软交换技术在郑州城市轨道交通公务电话系统中的应用

2014-03-17马文胜赵东霞

城市轨道交通研究 2014年6期

马文胜赵东霞

(1.郑州市轨道交通设计研究院有限公司，450000，郑州;2.郑州市轨道交通有限公司，450000，郑州∥第一作者，工程师)

1 问题的提出

公务电话系统在城市轨道交通中为运营、管理、维修等部门工作人员提供了日常工作的联系手段。它是集语音、中低速数据为一体的交换网络，为城市轨道交通内部用户之间、内部用户与市话公网用户之间提供电话联络，能将“119”、“110”和“120”等特种业务呼叫自动转移至市话公网的“119”、“110”和“120”平台上。

我国的电话交换技术经历了人工交换、步进制交换、纵横制交换、程控交换等几个阶段。程控交换技术在国内大规模应用已有20余年。目前，城市轨道交通公务电话系统的建设，基本上采用的是程控交换技术。随着技术的不断进步，国内主流设备供应商如中兴、华为等公司，宣布逐步停止生产程控交换整机设备。因此，在今后的城市轨道交通公务电话系统建设中若仍采用程控交换技术，就已不是最优选项了。

2 郑州城市轨道交通的基本情况

2.1 线网概况

根据《郑州市城市轨道交通线网规划修编(2010～2020)》，郑州城市轨道交通由都市区快线网和市区普线网共17条线路组成，设置2处多线路共用控制中心:

1)郑州东站控制中心，管辖 1、2、3、4、5、6、7、10、15、16 号等线路;

2)刘集控制中心，管辖 8、9、11、12、13、14、17号等线路。

2.2 郑州轨道交通1号线概况

1号线分两期建设，一期工程于2009年动工，2013年12月28日已竣工运营。1号线一期工程线路全长26.2 km，均为地下线，共设车站20座。一期工程在起点西流湖站以西设凯旋路停车场，终点设置郑东车辆段，郑州东站附近设置多线共用的郑州东站控制中心;二期工程在一期工程东西方向延长10座车站。

2.3 公务电话系统的建设

鉴于程控交换机存在的问题，郑州市轨道交通1号线一期工程在初步设计阶段推荐采用软交换技术组网，系统设备采用中兴通信ZXSS10 SS1b软交换系统设备组网。该工程是软交换技术在国内轨道交通公务电话系统中的首次运用。

3 软交换技术分析

3.1 软交换技术特点

1)传统程控交换机的业务提供，在设计交换机方案时就固定下来。一旦产品定型，若想修改或增加某种业务就十分困难。而软交换技术是在IP(因特网协议)电话技术发展的基础上，采用分组网络作为承载网络，将网关呼叫控制和媒体交换的功能相分离而形成的。它打破了传统的封闭交换机结构，采用开放的接口和通用的协议，硬件分散，而业务控制和业务逻辑则相对集中。

2)软交换技术能够支持各种形式的信息，是集话音、数据、图像及传真等业务于一体的全新网络技术。软交换技术组建的地铁公务电话网络符合GB 50157—2003《地铁设计规范》15.3.5 节中“公务电话交换设备应具备综合业务数字网络功能”的条款。

3)根据我国工信部电信传输研究所对软交换技术的定义，软交换设备是网络演进以及下一代分组网络的核心设备之一，符合工信部 YD 1434—2006－I《软交换设备总体技术要求》中规定的各项要求。它独立于传送网络，可以向用户提供现有电路交换机能提供的所有业务，并向第三方提供和开放可编程能力。

3.2 软交换网络结构分析

软交换网络结构分为边缘接入层、核心传送层、控制层和业务层，如图1所示。

图1 软交换网络结构图

3.2.1 边缘接入层

边缘接入层的设备主要有以下几种:

1)TG:用于完成与PSTN/PLMN(公共陆地移动网络)电话交换机的中继连接，将电话交换机PCM(脉冲编码调制)中继的64 kbit/s的语音信号转换为IP包。

2)SG:用于完成与PSTN/PLMN电话交换机的信令连接，将电话交换机采用的基于TDM(时分复用模式)电路的7号信令信息转换为IP包。

3)AG:提供模拟用户线接口，用于直接将普通电话用户接入到软交换网络中，可以为用户提供PSTN的所有业务。AG直接将用户数据及用户线信令封装在IP包中。

4)IAD:同时提供模拟用户线和以太网接口，分别用于普通电话机的接入和计算机设备的接入。

5)多媒体业务网关(MSAG):用于完成各种多媒体数据源的信息，将视频与音频混合的多媒体流适配为IP包。

6)H.323 GW:用于连接采用H.323协议的IP电话网网关。

7)WAG:用于将无线接入用户连接至软交换网络。

3.2.2 核心传送层

核心传送层主要是为业务媒体流和控制信息流提供统一的、确保服务质量的高速分组传输平台。软交换网络的各个网元之间，采用IP数据包传输各种控制信息和业务数据信息。因此，核心传送层实际上就是一个承载网络。在郑州轨道交通1号线一期工程公务电话系统中，核心传送网实际由专用传输系统提供的IP传输通道实现。

3.2.3 控制层

控制层决定呼叫的建立、接续和交换，将呼叫控制与媒体业务相分离，理解上层生成的业务请求，通知下层网路单元如何处理业务流。软交换通过提供基本的呼叫控制和信令处理功能，对网络中的传输和交换资源进行分配和管理。

3.2.4 业务层

业务层决定提供和生成具体业务，并通知控制层做出相应的处理。业务层中的各种应用服务器提供了执行、处理和生成业务的平台，并负责处理和媒体网关的承载接口。

3.3 软交换网络的协议结构

软交换网络涉及的协议包括 H.248、SCTP、ISUP、TUP、INAP、H.323、SIP、MGCP、BICC、BRI、PRI等。

1)MGCP(媒体网关控制协议):主要应用在软交换网络与媒体网关或软交换网络与MGCP终端之间，完成端点处理和连接处理两种功能。

2)H.248协议:该协议通过命令完成对终结点和关联之间的操作，从而实现呼叫的建立和释放。

3)SIP(会话初始协议):是在IP网上进行多媒体通信的应用层控制协议。

4)BICC(与承载无关的呼叫控制协议):主要用于软交换设备与软交换设备之间的呼叫控制，可以建立、修改和结束呼叫。

5)SCTP(流控制传送协议):主要任务是在无连接方式的IP网络上可靠地传送PSTN公共信令消息。

3.4 软交换技术运用现状

软交换设备作为下一代网络发展的方向及核心，已经相当成熟可靠，已在国内电信运营商大规模运用。电信运营商的骨干语音网核心都已经被软交换技术替代，并且已在民航、电力、检察院及酒店等领域得到应用。

国内外主要的软交换设备厂商有华为、中兴、阿尔卡特、3Com、诺基亚西门子和斯达康等公司。它们都拥有各自的软交换网络解决方案，其中有许多解决方案已经在实际网络中得到应用。

4 郑州轨道交通1号线一期工程公务电话系统组网方案

通过软交换技术分析可以得出，虽然在国内轨道交通中尚未采用软交换技术，但软交换技术运用在城市轨道交通公务电话系统上完全是可行的。因此，郑州轨道交通1号线一期工程初步设计采用软交换技术组网。设备招标采用了中兴SS1b软交换设备组网。具体组网结构见图2。

图2 郑州轨道交通1号线一期工程公务电话软交换网络结构图

1)车站:由于中兴公司的综合接入设备容量较小，通常小于24线，不能满足地铁车站用户量需求，因此，在郑州轨道交通1号线一期工程各车站设置ZXMSG 5200综合接入网关，按照普通车站48线、换乘车站96线配置，实现车站电话功能。

2)停车场:在综合楼与运用库，分别设置168线和64线ZXMSG 5200综合接入网关各1套，实现楼内电话及附近单体建筑内的电话接入。

3)车辆段:在综合楼、运用库、乘务员公寓和检修库，分别设置300线、96线、64线和48线ZXMSG 5200综合接入网关各1套。综合楼内综合接入网关实现综合楼、物资总库、调车机库等建筑内的电话接入;运用库内综合接入网关实现运用库、镟轮库等建筑内的电话接入;乘务员公寓内综合接入网关实现乘务员公寓内的电话接入;检修库内综合接入网关实现检修库、门卫等建筑的电话接入。停车场、车辆段没有采用集中单套综合接入网关，而是采用了多套综合接入网关分布式设置，一方面体现了软交换网络边缘接入层设备接入的灵活性，另一方面减少了车辆段、停车场主要建筑单体间的大对数音频电缆的敷设，节省了工程造价。

4)控制中心:设置1000线ZXMSG 5200综合接入网关1套，实现控制中心电话的接入。设置ZXMSG 9000 MT256中继媒体网关1套，与市话公网12个E1互联，完成公务电话系统与市话公网的互联互通;与专用无线系统2个E1互联，实现公务电话与地铁800 MHz手持终端的互通呼叫。设置ZXSS10 SS1b软交换核心交换控制设备1套，该核心交换控制设备具备10000线的呼叫处理能力。控制中心同时配置系统网管、计费、话务台和测量台。

5)传输通道:各车站、停车场、车辆段的综合接入网关，使用专用传输系统提供的点对点以太网传输通道，并接入控制中心。为确保接入网关的通道畅通，各综合接入网关采用1+1冗余设置以太网通道。

6)市话中继内侧:按照360线中继，每线带宽64 kbit/s，共需要 23 Mbit/s。按照经验值1.5 ～3 倍的突发流量冗余，设置100 Mbit/s以太网端口。

7)各车站综合接入网关:配置10 Mbit/s以太网电端口。

8)车辆段停车场各综合接入网关:考虑到各综合接入网关用户容量不同，配置10～50 Mbit/s以太网端口，由于各综合接入网关距离传输设备较远，采用以太网光口光纤连接。