高速公路通信系统中软交换技术的应用

熊屹、熊文文

（江西路通科技有限公司，江西南昌 330008)

0 引言

高速公路通信系统是构成高速公路机电系统的重要部分，为公路交通信息收集及传输提供媒质，也为各种网络服务、视频会议提供传输通道，在交通通信网络中发挥着关键性的作用。随着软交换技术的推广应用，高速公路通信领域也迎来了全新的技术支持，该技术可使传统的电信网络被IP 网络完全取代和承载，为高速公路运行过程中大规模、及时性、点多面广的语音、数据、视频、多媒体等信息的传输提供了全新的解决方案，还能降低通信成本，提升信息传输、处理及管理效率。省级高速公路运营管理涉及省市县乡等诸多级次，基层单位遍及各地市、县乡，甚至是村镇，通信也往往围绕省会城市，通过主干光纤以及设置在各地市的监控分中心实现连接。

随着高速公路建设速度的加快，公路里程持续增多，传统的程控交换系统已经无法适应激增的通信业务量，必须尽快对原程控交换系统升级改造，这种处理虽然能够满足业务方面的运行需求，但是必须对省级监控中心以及各分中心程控交换系统均实施扩容改造，改造及运行成本较高。为此，可以借鉴国内先进省份成功经验，秉承兼容并蓄的思路，在继续保持原程控交换系统的基础上，在新建高速公路段引入软交换系统，弥补传统电信网络技术的缺陷与不足，利用开放式网络，满足高速公路运行过程中通信、数据传输等方面的需求，实现网络融合及各项通信业务的有效连接。

1 程控交换系统运行现状

当前F 省高速公路通信系统主要采用的是中兴ZXJ10B 型程控交换机，全省高速公路电话业务互联互通均采取SDH+程控交换+接入网方案，在全省8个地市高速公路管理分中心安装程控交换机，并结合地市路段设置情况新增或接入程控交换系统。随着部分地市高速公路的新建和改扩建，原程控交换机所能提供的业务容量已经消耗殆尽，原通信系统已经难以满足高速公路通信业务快速增长方面的需求。为适应高速公路运行过程中电话业务激增的要求，必须对全省范围内所有高速公路通信系统重新规划，以推动现有高速公路通信技术的升级换代。

F 省高速公路大规模建设始于2006年，为保证高速公路顺利运行，在公路建成后随即进行了通信网络架构、信息传输系统等方面的配套性建设，此后经过数次的升级改造，全省高速公路系统已经拥有相对独立的主干光缆，光缆保护模式也从最早的链状1+1 过渡到多个环网模式。基于此，全省高速公路通信系统还积极引入SDH 主干网光纤传输设备，将省级通信中心和各地市分中心主干传输设备联网处理，其中省级汇聚节点和各地市主干节点分别采用高速率STM- 64设备和STM- 16 设备，地方环网则采用STM- 4 设备[1]。目前这种高带宽、高稳定性、强自愈能力的全省高速公路通信网络为语音、视频、多媒体业务的应用提供了可能。

2 软交换技术原理

2.1 软交换技术的概念

软交换技术是当前国内较为热门的通信技术之一，其与目前各大运营商所构建起的通信网络存在较大区别，软交换技术主要通过IP 通信网络提供业务及固网、移动融合，是现有高速公路通信系统向全IP 网络过渡的重要阶段。根据国际软交换协会的界定，软交换技术依托分组网络，主要借助过程控制软件及相应的设备和系统将呼叫控制功能及媒体处理功能分开。根据我国信息产业部的相关规定，软交换在通信系统传输网络中地位比较特殊，主要承担着协助呼叫控制、资源分配、路由计费、认证及协议处理等功能，并充当下一代分组网络的核心设备。总之，软交换技术可为下一代网络的实时业务提供核心连接、呼叫控制等功能。

媒体服务器、信令网关、媒体网关等构成软交换技术的功能实体，综合性、分布性、开放性是软交换技术的主要功能特征。一般的通信网络主要借助协议协商达到控制的目的，而软交换网络主要通过软交换技术及Megaco、H.323、BICC、SIP、SIGTRAN 等多种协议实现控制。其中BICC 协议和SIP 协议主要用于软交换设备之间；SIGTRAN 协议则用于软交换设备和信令网关之间IP 网络中电路交换信令的传递；Megaco 协议用于软交换设备、媒体网关、H.248 终端和接入网关之间。会话启动协议（Session Initiation Protocol，缩写SIP）是国际互联网工程任务组所认为的internet 多媒体通信及控制协议体系的重要部分，属于应用层协议，对于多媒体会话信令控制较为适用。借助IP 网络展开多媒体通信，能够实现对多个参与者所参加的会话进程的创建、修改和终结[2]。软交换技术网络架构，具体见图1。

图1 软交换技术网络架构

2.2 基于软交换技术的VOIP 技术

VOIP 技术主要依托IP 电话，具备一定的增值业务，该技术主要借助现有互联网系统传送语音，并能广泛利用Internet 及全球IP 互联等运行环境，提供更加快速便捷的传输服务。通过VOIP 技术可在IP 网络快速传输语音、视频、数据、传真，低成本地完成Internet 呼叫、电子商务、虚拟电话、电视会议及各种类型信息的存储和转发。VOIP 技术可以具体采用G729、G722、G711 等编码技术以及SIP、RTP、H.323等传输协议。借助VOIP 技术能够将Voice 模拟声音信号数字化处理，并将相应数据封装打包后通过IP 数据网络实时传输，所涉及的基于软交换技术的VOIP网络结构具体见图2，其中的VOIP 网络主要由终端设备、交换及接入设备等构成。此外，还应当在系统中配备配套性的VOIP 交换设备、接入设备，其中交换设备与传统PSTN 网络所用交换机类似，而接入设备即中继网关主要通过EI/ TI 线路与传统PSTN 网络相接，以保证传统PSTN 网络和VOIP 网络互通运行。

图2 基于软交换技术的VOIP 网络结构

VOIP 技术主要通过向发送端模拟语音信号实施抽样、量化、编码等处理，将数字化后的语音信号转换成IP 封包并压缩，对应添加控制信息及地址信息后提交网络传输；信息传输至对应端后，再进行解封，将控制信息和地址信息全部去除，并还原成最初的模拟语音信号。

3 软交换技术的应用

3.1 软交换技术应用的必要性与可行性

当前高速公路通信系统程控数字交换机不具有NO.7 信令功能，且交换机自身容量小、软件版本低，硬件面临停产，后期维护跟不上；网络结构不合理，交换效率低下，很难适应高速公路通信系统中电话交换网络方面的要求。为此，必须依托当前运行情况及业务实际，积极引入软交换技术。

随着计算机及现代通信技术的飞速发展，许多发达国家的高等级公路已经建成网络化、信息化、智能化的通信系统。国内通信设备更新换代也更为频繁，为满足高速公路良好运营方面的要求，将语音通信系统引入软交换技术也是必然趋势。软交换技术能够延长传统模拟电话服务的寿命周期，IP 网络的应用使使用成本更为低廉，对原通信语音系统等同时具有延续与保护功能。大量工程应用实践表明，软交换技术具有传统电路交换技术所不具备的功能，能够克服程控交换机非全业务网的弊端，并能通过同一网络实时传输语音、视频、多媒体等信息，达到通信业务的高效融合。以软交换技术为依托的VOIP 技术通过引入开放性协议，能实现语音、视频等业务的融合，设备也可以设置在通信网络中的任何位置，形成逻辑上相互独立、接入设备灵活、信令方式不同的通信系统，对于任何遵循软交换标准协议的接口均能自由接入，使网络运行成本大大降低。

在该省高速公路通信系统省级改造过程中，以改进和完善原程控交换系统为切入点，引入并充分发挥软交换技术的功效。在该省省会城市交通管理中心配置一套ZXSS10- SS1B 软交换控制设备，并将全省网络对应的服务全部添加至系统内。借助系统模块化操作，提供不同类型的业务接口，并通过IP- PBX 技术将相关业务软件充分融合，以满足不同业务需求。以上系统结构较为简洁，所涉及业务领域完全覆盖了当前高速公路通信方面的需求，该系统还配置有MSG9000 接入网关、市话公网对接交换、电话业务布设等功能。

软交换技术应用后高速公路通信传输系统内的接入业务进一步弱化，大量外场设备因大多采用网络接口而直接淘汰。经过测算全省高速公路语音业务造价，软交换系统的整体造价仅为SDH+程控交换+接入网方案造价的70%；此外，应用软交换技术后，后续改扩建、新建高速公路通信系统语音业务的开设难度和维护难度均大大降低，经济性和可扩展性十分优越。

3.2 VOIP 语音系统构建

依托软交换技术的VOIP 语音系统能够借助数据网支撑网络平台，将全部分点通话均纳入内部IP 网络，通过现有的设备及数据链路承载全部的内部VOIP 通信业务，使电话通信成本大大降低。VOIP 语音系统还具备调度功能以及录音、热线、广播及组播功能，可靠性高，扩容便捷，维护简便，同时支持常用的通信协议，兼容性良好。对于收费员向相应收费中心报告收费业务疑问、收费中心向收费员下达指示等“群呼”“组呼”，收费车道摘机反馈等业务均十分适用该语音对讲系统。就操作层面来看，以DTMF 电话分机为收费对讲分机，设置于收费厅内，借助广场IAD接入设备将其转换成IP 数据，通过设置在收费广场的以太网交换机，将相关数据信息传输至中心。中心主要设置2 部收费对讲主机，以实现对全线路对讲分机的调度和管理。按照这种设计，整个通信系统可靠性高，呼叫路由可提供不同级别的备份，能够自动恢复和实时倒换故障信息，还具备数据再生功能，某一节段或节点出现的故障对于信息传输和系统运行不造成影响[3]。

3.3 故障分析及处理

VOIP 语音系统故障处理通常由收集信息、判断故障、定位故障和排除故障等阶段构成。在处理故障的过程中，必须大量收集原始信息，以便维护人员缩小并锁定故障范围；在收集到故障信息的基础上，进行故障类型及形式等的判断；在此基础上，借助具体手段和方法分析、比较各种故障原因，并最终锁定具体原因，有针对性的采取相应措施使系统恢复。VOIP语音系统故障处理过程，具体见图3。遇到故障后先进行故障类型的判断，对于终端故障必须进行相应的终端配置、软交换核心设备配置等的全面检查；对于系统故障，则需要进一步判断具体属于中继故障、网络故障，还是属于电源故障、单板故障。如果以上操作均无法解决系统故障，则应通过系统日志或抓取网络报文等方式，分析可能的故障原因。

图3 VOIP 语音系统故障处理过程

3.4 例行维护

作为一种预防性的维护措施，例行维护主要针对机房环境、供电系统、线缆及接地电阻、告警系统等展开定期检查和养护，对于潜在的隐患、缺陷应及时恢复和消除，实时掌握硬件设施及网络的运行状况趋势。通过采取定期检查、备份、测试及清洁等方式，对于通信系统运行过程中所存在的功能失效、管线老化等有效应对，消除系统运行安全隐患。同时制定维护作业计划，与例行维护活动相对应定期编制年（月、季、周、日）维护作业计划表，并严格按照52 周维护作业计划实施。

4 结语

综上所述，软交换技术凭借其开放性接口、良好的网络融合性、灵活的组网特征，在高速公路通信系统中的应用已经得到业界一致认可，以软交换技术为依托的VOIP 语音系统可推进当前语音通信网络向融合语音、数据、视频、多媒体等综合业务的软交换语音网络的平滑过渡，在充分利用既有网络资源的基础上，大大节省硬件设施及组网成本，向高速公路通信系统高效运行提供保证。与此同时，软交换技术作为“下一代网络的基石”，在高速公路通信系统中的应用能够实现语音及视频业务、多媒体、增值业务等的有机融合，在满足基础性业务需求的基础上，引领我国高速公路通信系统网络化、数字化、综合化发展。