淺談通信系統在甘肅省高速公路中的應用

張禹

摘 要：隨著我省高速公路信息產業的高速發展，通信作為機電系統建設的基礎類設施，主要為我省高速公路收費系統、監控系統、語音系統、視頻會議等提供透明的傳輸通道。通信系統自2001年開始大規模建設，近年來隨著聯網收費路段的不斷增加，通信網絡架構也在持續的增強及完善。目前，我省高速公路通信系統由光傳輸系統、程控數字交換系統、軟交換系統、綜合業務接入網系統構成。本文重點針對高速公路中的通信系統應用進行闡述。

關鍵詞：通信系統;高速公路;應用

中圖分類號：U495 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）04-0033-02

1 現狀分析

1.1 光傳輸系統現狀

（1）系統結構分析。甘肅省高速公路通信網絡是以光傳輸系統為底層支撐系統，2011年之前建設的收費路段均采用SDH技術，近年來新建路段均采用增加了分布式控制平面的ASON系統。ASON的概念是國際電聯在2000年3月提出的，基本設想是在光傳送網中引入控制平面，以實現網絡資源的按需分配從而實現光網絡的智能化。因此我們可以將其看作是SDH的加強版。由于光傳輸系統主要是跟隨收費站主體機電工程建設的配套光通信工程，隨著我省高速公路收費業務的規劃建設與發展，通信網絡隨之逐步進行建設完善。因此，目前在網的光傳輸系統設備投入使用的年限各不相同，并且有一少部分的設備已處于停產狀態。與此同時，光傳輸技術作為通信產業的熱門技術之一，在近年來的設計及應用上出現了巨大的技術革新，因此，我省高速公路不同時期建設并投入使用的光傳輸設備在業務、功能及組網方面都存在一些明顯的差異。

（2）帶寬分布介紹。甘肅省高速公路建設始于2002年12月，建設初期7高速公路條共367Km。隨著甘肅省高速公路的建設和發展，根據省政府2007年4月3日甘政辦發[2007]37號批準實施的《甘肅省高速公路網規劃》，甘肅省高速公路網由國家高速公路系統和甘肅地方高速公路系統兩部分構成，規劃總里程4750Km，其中，國家高速3753Km，地方高速997Km。截止2016年底已建成高速公路3173Km，通過通信網絡的業務也從早期單一的收費業務擴展到收費、視頻、外場監控、內線電話、站站通、視頻會議、區間測速、應急救援平臺等多種多樣。隨著業務種類的增多，各單一業務數據量的膨脹，對于通信帶寬的需求也是日益增加。因此，統計現有業務帶寬分布情況，對網絡進行優化，從而增加帶寬利用率成為了我省高速公路面臨的必須解決的一個問題。

1.2 數字程控交換系統現狀

數字程控交換機雖然是研究多年的老課題，但由于現在的交換機在不停的更新換代，對新型交換機的需求也在不斷增加，使我們更應對這些基礎的東西增加更多的注意力。數字程控交換機是語音電話網及綜合業務數字網的關鍵設備，在甘肅省高速公路通信專網中起著非常重要的作用。

甘肅省高速公路在網運行的數字程控交換機，其交換網絡主要采用時分交換的方式。利用專用通信芯片，既能進行電路交換，又能進行分組交換，而且能實現話音和非話業務等多種業務通信，組成綜合業務數字網（Integrated Services Digital Network，ISDN）。

根據數字程控交換機的建設年限進行劃分，2010年以后建設的路段，程控交換機在網運行時間較短，設備關健板件均為1+1備份配置，業務板基本為冗余雙通道，運行穩定，設備可靠。2010年以前建設的程控交換設備主要集在中2002年～2005年之間，在網運行時間較長，最長已達14年之久。而這部分程控交換機目前已經停產，在設備損壞后很難再找到與其相配的備板備件，特別是這些程控交換機的主控板及網管服務器硬件老化嚴重，多次發生過宕機現象。隨著近年來高速公路機電專項工程的開展，此類程控交換機正在逐步的更換為軟交換系統。

1.3 軟交換系統現狀

隨著程控交換機設備的停產，軟交換系統漸漸地被推上了我省高速公路通信網絡平臺。到目前為止，隨著多次的升級改造專項工程，我省已經初步形成了軟交換語音網，是以省中心兩套eSpace U1981為核心的星型網絡結構。由省中心進行全省五位號碼的內網語音調度，由各個收費管理所完成各自路段的內網語音交換。分支節點則根據各路段具體結構選擇eSpace U1910、eSpace U1911系列網關，實現各個收費站的語音接入，提供語音再生能力。eSpace U1981是華為系列語音網關的大容量設備，擁有電信級可靠性，支持雙機部署或異地容災，適用于大型語音通信應用，非常適用于高速公路語音通信網絡。

軟交換技術是基于IP來承載鏈路互通信息的，需要龐大的IP地址資源。但是，軟交換系統在我省高速公路語音通信系統建設中僅僅只是開始，同時又缺乏對軟交換系統的統一規劃。導致目前的軟交換系統建設混亂不堪，甚至出現了部分站點IP沖突的現象。因此，對軟交換系統的IP地址進行統一規劃，并整改現有軟交換系統已經迫在眉睫。

1.4 綜合業務接入網系統現狀

我省高速公路綜合業務接入網系統通過V5.2接口與程控交換機互聯，與程控交換機共同實現各個收費站的語音內線電話功能。隨著我省高速公路的程控交換機被漸漸淘汰出語音通信系統，接入網也逐漸被站級軟交換系統替代。而綜合業務接入網的業務功能其實遠不止如此，其設備更加趨向于鐵路調度指揮系統的應用，在我省高速公路的應用當中，僅僅局限在語音電話的實現而已。

2 整體對通信網的需求

2.1 收費網絡對通信帶寬的需求分析

甘肅省高速公路收費系統是“省中心-收費管理所-收費站”三級聯動的星型網絡結構，其中高速公路管理局中心機房放置的H3C-S12508核心交換機作為總網絡匯接點，點對點直連了全省各個收費管理所的網絡節點。星型拓撲結構也稱“集中式拓撲結構”，因為在這種結構的網絡中有中央節點，其他節點都與中央節點直接相連，這種結構以中央節點為中心，因此它又被稱為集中式網絡。星型網絡結構是目前應用最廣、實用性最好的一種拓撲結構。無論在局域網中，還是在廣域網中都可以見到它的身影。擁有網絡傳輸數據快;實現容易，成本低;維護容易;安全性能高等特點。

根據目前收費網絡帶寬分析，收費系統以各個收費管理所劃分子網，以各個收費站的車道機、管理機、查詢機、服務器為基礎網絡單元，每條路段至省中心的收費總帶寬按照站點數進行計算，具體計算公式為：收費總帶寬=站點數×4Mbps。收費管理所至收費站的帶寬均為4Mbps。以白蘭高速公路收費管理所為例，擁有4個站點的白蘭所與省中心之間的收費帶寬為4×4Mbps=16Mbps，白蘭所與所屬收費站之間的收費帶寬為固定的4Mbps。就現在的收費網絡使用情況來看，隨著收費軟件的升級及收費業務量的增多，現有的4Mbps/每站的基數明顯不足，需要將各個收費站的收費帶寬提升為10Mbps，收費所至省中心的帶寬也應當隨著站級帶寬的擴大而升級：收費總帶寬=站點數×10Mbps。

2.2 監控網絡對通信帶寬的需求分析

近年來，高清視頻圖像技術在高速公路廣泛應用，較大程度的提高了高速公路的管理及服務水平，為社會提供廣泛的出行公眾服務信息。由于高清視頻圖像的分辨率相當于傳統模擬視頻的4倍，其畫面清晰度與色彩還原度均需要龐大的通信帶寬作為支持。而甘肅省高速公路現有的監控網絡傳輸通道是以一路圖像配置2Mbps的傳輸帶寬進行分配的，這種分配方式在平均6Mbps碼流的視頻監控網絡中是不夠的。

甘肅省高速公路監控網絡勢必會發展成為高清視頻監控網絡，在這種趨勢下，監控網絡及通信設備未來的發展方向均需滿足高清視頻圖像的傳輸需求。而根據現有的監控網絡帶寬分析，以各個收費管理所、隧道管理所為單位，每條路段平均擁有150-250路圖像，考慮到監控視頻在上傳圖像時不會同時并發，因此，監控網絡核心匯聚層承載業務的帶寬收斂比通常是5比1，也就是本地路段若有150路圖像，監控圖像并發數為30路圖像，該收斂比同樣適用于高清視頻圖像。按照1920×1080p/60Hz分辨率的高清視頻進行估算，每路圖像需要預配置10Mbps帶寬，那么所屬路段監控網絡傳輸通道的帶寬算法是：監控帶寬=圖像數×1/5×10Mbp，以150路圖像的路段為例，高清視頻監控所需通信帶寬至少為150×1/5×10Mbps =300Mbps。在光傳輸系統上至少占用兩個VC4的帶寬（VC4是與140Mbps PDH信號相對應的標準虛容器）。

2.3 視頻會議對通信帶寬的需求分析

甘肅省高速公路形成的視頻會議網絡是近年來建設并完善的新型網絡，該網絡是與監控、收費、Internet完全物理隔離的獨立網絡。以省中心為節點，與各個收費管理所形成點對點通信，各所的視頻會議傳輸帶寬均為16Mbps，考慮到高清視頻圖像僅有一路并發，因此，我省的視頻會議業務傳輸帶寬足夠。

2.4 語音系統對通信帶寬的需求分析

（1）程控交換機。各個收費管理所的語音系統大多數為程控交換機系統，與省中心通過1條E1鏈路建立NO.7信令連接，該鏈路擁有30路語音話路動態分配時隙。由于是E1鏈路傳輸方式，從物理上無法進行帶寬擴容。

（2）軟交換。而近年來建設的軟交換系統與省中心建立1條帶寬為2Mbps的SIP中繼，這種語音中繼同樣不需要進行升級擴容。

3 結語

通過通信技術在甘肅省高速公路的應用分析，可以使我們在建設途中合理規劃，科學分析，適度超前。網絡帶寬容量要有一定程度的冗余（建議按整體規劃30%帶寬預留），能夠滿足未來10年網絡帶寬的增長需求，避免重復建設。制定統一的業務接入準則，為后續業務擴容提供參考依據。采用先進而成熟的技術及設備，能夠滿足網絡傳輸速率的平滑升級、業務板卡擴展，滿足高帶寬顆粒IP業務的傳輸。并保持設備版本統一、業務板件通用等要求以方便后期維護，降低維護成本。甘肅高速通信網絡正在向IP化、寬帶化方向發展。IP技術與現代網絡相比，有許多優越性，如：易于提供豐富靈活的新業務，保持網絡的可持續發展，可簡化網絡結構，實現業務融合，提升網絡的利用率等。隨著高速公路路網密度加大和網格化以及監控、收費業務的IP化演進，以VC調度為基礎的SDH網絡首先在擴展性和效率方面表現出了明顯不足，在光層上直接承載IP/MPLS的扁平化架構已經成為大勢所趨。這對傳送網絡提出了新的要求，業務驅動永遠是業務和網絡發展的原動力，能滿足各種新型業務的新技術呼之欲出。