融合通信网络在智慧高速公路中的应用

詹金南

（福建省高速公路集团有限公司南平管理分公司，福建 南平 354000）

0 引 言

我国的高速公路通过大规模建设已经获得了历史性的突破，高速公路总里程在世界上排名第一[1]。高速公路已经基本形成了网络格局，完成了由初始阶段的连通到现阶段的全网覆盖，高速公路行业也从最初的以建设为主发展到以“建设、养护、管理、服务、安全”共同发展的阶段，高速公路的运营管理相关企业应该利用智慧高速公路的信息化建设来提高高速公路在运营和管理服务方面的能力[2]。

1 智慧高速公路的定义和内涵

智慧高速公路作为智慧交通工程的重要组成部分，是智慧交通工程在公路运行方面的衍生与应用，主要起到便捷管理、方便出行等作用。根据智慧交通工程的定义，智慧高速公路项目主要是通过对新型信息化技术与通信技术的运用，实现参与交通通行者（人）、交通工具（车）与交通设施（路）的信息传递与“沟通”，使得交通管理部门能够及时有效地做出反应，进行实时的交通需求的管理与调整，进一步地提高交通参与能力与服务意识，从而保障高速公路的安全、高效、便捷、通畅、绿色环保运行，减少交通事故与公路堵塞的情况。智慧高速公路的含义包括3个方面，（1）运营时的状态智能感应；（2）实时的运营与管理；（3）及时有效的信息服务。

2 智慧高速公路建设遇到的困难

2.1 收费的检查

根据相关的国家收费公路统计公报显示，我国的高速公路总里程已经突破1.4×105km，高速公路收到的费用超过5 000亿元。每年，不同省份的高速公路收费都会出现偷逃的现象，损失的数额大约在几百万元到数亿元之间。目前，MTC/ETC/路径识别点三套系统正式地开启独立运行的模式，无法有效地展开数据的挖掘和关联性匹配等相关工作。此外，在夜间恶劣的环境下，车牌识别系统常常会出现状态不佳的情况，因此导致识别的准确率下降，从而加大了收费检查的难度。

2.2 应急的指挥

在智慧高速公路信息化建设的过程中，提高安全应急指挥的调度服务能力是一项非常关键的内容。在高速公路的复杂环境中，常会出现无法看清、无法听清、无法调动及无法统一指挥等问题，需要及时解决平台化和标准化等一些安全应急管控业务的要求，创建一个能够可视调度平台+GIS+精准定位服务的架构，从而让手持移动终端能够快速地接入、平台能够自动地预警响应，快速地将资源调拨到现场进行有效及时的救援工作。

2.3 路网的监控

现阶段，我国对于智慧高速公路的建设与监控一直处于待发展建设阶段，还不能较为自主地完成对物联网、后台大数据的掌握与实际应用。因此，我国在布局建设智慧高速的信息化方面还应该加强对桥面、隧道和边坡等基础设施的建设，提高对收费站、主线电机等监控服务器的验修水平，进一步实现智慧高速的信息化建设[3]。

3 融合通信网络的解决措施

3.1 以SDN云化数据中心网络为基础，实现业务部署的自动化

以往高速公路信息化的应用系统的建设形式，是为业务系统单独创建一套IT硬件设施。如果要扩大业务系统的容量，实现新业务系统的自动部署，通常需要对数据中心网络的架构进行创新和变换，收费系统和路网监测产生的相关数据需要传送到数据中心进行高效、快捷的处理。高速公路路网运营管理的企业为了能够提高IT资源的使用率、节省运维的成本，未来将实现路网业务系统ICT架构的云化模式[4]。因此，新一代以SDN的数据为基础的中心网络要有如下3个方面的能力。第一，数据中心网络部署要实现自动化，对故障能够进行精细的管理，从而有效解决硬件出现的故障问题；第二，通过扩展相关的设备，帮助服务器和网络相接通，从而实现高速接入的升级和扩展。第三，在大数据分析的基础上，创建云数据中心的立体安全防御保护的相关体系结构。

3.2 IP+光超宽长距骨干的承载，实现未来高速公路的发展

收费系统是高速公路业务中一个优先级别最高的系统，通信网络的收费系统包括了对业务数据和监控图像等的收费，系统能够有效确保收费数据的完整性和安全性[5]。此外，路网监测的运用，特别是高清视频监控在收费站、服务区等一些场合的分布，要求骨干级别的通信网络要提供超大的带宽。在高速公路区域中心的省级骨干的传输网，可以利用IP+光的网络技术。通过IP网络设备的强大路由转发能力以及波分设备的大带宽超长距离传输，有效承载高速公路业务，实现广域联网的收费以及联网的监控。

3.3 结合传送路段网，提高收编高速公路业务大小颗粒的可靠性

高速公路路段内的骨干通信网络是网络的汇聚层级，负责收费、监控及办公等业务。该层级网络需要极其精确的可靠度，还要节约光纤资源，以保证业务之间做到互不牵制。HybridMSTP的传输方案，能够给高速公路路段网带来安全性高、可靠性高、易维修护理的业务负责方案。通过在内部设置PCM单板的方式，使得低速业务能够直接接入，从而减少网络节点。这样不但能够节约机房的空间以及投入的成本，还可以有效减少网络的故障点，从而实现统一的维护和管理。此外，借助HybridMSTP设施中的SDH硬管道能够确保业务安全性较高的承载，并且借助分组的软管道带宽统计复用有效增强带宽的使用率。HybridMSTP的技术成功地实现一网承载多业务的功能，节约了大量的光纤资源，同时MSTP通过不同的通道将不同的业务进行隔离，以保证数据的安全。

3.4 灵活运用有线无线方案，高速公路前端接入全场景承载

高速公路中的收费系统、路网感知及指挥调度3个应用业务的前端的接入场景形式是多种多样的，其中涉及了视频的监控、收费的监控、情报板、路网感知传感器及气象站等。由于前端具有多样化的特点，所以通信接入设备需要具有丰富的接口种类以及不同数量的接口，要适应严峻的室外工作的环境，具有宽温、防尘以及防水等性能，同时还要具备有线通信和无线通信的能力。在高速公路前端业务接入的不同场合中，需要结合业务的不同特性，灵活地运用有线和无线的通信接入网络的方案，其中包含了工业以太网交换机、工业物联网关及xPON等。对于光纤资源较为丰富的高速公路，可以使用xPON或者是工业交换机的通信接入措施；对于没有光纤资源的场合，可利用点到多点的微波产品做接入通信网络[6]。

3.5 端到端的安全防护体系，帮助实现高速业务等保的目标

根据国家发布的关于信息安全等级保护管理层面的规定要求，相关部门单位要对高速公路的信息化系统展开安全性的建设，通信网络和数据中心的安全需要满足等级保护的标准。根据安全等级保护三级网络安全提出的标准以及相关的网络安全解决的计划要求，应该在高速公路数据中心互联网的出口部署DDOS流量检测和清洗设备、防火墙以及入侵防御等相关设施，抵御来自互联网的已知威胁；设置沙箱抵御来自互联网的未知性威胁；此外，在路段网络聚集交换的节点旁边需要挂防火墙，方便对接入层展开安全性的访问控制、识别过滤相关的协议，从而实现安全的防护。

4 结 论

针对智慧高速建设遇到的各种问题和挑战，结合通信网络端到端的解决方案，有效助推了智慧高速公路路网应用基础通信平台的建设，大大提高了高速公路路网运营管理企业的资源使用效率，减少了运维的成本。高速公路的运营管理企业应该不断加强对智慧高速公路信息化建设的关注，从而提高高速公路的运营管理服务的能力。