高速公路通信系統技術探討

高航遠

摘? 要：文章對高速公路機電工程三大系統之一的通信系統進行了討論和分析，綜合論述了數字同步體系（SDH）、分組傳送網（PTN）及無源光網絡（PON）等技術在高速公路通信系統中的應用。

關鍵詞：高速公路;通信系統;數字同步體系（SDH）;分組傳送網（PTN）;無源光網絡（PON）

中圖分類號：U495? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）10-0143-02

Abstract： This paper discusses and analyzes the communication system， which is one of the three major systems of expressway electromechanical engineering， and comprehensively discusses the application of synchronous digital hierarchy （SDH）， packet transport network （PTN） and passive optical network （PON） in expressway communication system.

Keywords： highway; communication system; synchronous digital hierarchy （SDH）; packet transport network （PTN）; passive optical network （PON）

引言

作為高速公路機電工程中的三大系統之一，通信系統為高速公路的現代化管理提供重要的支撐作用，為監控系統與收費系統等提供語音、數據和圖像等信息的傳輸，為道路使用者提供事故報警的手段，是高速公路正常高效運營必不可少的部分。

數字同步體系（SDH）技術自20世紀80年代產生以來，因其相較于準同步數字傳輸體系（PDH）技術的優勢而迅速得到推廣，在高速公路通信系統中也得到了大范圍的使用。但是隨著時代的進步及信息化革命的提速，SDH技術越來越不能滿足人們的需求。分組傳送網（PTN）及無源光網絡（PON）技術的出現，使得高速公路通信系統有了長足的進步，具備了更高效的性能。

1 SDH技術概述

數字同步體系（SDH）技術以同步時分復用（STDM）和光纖技術為核心，由終端復用器（TM）、分插復用器（ADM）、再生中繼器（REG）及數字交叉連接設備（DXC）等設備構成。SDH技術甫一誕生，便以其強大的網絡管理能力、靈活的復用和映射結構、統一的光接口及網絡節點接口以及完善的操作維護管理（OAM）能力，迅速得到了廣泛的應用。[1]

2 SDH技術在高速公路通信系統中的應用及局限

SDH技術在高速公路中的應用，最初也主要是用于電話語音傳輸，但隨著高速公路業務的增長，目前SDH設備主要用于視頻監控系統和收費系統業務，而最初的語音通話業務也已不再是該技術所支持的主要業務。

SDH是一項成熟且應用廣泛的光傳輸技術，多年來在高速公路通信系統中也已大范圍采用。但隨著通信技術的發展和業務需求的增長，尤其是視頻監控等業務對網絡的傳輸速率等性能提出了更加嚴格的要求，這使得SDN技術的性能越來越顯得捉襟見肘，主要體現在：

（1）流量和網絡擁塞控制能力差。大規模地使用軟件控制，以及在少數的幾個高速鏈路與交叉節點上集中了很大的業務量，因此如果這些關鍵節點出現故障，這將會導致大規模的網絡故障甚或全網癱瘓。

（2）不能提供良好的服務質量（QoS）。

（3）擴容成本高，可擴展性不盡如人意。現今高速公路視頻監控系統都為基于以太網的高帶寬要求業務，而對于實現此功能的SDH設備，如光板和以太網版等，都是成本較高的設備。

3 PTN及PON技術概述

3.1 PTN技術概述

隨著技術的進步，傳送網所承載的業務從時分復用（TDM）向IP轉變，而SDH以TDM為技術基礎的網絡擴容模式很難再為新需求發展提供支撐，而PTN憑借多元化的業務承載類型、強大的帶寬拓展能力以及完備的OAM能力，成為傳輸網的新選項。

分組傳送網（PTN）技術是在IP業務和光傳輸介質之間新設的一個層面，該技術針對分組業務的流量突發性及統計復用傳送的要求而設計，以分組業務為核心并能支持多業務提供。PTN適合各種粗細顆粒的業務、端到端的組網能力，因此更加適合IP業務特性的“柔性”傳輸管道。[2]

3.2 PON技術概述

無源光網絡（PON）技術是指在光分配網絡（ODN）中不含有源的電子設備，ODN中所有的傳輸設施都采用無源電子設備，如光纖、光連接器、無源光分路器及光纖接頭等。PON因其技術特性，可以避免外部電磁干擾，而且有較低的設備故障率及較高的系統可靠性。

雖然PON的傳輸距離較有源光網絡（AON）為短，但其卻有著造價低、易于維護等顯著優勢。

從技術發展的趨勢來看，隨著業務對帶寬要求越來越高，現在廣泛使用的以太無源光網絡（EPON）及吉比特無源光網絡（GPON）在技術上的瓶頸將日趨明顯，因此引入波分復用（WDM）的下一代無源光網絡（NG-PON）將引領將來的發展方向。

4 高速公路通信系統概述

高速公路通信系統一般由光纖數字傳輸系統、語音交換系統、光電纜線路工程及通信電源等系統組成。

光纖數字傳輸系統主要的任務是為高速公路沿線各站點業務電話、監控系統、收費系統、隧道機電設施、辦公自動化、站前信息發布屏等的語音、數據和圖像等信息的傳輸提供通道，為高速公路聯網及集中統一管理提供信息傳輸通道。

語音交換系統即電話交換系統，由本地電話網、省域長途電話網和交通運輸部省際長途電話網等組成。系統在各收費站、服務區及隧道洞口變電所配置業務電話、收費對講電話及傳真機等設施。

5 PTN及PON技術在高速公路通信系統中的應用

在傳輸網系統中，省域干線傳輸網（即干線網）可采用SDH設備，路段接入網（即接入網）可采用含PTN的傳輸和接入設備組成，系統架構如圖1所示。

省域干線采用SDH技術可直接對接原有干線網絡，路段接入網由布設在通信分中心的光線路終端（OLT）和分布在各通信站的光網絡單元（ONU）等網元設備構成。接入網采用PTN技術構建光纖環網，為高速公路相關業務提供足夠的傳輸帶寬。高速公路沿線及隧道的視頻監控數據和收費數據等遠端數據，通過EPON光纖接入進行組網，接入通信系統中。

采用PTN和PON架構的高速公路通信系統具有如下特點：

（1）系統性能更加高效。PTN與PON技術的結合，使得系統能夠承載大容量的IP業務，這種架構非常適用于傳輸高速公路監控系統日益增長的帶寬要求，并且能夠提供端到端的管理業務，使得系統更加智能。

（2）系統更加安全可靠。PON技術所采用的無源設備，使得網絡的核心設備的故障率大大降低，也不會出現SDH網絡中若關鍵節點出現故障，則可能全網癱瘓的問題。

（3）系統使用方便靈活。由于系統有著豐富的以太網業務接口，因此可以根據用戶管理的需求，開發和接入更加個性化的業務。

6 結束語

通信系統處于高速公路機電工程中的核心地位，是高速公路語音、數據和圖像等信息的傳輸的重要保障。

當前，基于云計算、互聯網和大數據以及人工智能等新一代互聯網技術的智慧高速公路已經浮現，這將為人們的高速公路出行提供更加舒暢愉快和高效智能的體驗，也將使得高速公路變得更加綠色環保。隨著高速公路建設的進展及數字通信技術發展越來越快，相關業務對通信系統也會提出越來越高的性能要求。[3]

參考文獻：

[1]孫學康，毛京麗.SDH技術（第3版）[M].北京：人民郵電出版社，2015：45-52.

[2]許圳彬，王田甜，胡佳，等.分組傳送網技術[M].北京：人民郵電出版社，2015：4-12.

[3]洪盛，洪豐.高速公路機電通信系統新技術發展狀況分析[J].物聯網技術，2017（9）：59-60.