鄭 川

(中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)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(wù)電話和專用電話。公務(wù)電話為城市軌道交通的管理部門、運(yùn)營(yíng)部門、維修部門提供一般公務(wù)聯(lián)絡(luò);專用(調(diào)度)電話包括調(diào)度電話、車站/車輛段內(nèi)直通電話、站間行車電話、軌旁電話等，為城市軌道交通調(diào)度員和相關(guān)工作人員提供專用的直線通信工具，能實(shí)現(xiàn)包括單呼、組呼、全呼、自動(dòng)錄音等多種功能。無(wú)論是專用調(diào)度電話還是公務(wù)電話，目前主要采用程控交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)多年的應(yīng)用，這一技術(shù)在城市軌道交通領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，有力地保障了列車的指揮和運(yùn)營(yíng)安全。

近年來(lái)，隨著城市軌道交通通信業(yè)務(wù)的IP(網(wǎng)絡(luò)之間互連的協(xié)議)化，以分組交換為核心的業(yè)務(wù)正在替代電路交換的核心業(yè)務(wù)。軟交換作為以IP 為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)形式，具有廣泛的應(yīng)用前景，且已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到了應(yīng)用，將成為下一代網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。研究軟交換技術(shù)在城市軌道交通通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，可更好地滿足城市軌道交通通信系統(tǒng)的發(fā)展需要，使城市軌道交通的公務(wù)、專用電話業(yè)務(wù)在保證通話質(zhì)量和系統(tǒng)功能的前提下，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)資源的最優(yōu)配置。

本文研究軟交換技術(shù)及其在城市軌道交通通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上，提出了適合于城市軌道交通通信系統(tǒng)應(yīng)用的軟交換的體系結(jié)構(gòu)。

1 軟交換技術(shù)及其在城市軌道交通通信系統(tǒng)中應(yīng)用的可能性

1.1 軟交換技術(shù)

根據(jù)國(guó)際 SoftSwitch 論壇國(guó)際軟交換協(xié)會(huì)(International SoftSwitch Consortium，簡(jiǎn)為 ISC)的定義，軟交換是基于分組網(wǎng)利用程控軟件提供呼叫控制功能和媒體處理相分離的設(shè)備與系統(tǒng)。軟交換是通過(guò)純軟件實(shí)現(xiàn)控制功能，把呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān)(傳輸層)中分離出來(lái)，搭建具有控制、交換等功能的軟交換平臺(tái)。

軟交換通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種業(yè)務(wù)的控制和傳送功能。其主要的網(wǎng)關(guān)包括媒體網(wǎng)關(guān)、信令網(wǎng)關(guān)、接入網(wǎng)關(guān)、綜合接入設(shè)備等。在網(wǎng)關(guān)間執(zhí)行的主要協(xié)議包括:IP 電話協(xié)議，如 H.323，SIP 等;媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議;信令轉(zhuǎn)換協(xié)議(SIGTRAN);互聯(lián)互通協(xié)議;以及業(yè)務(wù)層協(xié)議等。

軟交換與軟交換之間的組網(wǎng)有3 種結(jié)構(gòu):軟交換平面路由結(jié)構(gòu);軟交換分級(jí)路由結(jié)構(gòu)和定位服務(wù)器分級(jí)路由結(jié)構(gòu)。

軟交換具有豐富的功能和標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議體系，不僅可支持現(xiàn)在的話音交換功能，還可支持靈活的、多樣性的功能，包括數(shù)據(jù)通信、視頻等，且具有計(jì)費(fèi)、管理、維護(hù)等多方面的能力。

1.2 城市軌道交通通信系統(tǒng)的應(yīng)用需求

城市軌道交通電話系統(tǒng)采用軟交換技術(shù)，不僅能滿足城市軌道交通公務(wù)電話系統(tǒng)和專用電話系統(tǒng)的基本業(yè)務(wù)需求，還具有以下優(yōu)勢(shì)。

(1)城市軌道交通通信網(wǎng)的扁平結(jié)構(gòu):根據(jù)城市軌道交通電話系統(tǒng)的特點(diǎn)，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(duì)集中外，各個(gè)車站用戶數(shù)量較少;而軟交換系統(tǒng)集中智能的網(wǎng)絡(luò)管理體系、靈活接入的方式，能夠很好地適應(yīng)城市軌道交通用戶較為分散的特點(diǎn)。軟交換系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性好、實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大，可滿足城市軌道交通公務(wù)電話用戶對(duì)系統(tǒng)維護(hù)管理等多方面的需求。

(2)城市軌道交通通信的新要求:公務(wù)電話軟交換可實(shí)現(xiàn)與辦公自動(dòng)化(OA)系統(tǒng)融合，開(kāi)展企業(yè)通信錄、一號(hào)通、點(diǎn)擊撥號(hào)、通話記錄、電子傳真、即時(shí)消息，以及通過(guò)網(wǎng)頁(yè)協(xié)同辦公、快速召開(kāi)電話會(huì)議等高級(jí)業(yè)務(wù)功能應(yīng)用;同時(shí)，可以開(kāi)展視頻電話業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)頁(yè)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻，增加了辦公的便捷性。

(3)TDM(時(shí)分復(fù)用)業(yè)務(wù)IP 化，統(tǒng)一傳輸業(yè)務(wù)類型，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)配置:城市軌道交通信息傳輸系統(tǒng)承載的業(yè)務(wù)主要包括TDM 和IP 兩類。TDM 業(yè)務(wù)包括話音信息、低速數(shù)據(jù)、電話中繼等;IP 業(yè)務(wù)包括視頻及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信息。隨著城市軌道交通業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，TDM 業(yè)務(wù)在傳輸帶寬中所占比例越來(lái)越小。傳統(tǒng)的MSTP(多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái))承載網(wǎng)絡(luò)以話音為中心的TDM 結(jié)構(gòu)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(shù)，建立IP 傳輸網(wǎng)絡(luò)。

(4)公務(wù)電話系統(tǒng)和專用電話系統(tǒng)功能融合，節(jié)省資源:在公務(wù)電話系統(tǒng)控制中心增加一套調(diào)度服務(wù)器，通過(guò)軟交換的新業(yè)務(wù)功能，配置相應(yīng)的軟件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)公務(wù)、調(diào)度、站內(nèi)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(jī)的重復(fù)配置，提高了系統(tǒng)集成度，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，最大限度地實(shí)現(xiàn)了設(shè)備、技術(shù)、信息等的資源共享，節(jié)省了工程投資，也減少了電話系統(tǒng)的維護(hù)工作量，為構(gòu)建一個(gè)全透明的城市軌道交通電話網(wǎng)提供有力的技術(shù)支撐。

2 基于軟交換的城市軌道交通通信系統(tǒng)組網(wǎng)方案

城市軌道交通電話通信系統(tǒng)在控制中心、車輛段和各車站設(shè)置電話交換設(shè)備，與傳輸系統(tǒng)共同構(gòu)成電話交換網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電話出局與交換功能。

基于軟交換技術(shù)的城市軌道交通電話通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 基于軟交換技術(shù)的電話通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

根據(jù)軟交換網(wǎng)絡(luò)的四層架構(gòu)，設(shè)計(jì)城市軌道交通通信公務(wù)電話系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

(1)接入層:完成各控制中心、車站的媒體網(wǎng)關(guān)、接入網(wǎng)關(guān)和話機(jī)等的接入。

(2)傳輸層:數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)完成的功能，主要完成車站—控制中心、車站—車站的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

(3)控制層:軟交換核心層，完成呼叫控制、信令處理、業(yè)務(wù)交換等功能。

(4)業(yè)務(wù)層:完成統(tǒng)一網(wǎng)管(軟交換、媒體網(wǎng)關(guān)和接入網(wǎng)關(guān))、計(jì)費(fèi)、業(yè)務(wù)平臺(tái)的提供等功能。

根據(jù)軟交換電話系統(tǒng)的四層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，城市軌道交通公務(wù)電話系統(tǒng)構(gòu)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(shè)備(SS)，置于網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)(核心機(jī)房)，主要完成控制中心和車站用戶的呼叫控制、信令處理、語(yǔ)音路由、語(yǔ)音調(diào)度、視頻通話、統(tǒng)一通信等功能。軟交換核心控制設(shè)備主要板件(主控板、協(xié)議處理板、電源板等)采用1 +1 熱備，以保證系統(tǒng)安全可靠，設(shè)備容量按不低于40 000 用戶考慮。

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

(3)在控制中心設(shè)置一套中繼網(wǎng)關(guān)(TG)，用于與市話網(wǎng)和專用無(wú)線通信系統(tǒng)的互連互通。

(4)在控制中心設(shè)置一套網(wǎng)管設(shè)備，對(duì)本線及后續(xù)線路設(shè)置的公務(wù)電話系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行集中維護(hù)管理。

(5)在控制中心設(shè)置一套計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)線網(wǎng)公務(wù)電話用戶的集中計(jì)費(fèi)管理。

(6)采用IP 話務(wù)臺(tái)，F(xiàn)E(快速以太網(wǎng))口接入網(wǎng)絡(luò)即可，達(dá)到全網(wǎng)查號(hào)及語(yǔ)音郵箱功能。軟交換和計(jì)費(fèi)服務(wù)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(shè)置一套SS，其性能與規(guī)格與主用SS 相同;在主用SS 故障時(shí)，可通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)的方式將業(yè)務(wù)切換到備用SS 上。設(shè)置一套IAD，用于備用控制中心和車輛段范圍的公務(wù)通信，容量按1 500 用戶配置。

2.3 車站方案

在各車站設(shè)置一套車站接入AG(接入網(wǎng)關(guān))，容量按100 用戶配置。

2.4 軟件設(shè)置

通過(guò)對(duì)軟交換網(wǎng)管軟件的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)公務(wù)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(shí)還能實(shí)現(xiàn)企業(yè)通信錄、一號(hào)通、通話記錄、視頻電話、通過(guò)網(wǎng)頁(yè)協(xié)同辦公、快速召開(kāi)電話會(huì)議等高級(jí)業(yè)務(wù)功能應(yīng)用。

2.5 中繼方式與信令設(shè)置

2.5.1 網(wǎng)內(nèi)中繼

控制中心的主用SS 軟交換核心服務(wù)器通過(guò)專用傳輸系統(tǒng)提供的以太網(wǎng)接口與備用SS 及各個(gè)車站、備用控制中心、車輛段的AG 相連，實(shí)現(xiàn)控制中心、備用控制中心、車輛段及各車站的公務(wù)通信?？刂浦行膬?nèi)部的軟交換核心服務(wù)器、中繼網(wǎng)關(guān)、接入網(wǎng)關(guān)，通過(guò)控制中心為軟交換設(shè)置的三層以太網(wǎng)交換機(jī)互通。軟交換核心服務(wù)器與中繼網(wǎng)關(guān)(內(nèi)嵌信令網(wǎng)關(guān))之間采用H.248/SIGTRAN 協(xié)議互通，與接入網(wǎng)關(guān)之間采用H.248、SIP 協(xié)議互通。

2.5.2 市話中繼

軟交換系統(tǒng)通過(guò)中繼媒體網(wǎng)關(guān)通過(guò)2 Mbit/s 數(shù)字中繼與運(yùn)營(yíng)商市話交換機(jī)相連，對(duì)市話中繼采用全自動(dòng)方式DOD1 + DID(即通過(guò)撥引示號(hào)后，再按市話的要求撥完所有號(hào)碼，中間不聽(tīng)二次撥號(hào)音)，中繼信令滿足 No.7 信令、No.1 信令、PRI 信令要求。同時(shí)，本次配置的軟交換系統(tǒng)還支持與其他軟交換設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)的互通互連。建議其采用SIP-I協(xié)議互通。

2.5.3 與無(wú)線通信系統(tǒng)的中繼

控制中心軟交換系統(tǒng)交換機(jī)與無(wú)線集群交換機(jī)通過(guò)2Mbit/s 數(shù)字中繼線連接，接口信令滿足No.7信令和No.1 信令協(xié)議要求。

2.6 中繼容量計(jì)算

話務(wù)量由式(1)計(jì)算得出:

式中:

S——交換機(jī)用戶數(shù);

AK——交換機(jī)用戶線的平均話務(wù)量，取類似交換機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)字，通?？扇?0.13～0.17 Erl;

K——至公用網(wǎng)話務(wù)量占交換機(jī)總話務(wù)量的百分?jǐn)?shù)，取類似交換機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)字，通常可取30%～35%。

(1)市話中繼數(shù)計(jì)算。城市軌道交通電話網(wǎng)絡(luò)按配置3 000 用戶考慮，中繼線的數(shù)量是根據(jù)話務(wù)量大小及用戶分機(jī)數(shù)量來(lái)確定。設(shè)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(ài)爾蘭B 表可知，中繼線大約為137 根中繼線，由于1E1 含30 個(gè)語(yǔ)音信道，因此需要4.6 個(gè) E1。根據(jù)進(jìn)一法并考慮冗余，共設(shè)置6 個(gè)2 Mbit/s 中繼與市話網(wǎng)互通。

(2)與無(wú)線通信系統(tǒng)的中繼數(shù)計(jì)算。城市軌道交通電話網(wǎng)絡(luò)按配置3 000 用戶考慮，考慮到話務(wù)量主要集中在電話網(wǎng)絡(luò)交換，與無(wú)線通信系統(tǒng)的互通相對(duì)較少。假設(shè)總話務(wù)量K 為10%，設(shè)AK為0.13 Erl，則由式(1)，A=39 Erl。取呼損為 0.01，查愛(ài)爾蘭B 表可知，中繼線大約為40 根中繼線，由于1E1 含 30 個(gè)語(yǔ)音信道，因此需要 1.3 個(gè) E1。根據(jù)進(jìn)一法并考慮冗余，共設(shè)置2 個(gè)2 Mbit/s 中繼與無(wú)線通信系統(tǒng)互通。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，城市軌道交通電話通信系統(tǒng)采用軟交換，技術(shù)的方案可行，簡(jiǎn)化了電話網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可采用IP 承載網(wǎng)絡(luò)傳輸，能為專用通信網(wǎng)提供更多的新業(yè)務(wù)和個(gè)性化服務(wù);節(jié)省了管理維護(hù)的人力、物力和費(fèi)用，能為城市軌道交通電話通信系統(tǒng)引入新技術(shù)提供技術(shù)支持。

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