高速公路通信系统组成及新技术应用

中交二公局电务工程有限公司 陕西 西安 710065

1 引言

随着我国社会经济的快速发展,商务出行、旅游的日渐兴盛,人民大众对于道路交通的需求也在不断提高。这也推动了我国高铁、高速公路等基础道路设施的高速发展。目前,我国的高速公路总里程已达14万公里,覆盖全国所有的市及大部分的县城。随着高速公路智能化要求的提升,很多先进的科学技术也不断在高速公路机电系统中得以应用,特别是对于高速公路通信系统来说,各种先进通信技术的应用,对传统的高速公路管理模式产生了巨大影响,对目前高速公路日常运营的工作效率也有了较大提升。当然,这里要讲的通信系统,是指广义的通过网络进行设备互联互通的系统的总称,而不仅限于OLT等通信设备。为了更好地为施工、运营提供便利,这就需要高速公路通信系统在施工和运营中不断进行完善,进一步加强不同管理部门之间的沟通,提出改进措施,进而保证道路运营的效率和交通行驶的安全。

2 高速公路通信系统硬件、软件构成

2．1 硬件构成 对于高速公路通信系统而言,其硬件主要包括通信电源、接入网设备、硬件信令及通信网末端外设等设备。就现有高速公路所应用的电源来说,OLT、ONU等光交换设备,其对供电设备有较高的匹配度要求,一般要求选用－48V(电源正极接零线)的直流电源进行供电,具有较高的稳定性。其他电交换设备、光传输设备一般采用220V交流电源即可满足设备使用的要求。需要注意的是,通信电源的安装和使用要满足以下几点:首先,通信电源旁要设置小于1欧姆的接地系统,以避免电力传输中的电磁感应对设备产生影响;其次,电缆保护用管线要具有一定的刚性并保证在使用过程中不会发生折损,避免出现供电障碍;最后,主交换设备的电源必须要有热备电源,以确保设备持续供电,在工程中,我们一般采用在线式UPS作为后备电源。接入网设备是通信系统的关键设备,所谓的接入网设备就是在中心网络和其他子网络之间信息流通的交换节点设备,其在高速公路通信工程中起到对上下进行连接并将信息进行全网传输的作用。其作用就是就是通过OLT、ONU等设备,将分散于现场的各单独设备的进行分类、编码、连通,达到传输的目的,进而满足大量数据信息进行自由交换、快速处理的要求。信令系统是网络传输的管理员,它的作用就是对硬件构成中的中继连接、计费管理设备以及用户连接等硬件进行管理,通常需要按照特定形式对信息内容以及管理信息等进行模拟,并且通过上述模拟中的管理信息能够实现与其他网络的终端进行连接。在高速公路中,为了确保信息连接中数据接入的正确率,则需要系统通过V5协议进行编码,进一步确保系统数据的安全。通信网末端外设包括监控设备、收费设备、报警设备等,这些设备都是通过通信网进行连接,达到互联互动的作用。例如在高速公路运营中一旦有紧急状况发生,就需要通过紧急报警系统进行上报,监控系统进行远程监视、电话系统进行调度等。高速公路的硬件系统通过通信网进行了连通,形成了互通互控的联动网络,这对高速公路的正常管理是非常必要的。

2．2 软件构成 通信系统中的软件需要与系统中的硬件系统进行相互配合,甚至可以说,软件系统就是以硬件系统为基础上设计,进而调试使用的。通信系统软件主要包括接入网管理软件、通信网末端外设控制软件、操作系统软件等。接入网管理软件为交换设备内嵌软件,一般由交换设备生产商在生产完成后进行安装,到场进行调试,主要负责对传输数据的方向、路由进行调度控制。通信网末端外设控制软件一般安装在服务器及工作站上,在服务器、工作站、外设之间形成通路,完成外设信息的汇总和调用。操作系统是指服务器或工作站上所安装的操作软件,服务器上一般为Win Server系列,工作站上一般为win7或者winxp。

3 高速公路通信系统的基本框架及功能实现

3．1 通信系统运行的基本框架 高速公路通信系统功能具有点多面广协议多的特点,其管理的重点就是系统中的节点交换设备。在路段建设中,通常采用的是基于STM－16(2．5G)的通信接入网设备,是以光线路终端(OLT)、光网络单元(ONU)为基本构架,交换机为末端节点的网络传输架构。在该架构中,光传输系统依靠单模光缆(48芯甚至更多)形成光传输链路,依靠通信电缆形成电传输链路,构成了整个的高速公路网络体系。如下图所示:

3．2 通信系统功能的实现 要想实现高速公路通信系统的功能,通常是在硬件系统已经连通的基础上,通过软件的穿针引线,最终在用户端的软件中得以实现的。为了实现软件系统和硬件系统的完美结合,需要在基于一定系统功能的基础上来设置相应的设备管理参数,也就是所谓的接口协议对接。高速公路系统中的报表(例如:设备工作状态报表、发布命令记录报表、事故事件报表、环境气象报表、交通报表等。)不仅需要与硬件和通信软件进行匹配,还需要与上一级的管理机构软件系统进行匹配,这就需要大量的调试工作。

3．3 通信系统应注意事项 由于高速公路通信系统在施工、运营中起着极其重要的作用,所以在施工时应特别注意。首先,光缆应选用具有较宽传输频率带宽、较长传输距离、色散较小的单模光缆,且光缆在熔接时,应严格按照施工工艺进行,熔接完成后衰耗应满足技术规范要求;其次,光通信接入设备属于精密仪器,突然断电会导致设备损坏,因此需要使用UPS保证其持续供电。最后,在通信电缆的选择中,应根据实际情况选择,包括是否需要屏蔽,线径是否符合要求,是否需要POE功能等。尤其对传输速度有要求的线路,需要按照要求采购不同的网线,常用的包括五类双绞线,超五类双绞线,六类双绞线,超六类双绞线等。

4 高速公路通信系统建设新技术发展

4．1 高速公路机电工程通信系统中的主要技术 目前在高速公路机电工程通信系统中应用的主要技术有以下几种:一是自动交换光技术网络(ASON),该技术优点包括:支持快速业务配置;支持流量工程;采用专门的控制平面协议;根据实时的传送网络状态实现恢复作用;支持多厂商设备环境下的连接控制;可引入新的补充业务。此技术可以通过其较强的拓扑能力,及时排查、搜索和处理问题,具有较高的自动化程度,可以大幅提高系统的运行效率。二是分组传送网技术(PTN),PTN是支持传送平台基础特性、面向分组的的传送平台。它以IP为基础,通过以太网技术为外部业务层和波分复用等光传输媒质提供层面,为用户提供以太网帧、多协议标签交换、PDH,FR等符合IP流量特征的各类业务。通过一个层面的增设来实现自我操作的功能,具有较大的实操空间,还能保证整体系统的性能和构造不受到干扰和破坏,具有较高的实用性和安全性。三是采用同步数字体系(SDH),SDH技术与光纤通信技术(OFC)结合起来形成的同步数字传输网是一个功能强大的、统一的网管系统,可实现网络管理、动态维护、功能监视等,有效地提高了网络资源的利用效率,是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点,受到广泛的重视。

4．2 新技术的发展 随着高速公路的发展,对通信网络的要求也日益增多,根据现有的技术水平,通信系统新技术可以从以下两点入手。一是传输速率方面。由于各种新技术应用层出不穷,尤其是高速公路高清摄像机的应用,导致需要传输的数据量呈几何曲线上升,STM－16的传输量会捉襟见肘,此时,应该将STM－64逐步应用于通信系统中,提高传输速率。二是系统传输媒介方面。我国部分地区自然灾害频发,会对通信光缆造成毁灭性的损坏,导致通信链路断裂,严重影响高速公路安全管理。随着5G技术的逐步成熟,我们可以利用无线技术作为备用通信链路,在需要重点关注的收费站、隧道、桥梁处设置5G数据传输设备,在主线路出现问题时,可以及时切换,做到无缝对接,提高管理能力,提升管理效率。

5 结语

通信系统作为高速公路机电的神经网络,它能够将监控、收费、通风、照明、消防、供配电等多个系统进行整合调配,生成完整的管理网络,从而达到全局掌控,重点关注的目的。

通信系统从无到有,从简到繁,经历了一个不断创新、不断完善的过程。我相信,在目前我国通信技术高速发展的大形势下,高速公路通信系统也会向着高度集成化、高度智能化发展。作为专业技术人员,一定要关注新技术,开拓新思路,才能将工作推上一个新的台阶,为祖国高速公路建设添砖加瓦。