使得軟交換技術目前沒有得到成功應用，因此在采用這種技術之前需要進行深入的分析研究。

因此，研究如何將軟交換技術應用在地鐵的通信系統中去，同時實現整個系統的完美融合；如何對系統進行規劃，統一標準，保證需求的同時實現通信設備和信息的共享，促進地鐵通信技術的發展非常必要。

二、地鐵通信系統體制研究

2.1地鐵通信系統簡介

地鐵的基礎設施一般有車輛段、車站、停車場合控制臺，其中控制臺對地鐵的運行的過程監控和管理，保證地鐵系統安全的運行。地鐵的通信系統是一種綜合性的通信網絡，可以完成車輛的調度、工作人員辦公和各種信息的互通，安全性和可靠性都比較高。在一般的狀況下，通信系統主要保證各個子系統之間的信息流通，使車輛順利運行，于此同時為乘客提供優質的乘車環境；在出現特殊狀況時，通信設備可及時采取措施，以保證在各種特殊事故發生時通信網絡保持暢通。為了使通信系統能夠擁有以上功能需要采用易安裝擴容和技術成熟的設備。地鐵的通信系統由許許多多個二級系統構成，依據不同的作用，主要分為民用、公安和專用系統三種。

2.2傳統的地鐵公務電話系統組網方案

地鐵的公務電話系統是地鐵的運營維修人員之間聯系的工具，是一種專用的電話網，其主要功能有：電話交換；數據功能；計費功能；維護和通信功能。

2.2.1公務電話系統線網分析

地鐵的電話網是由四級共同搭建的。在整個網絡中，指揮中心是線網的控制核心，主要指揮緊急調度。應急指揮中心與每一個控制中心都相連接，不僅可以完成本地電話交換還可以完成對其他控制中心進行電話匯接。在具體應用中，指揮中心又叫做線網交換局，是整個系統第一級；區域匯接局是第二級，實現控制中心的線路與用戶的連接和公務電話的暢通；分線匯接局是第三級，主要實現本地車站和公務電話的匯接；用戶接入局是第四級，實現電話交換和電話轉接。

2.2.2系統的模式

根據上文分析的地鐵電話系統需要實現的功能，得到系統的功能可以通過下述的兩種方式來實現：自建模式，將地鐵的電話系統考慮進城市的規劃建設之中，建立獨立的網絡，經過公用的電話進行網絡連接；依據運營商的公網形式，依據各個運營商公用網絡的交換機來到達地鐵系統要求。

2.2.3系統的設置方式

地鐵通信系統的電話交換網絡包括公務、專用電話系統和無線的通信系統，前兩者屬于有線的通信網絡。其中公務電話系統主要為保證行政電話，同時可以實現市話。專用電話是與車輛的行車相關的，包括調度電話和直通電話等，是工作人員進行檢修和維護的通信措施。無線通信不僅可以實現列車運行無線調度還可以實現票務信息的無線調度，為工作人員提供了極大的方便。根據技術的發展和城市建設的經驗，目前系統的設置一般有三種方式：一、完全分設方案；二、部分合設方案；三、完全合設方案。

2.3軟交換技術在地鐵通信中實現的功能

將軟交換技術應用到公務電話系統中使得系統擁有一致的通信條件，并且采用軟交換平臺可以與網絡和視頻會議聯通，以實現：即時消息，用戶的信息及時溝通，不同的用戶之間能夠進行文件傳輸的功能；可視電話，用戶使用可視電話設備進行語音盒視頻的通話，語音用戶和視頻用戶通過軟交換進行連接；視頻會議，通過會議系統實現視頻會議同時可以進行圖像分屏等功能。

2.4軟交換技術與程控交換技術的比較

依據對城市地鐵電話系統的分析可以得出，用戶大量集中在車站、車輛段和控制中心附近。其中每個車站平均的用戶較少，因此軟交換系統智能集中的管理方法和靈活的接入模式充分的適用于用戶分散的情況。從具體功能來講，傳統的交換方式只能實現單一的功能，不能適應人們對于清晰圖像通信的需求，而且整個系統不開放；而軟交換系統不僅可以提供各項服務還可以隨著用戶需求的增長增加新的功能。

三、地鐵軟交換網絡方案設計

3.1軟交換技術實現的方案

就目前的軟交換技術和地鐵公司通信系統的情況而言，地鐵的通信系統應用軟交換技術員主要通過下述兩種方案來實現：

方案一：把軟交互模塊應用在傳統的電話網絡之中來實現軟交互的具體功能，這種方案是一種傳統技術擴展兼容的方案。

方案二：將模擬電話模塊加入到軟交換系統之中來實現需要的功能，這種方案是軟交換技術擴展兼容的方案。

通過對兩種不同的方案進行比較，可以得出第一種方案是NGN軟交互過度方案，第二種方案設立了分布式的軟交換平臺，是真正的NGN方案。而且第二種方案有強大的專網用戶功能，同時可以滿足下一代網絡的需求，系統的容量等方面也都優于第一種方案。因此在實際的應用中，第二種方案可以搭建一個平臺來實現需要的功能，可以將軟交換技術在地鐵通信領域的優勢得到充分的應用。

3.2系統總體架構與協議

NGN網絡結構主要包括接入、傳輸、控制和業務層。其中接入層包含的設備最多，包括接入、中繼和信令網關和電話終端等。傳輸層主要是由信號傳送設備構成，傳送軟交換信息，同時與控制層分開，達到傳送和控制互不影響?？刂茖邮擒浗粨Q的關鍵部分，為軟交換提供平臺。業務層可以使用戶體驗智能服務。NGN網絡的結構如圖1所示。

3.3公務電話系統軟交換技術組網方式

公務電話軟交互系統在進行實際的應用時需要進行深入的研究，不僅需要考慮正在建造的線路還需要考慮整個線網的因素，對系統進行整體的規劃，同時統一標準使得線網通信設備等資源可以共享?，F在我國新修建的地鐵都數個線路共用控制中心，這促進了軟交換技術的推廣。

通過對地鐵上公務電話客戶進行調查分析并考慮到多線路共用控制中心的特征，考慮采用兩級結構構建公務電話系統，使用接入點和中心交換節點的方式，具體情況如圖2所示。中心交換節點是整個系統的交換核心，依據主備方式配置，設在控制中心附近；接入點設在車站附近。

考慮到軟交換系統是依據IP網絡而建立的，這樣就可以使在有網絡的地方能夠通話得到滿足。應用了軟交換技術之后就與傳統的用戶接入方式大不相同，是網絡結構扁平化，靈活化。（圖2）

3.4系統主要構成的設計方案說明

將軟交換中心設備放在核心機房，實現對控制中心和用戶的控制以及信息通知等功能。該設備主要包含主控板和電源板等元件，其中電源板的容量應能夠滿足40000使用者的需求。還需要在控制中心安裝接入網關和中繼網關等來保證控制范圍內的公務通信以及市話和專線的互通；安裝一臺網關來對各個線路的設備都進行管理；使用計費系統來對用戶產生的話費進行匯總。

備用的控制中心也采用軟交換中心設備，與上述的型號相同，當主設備出現問題時可以及時的工作以避免損失的擴大。

3.5軟交換系統保護方案設計

3.5.1容災備份保護

由于軟交換分布采用的是多個點共同控制的方法，因此強化了系統的備份保護能力，位于不同地方的控制中心共同構成了系統，公用一個數據庫。電話從接入層傳遞到傳輸層，然后在控制層的軟交換中心按次序登錄。如果主控中心出現問題，自動進入第二個控制中心，并以此類推，如此可以保證電話連續。

在主控中心和備用的控制中心都可以進行熱備份。網關都采用H.248協議在主控中心的軟交互設備上注冊，同時網關擁有主從雙歸的功能，在主控設備出現問題時自動連接到備用設備中，是用戶的通話不收影響，并提高系統的可靠性和安全性。

與普通的單交換方案不一樣的是，雙歸屬的方案多采用了一個平臺，新增的平臺為主交換平臺進行熱備份，發生問題時工作，同時兩套系統可以進行異地的容災備份，通過特殊技術實現互換。可以考慮增加中繼網關來防止網關出現問題導致的通話終止等，使安全性得到進一步的提高。

3.5.2網關自交換

當軟交換平臺系統出現問題時，可以采用中級網關的交換功能使調度系統、公共網絡等安全運行。接入網關不僅可以單個網絡進行交換，而且可以在多臺設備接入網關而其中某一臺出現故障時在虛擬的網關中進行交換。因此在極度惡劣的狀況下，采用接入網關的交換功能來使通話正常進行。

四、RAMS規劃以及全壽命周期成本分析

4.1 RAMS目標

為了保證地鐵通信軟交換系統在運行的過程中可靠（R）、易用（A）、易維護（M），依據系統運行的各種參數、過程框圖和計算模型，并結合了通信系統固有的標準進行分析，得出了RAM要求如下表。

表一 RAM要求

可靠性（R） 運行可用性（A） 可維護性（M）單位：小時

單位：故障次數每年、每系統 單位：百分率 響應時間 維修時間

地鐵通信軟交換系統 0.05 99.999% 2 3

4.2RAM計算

4.2.1維修時間計算

本設計方案采用的地鐵通信軟交換系統，配備了有很強故障控制功能的網管系統，可以自主檢測是否有程序出現問題。當發現出現問題的系統時，發出警告。系統使用的是板卡替換的方法來進行維修，平均的修理時間是0.2小時。

4.2.2系統的可用性計算

依據可靠性的相關理論，可以得出系統的可用性為：

其中MTBF為系統正常運行的時間。

T為出現故障時暫停工作的時間

4.3系統整個工作周期成本分析說明

地鐵通信軟交換系統的整個工作周期包含技術壽命、折舊壽命、物理壽命和經濟壽命周期。對其成本進行分析使用的是LCC模型，目標是得出在考慮經濟因素的時候將軟交換系統應用在地鐵通信系統之中是否合理。

4.3.1技術壽命

基于軟交換技術的地鐵通信系統采用的是NGN網絡設計而來的系統，是最新一代的網絡系統，可以實現向前發展、向后兼容和橫向聯通的功能。因此其技術壽命至少為20年，也就是說在20年之中該地鐵通信系統可以完成從電路交換向軟交換的轉變，同時設立無線有線一體化的通信模式，實現不同帶寬的組網和系統的向前發展，保證技術上不落伍。

4.3.2經濟壽命

系統每個設備的維修花費處在適當的范圍內的時間就是設備的經濟壽命。設備長時間工作之后就會經常出現問題導致維修費用上升。在設備投入使用之后，使用的事就越久，每年分擔的成本越低，但是維修費用卻越高。完整的經濟壽命就是從設備投入使用到每年花費不合理的時間。地鐵通信系統的經濟壽命一般為二十年。

4.3.3折舊壽命

各種設備在使用的過程中都會出現一定的折舊，依據目前科技的進步速度和電子設備的升級換代速度來看，對于IT產品的公認的折舊時間一般為五至十年。上文得出的系統的經濟壽命為二十年，遠超過了設備的折舊時間，因此，當系統折舊之后還可以運行，為地鐵部門帶來巨大的經濟效益。

4.3.4物理壽命

地鐵通信系統的物理壽命一般為二十年，也就是說在二十年內，如果不出現人為的破壞或者自然災害的話，系統可以保持正常的運行，完成所需要完成的功能。

五、結束語

通過對于將軟交換技術應用到地鐵通信系統中進行研究得出了新的系統下，使得地鐵的通信網絡得到優化，也節約了大量的人力和費用。采用多中心控制的方法，使系統可以安全可靠的運行。新的系統可以為每個的客戶提供其需要的服務并實現了視頻會議、及時通信和可視電話的功能。可以預見的是隨著網絡技術的發展，軟交換技術應用在地鐵的通信系統之中的優勢會更加明顯。

參 考 文 獻

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