張禹

摘 要：隨著我省高速公路信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，通信作為機電系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)類設(shè)施，主要為我省高速公路收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、語音系統(tǒng)、視頻會議等提供透明的傳輸通道。通信系統(tǒng)自2001年開始大規(guī)模建設(shè)，近年來隨著聯(lián)網(wǎng)收費路段的不斷增加，通信網(wǎng)絡架構(gòu)也在持續(xù)的增強及完善。目前，我省高速公路通信系統(tǒng)由光傳輸系統(tǒng)、程控數(shù)字交換系統(tǒng)、軟交換系統(tǒng)、綜合業(yè)務接入網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成。本文重點針對高速公路中的通信系統(tǒng)應用進行闡述。

關(guān)鍵詞：通信系統(tǒng);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(xiàn)狀分析

1.1 光傳輸系統(tǒng)現(xiàn)狀

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析。甘肅省高速公路通信網(wǎng)絡是以光傳輸系統(tǒng)為底層支撐系統(tǒng)，2011年之前建設(shè)的收費路段均采用SDH技術(shù)，近年來新建路段均采用增加了分布式控制平面的ASON系統(tǒng)。ASON的概念是國際電聯(lián)在2000年3月提出的，基本設(shè)想是在光傳送網(wǎng)中引入控制平面，以實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的按需分配從而實現(xiàn)光網(wǎng)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(tǒng)主要是跟隨收費站主體機電工程建設(shè)的配套光通信工程，隨著我省高速公路收費業(yè)務的規(guī)劃建設(shè)與發(fā)展，通信網(wǎng)絡隨之逐步進行建設(shè)完善。因此，目前在網(wǎng)的光傳輸系統(tǒng)設(shè)備投入使用的年限各不相同，并且有一少部分的設(shè)備已處于停產(chǎn)狀態(tài)。與此同時，光傳輸技術(shù)作為通信產(chǎn)業(yè)的熱門技術(shù)之一，在近年來的設(shè)計及應用上出現(xiàn)了巨大的技術(shù)革新，因此，我省高速公路不同時期建設(shè)并投入使用的光傳輸設(shè)備在業(yè)務、功能及組網(wǎng)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(shè)始于2002年12月，建設(shè)初期7高速公路條共367Km。隨著甘肅省高速公路的建設(shè)和發(fā)展，根據(jù)省政府2007年4月3日甘政辦發(fā)[2007]37號批準實施的《甘肅省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》，甘肅省高速公路網(wǎng)由國家高速公路系統(tǒng)和甘肅地方高速公路系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，規(guī)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(wǎng)絡的業(yè)務也從早期單一的收費業(yè)務擴展到收費、視頻、外場監(jiān)控、內(nèi)線電話、站站通、視頻會議、區(qū)間測速、應急救援平臺等多種多樣。隨著業(yè)務種類的增多，各單一業(yè)務數(shù)據(jù)量的膨脹，對于通信帶寬的需求也是日益增加。因此，統(tǒng)計現(xiàn)有業(yè)務帶寬分布情況，對網(wǎng)絡進行優(yōu)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(shù)字程控交換系統(tǒng)現(xiàn)狀

數(shù)字程控交換機雖然是研究多年的老課題，但由于現(xiàn)在的交換機在不停的更新?lián)Q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(chǔ)的東西增加更多的注意力。數(shù)字程控交換機是語音電話網(wǎng)及綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，在甘肅省高速公路通信專網(wǎng)中起著非常重要的作用。

甘肅省高速公路在網(wǎng)運行的數(shù)字程控交換機，其交換網(wǎng)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(xiàn)話音和非話業(yè)務等多種業(yè)務通信，組成綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（Integrated Services Digital Network，ISDN）。

根據(jù)數(shù)字程控交換機的建設(shè)年限進行劃分，2010年以后建設(shè)的路段，程控交換機在網(wǎng)運行時間較短，設(shè)備關(guān)健板件均為1+1備份配置，業(yè)務板基本為冗余雙通道，運行穩(wěn)定，設(shè)備可靠。2010年以前建設(shè)的程控交換設(shè)備主要集在中2002年～2005年之間，在網(wǎng)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(jīng)停產(chǎn)，在設(shè)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(wǎng)管服務器硬件老化嚴重，多次發(fā)生過宕機現(xiàn)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(tǒng)。

1.3 軟交換系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著程控交換機設(shè)備的停產(chǎn)，軟交換系統(tǒng)漸漸地被推上了我省高速公路通信網(wǎng)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(jīng)初步形成了軟交換語音網(wǎng)，是以省中心兩套eSpace U1981為核心的星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。由省中心進行全省五位號碼的內(nèi)網(wǎng)語音調(diào)度，由各個收費管理所完成各自路段的內(nèi)網(wǎng)語音交換。分支節(jié)點則根據(jù)各路段具體結(jié)構(gòu)選擇eSpace U1910、eSpace U1911系列網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)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(wǎng)關(guān)的大容量設(shè)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(wǎng)絡。

軟交換技術(shù)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(tǒng)在我省高速公路語音通信系統(tǒng)建設(shè)中僅僅只是開始，同時又缺乏對軟交換系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃。導致目前的軟交換系統(tǒng)建設(shè)混亂不堪，甚至出現(xiàn)了部分站點IP沖突的現(xiàn)象。因此，對軟交換系統(tǒng)的IP地址進行統(tǒng)一規(guī)劃，并整改現(xiàn)有軟交換系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫。

1.4 綜合業(yè)務接入網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

我省高速公路綜合業(yè)務接入網(wǎng)系統(tǒng)通過V5.2接口與程控交換機互聯(lián)，與程控交換機共同實現(xiàn)各個收費站的語音內(nèi)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(tǒng)，接入網(wǎng)也逐漸被站級軟交換系統(tǒng)替代。而綜合業(yè)務接入網(wǎng)的業(yè)務功能其實遠不止如此，其設(shè)備更加趨向于鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)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(xiàn)而已。

2 整體對通信網(wǎng)的需求

2.1 收費網(wǎng)絡對通信帶寬的需求分析

甘肅省高速公路收費系統(tǒng)是“省中心-收費管理所-收費站”三級聯(lián)動的星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，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(wǎng)絡匯接點，點對點直連了全省各個收費管理所的網(wǎng)絡節(jié)點。星型拓撲結(jié)構(gòu)也稱“集中式拓撲結(jié)構(gòu)”，因為在這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡中有中央節(jié)點，其他節(jié)點都與中央節(jié)點直接相連，這種結(jié)構(gòu)以中央節(jié)點為中心，因此它又被稱為集中式網(wǎng)絡。星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)是目前應用最廣、實用性最好的一種拓撲結(jié)構(gòu)。無論在局域網(wǎng)中，還是在廣域網(wǎng)中都可以見到它的身影。擁有網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)快;實現(xiàn)容易，成本低;維護容易;安全性能高等特點。

根據(jù)目前收費網(wǎng)絡帶寬分析，收費系統(tǒng)以各個收費管理所劃分子網(wǎng)，以各個收費站的車道機、管理機、查詢機、服務器為基礎(chǔ)網(wǎng)絡單元，每條路段至省中心的收費總帶寬按照站點數(shù)進行計算，具體計算公式為：收費總帶寬=站點數(shù)×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(xiàn)在的收費網(wǎng)絡使用情況來看，隨著收費軟件的升級及收費業(yè)務量的增多，現(xiàn)有的4Mbps/每站的基數(shù)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(shù)×10Mbps。

2.2 監(jiān)控網(wǎng)絡對通信帶寬的需求分析

近年來，高清視頻圖像技術(shù)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(tǒng)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(xiàn)有的監(jiān)控網(wǎng)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(jiān)控網(wǎng)絡中是不夠的。

甘肅省高速公路監(jiān)控網(wǎng)絡勢必會發(fā)展成為高清視頻監(jiān)控網(wǎng)絡，在這種趨勢下，監(jiān)控網(wǎng)絡及通信設(shè)備未來的發(fā)展方向均需滿足高清視頻圖像的傳輸需求。而根據(jù)現(xiàn)有的監(jiān)控網(wǎng)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(jiān)控視頻在上傳圖像時不會同時并發(fā)，因此，監(jiān)控網(wǎng)絡核心匯聚層承載業(yè)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(jiān)控圖像并發(fā)數(shù)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(jiān)控網(wǎng)絡傳輸通道的帶寬算法是：監(jiān)控帶寬=圖像數(shù)×1/5×10Mbp，以150路圖像的路段為例，高清視頻監(jiān)控所需通信帶寬至少為150×1/5×10Mbps =300Mbps。在光傳輸系統(tǒng)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(wǎng)絡是近年來建設(shè)并完善的新型網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡是與監(jiān)控、收費、Internet完全物理隔離的獨立網(wǎng)絡。以省中心為節(jié)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(fā)，因此，我省的視頻會議業(yè)務傳輸帶寬足夠。

2.4 語音系統(tǒng)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(tǒng)大多數(shù)為程控交換機系統(tǒng)，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(tài)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(shè)的軟交換系統(tǒng)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(jié)語

通過通信技術(shù)在甘肅省高速公路的應用分析，可以使我們在建設(shè)途中合理規(guī)劃，科學分析，適度超前。網(wǎng)絡帶寬容量要有一定程度的冗余（建議按整體規(guī)劃30%帶寬預留），能夠滿足未來10年網(wǎng)絡帶寬的增長需求，避免重復建設(shè)。制定統(tǒng)一的業(yè)務接入準則，為后續(xù)業(yè)務擴容提供參考依據(jù)。采用先進而成熟的技術(shù)及設(shè)備，能夠滿足網(wǎng)絡傳輸速率的平滑升級、業(yè)務板卡擴展，滿足高帶寬顆粒IP業(yè)務的傳輸。并保持設(shè)備版本統(tǒng)一、業(yè)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(wǎng)絡正在向IP化、寬帶化方向發(fā)展。IP技術(shù)與現(xiàn)代網(wǎng)絡相比，有許多優(yōu)越性，如：易于提供豐富靈活的新業(yè)務，保持網(wǎng)絡的可持續(xù)發(fā)展，可簡化網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)業(yè)務融合，提升網(wǎng)絡的利用率等。隨著高速公路路網(wǎng)密度加大和網(wǎng)格化以及監(jiān)控、收費業(yè)務的IP化演進，以VC調(diào)度為基礎(chǔ)的SDH網(wǎng)絡首先在擴展性和效率方面表現(xiàn)出了明顯不足，在光層上直接承載IP/MPLS的扁平化架構(gòu)已經(jīng)成為大勢所趨。這對傳送網(wǎng)絡提出了新的要求，業(yè)務驅(qū)動永遠是業(yè)務和網(wǎng)絡發(fā)展的原動力，能滿足各種新型業(yè)務的新技術(shù)呼之欲出。