IP通信技术在忻阜高速公路通信系统中的应用

□王晓霞

(山西交通职业技术学院，山西 太原 030031)

忻阜高速公路忻州——五台山段起自忻州市忻府区秦城乡部落村，终于晋冀交界五台山长城岭，出省后与河北保定至阜平高速公路相接，全长124公里。忻阜高速公路通信系统为忻阜高速的管理、运营服务的专用通信网。忻阜高速公路通信系统将实现本工程范围内的交通管理、运营业务管理以及沿线紧急电话、监控设备等语音、数据、图像信息的传输，为交通运营管理部门提供必要的通信调度手段，保障本路段交通安全、畅通、高效运营及实现现代化交通管理。

一、系统设计原则

忻阜高速公路通信系统是本公路的重要组成部分，通信系统应当满足忻阜高速公路正常运行的需求，确保道路的畅通、安全，为此在进行通信系统方案设计时，遵循如下设计原则：1.通信系统的设置应满足忻阜高速公路信息传输的需求。2.通信系统应满足忻阜高速公路管理和运营的需要。3.通信系统应能提供24小时全天候不间断的通信服务，因此应当选用可靠性高的方案，避免通信中断。4.结合通信技术的发展方向，选用技术成熟、质量高的通信技术，保证信息传输的准确性。5.系统应具有扩展性，以满足忻阜高速公路信息发展的需求。6.系统投资经济合理，尽量节约资金。

二、忻阜高速公路通信业务需求分析

1.图像传输需求。忻阜高速公路闭路电视监视系统包含了道路交通监控、收费广场交通监控内容。交通监控采用静态全线覆盖布设方案，视程首尾相接，整个监控规模为81台摄像机。通信系统主干网络需为其提供400M以上的传输带宽。

2.数据通信需求。忻阜高速公路的数据通信主要有监控外场设备如可变情报板、可变限速板、车辆检测器、气象仪等设备的监控数据传输到忻阜高速监控中心。

3.语音通信需求。忻阜高速公路的语音通信有以下几个方面：(1)忻阜高速管理中心内各管理运营部门，配电房、监控中心、收费站等内部办公及维护使用的电话业务通信。(2)忻阜高速范围内汽车司机在发生事故时的紧急求援语音通信。(3)工程维护人员、值勤人员在外场作业时的移动无线通信。(4)忻阜高速运营管理部门同上级管理公司以及外部单位的语音通信。

三、忻阜高速公路通信主干传输网络性能要求

根据忻阜高速公路通信业务需求分析，考虑到山西高速公路交通通信网的现状和系统的兼容性，忻阜高速公路通信系统主干传输网络采用直接基于光纤的IP传输技术。传输网络设备采用路由交换机和光缆，路由交换机可以直接提供10/100M以太网接口，用于本通信局域网的组织，在忻阜高速公路监控中心设带IP网关的程控交换机，通过交换数据网实现数据、图像、语音的综合传输(三网合一)。

忻阜高速公路主干传输网络在系统性能上重点考虑：

1.冗余和容错性：为了保证系统工作的连续性，对于通信设备、链路留有一定的冗余配置，以保证主干通信节点上的任何单点故障不影响任何系统的通信，监控网络中的任何故障不会引起故障源的扩散。

2.网络确定性：确定性包含了两方面的内容。一是逻辑链路的确定性：由于采用了冗余技术、在逻辑结构上通常很难把握，对网络分析和判断带来了难题，所以要求网络结构不但在物理上简单、明确，在逻辑链路上也要同样的明确，包括逻辑断点要有确定的位置，最好能够进行人为的设定。二是故障恢复时间的确定性：考虑到实时性因素，对于故障时，业务恢复时间应设定上限值，此上限值应以不影响网络通信为准则。

3.实时性：控制数据、图像抓拍联动、实时视频等业务对实时性的要求很高，因此要求单台设备最多几十微秒的设备延时，主干交换机需要有Qos机制。

4.安全性：网络应可以实现分布式的安全部署，能够进行访问控制，MAC地址绑定和过滤，系统隔离等。

5.可扩展性：对于网络的扩展，应该灵活、方便，并且不能影响其他系统的正常工作，系统扩展时，其他网络设备无需更改设置，网络路由依然是明确的。系统升级时，和原有设备应该是兼容的，不至于浪费原有的投资。

6.可管理性：网络管理对于系统的运营至关重要，对于本系统，建议采用图形化的网管，能够管理到所有的网络设备的每一个端口，包括整个端口的配置，告警，流量监控、分析，以便网络管理员能快速、准确地检查整体网络的运行情况，有效找到网络热点，快速诊断并在故障蔓延以前加以排除。该网管还要有通用软件接口，便于集中监控系统对通信网络设备的监控。

四、通信方案

整个忻阜高速公路通信网络分为两层网络架构，考虑到运营、管理的便利性，我们对网络管理功能提出了更高要求。

1.网络拓扑。本IP通信网络的千兆主干网络和区域交换机网络分别使用4芯光纤，组成自愈环保护结构。

2.千兆主干通信网络。在监控中心设置一台多引擎核心交换机MACH3005。在外场各主干节点分别采用一台双引擎骨干交换机MACH3002，该交换机配置有双交换引擎和双管理引擎，在双引擎上配置不同的上联模块，分别连接到监控中心的核心交换机。冗余引擎和冗余光链路上联模块的使用确保了任意的一个故障(包括设备故障和链路故障)都不会影响系统的通信连接。两个引擎之间随时在线设备使用，不存在切换时间。主干交换机之间通过单模光纤组成交换式冗余环形结构Hiper-Ring，两条千兆链路之间互为备份，当主通信链路出现故障的时候，业务完全切换到备用链路的时间小于0.5s。

为了提高设备的可用性，中心交换机在硬件冗余方面具有3路电源设备输入，双套风扇。为了提高图像等数据的实时性和兼容不同系统的应用，主干交换机具有针对数据业务的Qos机制，能够根据不同的应用设置加权比重，并分配有一定的带宽，确保关键应用的实时性和安全性。主干交换机通过组播控制，提高图像应用的系统效率。外场的4台主干交换机配置各配置有2个单模百兆光口，实现和区域监控交换机之间的环网连接。

3.区域接入网络。现场终端设备各自接入本地区域百兆交换机，区域交换机和本地的主干交换机通过冗余光纤组成百兆级交换式冗余环形结构，形成一个主干环冗余下联5个百兆环的结构。区域交换机采用卡轨式安装的工业级交换机。

4.网络管理。在监控通信中心设置独立通信网络系统的网管终端，以管理网络的运行和维护。配备专用网管软件，该网管软件是通信中心站千兆交换机、外场通信站千兆交换机和区域百兆交换机的统一网管，可以从网管中心方便的对整个网络进行集中管理，简化日复一日的状态监控、故障诊断、数据分析等工作，有效和方便地对IP网络等信息系统进行全面的设备管理和功能管理。

网管终端以图形化显示方式进行信息显示，并支持SNMP V1,V2,V3、SNMP TRAP、IGMP Snooping、Hiper-Ring、Dual-Homing、RSTP 等多种协议；支持Windows NT/2000/XP， Linux，HP OpenView6.31等多种操作系统平台。网管终端能够进行基于工作组的VLAN和路由的配置，简化由于编程给运营、维护带来的不便。在安全性设定方面，支持端口和MAC地址的捆绑设定和关闭暂时不用的端口，保护系统不受外来接入的侵犯；集成OPC支持，可以将网管监控的所有代理(交换机)的状态信息直接传到监控软件。

结束语

忻阜高速公路监控系统通信平台实现了不同专网之间的信息共享、全数字化信息(数据、语音和图像)传输、三网(数据网、语音网和视频网)合一。

忻阜高速公路于2010年10月1日顺利通车，开通以来，忻阜高速公路通信系统运行正常，性能稳定，确保了忻阜高速的正常运营管理与交通畅通。

参考文献：

[1]陶洋.通信信息网[M].北京：人民邮电出版社，1999.

[2]鲜继清.现代通信系统与信息网(第2版)[M].北京：高等教育出版社，2005.

[3]赵祥模等.高速公路通信系统理论及应用[M].北京：电子工业出版社，2003.