軟交換技術在城市軌道交通通信系統中的應用

鄭 川

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司，610031，成都∥工程師)

電話通信是城市軌道交通列車指揮的基本手段，包括公務電話和專用電話。公務電話為城市軌道交通的管理部門、運營部門、維修部門提供一般公務聯絡;專用(調度)電話包括調度電話、車站/車輛段內直通電話、站間行車電話、軌旁電話等，為城市軌道交通調度員和相關工作人員提供專用的直線通信工具，能實現包括單呼、組呼、全呼、自動錄音等多種功能。無論是專用調度電話還是公務電話，目前主要采用程控交換技術實現。經多年的應用，這一技術在城市軌道交通領域發揮了重要的作用，有力地保障了列車的指揮和運營安全。

近年來，隨著城市軌道交通通信業務的IP(網絡之間互連的協議)化，以分組交換為核心的業務正在替代電路交換的核心業務。軟交換作為以IP 為基礎的業務形式，具有廣泛的應用前景，且已經在國內外得到了應用，將成為下一代網絡的關鍵技術。研究軟交換技術在城市軌道交通通信系統中的應用，可更好地滿足城市軌道交通通信系統的發展需要，使城市軌道交通的公務、專用電話業務在保證通話質量和系統功能的前提下，達到網絡資源的最優配置。

本文研究軟交換技術及其在城市軌道交通通信系統中的應用，并在此基礎上，提出了適合于城市軌道交通通信系統應用的軟交換的體系結構。

1 軟交換技術及其在城市軌道交通通信系統中應用的可能性

1.1 軟交換技術

根據國際 SoftSwitch 論壇國際軟交換協會(International SoftSwitch Consortium，簡為 ISC)的定義，軟交換是基于分組網利用程控軟件提供呼叫控制功能和媒體處理相分離的設備與系統。軟交換是通過純軟件實現控制功能，把呼叫控制功能從媒體網關(傳輸層)中分離出來，搭建具有控制、交換等功能的軟交換平臺。

軟交換通過網關實現對各種業務的控制和傳送功能。其主要的網關包括媒體網關、信令網關、接入網關、綜合接入設備等。在網關間執行的主要協議包括:IP 電話協議，如 H.323，SIP 等;媒體網關控制協議;信令轉換協議(SIGTRAN);互聯互通協議;以及業務層協議等。

軟交換與軟交換之間的組網有3 種結構:軟交換平面路由結構;軟交換分級路由結構和定位服務器分級路由結構。

軟交換具有豐富的功能和標準化的協議體系，不僅可支持現在的話音交換功能，還可支持靈活的、多樣性的功能，包括數據通信、視頻等，且具有計費、管理、維護等多方面的能力。

1.2 城市軌道交通通信系統的應用需求

城市軌道交通電話系統采用軟交換技術，不僅能滿足城市軌道交通公務電話系統和專用電話系統的基本業務需求，還具有以下優勢。

(1)城市軌道交通通信網的扁平結構:根據城市軌道交通電話系統的特點，用戶主要分布在控制中心、車輛段、車站等處，除控制中心、車輛段用戶相對集中外，各個車站用戶數量較少;而軟交換系統集中智能的網絡管理體系、靈活接入的方式，能夠很好地適應城市軌道交通用戶較為分散的特點。軟交換系統的網絡擴展性好、實現功能強大，可滿足城市軌道交通公務電話用戶對系統維護管理等多方面的需求。

(2)城市軌道交通通信的新要求:公務電話軟交換可實現與辦公自動化(OA)系統融合，開展企業通信錄、一號通、點擊撥號、通話記錄、電子傳真、即時消息，以及通過網頁協同辦公、快速召開電話會議等高級業務功能應用;同時，可以開展視頻電話業務，實現基于網頁的點對點視頻，增加了辦公的便捷性。

(3)TDM(時分復用)業務IP 化，統一傳輸業務類型，簡化網絡配置:城市軌道交通信息傳輸系統承載的業務主要包括TDM 和IP 兩類。TDM 業務包括話音信息、低速數據、電話中繼等;IP 業務包括視頻及以太網數據信息。隨著城市軌道交通業務的不斷發展，TDM 業務在傳輸帶寬中所占比例越來越小。傳統的MSTP(多業務傳送平臺)承載網絡以話音為中心的TDM 結構漸漸不再滿足需求，傳輸帶寬瓶頸也日益突出。于是，人們提出采用寬帶IP 傳送技術，建立IP 傳輸網絡。

(4)公務電話系統和專用電話系統功能融合，節省資源:在公務電話系統控制中心增加一套調度服務器，通過軟交換的新業務功能，配置相應的軟件，同時實現公務、調度、站內直通電話，以及站間行車電話及軌旁電話的通信功能;避免了電話交換機的重復配置，提高了系統集成度，簡化了系統結構，最大限度地實現了設備、技術、信息等的資源共享，節省了工程投資，也減少了電話系統的維護工作量，為構建一個全透明的城市軌道交通電話網提供有力的技術支撐。

2 基于軟交換的城市軌道交通通信系統組網方案

城市軌道交通電話通信系統在控制中心、車輛段和各車站設置電話交換設備，與傳輸系統共同構成電話交換網絡，實現電話出局與交換功能。

基于軟交換技術的城市軌道交通電話通信系統網絡方案設計如圖1所示。

圖1 基于軟交換技術的電話通信系統網絡架構

根據軟交換網絡的四層架構，設計城市軌道交通通信公務電話系統的網絡結構。

(1)接入層:完成各控制中心、車站的媒體網關、接入網關和話機等的接入。

(2)傳輸層:數據網絡完成的功能，主要完成車站—控制中心、車站—車站的數據轉發。

(3)控制層:軟交換核心層，完成呼叫控制、信令處理、業務交換等功能。

(4)業務層:完成統一網管(軟交換、媒體網關和接入網關)、計費、業務平臺的提供等功能。

根據軟交換電話系統的四層網絡架構，城市軌道交通公務電話系統構成圖如圖2所示。

2.1 控制中心方案

(1)控制中心配置一套主用軟交換中心設備(SS)，置于網絡的核心節點(核心機房)，主要完成控制中心和車站用戶的呼叫控制、信令處理、語音路由、語音調度、視頻通話、統一通信等功能。軟交換核心控制設備主要板件(主控板、協議處理板、電源板等)采用1 +1 熱備，以保證系統安全可靠，設備容量按不低于40 000 用戶考慮。

(2)在控制中心設置一套綜合接入設備(IAD)，用于控制中心范圍的公務通信，容量按2 000 用戶配置。

(3)在控制中心設置一套中繼網關(TG)，用于與市話網和專用無線通信系統的互連互通。

(4)在控制中心設置一套網管設備，對本線及后續線路設置的公務電話系統設備進行集中維護管理。

(5)在控制中心設置一套計費系統，實現對整個線網公務電話用戶的集中計費管理。

(6)采用IP 話務臺，FE(快速以太網)口接入網絡即可，達到全網查號及語音郵箱功能。軟交換和計費服務器也采用FE 口。

2.2 備用控制中心方案

在備用控制中心或車輛段設置一套SS，其性能與規格與主用SS 相同;在主用SS 故障時，可通過自動或手動的方式將業務切換到備用SS 上。設置一套IAD，用于備用控制中心和車輛段范圍的公務通信，容量按1 500 用戶配置。

2.3 車站方案

在各車站設置一套車站接入AG(接入網關)，容量按100 用戶配置。

2.4 軟件設置

通過對軟交換網管軟件的設置，實現公務電話的基本通話功能以及專用電話的單呼、組呼、群呼等功能，同時還能實現企業通信錄、一號通、通話記錄、視頻電話、通過網頁協同辦公、快速召開電話會議等高級業務功能應用。

2.5 中繼方式與信令設置

2.5.1 網內中繼

控制中心的主用SS 軟交換核心服務器通過專用傳輸系統提供的以太網接口與備用SS 及各個車站、備用控制中心、車輛段的AG 相連，實現控制中心、備用控制中心、車輛段及各車站的公務通信。控制中心內部的軟交換核心服務器、中繼網關、接入網關，通過控制中心為軟交換設置的三層以太網交換機互通。軟交換核心服務器與中繼網關(內嵌信令網關)之間采用H.248/SIGTRAN 協議互通，與接入網關之間采用H.248、SIP 協議互通。

2.5.2 市話中繼

軟交換系統通過中繼媒體網關通過2 Mbit/s 數字中繼與運營商市話交換機相連，對市話中繼采用全自動方式DOD1 + DID(即通過撥引示號后，再按市話的要求撥完所有號碼，中間不聽二次撥號音)，中繼信令滿足 No.7 信令、No.1 信令、PRI 信令要求。同時，本次配置的軟交換系統還支持與其他軟交換設備或網絡的互通互連。建議其采用SIP-I協議互通。

2.5.3 與無線通信系統的中繼

控制中心軟交換系統交換機與無線集群交換機通過2Mbit/s 數字中繼線連接，接口信令滿足No.7信令和No.1 信令協議要求。

2.6 中繼容量計算

話務量由式(1)計算得出:

式中:

S——交換機用戶數;

AK——交換機用戶線的平均話務量，取類似交換機實測數字，通常可取 0.13～0.17 Erl;

K——至公用網話務量占交換機總話務量的百分數，取類似交換機實測數字，通常可取30%～35%。

(1)市話中繼數計算。城市軌道交通電話網絡按配置3 000 用戶考慮，中繼線的數量是根據話務量大小及用戶分機數量來確定。設AK為0.13 Erl，K 為30%，則由式1 可得 A =117 Erl。取呼損為 0.01，查愛爾蘭B 表可知，中繼線大約為137 根中繼線，由于1E1 含30 個語音信道，因此需要4.6 個 E1。根據進一法并考慮冗余，共設置6 個2 Mbit/s 中繼與市話網互通。

(2)與無線通信系統的中繼數計算。城市軌道交通電話網絡按配置3 000 用戶考慮，考慮到話務量主要集中在電話網絡交換，與無線通信系統的互通相對較少。假設總話務量K 為10%，設AK為0.13 Erl，則由式(1)，A=39 Erl。取呼損為 0.01，查愛爾蘭B 表可知，中繼線大約為40 根中繼線，由于1E1 含 30 個語音信道，因此需要 1.3 個 E1。根據進一法并考慮冗余，共設置2 個2 Mbit/s 中繼與無線通信系統互通。

3 結語

綜上所述，城市軌道交通電話通信系統采用軟交換，技術的方案可行，簡化了電話網絡結構，可采用IP 承載網絡傳輸，能為專用通信網提供更多的新業務和個性化服務;節省了管理維護的人力、物力和費用，能為城市軌道交通電話通信系統引入新技術提供技術支持。

［1］范興娟.程控交換與軟交換技術［M］.北京:北京郵電大學出版社，2011.