基于软交换的轨道交通专用通信系统的发展

肖 衍

基于软交换的轨道交通专用通信系统的发展

肖 衍

摘 要：阐述了轨道交通专用通信网的发展现状和问题;结合当前轨道交通规模化建设、网络化运营和智能化管理的需求，分析城市轨道交通发展软交换技术的优势;指出了基于软交换技术的IP网是未来城市轨道交通专用通信网的发展方向;在此基础上进一步论述了城市轨道交通通信专网建设软交换网络体系的网络规划，网络演进策略和旧网改造思路。

关键词：城市轨道交通;软交换;网络规划;网络演进策略

轨道交通专用通信系统，包括传输、公务电话、专用电话、无线通信等系统，提供调度、指挥、公务联络和监控等服务的基础通信网络，是运营指挥及监控管理的综合平台。随着我国轨道交通线网规模的壮大，运营管理日趋复杂，线路内与线路间的信息传递显著增加，对专用通信系统的性能、容量、智能化、多媒体业务提出了更高要求，因此，有必要对专用通信系统未来发展进行研究。

1 轨道交通专用通信系统现状

现有专用通信系统是按照地铁线路组网，采用数字程控电话设备，可以提供必需的语音和调度服务，但是没有考虑轨道交通大规模建设和运营的情况，没有站在整个线网的高度统筹规划，因此网络结构复杂，地铁线路间缺乏有效沟通造成资源浪费。电路交换设备的线路利用率低、设备功耗高、集成度低、新业务开发部署复杂、扩容升级困难、维护成本高、单一窄带业务、设备供应商绑定等因素，越来越不能适应轨道交通开展灵活、多样的多媒体、智能化新业务的发展需要。

此外，我国电信业历经数十年的高速发展已进入饱和期，国际电信市场在美国和欧洲债务危机的影响下处于调整期，各主要设备厂商利润大幅下滑甚至亏损，迫使设备厂商加快转型，调整产品结构。程控电话交换设备10年前已停止研发投入，技术陈旧、利润低，面临停产。如果专用通信系统继续使用程控交换设备将会出现设备维修、升级困难，缺乏备品备件和有效的技术支持，严重影响运营安全，因此轨道交通通信系统的未来发展值得思考。

近年来软交换技术已在世界范围商用，成为未来电信网演进的方向，其容量大、性能高、组网灵活、业务提供能力强，在轨道交通行业发展潜力很大。

2 软交换技术的适用性

软交换比电路交换具有较高的的集成度，可以站在整个路网的高度整体规划轨道交通体系，相比既有线路组网方式有更大的容量和呼叫处理能力，取消地铁线路控制中心交换节点，网络结构更简单，投资明显降低，资源配置率更高。

传输网MSTP支持IP分组业务，共享带宽，结合软交换设备应用，可大幅提升整个专用通信系统的线路利用率，带宽高达10 Gb/s，保证实时多媒体业务的开展。软交换实现车站等场所的接入，可以采用传统双绞线，也可以采用五类线。而平面组网方面已有大量案例，其组网灵活、结构扁平、体积小、功耗低，可以用于城市轨道交通的软交换中心建设，节省机房面积和设备投资，提升线网互联互通的能力，且扩容升级方便。交换功能方面，容量、稳定性、计费和话务统计已经达到商用要求，呼叫控制功能完善。业务应用独立于网络，提供新业务速度快，集中维护效率高。软交换接口标准开放，给设备采购带来更多的选择。

软交换技术的安全性、可靠性，从业务层、控制层、承载层和接入层的网络物理设备上得到保证。由于系统集成度很高，一旦出现问题影响面比较大，因此对重要板卡电路和控制层设备要采取冗余备份。轨道交通专用传输光纤链路保护倒换时间短，且支持MPLS差分服务，能够在承载层保障传输QoS。专用传输系统的内嵌RPR的MSTP支持MPLS VPN技术，隔离轨道交通内网用户之间、内网用户和公网、业务子网间的路由信息，克服了IP网简单、通用、易遭攻击的弱点，保证软交换系统不受非法攻击。通过加密和认证等手段保证软交换设备和终端之间的信令协议安全，用户间的媒体流安全和用户私有信息安全。

3 软交换网络规划原则和措施

轨道交通建设软交换网络应该首先建立行业的软交换准入标准，以城市为单位统一规划部署，明确设备的选型要求，有计划有步骤地实施，确保网络技术先进、设备可靠、网络设备和业务可扩展。注重网络设备的集约化、规模化建设中的资源共享，充分利用既有网络资源，保持运营线路的业务稳定、循序渐进地推进软交换网的建设。网络的软交换改造是一项长期工作，新建线路先上马;既有线路应根据网络设备的年限、设备工况进行改造，有计划、有步骤地切换到软交换网上来。

新建线路实施软交换，初期建设线网级的软交换中心，容量不宜大但要有平滑扩容能力，可通过后续线路逐步接入。新建线路的控制中心、车辆段和车站设置接入网关，实现语音、数据和视频接入。软交换可以融合既有的电路交换网络，通过中继网关保证既有线路和新建线路之间的互通。

既有电路交换网的软交换改造应首先在汇接层面展开，建成软交换中心、用户数据中心和业务中心;其次，在端局层面当某条线路的程控交换机老化需要退网时，在地铁车站设置接入网关 (AG)，可以选用由TDM到IP转换接入板卡，实现由铜双绞线承载的模拟语音、数据到IP分组的转换。可以避免重新布线，减小施工难度以及对运营的影响。预先对AG进行配置和调测，利用夜间停运期间完成割接。各车站可以有计划地分期、分批实施，割接成功后将车站程控模块拆除。应当注意软交换与电路交换设备之间互通，以保证新改造站和未改造站之间的通话。对于车辆段和控制中心地上建筑，可以利用局域网实现接入。当所有接入点完成接入后，再拆除控制中心的程控交换机。

软交换的实施，应根据现网设备和轨道交通相关标准，在保证安全、可靠的前提下，充分考虑未来智能交通业务应用、设备维护管理、网络演进等因素，遵照以下原则进行：

1．软交换核心控制设备应该以所在城市路网为大区布局，遵循大容量少局所的原则。大区内宜采用平面组网方式，网络设备静态配置与之互联设备的路由。

2．软交换设备的处理能力，宜按照实际需求除以70%考虑冗余。

3．软交换的控制设备应该成对配置，互为热备，物理位置分开，以便主用设备故障时异地备份设备能够接管整个系统。

4．独立信令网关/中继媒体网关的设置，应遵循大容量少局所的原则，网关尽量成对设置，放置在不同物理位置，采用话务负荷分担方式工作。

思想政治教育离不开教育者与受教育者，只有处理好这两者的关系才能使思政教育达到最佳效果。当前的思政教育工作中，存在过分注重教育者的主导地位的弊端，只是一味地输送教育观念，而忽视了学生是否接受这些观念，把学生摆在次要地位，造成了以教师为主的教育模式。教育过程变成了强制灌输的过程，没有解决学生的内心问题，自然这些教育内容也就无法被学生吸收。这种填鸭式的教育方式不适合于大学生群体，忽略了学生的能动作用，不能使教育发挥最大价值，因为大学生已经属于成人，对外在事物有了一定的判断，能够主动地接受教育，现存的思政教育忽略了学生的能动作用。

5．接入网关的设置原则，以车站、车辆段和控制中心为单位，100用户以上可以设置AG。

6．媒体服务器应尽量靠近媒体网关设置，应考虑冗余热备，其主要部件也应考虑冗余热备份。

7．应用服务器尽量与软交换设置在同一物理位置，应考虑主、备冗余及关键部件的冗余备份。应用服务器应按照提供的业务种类划分。

8．用户号码编制原则，应与现有地铁用户编号原则一致，方便路由选取和用户使用。

9．软交换网络设备的IP地址规划，应尽量使用公有IP地址，相关网络设备应集中布置，设在同一网段内。内部网管、计费等端口可以考虑使用私有地址。终端设备的IP地址可采用私有IP，借助NAT穿越实现外网访问。

4 轨道交通专用通信系统的演进策略

专用通信系统向软交换技术演进是渐进的，为了保护既有投资，已建成的电路交换网在相当长的时间里仍将存在。可以考虑在新建线路上率先采用软交换技术，如图1，已建成的线路待将来设备维护升级困难或设备老化故障率高时，再切换到软交换上来。发展软交换可以按照技术的成熟度，依先公务电话、专用电话、再无线数字集群次序逐步发展，最后这3个子系统合用一个全路网的软交换控制中心。

公务电话目前是轨道行业软交换技术应用的热点领域。在组网应用上可以考虑在连接各条地铁线路光网络的上层骨干光传输网附近，设置主、备用2套软交换核心控制设备，媒体网关控制器互为备份保护。软交换核心控制设备初期通过信令网关和中继媒体网关与控制中心的公务电话汇接交换机相连，软交换网与公网软交换网的互连可以在时机成熟时通过SIP-T或BICC协议实现。各条新建线路车站、车辆段、控制中心设置接入网关，如图2所示，采用POTS、ISDN终端和以太网接口的综合接入设备，支持模拟电话、数字电话、IP电话和计算机上的软件电话等。新建地铁线路之间通过软交换实现多媒体交互。软交换通过信令网关和中继媒体网关实现新建线路和既有线路的信令和媒体流的转换，达到互联互通的目的，并且将地铁通信网融合到IP网上来。

图1 轨道交通公务电话系统软交换组网示意图

图2 轨道交通公务电话系统新建线路软交换设备连接示意图

这样采用软交换技术公务电话系统可以整合专用电话、OA、会议视频系统、无线WiFi应用等系统，提供语音、数据、视频和第三方新业务的新一代轨道交通综合通信平台。生成全方位的智能化的管理、服务新业务，如无线WiFi可以建立三维立体街区图的电子图库，实现乘客与轨道交通专网的互动，接受乘客的询问，向乘客手机推送向导信息、道路拥堵信息、车站周边建筑、道路信息等。为乘客出行提供决策信息，引导乘客快速到达目的地。

城市轨道交通专用电话软交换接入方式和公务电话系统类似，只是偏重智能化的调度功能。因此未来有可能和公务电话合二为一。物理设备实体是同一套，业务逻辑可由软交换对不同端口加以区分。传统专用电话子系统中，线网指挥中心、各维修专业调度、各维修专业值班室之间以及线网换乘站之间缺乏有效沟通手段，运营指挥效率及安全性低。采用软交换技术在线网层面有效解决了专用调度系统的互联互通问题。

5 结束语

随着城市轨道交通线路网络化，城市轨道交通的安全隐患也日益增多，线网运营指挥调度、应急抢险组织需要智能化的专用调度系统，确保现场工作人员随时随地实现有线、无线WiFi等高速接入，与线网指挥中心和线路控制中心保持多媒体通信，实时掌握现场情况，以便作出正确决策，保证运营安全。专用无线通信系统目前采用TETRA，未来也会向3G、4G方向发展。3G的核心网设备均采用软交换技术。3.9G的LTE技术因为更高带宽和频谱利用率等优势正在国外大规模商用，国内有望在近期发放LTE牌照。目前TETRA领域全球最具影响力的专业协会TCCA正和3GPP沟通协调，推进LTE专网通信标准工作，重点将加强LTE标准中群组、调度等功能规范。未来基于LTE技术专用无线多媒体调度系统会成为轨道交通无线调度网的首要选择。

软交换已成为未来通信行业的主流技术，是实现三网融合的推动力量。轨道交通专用通信网积极推进软交换技术的发展符合国家产业政策，不仅有利于整体通信网络效率提升，而且对轨道交通行业自身的规模化建设、网络化运营和智能化管理起到积极的促进作用，其社会、经济效益是明显的，对轨道交通行业未来发展具有重大的战略意义。

［1］糜正琨，杨国民．交换技术［M］．北京：清华大学出版社，2006，7．

［2］中华人民共和国信息产业部.YD-T1434-2006.软交换设备总体技术要求［S］．2006．

［3］中华人民共和国信息产业部.YD-T1243.1-2002.媒体网关设备技术要求——IP中继媒体网关［S］．2002．

［4］中华人民共和国信息产业部.YD045-2007-C.基于软交换的网络组网总体技术要求［S］．2007．

［5］GB50157-2003.地铁设计规范［S］．北京：中国计划出版社，2003．

Abstract:The development status and problems of rail transport special communication network are described．In combination of current large scale construction of rail transit and the requirements of intelligent management and networked operations，the advantages of the development of soft-switch technology in urban rail transit are analyzed and it is pointed out that the IP network based on soft-switching technology will be the development direction of special communication network for urban rail transit in the future．Furthermore，the network planning of soft-switching communication network for urban rail transit is expounded together with network evolution strategy and transformation of old network．

Key words:Urban rail transit;Soft-switching;Networks planning;Network evolution strategy

肖 衍：北京市轨道交通设计研究院有限公司 高级工程师100089 北京

2013-03-27

(责任编辑：诸 红)