浅谈通信系统在甘肃省高速公路中的应用

张禹

摘 要：随着我省高速公路信息产业的高速发展，通信作为机电系统建设的基础类设施，主要为我省高速公路收費系统、监控系统、语音系统、视频会议等提供透明的传输通道。通信系统自2001年开始大规模建设，近年来随着联网收费路段的不断增加，通信网络架构也在持续的增强及完善。目前，我省高速公路通信系统由光传输系统、程控数字交换系统、软交换系统、综合业务接入网系统构成。本文重点针对高速公路中的通信系统应用进行阐述。

关键词：通信系统;高速公路;应用

中图分类号：U495 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）04-0033-02

1 现状分析

1.1 光传输系统现状

（1）系统结构分析。甘肃省高速公路通信网络是以光传输系统为底层支撑系统，2011年之前建设的收费路段均采用SDH技术，近年来新建路段均采用增加了分布式控制平面的ASON系统。ASON的概念是国际电联在2000年3月提出的，基本设想是在光传送网中引入控制平面，以实现网络资源的按需分配从而实现光网络的智能化。因此我们可以将其看作是SDH的加强版。由于光传输系统主要是跟随收费站主体机电工程建设的配套光通信工程，随着我省高速公路收费业务的规划建设与发展，通信网络随之逐步进行建设完善。因此，目前在网的光传输系统设备投入使用的年限各不相同，并且有一少部分的设备已处于停产状态。与此同时，光传输技术作为通信产业的热门技术之一，在近年来的设计及应用上出现了巨大的技术革新，因此，我省高速公路不同时期建设并投入使用的光传输设备在业务、功能及组网方面都存在一些明显的差异。

（2）带宽分布介绍。甘肃省高速公路建设始于2002年12月，建设初期7高速公路条共367Km。随着甘肃省高速公路的建设和发展，根据省政府2007年4月3日甘政办发[2007]37号批准实施的《甘肃省高速公路网规划》，甘肃省高速公路网由国家高速公路系统和甘肃地方高速公路系统两部分构成，规划总里程4750Km，其中，国家高速3753Km，地方高速997Km。截止2016年底已建成高速公路3173Km，通过通信网络的业务也从早期单一的收费业务扩展到收费、视频、外场监控、内线电话、站站通、视频会议、区间测速、应急救援平台等多种多样。随着业务种类的增多，各单一业务数据量的膨胀，对于通信带宽的需求也是日益增加。因此，统计现有业务带宽分布情况，对网络进行优化，从而增加带宽利用率成为了我省高速公路面临的必须解决的一个问题。

1.2 数字程控交换系统现状

数字程控交换机虽然是研究多年的老课题，但由于现在的交换机在不停的更新换代，对新型交换机的需求也在不断增加，使我们更应对这些基础的东西增加更多的注意力。数字程控交换机是语音电话网及综合业务数字网的关键设备，在甘肃省高速公路通信专网中起着非常重要的作用。

甘肃省高速公路在网运行的数字程控交换机，其交换网络主要采用时分交换的方式。利用专用通信芯片，既能进行电路交换，又能进行分组交换，而且能实现话音和非话业务等多种业务通信，组成综合业务数字网（Integrated Services Digital Network，ISDN）。

根据数字程控交换机的建设年限进行划分，2010年以后建设的路段，程控交换机在网运行时间较短，设备关健板件均为1+1备份配置，业务板基本为冗余双通道，运行稳定，设备可靠。2010年以前建设的程控交换设备主要集在中2002年～2005年之间，在网运行时间较长，最长已达14年之久。而这部分程控交换机目前已经停产，在设备损坏后很难再找到与其相配的备板备件，特别是这些程控交换机的主控板及网管服务器硬件老化严重，多次发生过宕机现象。随着近年来高速公路机电专项工程的开展，此类程控交换机正在逐步的更换为软交换系统。

1.3 软交换系统现状

随着程控交换机设备的停产，软交换系统渐渐地被推上了我省高速公路通信网络平台。到目前为止，随着多次的升级改造专项工程，我省已经初步形成了软交换语音网，是以省中心两套eSpace U1981为核心的星型网络结构。由省中心进行全省五位号码的内网语音调度，由各个收费管理所完成各自路段的内网语音交换。分支节点则根据各路段具体结构选择eSpace U1910、eSpace U1911系列网关，实现各个收费站的语音接入，提供语音再生能力。eSpace U1981是华为系列语音网关的大容量设备，拥有电信级可靠性，支持双机部署或异地容灾，适用于大型语音通信应用，非常适用于高速公路语音通信网络。

软交换技术是基于IP来承载链路互通信息的，需要庞大的IP地址资源。但是，软交换系统在我省高速公路语音通信系统建设中仅仅只是开始，同时又缺乏对软交换系统的统一规划。导致目前的软交换系统建设混乱不堪，甚至出现了部分站点IP冲突的现象。因此，对软交换系统的IP地址进行统一规划，并整改现有软交换系统已经迫在眉睫。

1.4 综合业务接入网系统现状

我省高速公路综合业务接入网系统通过V5.2接口与程控交换机互联，与程控交换机共同实现各个收费站的语音内线电话功能。随着我省高速公路的程控交换机被渐渐淘汰出语音通信系统，接入网也逐渐被站级软交换系统替代。而综合业务接入网的业务功能其实远不止如此，其设备更加趋向于铁路调度指挥系统的应用，在我省高速公路的应用当中，仅仅局限在语音电话的实现而已。

2 整体对通信网的需求

2.1 收费网络对通信带宽的需求分析

甘肃省高速公路收费系统是“省中心-收费管理所-收费站”三级联动的星型网络结构，其中高速公路管理局中心机房放置的H3C-S12508核心交换机作为总网络汇接点，点对点直连了全省各个收费管理所的网络节点。星型拓扑结构也称“集中式拓扑结构”，因为在这种结构的网络中有中央节点，其他节点都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此它又被称为集中式网络。星型网络结构是目前应用最广、实用性最好的一种拓扑结构。无论在局域网中，还是在广域网中都可以见到它的身影。拥有网络传输数据快;实现容易，成本低;维护容易;安全性能高等特点。

根据目前收费网络带宽分析，收费系统以各个收费管理所划分子网，以各个收费站的车道机、管理机、查询机、服务器为基础网络单元，每条路段至省中心的收费总带宽按照站点数进行计算，具体计算公式为：收费总带宽=站点数×4Mbps。收费管理所至收费站的带宽均为4Mbps。以白兰高速公路收费管理所为例，拥有4个站点的白兰所与省中心之间的收费带宽为4×4Mbps=16Mbps，白兰所与所属收费站之间的收费带宽为固定的4Mbps。就现在的收费网络使用情况来看，随着收费软件的升级及收费业务量的增多，现有的4Mbps/每站的基数明显不足，需要将各个收费站的收费带宽提升为10Mbps，收费所至省中心的带宽也应当随着站级带宽的扩大而升级：收费总带宽=站点数×10Mbps。

2.2 监控网络对通信带宽的需求分析

近年来，高清视频图像技术在高速公路广泛应用，较大程度的提高了高速公路的管理及服务水平，为社会提供广泛的出行公众服务信息。由于高清视频图像的分辨率相当于传统模拟视频的4倍，其画面清晰度与色彩还原度均需要庞大的通信带宽作为支持。而甘肃省高速公路现有的监控网络传输通道是以一路图像配置2Mbps的传输带宽进行分配的，这种分配方式在平均6Mbps码流的视频监控网络中是不够的。

甘肃省高速公路监控网络势必会发展成为高清视频监控网络，在这种趋势下，监控网络及通信设备未来的发展方向均需满足高清视频图像的传输需求。而根据现有的监控网络带宽分析，以各个收费管理所、隧道管理所为单位，每条路段平均拥有150-250路图像，考虑到监控视频在上传图像時不会同时并发，因此，监控网络核心汇聚层承载业务的带宽收敛比通常是5比1，也就是本地路段若有150路图像，监控图像并发数为30路图像，该收敛比同样适用于高清视频图像。按照1920×1080p/60Hz分辨率的高清视频进行估算，每路图像需要预配置10Mbps带宽，那么所属路段监控网络传输通道的带宽算法是：监控带宽=图像数×1/5×10Mbp，以150路图像的路段为例，高清视频监控所需通信带宽至少为150×1/5×10Mbps =300Mbps。在光传输系统上至少占用两个VC4的带宽（VC4是与140Mbps PDH信号相对应的标准虚容器）。

2.3 视频会议对通信带宽的需求分析

甘肃省高速公路形成的视频会议网络是近年来建设并完善的新型网络，该网络是与监控、收费、Internet完全物理隔离的独立网络。以省中心为节点，与各个收费管理所形成点对点通信，各所的视频会议传输带宽均为16Mbps，考虑到高清视频图像仅有一路并发，因此，我省的视频会议业务传输带宽足够。

2.4 语音系统对通信带宽的需求分析

（1）程控交换机。各个收费管理所的语音系统大多数为程控交换机系统，与省中心通过1条E1链路建立NO.7信令连接，该链路拥有30路语音话路动态分配时隙。由于是E1链路传输方式，从物理上无法进行带宽扩容。

（2）软交换。而近年来建设的软交换系统与省中心建立1条带宽为2Mbps的SIP中继，这种语音中继同样不需要进行升级扩容。

3 结语

通过通信技术在甘肃省高速公路的应用分析，可以使我们在建设途中合理规划，科学分析，适度超前。网络带宽容量要有一定程度的冗余（建议按整体规划30%带宽预留），能够满足未来10年网络带宽的增长需求，避免重复建设。制定统一的业务接入准则，为后续业务扩容提供参考依据。采用先进而成熟的技术及设备，能够满足网络传输速率的平滑升级、业务板卡扩展，满足高带宽颗粒IP业务的传输。并保持设备版本统一、业务板件通用等要求以方便后期维护，降低维护成本。甘肃高速通信网络正在向IP化、宽带化方向发展。IP技术与现代网络相比，有许多优越性，如：易于提供丰富灵活的新业务，保持网络的可持续发展，可简化网络结构，实现业务融合，提升网络的利用率等。随着高速公路路网密度加大和网格化以及监控、收费业务的IP化演进，以VC调度为基础的SDH网络首先在扩展性和效率方面表现出了明显不足，在光层上直接承载IP/MPLS的扁平化架构已经成为大势所趋。这对传送网络提出了新的要求，业务驱动永远是业务和网络发展的原动力，能满足各种新型业务的新技术呼之欲出。