軟交換技術在地鐵通信系統(tǒng)中的應用研究

宋鴻昇

【摘要】 本文在分析了目前地鐵通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題的基礎上引入了軟交換技術，并對軟交換技術的特點和功能進行總結，在考慮了地鐵公司的需求和地鐵運行的實際情況之后將軟交換技術應用到地鐵的通信系統(tǒng)中，提出了一套完整的方案，分析了影響方案的各種成本以及設備的壽命得出了方案的可行性。

【關鍵詞】 軟交換 地鐵通信 電話交換

一、引言

1.1現(xiàn)狀

電話交換技術從發(fā)明到現(xiàn)在完成了從模擬到數(shù)字的轉變，這兩種技術的核心都是電路交換，關鍵是連接，通信之前要有合適的固定帶寬的電路連接，在進行通信時，電路保持連接直到通信結束才斷開，整個過程中帶寬資源一直保持占用，電路唯一。在使用電路交換技術進行通信時比較穩(wěn)定而且可以實時無延遲的通信，但是因為通信完成時帶寬才被釋放，所以對電路的利用率不高。

技術的進步使得網(wǎng)絡在傳輸傳統(tǒng)信息的同時傳輸語音等，將交換和控制的功能分開之后就產(chǎn)生了軟交換技術。軟交換技術是通過通信一方發(fā)出通信要求之后，軟交換的控制中心發(fā)出命令使信號接通來實現(xiàn)的。在整個過程中通信產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不經(jīng)過控制中心而直接端對端，如此就在很大程度上節(jié)約了交換中心與通信者的帶寬。軟交換系統(tǒng)通過中繼網(wǎng)和傳統(tǒng)的網(wǎng)絡進行連接，保證了命令信息的及時傳遞和通信業(yè)務的傳輸。軟交換技術以其特殊的作用有能力取代電路交換，在通信技術中獲得廣泛的應用。

軟交換技術的應用使得數(shù)據(jù)網(wǎng)和語音網(wǎng)等的融合變?yōu)榭赡?，其強大的功能也引起了地鐵通信部門的注意。當前，我國新建立的地鐵的通信系統(tǒng)都考慮采用軟交換技術，但是目前還沒有成功實施并運行。

1.2意義

傳統(tǒng)的電路交換技術的功能單一，不能滿足用戶日益增長的要求，而且如果要加入新功能則需要對硬件進行大幅度的提升， 面對軟交換技術的沖擊失去了發(fā)展的余地。軟交換采用智能而且相對集中的管理模式，可以迅速進行連接。而且在技術和業(yè)務上適用于城軌乘客少而且不集中。但是地鐵的應用條件和通信系統(tǒng)構成的差異使得軟交換技術目前沒有得到成功應用，因此在采用這種技術之前需要進行深入的分析研究。

因此，研究如何將軟交換技術應用在地鐵的通信系統(tǒng)中去，同時實現(xiàn)整個系統(tǒng)的完美融合；如何對系統(tǒng)進行規(guī)劃，統(tǒng)一標準，保證需求的同時實現(xiàn)通信設備和信息的共享，促進地鐵通信技術的發(fā)展非常必要。

二、地鐵通信系統(tǒng)體制研究

2.1地鐵通信系統(tǒng)簡介

地鐵的基礎設施一般有車輛段、車站、停車場合控制臺，其中控制臺對地鐵的運行的過程監(jiān)控和管理，保證地鐵系統(tǒng)安全的運行。地鐵的通信系統(tǒng)是一種綜合性的通信網(wǎng)絡，可以完成車輛的調(diào)度、工作人員辦公和各種信息的互通，安全性和可靠性都比較高。在一般的狀況下，通信系統(tǒng)主要保證各個子系統(tǒng)之間的信息流通，使車輛順利運行，于此同時為乘客提供優(yōu)質的乘車環(huán)境；在出現(xiàn)特殊狀況時，通信設備可及時采取措施，以保證在各種特殊事故發(fā)生時通信網(wǎng)絡保持暢通。為了使通信系統(tǒng)能夠擁有以上功能需要采用易安裝擴容和技術成熟的設備。地鐵的通信系統(tǒng)由許許多多個二級系統(tǒng)構成，依據(jù)不同的作用，主要分為民用、公安和專用系統(tǒng)三種。

2.2傳統(tǒng)的地鐵公務電話系統(tǒng)組網(wǎng)方案

地鐵的公務電話系統(tǒng)是地鐵的運營維修人員之間聯(lián)系的工具，是一種專用的電話網(wǎng)，其主要功能有：電話交換；數(shù)據(jù)功能；計費功能；維護和通信功能。

2.2.1公務電話系統(tǒng)線網(wǎng)分析

地鐵的電話網(wǎng)是由四級共同搭建的。在整個網(wǎng)絡中，指揮中心是線網(wǎng)的控制核心，主要指揮緊急調(diào)度。應急指揮中心與每一個控制中心都相連接，不僅可以完成本地電話交換還可以完成對其他控制中心進行電話匯接。在具體應用中，指揮中心又叫做線網(wǎng)交換局，是整個系統(tǒng)第一級；區(qū)域匯接局是第二級，實現(xiàn)控制中心的線路與用戶的連接和公務電話的暢通；分線匯接局是第三級，主要實現(xiàn)本地車站和公務電話的匯接；用戶接入局是第四級，實現(xiàn)電話交換和電話轉接。

2.2.2系統(tǒng)的模式

根據(jù)上文分析的地鐵電話系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能，得到系統(tǒng)的功能可以通過下述的兩種方式來實現(xiàn)：自建模式，將地鐵的電話系統(tǒng)考慮進城市的規(guī)劃建設之中，建立獨立的網(wǎng)絡，經(jīng)過公用的電話進行網(wǎng)絡連接；依據(jù)運營商的公網(wǎng)形式，依據(jù)各個運營商公用網(wǎng)絡的交換機來到達地鐵系統(tǒng)要求。

2.2.3系統(tǒng)的設置方式

地鐵通信系統(tǒng)的電話交換網(wǎng)絡包括公務、專用電話系統(tǒng)和無線的通信系統(tǒng)，前兩者屬于有線的通信網(wǎng)絡。其中公務電話系統(tǒng)主要為保證行政電話，同時可以實現(xiàn)市話。專用電話是與車輛的行車相關的，包括調(diào)度電話和直通電話等，是工作人員進行檢修和維護的通信措施。無線通信不僅可以實現(xiàn)列車運行無線調(diào)度還可以實現(xiàn)票務信息的無線調(diào)度，為工作人員提供了極大的方便。根據(jù)技術的發(fā)展和城市建設的經(jīng)驗，目前系統(tǒng)的設置一般有三種方式：一、完全分設方案；二、部分合設方案；三、完全合設方案。

2.3軟交換技術在地鐵通信中實現(xiàn)的功能

將軟交換技術應用到公務電話系統(tǒng)中使得系統(tǒng)擁有一致的通信條件，并且采用軟交換平臺可以與網(wǎng)絡和視頻會議聯(lián)通，以實現(xiàn)：即時消息，用戶的信息及時溝通，不同的用戶之間能夠進行文件傳輸?shù)墓δ?；可視電話，用戶使用可視電話設備進行語音盒視頻的通話，語音用戶和視頻用戶通過軟交換進行連接；視頻會議，通過會議系統(tǒng)實現(xiàn)視頻會議同時可以進行圖像分屏等功能。

2.4軟交換技術與程控交換技術的比較

依據(jù)對城市地鐵電話系統(tǒng)的分析可以得出，用戶大量集中在車站、車輛段和控制中心附近。其中每個車站平均的用戶較少，因此軟交換系統(tǒng)智能集中的管理方法和靈活的接入模式充分的適用于用戶分散的情況。從具體功能來講，傳統(tǒng)的交換方式只能實現(xiàn)單一的功能，不能適應人們對于清晰圖像通信的需求，而且整個系統(tǒng)不開放；而軟交換系統(tǒng)不僅可以提供各項服務還可以隨著用戶需求的增長增加新的功能。

三、地鐵軟交換網(wǎng)絡方案設計

3.1軟交換技術實現(xiàn)的方案

就目前的軟交換技術和地鐵公司通信系統(tǒng)的情況而言，地鐵的通信系統(tǒng)應用軟交換技術員主要通過下述兩種方案來實現(xiàn)：

方案一：把軟交互模塊應用在傳統(tǒng)的電話網(wǎng)絡之中來實現(xiàn)軟交互的具體功能，這種方案是一種傳統(tǒng)技術擴展兼容的方案。

方案二：將模擬電話模塊加入到軟交換系統(tǒng)之中來實現(xiàn)需要的功能，這種方案是軟交換技術擴展兼容的方案。

通過對兩種不同的方案進行比較，可以得出第一種方案是NGN軟交互過度方案，第二種方案設立了分布式的軟交換平臺，是真正的NGN方案。而且第二種方案有強大的專網(wǎng)用戶功能，同時可以滿足下一代網(wǎng)絡的需求，系統(tǒng)的容量等方面也都優(yōu)于第一種方案。因此在實際的應用中，第二種方案可以搭建一個平臺來實現(xiàn)需要的功能，可以將軟交換技術在地鐵通信領域的優(yōu)勢得到充分的應用。

3.2系統(tǒng)總體架構與協(xié)議

NGN網(wǎng)絡結構主要包括接入、傳輸、控制和業(yè)務層。其中接入層包含的設備最多，包括接入、中繼和信令網(wǎng)關和電話終端等。傳輸層主要是由信號傳送設備構成，傳送軟交換信息，同時與控制層分開，達到傳送和控制互不影響。控制層是軟交換的關鍵部分，為軟交換提供平臺。業(yè)務層可以使用戶體驗智能服務。NGN網(wǎng)絡的結構如圖1所示。

3.3公務電話系統(tǒng)軟交換技術組網(wǎng)方式

公務電話軟交互系統(tǒng)在進行實際的應用時需要進行深入的研究，不僅需要考慮正在建造的線路還需要考慮整個線網(wǎng)的因素，對系統(tǒng)進行整體的規(guī)劃，同時統(tǒng)一標準使得線網(wǎng)通信設備等資源可以共享?，F(xiàn)在我國新修建的地鐵都數(shù)個線路共用控制中心，這促進了軟交換技術的推廣。

通過對地鐵上公務電話客戶進行調(diào)查分析并考慮到多線路共用控制中心的特征，考慮采用兩級結構構建公務電話系統(tǒng)，使用接入點和中心交換節(jié)點的方式，具體情況如圖2所示。中心交換節(jié)點是整個系統(tǒng)的交換核心，依據(jù)主備方式配置，設在控制中心附近；接入點設在車站附近。

考慮到軟交換系統(tǒng)是依據(jù)IP網(wǎng)絡而建立的，這樣就可以使在有網(wǎng)絡的地方能夠通話得到滿足。應用了軟交換技術之后就與傳統(tǒng)的用戶接入方式大不相同，是網(wǎng)絡結構扁平化，靈活化。（圖2）

3.4系統(tǒng)主要構成的設計方案說明

將軟交換中心設備放在核心機房，實現(xiàn)對控制中心和用戶的控制以及信息通知等功能。該設備主要包含主控板和電源板等元件，其中電源板的容量應能夠滿足40000使用者的需求。還需要在控制中心安裝接入網(wǎng)關和中繼網(wǎng)關等來保證控制范圍內(nèi)的公務通信以及市話和專線的互通；安裝一臺網(wǎng)關來對各個線路的設備都進行管理；使用計費系統(tǒng)來對用戶產(chǎn)生的話費進行匯總。

備用的控制中心也采用軟交換中心設備，與上述的型號相同，當主設備出現(xiàn)問題時可以及時的工作以避免損失的擴大。

3.5軟交換系統(tǒng)保護方案設計

3.5.1容災備份保護

由于軟交換分布采用的是多個點共同控制的方法，因此強化了系統(tǒng)的備份保護能力，位于不同地方的控制中心共同構成了系統(tǒng)，公用一個數(shù)據(jù)庫。電話從接入層傳遞到傳輸層，然后在控制層的軟交換中心按次序登錄。如果主控中心出現(xiàn)問題，自動進入第二個控制中心，并以此類推，如此可以保證電話連續(xù)。

在主控中心和備用的控制中心都可以進行熱備份。網(wǎng)關都采用H.248協(xié)議在主控中心的軟交互設備上注冊，同時網(wǎng)關擁有主從雙歸的功能，在主控設備出現(xiàn)問題時自動連接到備用設備中，是用戶的通話不收影響，并提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

與普通的單交換方案不一樣的是，雙歸屬的方案多采用了一個平臺，新增的平臺為主交換平臺進行熱備份，發(fā)生問題時工作，同時兩套系統(tǒng)可以進行異地的容災備份，通過特殊技術實現(xiàn)互換?？梢钥紤]增加中繼網(wǎng)關來防止網(wǎng)關出現(xiàn)問題導致的通話終止等，使安全性得到進一步的提高。

3.5.2網(wǎng)關自交換

當軟交換平臺系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，可以采用中級網(wǎng)關的交換功能使調(diào)度系統(tǒng)、公共網(wǎng)絡等安全運行。接入網(wǎng)關不僅可以單個網(wǎng)絡進行交換，而且可以在多臺設備接入網(wǎng)關而其中某一臺出現(xiàn)故障時在虛擬的網(wǎng)關中進行交換。因此在極度惡劣的狀況下，采用接入網(wǎng)關的交換功能來使通話正常進行。

四、RAMS規(guī)劃以及全壽命周期成本分析

4.1 RAMS目標

為了保證地鐵通信軟交換系統(tǒng)在運行的過程中可靠（R）、易用（A）、易維護（M），依據(jù)系統(tǒng)運行的各種參數(shù)、過程框圖和計算模型，并結合了通信系統(tǒng)固有的標準進行分析，得出了RAM要求如下表。

表一 RAM要求

可靠性（R） 運行可用性（A） 可維護性（M）單位：小時

單位：故障次數(shù)每年、每系統(tǒng) 單位：百分率 響應時間 維修時間

地鐵通信軟交換系統(tǒng) 0.05 99.999% 2 3

4.2RAM計算

4.2.1維修時間計算

本設計方案采用的地鐵通信軟交換系統(tǒng)，配備了有很強故障控制功能的網(wǎng)管系統(tǒng)，可以自主檢測是否有程序出現(xiàn)問題。當發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問題的系統(tǒng)時，發(fā)出警告。系統(tǒng)使用的是板卡替換的方法來進行維修，平均的修理時間是0.2小時。

4.2.2系統(tǒng)的可用性計算

依據(jù)可靠性的相關理論，可以得出系統(tǒng)的可用性為：

其中MTBF為系統(tǒng)正常運行的時間。

T為出現(xiàn)故障時暫停工作的時間

4.3系統(tǒng)整個工作周期成本分析說明

地鐵通信軟交換系統(tǒng)的整個工作周期包含技術壽命、折舊壽命、物理壽命和經(jīng)濟壽命周期。對其成本進行分析使用的是LCC模型，目標是得出在考慮經(jīng)濟因素的時候將軟交換系統(tǒng)應用在地鐵通信系統(tǒng)之中是否合理。

4.3.1技術壽命

基于軟交換技術的地鐵通信系統(tǒng)采用的是NGN網(wǎng)絡設計而來的系統(tǒng)，是最新一代的網(wǎng)絡系統(tǒng)，可以實現(xiàn)向前發(fā)展、向后兼容和橫向聯(lián)通的功能。因此其技術壽命至少為20年，也就是說在20年之中該地鐵通信系統(tǒng)可以完成從電路交換向軟交換的轉變，同時設立無線有線一體化的通信模式，實現(xiàn)不同帶寬的組網(wǎng)和系統(tǒng)的向前發(fā)展，保證技術上不落伍。

4.3.2經(jīng)濟壽命

系統(tǒng)每個設備的維修花費處在適當?shù)姆秶鷥?nèi)的時間就是設備的經(jīng)濟壽命。設備長時間工作之后就會經(jīng)常出現(xiàn)問題導致維修費用上升。在設備投入使用之后，使用的事就越久，每年分擔的成本越低，但是維修費用卻越高。完整的經(jīng)濟壽命就是從設備投入使用到每年花費不合理的時間。地鐵通信系統(tǒng)的經(jīng)濟壽命一般為二十年。

4.3.3折舊壽命

各種設備在使用的過程中都會出現(xiàn)一定的折舊，依據(jù)目前科技的進步速度和電子設備的升級換代速度來看，對于IT產(chǎn)品的公認的折舊時間一般為五至十年。上文得出的系統(tǒng)的經(jīng)濟壽命為二十年，遠超過了設備的折舊時間，因此，當系統(tǒng)折舊之后還可以運行，為地鐵部門帶來巨大的經(jīng)濟效益。

4.3.4物理壽命

地鐵通信系統(tǒng)的物理壽命一般為二十年，也就是說在二十年內(nèi)，如果不出現(xiàn)人為的破壞或者自然災害的話，系統(tǒng)可以保持正常的運行，完成所需要完成的功能。

五、結束語

通過對于將軟交換技術應用到地鐵通信系統(tǒng)中進行研究得出了新的系統(tǒng)下，使得地鐵的通信網(wǎng)絡得到優(yōu)化，也節(jié)約了大量的人力和費用。采用多中心控制的方法，使系統(tǒng)可以安全可靠的運行。新的系統(tǒng)可以為每個的客戶提供其需要的服務并實現(xiàn)了視頻會議、及時通信和可視電話的功能。可以預見的是隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，軟交換技術應用在地鐵的通信系統(tǒng)之中的優(yōu)勢會更加明顯。

參 考 文 獻

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