软交换技术在城市轨道交通通信系统中的应用

郑 川

(中国中铁二院工程集团有限责任公司，610031，成都∥工程师)

电话通信是城市轨道交通列车指挥的基本手段，包括公务电话和专用电话。公务电话为城市轨道交通的管理部门、运营部门、维修部门提供一般公务联络;专用(调度)电话包括调度电话、车站/车辆段内直通电话、站间行车电话、轨旁电话等，为城市轨道交通调度员和相关工作人员提供专用的直线通信工具，能实现包括单呼、组呼、全呼、自动录音等多种功能。无论是专用调度电话还是公务电话，目前主要采用程控交换技术实现。经多年的应用，这一技术在城市轨道交通领域发挥了重要的作用，有力地保障了列车的指挥和运营安全。

近年来，随着城市轨道交通通信业务的IP(网络之间互连的协议)化，以分组交换为核心的业务正在替代电路交换的核心业务。软交换作为以IP 为基础的业务形式，具有广泛的应用前景，且已经在国内外得到了应用，将成为下一代网络的关键技术。研究软交换技术在城市轨道交通通信系统中的应用，可更好地满足城市轨道交通通信系统的发展需要，使城市轨道交通的公务、专用电话业务在保证通话质量和系统功能的前提下，达到网络资源的最优配置。

本文研究软交换技术及其在城市轨道交通通信系统中的应用，并在此基础上，提出了适合于城市轨道交通通信系统应用的软交换的体系结构。

1 软交换技术及其在城市轨道交通通信系统中应用的可能性

1.1 软交换技术

根据国际 SoftSwitch 论坛国际软交换协会(International SoftSwitch Consortium，简为 ISC)的定义，软交换是基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处理相分离的设备与系统。软交换是通过纯软件实现控制功能，把呼叫控制功能从媒体网关(传输层)中分离出来，搭建具有控制、交换等功能的软交换平台。

软交换通过网关实现对各种业务的控制和传送功能。其主要的网关包括媒体网关、信令网关、接入网关、综合接入设备等。在网关间执行的主要协议包括:IP 电话协议，如 H.323，SIP 等;媒体网关控制协议;信令转换协议(SIGTRAN);互联互通协议;以及业务层协议等。

软交换与软交换之间的组网有3 种结构:软交换平面路由结构;软交换分级路由结构和定位服务器分级路由结构。

软交换具有丰富的功能和标准化的协议体系，不仅可支持现在的话音交换功能，还可支持灵活的、多样性的功能，包括数据通信、视频等，且具有计费、管理、维护等多方面的能力。

1.2 城市轨道交通通信系统的应用需求

城市轨道交通电话系统采用软交换技术，不仅能满足城市轨道交通公务电话系统和专用电话系统的基本业务需求，还具有以下优势。

(1)城市轨道交通通信网的扁平结构:根据城市轨道交通电话系统的特点，用户主要分布在控制中心、车辆段、车站等处，除控制中心、车辆段用户相对集中外，各个车站用户数量较少;而软交换系统集中智能的网络管理体系、灵活接入的方式，能够很好地适应城市轨道交通用户较为分散的特点。软交换系统的网络扩展性好、实现功能强大，可满足城市轨道交通公务电话用户对系统维护管理等多方面的需求。

(2)城市轨道交通通信的新要求:公务电话软交换可实现与办公自动化(OA)系统融合，开展企业通信录、一号通、点击拨号、通话记录、电子传真、即时消息，以及通过网页协同办公、快速召开电话会议等高级业务功能应用;同时，可以开展视频电话业务，实现基于网页的点对点视频，增加了办公的便捷性。

(3)TDM(时分复用)业务IP 化，统一传输业务类型，简化网络配置:城市轨道交通信息传输系统承载的业务主要包括TDM 和IP 两类。TDM 业务包括话音信息、低速数据、电话中继等;IP 业务包括视频及以太网数据信息。随着城市轨道交通业务的不断发展，TDM 业务在传输带宽中所占比例越来越小。传统的MSTP(多业务传送平台)承载网络以话音为中心的TDM 结构渐渐不再满足需求，传输带宽瓶颈也日益突出。于是，人们提出采用宽带IP 传送技术，建立IP 传输网络。

(4)公务电话系统和专用电话系统功能融合，节省资源:在公务电话系统控制中心增加一套调度服务器，通过软交换的新业务功能，配置相应的软件，同时实现公务、调度、站内直通电话，以及站间行车电话及轨旁电话的通信功能;避免了电话交换机的重复配置，提高了系统集成度，简化了系统结构，最大限度地实现了设备、技术、信息等的资源共享，节省了工程投资，也减少了电话系统的维护工作量，为构建一个全透明的城市轨道交通电话网提供有力的技术支撑。

2 基于软交换的城市轨道交通通信系统组网方案

城市轨道交通电话通信系统在控制中心、车辆段和各车站设置电话交换设备，与传输系统共同构成电话交换网络，实现电话出局与交换功能。

基于软交换技术的城市轨道交通电话通信系统网络方案设计如图1所示。

图1 基于软交换技术的电话通信系统网络架构

根据软交换网络的四层架构，设计城市轨道交通通信公务电话系统的网络结构。

(1)接入层:完成各控制中心、车站的媒体网关、接入网关和话机等的接入。

(2)传输层:数据网络完成的功能，主要完成车站—控制中心、车站—车站的数据转发。

(3)控制层:软交换核心层，完成呼叫控制、信令处理、业务交换等功能。

(4)业务层:完成统一网管(软交换、媒体网关和接入网关)、计费、业务平台的提供等功能。

根据软交换电话系统的四层网络架构，城市轨道交通公务电话系统构成图如图2所示。

2.1 控制中心方案

(1)控制中心配置一套主用软交换中心设备(SS)，置于网络的核心节点(核心机房)，主要完成控制中心和车站用户的呼叫控制、信令处理、语音路由、语音调度、视频通话、统一通信等功能。软交换核心控制设备主要板件(主控板、协议处理板、电源板等)采用1 +1 热备，以保证系统安全可靠，设备容量按不低于40 000 用户考虑。

(2)在控制中心设置一套综合接入设备(IAD)，用于控制中心范围的公务通信，容量按2 000 用户配置。

(3)在控制中心设置一套中继网关(TG)，用于与市话网和专用无线通信系统的互连互通。

(4)在控制中心设置一套网管设备，对本线及后续线路设置的公务电话系统设备进行集中维护管理。

(5)在控制中心设置一套计费系统，实现对整个线网公务电话用户的集中计费管理。

(6)采用IP 话务台，FE(快速以太网)口接入网络即可，达到全网查号及语音邮箱功能。软交换和计费服务器也采用FE 口。

2.2 备用控制中心方案

在备用控制中心或车辆段设置一套SS，其性能与规格与主用SS 相同;在主用SS 故障时，可通过自动或手动的方式将业务切换到备用SS 上。设置一套IAD，用于备用控制中心和车辆段范围的公务通信，容量按1 500 用户配置。

2.3 车站方案

在各车站设置一套车站接入AG(接入网关)，容量按100 用户配置。

2.4 软件设置

通过对软交换网管软件的设置，实现公务电话的基本通话功能以及专用电话的单呼、组呼、群呼等功能，同时还能实现企业通信录、一号通、通话记录、视频电话、通过网页协同办公、快速召开电话会议等高级业务功能应用。

2.5 中继方式与信令设置

2.5.1 网内中继

控制中心的主用SS 软交换核心服务器通过专用传输系统提供的以太网接口与备用SS 及各个车站、备用控制中心、车辆段的AG 相连，实现控制中心、备用控制中心、车辆段及各车站的公务通信。控制中心内部的软交换核心服务器、中继网关、接入网关，通过控制中心为软交换设置的三层以太网交换机互通。软交换核心服务器与中继网关(内嵌信令网关)之间采用H.248/SIGTRAN 协议互通，与接入网关之间采用H.248、SIP 协议互通。

2.5.2 市话中继

软交换系统通过中继媒体网关通过2 Mbit/s 数字中继与运营商市话交换机相连，对市话中继采用全自动方式DOD1 + DID(即通过拨引示号后，再按市话的要求拨完所有号码，中间不听二次拨号音)，中继信令满足 No.7 信令、No.1 信令、PRI 信令要求。同时，本次配置的软交换系统还支持与其他软交换设备或网络的互通互连。建议其采用SIP-I协议互通。

2.5.3 与无线通信系统的中继

控制中心软交换系统交换机与无线集群交换机通过2Mbit/s 数字中继线连接，接口信令满足No.7信令和No.1 信令协议要求。

2.6 中继容量计算

话务量由式(1)计算得出:

式中:

S——交换机用户数;

AK——交换机用户线的平均话务量，取类似交换机实测数字，通常可取 0.13～0.17 Erl;

K——至公用网话务量占交换机总话务量的百分数，取类似交换机实测数字，通常可取30%～35%。

(1)市话中继数计算。城市轨道交通电话网络按配置3 000 用户考虑，中继线的数量是根据话务量大小及用户分机数量来确定。设AK为0.13 Erl，K 为30%，则由式1 可得 A =117 Erl。取呼损为 0.01，查爱尔兰B 表可知，中继线大约为137 根中继线，由于1E1 含30 个语音信道，因此需要4.6 个 E1。根据进一法并考虑冗余，共设置6 个2 Mbit/s 中继与市话网互通。

(2)与无线通信系统的中继数计算。城市轨道交通电话网络按配置3 000 用户考虑，考虑到话务量主要集中在电话网络交换，与无线通信系统的互通相对较少。假设总话务量K 为10%，设AK为0.13 Erl，则由式(1)，A=39 Erl。取呼损为 0.01，查爱尔兰B 表可知，中继线大约为40 根中继线，由于1E1 含 30 个语音信道，因此需要 1.3 个 E1。根据进一法并考虑冗余，共设置2 个2 Mbit/s 中继与无线通信系统互通。

3 结语

综上所述，城市轨道交通电话通信系统采用软交换，技术的方案可行，简化了电话网络结构，可采用IP 承载网络传输，能为专用通信网提供更多的新业务和个性化服务;节省了管理维护的人力、物力和费用，能为城市轨道交通电话通信系统引入新技术提供技术支持。

［1］范兴娟.程控交换与软交换技术［M］.北京:北京邮电大学出版社，2011.