漳卫南局水利专网通信系统IP化演进探索

毛贵臻，王雅伟，杨 晶

（海河水利委员会漳卫南运河管理局，山东 德州 253009）

1 引言

《水利系统通信业务导则》（SL/T 292-2020）中明确了“水利系统通信业务（Telecommunication Service of Water Sector）应用主要包括自动监测传输、语音通信、视频会商、视频监控、应急通信、预警反馈、计算机通信网络等”[1]。

水利系统通信网（Water Sector Communication Network）是由水利部门自建和利用公网等其他通信资源组建的水利系统通信业务信息传送网络，是水利基础设施重要组成部分。水利系统通信网设计与建设应包括通信站网点布设、通信方式、组网方案、通信容量等技术内容，应满足水利语音、数据、图像等业务信息的传输需求。

2 需求推动IP化进程

传统通信网络需要为每种业务建设专用的承载平台，业务资源难以融合、共享，信息系统运维部门必须同时维护多个承载平台，造成建网成本和维护力量双重浪费。

（1）网络融合需求。IP 技术采用不面向连接的工作方式，简化了信令，克服了节点设备复杂化问题，建网成本大幅下降，可实现对包括话音在内的所有现存业务的综合承载。

（2）业务融合需求。目前，除传统的电路交换话音业务外，其他多媒体业务基本都基于IP 协议，这使得包括话音在内的主要通信业务都可以基于IP协议实现，通信网络的IP化已是大势所趋。

3 通信系统IP化的优势

水利通信全IP 网络的目标是使通信网络从接入侧到核心侧实现全线IP 化，站点与站点、站点与核心单元全部通过IP地址而非传统的E1（欧洲标准2.048 Mbps）或T1（北美标准1.548 Mbps）通信。

全IP 网络的优势体现在以下方面：第一，与IP技术密切融合，使网络获得极大的延展性，便于搭载各类新业务，降低运营商的重复投资及运维成本。第二，兼容多种接入方式，并且提供高性能的移动管理机制，使用户能够灵活自由地选择接入终端。第三，具有高可靠性的安全机制，为用户提供高质量服务的同时，保障用户信息的私密性。

4 水利专网IP化的关键问题

漳卫南运河管理局（以下简称漳卫南局）下辖10个二级单位和35个三级单位，分布于冀、鲁、豫3省10市28个县（市），已在所有水管单位建设有水利通信专网，为水利工作提供语音、数据、图像等信息传输和交换的支撑服务[2]。在覆盖全漳卫南运河流域的庞大通信网络上实现IP 化变革是一项非常具有挑战性的系统工程，必须着力解决好4个关键问题。

（1）要平衡业务部署的灵活性和稳定性，打造可运营、可管理、可控制的IP化网络。因此，漳卫南局信息中心必须开发强有力的网管支撑手段，通过带外网管手段来保障对节点、网络的实际深度控制能力。

（2）要平衡考虑网络性能和复杂性，保证IP 化网络的QoS（Quality of Service，服务质量）。在引入多种电信网络理念的同时，如面向连接的MPLS（Multi-Protocol Label Switching，多协议标签交换）改造、资源预约或者核算机制、冗余体制化设计等，必须综合考虑其所带来的复杂性，避免重蹈ATM（异步传输模式）覆辙。

（3）要平衡安全程度和系统资源占用量之间的关系，保障IP化网络的安全性。互联网是IP化网络的先例，其最大的问题就是安全性。虽然水利专网网络IP化绝不等同于Internet网络化，但是各种终端的高度智能化及网络的多业务提供能力使得通过终端发动攻击变得十分容易，而且应用和承载的不对应（面向非连接）使得识别和防范非法用户变得更加困难。

（4）要平衡技术可靠性和成本之间的关系，保障网络的高可靠性。“水利通信网应在暴雨、洪水、台风等严重自然灾害情况下保障通信畅通”的特殊需要，使水利专网对通信业务提出了远高于运营商的可靠性要求，IP 化网络需要提高设备、网络、冗余单元倒换的可靠性。然而，IP 设备性能的不断提高和新技术的引入总是受到各种因素的制约，其中成本因素最为重要。因此，应该在确保可靠性的前提下降低成本，使水利专网IP化进程平滑、顺利实现。

5 漳卫南局通信系统IP化演进探索

数据业务（防汛抗旱信息传输、遥测、遥控及水资源管理信息传输等）和多媒体业务（异地会商）基本上是基于计算机网络技术发展起来的，具有先天优势，从建设时已经实现了IP 化，而语音业务（行政电话、调度电话）、传输网络、应急卫星通信是基于传统通信线路交换技术发展起来的，应向基于分组交换的全IP化逐步平滑演进。

5.1 传输系统的IP化演进

漳卫南局现有传输系统网络，如图1所示。

图1 漳卫南局传输系统网络示意

漳卫南局1995 年建设完成的中日合作德州至岳城微波干线使用的是JRC（日本无线株式会社）援助的微波设备，容量是4×2.048 Mbps[3]。随着通信技术的发展，微波传输容量从PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy，准同 步数字系 列）的8×2.048、16×2.048 Mbps 扩展到了SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）的155（STM-1）、400、500 Mbps；业务接口从最初的E1 逐渐发展到支持多个E1 捆绑的网络接口（RJ45）、支持任意速率并提供QoS 保障的网络接口；最新使用的iPASOLINK 系列微波集成TDM 交换、分组交换及微波光纤特性于一体，融入新型的交换、汇聚和流量管理等技术特点，使得接口类型丰富、配置灵活，实现了从已有PDH/SDH 网络平滑升级到下一代的混合型或全IP 承载网络，下一步漳卫南运河流域将依托该类型设备逐渐实现全网微波系统的改造升级。

漳卫南局的光纤链路传输系统原来采用光电转换器、光端机传输等设备，仅能提供E1 或者RJ45 接口，且无法进行有效业务配置管理及在线监测。基于满足业务发展需要，2010 年在卫河通信网项目中采用合建光纤链路实现各个站点通信，在德州至岳城微波干线改造项目中为大容量微波提供接入网业务，漳卫南局均配置了电信级的华为Metro 1000 型光传输设备，能够支持群路为155 Mbps（STM-1）及622 Mbps（STM-4）光口、支路为2 Mbps电口或10 M/100 M RJ45型网口的业务管理、配置及监测，实现了2 M业务和IP业务的同时传送。

5.2 语音业务的IP化演进

漳卫南局于1991 年建设的北方电讯（Northern Telecom Limited）SL1 程控交换系统（满容量288 线）能够提供程控数字语音交换功能，是漳卫南局数字语音业务系统开启的标志。2003 年，将其改造为中兴通讯股份有限公司的ZXJ10的局用级程控交换设备（满容量1 920 线），提升了业务容量及业务扩展、配置管理能力[3]。随着IP 电话技术与软交换技术的发展，从2014 年开始漳卫南局建设了华为技术有限公司的eSpace U1981 语音网关，基于SIP（Session Initiation Protocol，会话初始协议）、MGCP（Media Gateway Control Protocol，媒体网关协议）和H.248 协议等，实现控制与承载分离；占用带宽由线路交换的64 Kbps，降低到小于8 Kbps；相同容量基于license 可以随时扩展，满容量可达60 000 用户。现有语音交换系统基于开放交换平台设计，能提供IPT（IP Telephony）、UC 等多业务构建及多终端接入能力，易于部署、可靠性较高，融合了语音、数据、视频和业务流，为IP 语音、协同应用、移动办公提供了较好的通信解决方案[4]，并易于向下一代IMS（IP Multimedia Subsystem，IP 多媒体系统）网络实现平滑演进。

漳卫南局语音交换网络，如图2所示。

图2 漳卫南局语音交换网络示意

5.3 应急卫星通信的IP化演进

水利部于2017 年组织实施的“流域偏远水文站信息传输卫星便携站建设”项目，把卫星路由器模块（包括X5 路由模块支持星状组网、5350 路由模块支持网状组网）、视频编解码器模块、语音网关模块和无线Wifi 模块等IP 化组件通过合理设计集成在一个终端箱内[5]，利用已建Ku波段卫星主站（采用目前主流的TDM/TDMA 技术体制），形成星状/网状混合组网，传输话音、数据、图像业务，其工作原理如图3所示。

图3 卫星便携站工作原理示意

在本项目中，数据、话音、视频均以IP 方式接入卫星通信网。数据可由笔记本电脑直接接入网络交换机；语音信号经过语音网关转化为IP 信号再接入网络交换机；视频编解码器可将接收到的模拟视频信号转化成IP 信号通过卫星链路进行传送，同时也可以将接收的IP 视频信号转化成模拟信号，实现视频的双向交互。

6 IP技术在通信系统中的发展趋势及应对

随着通信和互联网相互融合及日益普及，IP 技术在通信系统中呈现出5个发展趋势。

（1）作为公共承载网，基于IP 技术的核心架构，IMS将成为统一的融合平台。

（2）实现多业务传送，支持数据业务、语音业务、视频业务、支撑类业务及其他非实时性业务等。

（3）IP QoS及安全性的解决方案趋于综合和实用。

（4）可靠性技术不断趋于完善，故障快速检测技术、路由快速收敛技术以及故障快速恢复技术等得到广泛应用。

（5）IP 技术逐渐延伸到网络的各个层面，网络结构趋于扁平化。

水利专网通信系统发展应顺应以数据为中心的网络融合的发展趋势，漳卫南局在推进流域内专网通信系统规划建设中，将大力推进智能光网络、IPv6、4G/5G、IMS 等新IP 技术在水利系统的探索应用，更好地支持语音、数据和多媒体业务等，为智慧水利提供可靠、高效的信息保障平台。