基于软交换平台的城市轨道交通专用调度电话系统

魏宗浩



基于软交换平台的城市轨道交通专用调度电话系统

魏宗浩

上海地铁维护保障有限公司通号分公司，上海 200235

研究了全球首例基于软交换平台的轨道交通专用调度电话系统的应用，并对上海轨道交通电话系统的发展进行了回顾，深化分析了网络化运营体系下对于专用调度电话系统的要求，对目前最新的基于软交换平台上的城市轨道交通专用调度电话系统进行了解析，最后对专用调度电话系统在软交换平台上应用的未来进行了展望。

上海轨道交通；专用调度电话系统；网络化；软交换

引言

目前，上海轨道交通已成为上海公共交通的主干线，客流运送的大动脉。轨道交通运行的顺畅与否已直接关系到城市居民的出行、工作、购物和生活，而高效、可靠、信息丰富的通信系统是轨道交通运行最基本的支撑。专用调度电话系统作为直接影响高效运营的最基本通信系统，起到了至关重要的作用。专用调度电话系统自身的顺畅与否已成为轨道交通网络化运营体系下畅通运行的必备条件之一。在此背景下，上海轨道交通进行了一次革命性的改革，正式引入了基于软交换平台的专用调度电话系统，代替原本使用多年被大部分人所接受的程控交换调度电话系统。

1 上海轨道交通现状

1.1 线网规模现状

上海轨道交通自1993年1号线建成通车以来，从无到有、从小到大，得到迅速的发展，从0公里到666公里运营里程、389座车站，最长运营服务时段近20个小时，日均客流量超过1 000万人/次，在城市经济社会活动中发挥着越来越重要的作用。面对上海轨道交通网络化的建设与发展，以往基于单线运营理念的运营体制和相关技术选型方案逐渐暴露出一些问题，与当前网络发展的态势不能够很好地匹配，如管理层次较多、专业部门重叠、协调流程烦琐、资源统筹欠缺等，因此需要从网络化的运营需求出发，重新对轨道交通网络运营体系及技术选型进行统一规划、统筹考虑，完善体系架构、整合软硬件资源、提高运营效率，为网络的可持续健康发展提供支持。

1.2专用调度电话系统现状

目前上海轨道交通专用调度电话系统采用分线独立建设的方式，各线路控制中心OCC设置调度主系统，调度大厅内设置若干调度台，车站和车辆基地设置调度分系统和调度分机。各线路的专用电话系统相互独立，互不通信，没有统一规划或集中部署，各线路独立建设及维护各自专用调度电话系统。烟囱式的系统分布无法使各线路互联互通，且各线路使用IP PBX的厂商及设备各不相同，系统间的互联互通和运行维护存在阻碍，线路和线路之间的调度员和车站值班员无法进行沟通和协作工作，成为了阻碍轨道交通网络化运营体系的一个瓶颈点，而且以单条线路独立建设系统的方式容易产生建设方案复杂、系统网络化接入风险增大、建设成本难以降低等问题，不利于轨道交通网络化发展，造成管理、使用及维护的不便，降低了生产运营效率。

2 上海轨道交通调度电话系统的发展历史

2.1程控交换机时代

20世纪90年代初期，我国进入通信业蓬勃发展时代，同时程控交换机也进入了高速发展的时期。当时的代表厂商，国外有西门子、爱立信、哈里斯、朗讯、NEC等；国内厂商则多如牛毛，但技术构架全球统一，即板卡结构的程控交换机。电话终端则是国内厂商只具备模拟话机通话能力，而国外厂商还具备数字话机通话能力。

国内外各厂商的设备结构大抵如此，没太大差异。所以，程控交换机也叫硬交换系统，说的就是交换功能要由硬件交换芯片完成。硬交换系统今天有个通用名字，叫作PBX系统。它同时还代表了一个时代，即PBX时代。

PBX交换机的典型优势是，系统稳定可靠，通话音质清晰。因为它完全是由厂商专有硬件堆出来的时隙交换，与SDH的传输系统相类似，具有无阻塞独立通道，且具备电路独享优势，完全满足轨道交通行业对于电话系统的一切需求，所以当时无论公务电话还是专用电话系统，上海轨道交通均采用程控交换系统。

2.2 VoIP时代

约在2000年，VoIP技术诞生了，即基于IP的语音通信。由于既有电话网络由程控交换机组成，它必须与传统电话网互连，于是网关诞生了（Gateway）。由于传统电话是拨号，不是输入对方IP地址，因此还要做个转换设备，电话号码和IP地址做个一一映射，关守Gatekeeper诞生了。

由于需要统一这个新生的产品，因此ITU-T（国际电信联盟电信标准分局）提出了H.323协议。加上计费模块和认证模块，基于H.323协议的IP电话系统就成了。最初的VoIP电话系统如图1所示。

VoIP的技术特点是纯软件，在标准服务器上运行，没有任何厂商专有硬件，在IP网上实现，两部话机的语音流直接在网上传递，不需要依靠硬件交换芯片连接。这是个了不起的改变。当硬件只剩下CPU、内存及外存时，硬件平台就完全开放了。这就叫软交换，软交换正式诞生了。

图1 最初的VoIP电话系统

软交换概念出现后，由于H.323协议复杂，互联互通性差，大约10年后，即2010年左右被IETF（因特网工程任务组）制定的多媒体通信协议SIP协议所取代，因此如今的主流软交换系统都是使用SIP协议。

但是，IP电话的普及并不像想象中的那么一帆风顺。一方面，IP基础网络建设并不完善，存在网络带宽小、延时性大、抖动严重等问题，IP电话音质远没有模拟电话清晰；另一方面，基于服务器的软交换系统似乎也不太稳定，大话务量时系统容易出故障。所以上海轨道交通由于受限于当时传输设备的带宽（当时2号线OTN传输设备622 M带宽）及VoIP不稳定等原因，并没有大规模使用该技术及系列产品于实际运行中的公务电话及专用电话系统中，只有部分非生产公司由于视频电话等需求，安装了极小一部分基于VoIP的视频电话系统。

2.3 IP PBX 时代

在VoIP技术的强烈冲击下，传统PBX厂商受到IP电话技术启发，看到未来IP应用的广阔前景，在PBX系统中增加了IP接口板卡，也就是网关板，但它仍然插在大机框中，属于外围接口卡类。这块卡可以通过IP网络连接IP话机，也就是在原来PBX的双绞线模拟话机和数字话机基础上，扩充了基于IP连接的IP话机，而协议则采用VoIP的H.323协议，但控制部分和交换部分仍是使用PBX的CPU控制芯片和硬件交换芯片。这就是我们现在所称的IP PBX系统。

这是个了不起的改进。它既具有传统PBX技术的高可靠、高性稳定性和大话务量处理能力，又具有VoIP技术的部署灵活性，可基于全网覆盖，不受地域限制。2000年后，全球语音通信市场在国外技术的变革和推动下，逐步迈入了IP PBX时代。

首先，IP PBX时代支持IP电话，可以基于全网部署，不受地域限制，但采用的是H.323协议，再叠加CORNET协议，形成私有的HFA话机，后又开发了公用开放的SIP话机。

其次，PBX的外围机框与主系统之间也可以基于IP连接，也就是外围机框也可以基于全网部署，不受地域限制。

最后，H.323协议本身就是支持视频通信的协议，所以，IP PBX可以支持视频话机。

所以上海轨道交通从2005年左右开始的新建既有线改造项目中，全网络公务电话、专用电话系统均采用了IP PBX技术的国内外主流厂商（西门子、佳讯飞鸿）等。

2.4 软交换时代

随着网络化的不断发展，近年来IP网络在带宽、时延、抖动、丢包等方面不再是问题，计算机技术也获得高速发展，服务器性能更加优越，同时，软交换的可靠性、稳定性、大话务量处理能力已满足商用要求，也就是我们常听到的一句话，具备电信级的可靠性。

2015年，随着上海轨道交通线路及运营里程数的不断增加，也为了适应新的通信技术及轨道交通网络化运营发展的必然趋势，上海轨道交通公务电话系统率先引入了软交换系统。上海轨道交通17号线使用了华为统一通信软交换系统（公务电话系统），真正进入了上海轨道交通的软交换时代。相比传统的IP PBX产品，软交换系统的典型特点是，不再依赖厂商专有硬件，而是在通用服务器上部署系统。所谓通用服务器，是指可以在市场上采购到的第三方服务器，只要其性能指标、配置等满足要求，就可以部署软交换系统。

3 基于软交换平台的专用调度电话系统的应用

随着上海轨道交通网络化的建设与发展，以往基于单线运营理念的运营体制和相关运营制度逐渐暴露出一些问题，与当前网络发展的态势不能匹配，上海轨道交通网络运营指挥调度大楼（以下简称C3大楼）中的调度指挥大厅应运而生，现各控制中心OCC调度人员需统一搬迁至调度指挥大厅内，统一于C3大楼调度大厅内，进行全网络运营调度工作。但目前上海轨道交通各线路专用调度电话系统没有统一规划或集中部署，各线路独立建设及维护各自专用调度电话系统等相关问题的出现，并且17号线公务软交换核心的正式开通使用，无重大技术缺陷，经过权威专家综合评定后世界首列基于软交换平台的城市轨道交通专用调度电话系统应运而生。

3.1 上海轨道交通专用调度电话软交换核心系统总体系统构成

如图2所示，上海轨道交通专用调度电话系统为线网级系统，未来会统一承载申通地铁24条地铁线路的专用调度电话业务。系统包括核心层的2套专用调度电话软交换平台，分别部署在6号线民生路控制中心和C3大楼，两个站点互为容灾备份。

图2 上海轨道交通专用调度电话软交换核心系统总体系统构成

接入层包括各种终端设备，包括调度台、接入网关、IP电话、调度电话、以太网交换机等，按需部署在各控制中心、车站或车辆基地内。

由于上海轨道交通的现存专用调度电话系统存在建设年份及设备新旧程度的不一等各类原因，经过综合评估现有4种接入C3大楼的方式：

（1）C3大楼及软交换容灾中心6号线的新建专用调度电话系统；

（2）1、2、3、4、7、8、12号线既有专用调度电话系统由于各类原因无法延伸至C3大楼，需重新新建一套连接每条线路至C3大楼及民生路控制中心的专用调度电话系统；

（3）5、9、10、16、17号线由于完成建设不久，不具备新建专用调度系统条件，各线路备控中心既有程控交换专用电话系统需通过2 M方式连接C3大楼及民生路控制中心专用调度电话系统；

（4）14、15、18及以后新建线路的接入C3大楼及民生路控制中心专用调度电话系统。

3.2 C3大楼及6号线民生路控制中心专用调度电话软交换核心系统

图3 C3大楼及6号线民生路控制中心专用调度电话软交换核心系统

如图3所示，在C3大楼主中心配置一套专用电话软交换系统平台，民生路控制中心作为线网级专用电话系统的灾备中心，同样配置一套完整的专用电话软交换系统平台，与C3中心的配置一致。

软交换核心部署双机热备软交换平台，为整个系统提供语音及多媒体业务；同时在两个核心节点部署双机热备调度应用服务器及软件，提供专业调度服务；配置1+1热备混合式录音系统，可对控制中心调度台、车辆基地值班台（IP电话）、车站值班台（IP电话）进行实时录音。并在控制中心部署集中网管系统，提供对中心软交换平台、调度服务、车站及车辆段系统的告警和管理服务。

核心设备主要包括软交换USM服务器集群、SBC、MRS会议资源服务器、CDS调度业务模块服务器、录音系统服务器、统一网管服务器、以太网交换机和一台中继网关等。

3.3 6号线各车站、车辆段及停车场专用调度电话系统

图4 6号线各车站、车辆段及停车场专用调度电话系统

如图4所示，车站部署相应规模的接入网关，用于连接车站的调度电话和站内分机，接入网关通过传输系统与控制中心软交换平台通过以太网方式连接，车站配置IP电话加扩展按键模块方式作为值班台6号线停车场/车辆段。

如图5所示，车辆基地部署相应规模的接入网关，用于连接车站的调度电话和站内分机，接入网关通过传输系统与控制中心软交换平台通过以太网方式连接，车辆基地配置IP电话加扩展按键模块方式作为值班台。

图5 1、2、3、4、7、8、12号线专用调度电话系统

3.4 1、2、3、4、7、8、12号线专用调度电话系统

图6 5、9、10、16、17号线专用调度电话系统

如图6所示，1、2、3、4、7、8、12号线各线路原有专用调度电话系统继续保持沿用，直至到达使用年限，并在各车站、车辆基地和停车场新部署一套软交换专用调度终端设备，即值班台（IP话机）和接入网关，各终端设备通过传输向双中心（民生路控制中心、C3大楼）专用电话软交换平台进行注册，从而完成各站点与C3大楼新建调度大厅的专用调度系统。

3.5 5、9、10、16、17号线专用调度电话系统

5、9、10、16、17号线由于刚刚新建及改造不久，因此保留既有车站、停车场、车辆段程控交换专用调度电话系统，各线路备控中心既有程控交换专用调度电话系统通过2 M方式连接C3及民生路控制中心专用调度核心，并在C3大楼新增调度台，对各车站进行调度指挥工作。

3.6 新建及改造线路专用调度电话系统接入原则

新建及改造各线路不再部署独立的调度平台。备用控制中心部署相关调度台终端；车辆基地和车站则部署值班台（IP话机）和接入网关，上述终端设备通过各线路传输向双中心（民生路控制中心、C3大楼）专用调度电话软交换平台进行注册，从而实现调度业务。

4 基于软交换平台的专用调度电话系统特点

4.1 软交换与原有调度系统（IP PBX）的本质区别

IP PBX技术或VoIP技术和软交换技术，在平台构架上有一个很大区别，IP PBX仍然是基于厂商专有硬件平台的大机柜插板卡方式。它的平台是不开放的，只是在原PBX系统基础上做了改进而已。

软交换系统最典型的技术特点是平台开放，是基于标准服务器运转的，无任何厂商专有硬件的开放平台。

当新建线路和既有线路的专用调度电话系统建设及改造时，不再独立设置线路级交换设备。线路各站点增加接入网关、交换机等接入设备，利用多种灵活接入手段建设智能网，实现全网的智能化改造，做到资源共享、功能统一、节约资金。最终建立覆盖上海轨道交通全网络、功能完善的专用调度电话系统网络。

4.2 基于软交换平台的专用调度电话系统稳定性

软交换专用调度电话系统核心由软交换平台及调度应用服务系统组成。第一，软交换平台作为公务电话语音及多媒体应用已被包括上海地铁在内的各地地铁公务电话系统广为采用，经过市场和时间的检验，软交换平台应用于地铁通信其稳定性是值得肯定的；第二，调度服务应用中传统的数字程控和软交换系统的差异在于接口的不同，因为其核心模块没有变化，所以系统也就保持了一贯的稳定性。基于这两大核心模块的稳定特性，软交换专用调度电话系统的稳定性得到了充分的保证。

4.3 基于软交换平台的专用调度电话系统优点

在网络化规模下的轨道交通行业中，相较于传统程控交换专用调度电话系统，软交换专用调度电话系统有以下优点。

（1）软交换采用开放式标准接口，控制、承载与业务的分离，做到了功能模块化、接口标准化，设备选择与组网方式的灵活性得到了提高，易于和不同网关、交换机、网络节点通信，兼容性、互操作性、互通性好。

（2）利用软交换进行网络化组网，可以统一集中建设，减低分线建设的成本，且能够很容易地用软交换转移、处理那些对程控交换机来说太复杂的业务；而且在网络化规模情况下，可以很方便地进行大规模网络升级，便于维护管理等相关工作。

（3）软交换网络的控制层与承载层相分离，可以采用平面结构也可采用分级结构组网，提高了组网灵活性，且网络结构比传统TDM交换网更加扁平。

（4）软交换设备体积、重量、能耗方面，均优于电路交换设备。

（5）软交换服务器的呼叫处理能力远大于电路交换机的呼叫处理能力，设备交换容量可以做得更大。

（6）可通过应用服务器向第三方开放业务接口，使软交换网络业务提供能力优于电路交换网络。

（7）软交换网络基于分组交换技术有利于开展语音、数据与视频在内的多媒体业务。

（8）软交换设备具备全网络统一集中管理功能，避免维护人员的分线管理的人力成本资源浪费。

（9）软交换调度系统可以进行跨线路之间的通信，保证在网络化运营体系下的调度作业。

（10）软交换调度系统还可以实现所有不同线路调度员之间的沟通和会议功能，满足以前单线建设无法跨线调度的缺点，为列车跨线作业带来了便利。

4.4 专用调度电话软交换系统与公务电话软交换的互通

将专用电话核心与公务电话核心通过SIP进行互联，即可实现专用以及公务电话互通。通过配置呼叫规则，进行单向隔离并仅允许专用电话控制台呼叫公务系统中公务电话终端或者公务软交换中的统一通信手持终端上，在保证网络信息安全的同时，禁止其余非必要呼叫。这样可以避免部分调度人员或者值班人员离开调度电话时一样可以第一时间接收调度指令，提高运营效率，缩减双班制等人力资源成本，做到节能、高效地调度指挥工作，达到降本拓流的目的，提高企业利润。

5 基于软交换平台上的专用调度电话系统应用的未来展望

经过了这么多的技术演变，上海轨道交通电话系统从1号线的PBX系统到目前的基于软交换平台上的专用调度电话的应用，这其中每种技术都有其自身的优点及不足，而且与不同时代、不同的业务需求密切相关，但对于上海轨道交通而言，选择哪一种技术主要取决于自身的需求、性质及外部运营商及时代发展的情况而定。就目前而言，基于软交换平台上的专用调度电话系统是利大于弊的。相信在不久的将来，在真正经过时间的洗礼后，将证明如今的选择是对的。当然，随着软交换技术的不断发展，希望可以在软交换平台上整合更多的应用，把专用无线终端、车站信息发布终端等日常调度运营终端设备可以一起整合到调度台上，做到真正的网络一体化调度及运维，减少调度人员的使用设备终端数量，提高运营调度指挥效率，打造国际一流轨道交通网络化运营体系。

[1]姚军，李传森，付广春，等. 现代交换技术[M]. 北京：北京大学出版社，2013.

[2]洪钧，李爱军，李明. 基于软交换的多媒体应用方案[J]. 中兴通讯技术，2002，8（2）：1-5.

[3]童晓渝. 软交换技术与实现[M]. 成都：西南交通大学出版社，2004.

Urban Rail Transit Dedicated Dispatching Telephone System Based on Softswitch Platform

Wei Zonghao

Shanghai Metro Maintenance and Protection Co., Ltd., Singnal and Communication Branch, Shanghai 200235

The paper studies the application of the first dedicated dispatching telephone system for rail transit based on the softswitch platform in the world, reviews the development of the Shanghai rail transit telephone system, and analyzes in depth the requirements for the dedicated dispatching telephone system under the networked operation system. The paper analyzes the current state-of-the-art dispatching telephone system for urban rail transit based on the softswitch platform, and finally looks into the future of the application of dedicated dispatching telephone systems on the softswitch platform.

Shanghai rail transit; dedicated dispatching telephone system; cyberization; soft exchange

U285.21

A