史 藝

（遼寧鐵道職業(yè)技術學院，遼寧 錦州 121000）

下一代軟交換鐵路調度通信系統研究

史 藝

（遼寧鐵道職業(yè)技術學院，遼寧 錦州 121000）

軟交換是下一代通信的核心技術，其基本思想是實現硬件軟件化?；谲浗粨Q技術構建鐵路調度通信系統，可為鐵路調度指揮系統提供一個實時、可控、穩(wěn)定、安全的多媒體通信平臺.

軟交換；分組交換；調度；集中；多媒體；安全

1 鐵路調度通信系統的特點

鐵路是一個龐大的綜合性企業(yè)，是我國國民經濟的大動脈，是發(fā)展經濟、鞏固國防、滿足人民生活需要的主要交通工具.為確保鐵路這一龐大聯動機正常運轉，鐵路運輸生產必須在分散的基礎上實行高度集中的統一指揮.鐵路調度指揮系統按級別分為鐵道部調度指揮中心（簡稱部中心）、鐵路局調度指揮中心（簡稱局中心）和車站基層網三級網絡，包括列車調度、計劃調度、貨運調度、客運調度、機車調度、特種調度和供電調度等系統.

鐵路調度通信是專門用于組織及指揮鐵路運輸的鐵路專用通信系統.為保證鐵路列車暢通無阻、安全正點，鐵路調度通信系統必須首先做到迅速、準確、安全、可靠.迅速是指電路的選叫和交換要快，調度指揮要及時；準確是指通信的清晰度和逼真度要高，盡量減少錯號、誤動、失真和串音；安全是指對人身和設備沒有危險，并符合鐵道部規(guī)定的保密要求；可靠是指保持良好穩(wěn)定的通信質量.隨著鐵路特別是高速鐵路的發(fā)展，鐵路系統逐步推廣 TDCS（Train Operation Dispatching Command System）鐵路列車調度指揮系統和CTC（Centralized Traffic Control System）調度集中控制系統（主要應用于高速鐵路和客運專線）.鐵路調度指揮系統的發(fā)展要求鐵路調度通信系統必須在滿足鐵路調度通信業(yè)務的同時，滿足列車控制安全數據和安全監(jiān)控數據等業(yè)務的實時傳輸需求，要在迅速、準確、安全、可靠的基礎上強化分散控制與集中管理等技術手段，進一步提高系統可監(jiān)測性、可控性、可維護性以及應急容災能力.

鐵路調度通信系統是以調度員為中心的一點對多點的主從通信系統，是一種會議模式的專用通信網絡.現有鐵路調度通信系統主要采用FAS（Fixed Access Switching）鐵路調度通信系統，調度員以單呼、組呼（依次選叫）和全呼等方式呼叫所轄區(qū)段調度終端用戶并建立通信聯系，同時接受所轄區(qū)段調度終端的呼叫并建立通信聯系.作為鐵路列車調度指揮系統的重要通信工具，鐵路調度通信系統一般不與公網相連.FAS可滿足鐵路數字調度通信系統和GSM-R對功能的要求，可分別或同時支持電路和IP組網應用，支持用戶由單純的話音調度指揮向調度指揮平滑過渡，支持由電路交換向軟交換平滑過渡，為下一代鐵路調度通信系統實現軟交換奠定了堅實的基礎.

2 軟交換技術

2.1 軟交換

軟交換（Soft-switching）是通過軟件實現呼叫控制功能的實體，是下一代通信網絡的呼叫與控制核心，提供實時的業(yè)務呼叫控制和連接控制.軟交換的基本思想是硬件軟件化，使呼叫控制與呼叫傳輸分離開，通過服務器或網絡上的軟件實現呼叫選路、連接控制、管理控制和信令互通等基本功能.

2.2 軟交換網絡結構

軟交換系統采用分層網絡結構，組網靈活方便，各層之間使用標準的協議進行連接和通信，基于應用服務器在統一的分組網絡上進行軟交換，提供各種類型的業(yè)務.網絡基本結構如圖1所示，包括接入層、傳輸層、控制層和業(yè)務層等4個功能層.

接入層為底層，采用各種方式和接入手段將各種用戶接入核心網，實現各種信息格式之間的轉換，但不具備呼叫控制功能，需要與控制層設備配合才能完成操作.它采用開放的業(yè)務接口與分組承載網絡相對獨立，使業(yè)務開發(fā)具有很高的靈活性，便于新業(yè)務、新功能的開發(fā)和系統升級.接入層主要包括信令網關、各種媒體網關、綜合接入設備、媒體資源服務器、智能終端等多種接入設備.

傳輸層采用分組承載方式，負責提供各種信令和媒體流的通道，目前大多使用具有巨大IP容量和高QoS保證的IPv6網絡.

控制層是整個網絡的呼叫與控制核心，其主要組成部分是軟交換設備，用來控制接入、完成呼叫接續(xù)，主要提供呼叫控制、連接控制、協議處理等功能，并為業(yè)務層提供訪問底層的開放接口.

業(yè)務層為頂層，主要包括應用服務器、網管服務器、數據庫服務器、AAA服務器等，它利用底層的各種網絡資源為用戶提供獨立于網絡的智能服務，為整個軟交換網絡體系提供業(yè)務上的支持.

2.3 軟交換的核心要素

2.3.1 開放的網絡結構

軟交換網絡具有簡潔、清晰的層次結構，各個網元之間使用標準的協議和接口，使得系統各部分在地理上可以自由分離，網絡結構開放，系統各部分均可獨立發(fā)展和升級，可實現各種異構網的互通和網絡融合，降低運營維護成本.

2.3.2 綜合的接入能力

軟交換支持各種協議，實現了各種業(yè)務及用戶的綜合接入，只要符合標準的設備均可以很快進入網絡體系，并允許網絡內所有用戶遠程接入，能最大限度地保護用戶投資，充分發(fā)揮現有通信網絡的作用.

2.3.3 基于策略的運行支持

軟交系統換采用了一種與傳統OAM系統完全不同的、基于策略的實現方式來完成運行支持系統的功能，將PSTN的可靠性和數據網的靈活性有機結合起來，按照一定的策略對網絡特性進行實時、智能、集中式的調整和干預，以保證整個系統的穩(wěn)定性和可靠性.

軟交換做為先進的下一代通信主流技術，必將為下一代鐵路調度通信系統帶來全新的通信理念.

3 下一代鐵路調度通信系統

3.1 基本思路

構建下一代鐵路調度通信系統的基本思路是：充分利用先進軟交換技術，實現鐵路列車調度指揮系統網絡的軟交換與系統融合，以及與鐵路調度通信系統的融合；滿足鐵路調度指揮系統的分散管理、集中控制的要求，實現鐵路調度通信系統的網絡化、智能化、一體化，提高系統的協調性、安全性和應急能力.

首先,采用軟交換技術實現鐵路調度指揮系統與相對獨立分散的機務綜合管理、電力遠動、牽引供電、車輛安全、貨檢安全集中監(jiān)控、鐵路客票發(fā)售和預訂等系統的融合，在一個綜合的多媒體平臺上實現鐵路調度的分散管理和集中統一指揮.第二,融合鐵路通信系統與鐵路調度指揮系統，建成一個多媒體軟交換鐵路通信系統網絡，為鐵路調度指揮系統提供語音、數據、圖像、視頻會議等多媒體通信功能，既保證各系統的相對獨立性，又確保在緊急狀態(tài)能跨系統調用數據、發(fā)布命或消息、召開視頻會議，使鐵路調度可在一個平臺上完成各種調度指揮與管理業(yè)務，確保數據、命令、語音、圖像和視頻等通信實時、迅速、準確、安全、可靠，實現系統內網絡資源共享，并提供對外應急業(yè)務接口，提高指揮系統的應急能力和抵御自然災害的能力.第三,利用現代技術，采用智能終端整合調度終端設備，簡化設備，簡化操作與維護，實現設備一體化和設備與網絡的完美結合.利用軟交換的安全機制提高系統安全性.

3.2 系統構成

如圖2所示，下一代軟交換鐵路調度通信系統，充分利用TDCS/CTC、數字調度通信、GSM-R等技術，采用IPv6、H.323多媒體通信協議標準的分組承載軟交換網絡結構，為鐵路調度指揮系統提供多媒體綜合業(yè)務平臺.

接入層采用IPv6主要是利用其巨大的地址空間，以便容納更多的業(yè)務接入.此外，在IPv6中指定了對身份認證和加密的支持，增強了網絡層數據安全性，便于協議自身的功能擴展并提供更好的服務質量（QoS）支持.

H.323通信協議是一個系列協議，是ITU_T制定的“基于數據包的多媒體通信系統”，采用了ISDN的設計思想，具有電信網集中處理和管理的工作模式，具備做任意規(guī)模的IP電話系統的能力，很容易與傳統PSTN電話網兼容，是對多媒體會議功能支持最全面和最完善的多媒體通信協議，可以支持鐵路調度通信系統一點對多點的會議模式通信.

3.2.1 調度指揮中心

鐵路調度分為行車調度、貨運調度、客運調度、計劃調度、機車調度、特種調度和供電調度等.調度在調度指揮中心指揮鐵路運輸生產，調度指揮中心按級別分為鐵道部調度指揮中心（簡稱部中心）和鐵路局調度指揮中心（局中心），分別設在鐵道部和鐵路局.部中心、局中心、車站基層網構成三級鐵路調度指揮網絡.

局中心包括各調度室以及網管、綜合維護等業(yè)務系統，調度室1至調度室n可分別為行車調度、貨運調度等調度室.調度臺設在調度室內，是供調度指揮列車運行的多媒體智能終端.各調度臺可按其專用IP直接接入，在分組承載網和調度服務器的控制下完成與車站基層網的多媒體軟交換通信，在一個統一的多媒體通信平臺上實現了各調度指揮系統的融合.調度服務器是調度指揮與管理專用的應用服務器，集中了H.323多點控制器功能模塊、H.323多點處理器功能模塊、調度業(yè)務控制功能模塊、軟交換功能模塊、AAA功能模塊，可完成系統中所有媒體信息的集中處理.媒體服務器為鐵路調度通信提供音頻混合、不同語音編解碼和專用媒體資源等功能.調度臺能為調度員提供圖像、數據、語音、會議等多媒體通信功能，供調度員辦理行車調度指揮管理業(yè)務、進行調度通信、召開視頻會議，實現了調度指揮和數字調度通信系統的融合.在緊急狀況時，系統可在調度指揮中心授權后，可提供特定的專用接口與PSTN、CDMA/GSM網絡終端進行應急通信.

3.2.2 車站基層網

車站是鐵路運輸生產的基層單位，具有點多線長、分散維護的特點，應以安全生產為中心，保證設備準確無誤.鐵路局以局中心為核心連接所轄的n個車站基層網組成鐵路局調度指揮系統，車站調度終端是車站基層網中指揮列車運行、組織鐵路運輸生產、提高效率、保證安全、傳輸生產指揮信息的重要設備.下一代鐵路調度通信系統具有開放的軟交換網絡結構，各鐵路局可根據局中心和各車站實際情況采用不同類型的調度終端，并根據調度終端類型不同選擇直接接入和媒體網關接入兩種方式.智能終端直接按IP接入；其它終端可由媒體網關接入，其中有線終端由中繼網關接入，移動終端業(yè)務由無線接入網關.

圖2所示的系統中，車站1采用與調臺一樣的智能調度終端，實現了車站調度終端設備一體化，為車站提供多媒體業(yè)務平臺，按其預先設置的專用IP直接接入分組承載網由網絡賦予其權限及業(yè)務范圍.車站n采用CTC系統，包括車站值班員工作站、（大站）信號員工作站、CTC自律機（車站聯鎖系統）、電務維護、調度通信等系統，由接入網關接入分組承載網.兩種調度終端接入后，均在分組承載網和調度服務器的控制下進行通信，構成車站基層指揮系統.

3.2.3 調度通信系統

在圖2系統中，調度臺與車站1智能調度終端可直接接入，在分組承載網和調度服務器的控制下實現H.323協議所支持的一點對多點主/從通信或會議業(yè)務等多媒體軟交換通信業(yè)務，并可實現與移動終端的軟交換通信.

車站n通信系統包括數字調度電話系統和鐵路專用移動通信系統GSM-R（GSM for Railways）.數字調度電話系統由數字調度電話主系統（簡稱主系統）、數字調度電話分系統（簡稱分系統）、操作臺等組成.主系統設在局中心調度機械室，提供網絡和通道管理、組網、呼叫處理、交換及各種通信業(yè)務等綜合業(yè)務.分系統設在各車站通信機械室，在主系統控制下完成車站基層網各種用戶的接入業(yè)務.操作臺（簡稱前臺）設在車站值班員室等車站作業(yè)室，是一種車站指揮系統按鍵式桌面通信終端，前臺由分系統接入主系統，在主系統控制下建立與調度臺和移動終端的通信聯系.主系統由接入網關接入分組承載網，在分組承載網和調度服務器的控制下，實現與調度臺和移動終端之間的通信.

GSM-R系統由交換機、基站、機車綜合通信設備、手機等設備組成，經無線接入網關接入，在分組承載網和調度服務器的控制下與調度臺和車站進行通信.GSM-R系統提供調度通信、車次號傳輸與列車停穩(wěn)信息的傳送、調度命令傳送、列車尾部裝置信息傳送、調車機車信號和監(jiān)控信息系統傳輸、列車控制數據傳輸、區(qū)間移動公務通信、應急指揮通信話音和數據業(yè)務等功能.應急通信系統在發(fā)生自然災害或突發(fā)事件等影響鐵路運輸的緊急情況時，在突發(fā)事件現場與救援中心之間，以及現場內部可采用GSM-R通信系統，建立語音、圖像、數據通信系統.

在下一代鐵路調度通信應急系統中還可以有條件地將重要的辦公PSTN終端經中繼網關接入系統，在遇到緊急情況和處理重大事故時可及時將調度指揮中心授權的CDMA/GSM終端（特別是3G終端）經無線接入網關接入系統，為鐵路調度指揮應急系統提供必要的臨場應急通信工具.

3.3 系統的優(yōu)勢

3.3.1 互通融合 擴展性強

軟交換鐵路調度通信系統基于H.323技術，可在分組承載網之上，可實現控制功能與承載能力、呼叫與會晤、應用與服務、業(yè)務提供與網絡各自分離，可相對獨立地發(fā)展和升級，具有極強的組網靈活性和功能可擴展性，無需對已有的網絡和硬件設備進行更換或改動，便可在網絡上任意靈活地設置和插入調度臺、調度終端和調度服務器，在故障情況下系統可立刻將故障設備的業(yè)務接管過來，系統可靠性高、維護方便，可有效整合鐵路通信資源，同時滿足鐵路企業(yè)信息化不斷發(fā)展的要求.系統應用服務器可提供調度指揮系統運行維護與管理功能、通信功能，還可提供增值業(yè)務和開放的、獨立于網絡的應用程序開發(fā)接口，提供其它服務器之間的互聯，容易實現各業(yè)務網絡之間互通融合.媒體服務器在應用服務器和軟交換設備的控制下可提供在IPv6環(huán)境下鐵路調度系統所需的各種媒體資源.軟交換鐵路調度系統在保證系統完整性的前提下，具有很高的擴展性，系統具有很大的發(fā)展空間.

3.3.2 安全性能高.

軟交換鐵路調度通信系統采用雙軟交換、雙機終端、雙鏈路、雙IP、雙通道、雙服務器的雙環(huán)結構，可提高系統設備的安全性；系統利用數據庫服務器存儲鐵路調度通信網絡的配置和用戶數據，有效地進行系統數據冗余備份，提高了數據的安全性；調度服務器的AAA功能模塊可有效地進行鐵路調度通信系統用戶的認證、授權和管理，可有效控制系統用戶的接入和業(yè)務權限，提高系統用戶安全度.軟交換自身完備的安全機制，可利用協議體系對傳輸進行安全保護，可滿足鐵路調度系統網絡信息安全的要求，有效防止安全攻擊.

3.3.3 應急容災能力強

軟交換鐵路調度通信系統可為鐵路調度指揮系統提供一個多媒體綜合業(yè)務平臺，保證鐵路調度實時地完成調度命令、計劃傳送、可視圖像、錄音錄像存儲等多種媒體業(yè)務.這個平臺可以實現各調度指揮系統的互通融合，便于在緊急狀態(tài)在一個多媒體平臺上進行統一的調度指揮，提高系統的應急與協作能力.

軟交換系統在分組網上可進行網絡中斷備份和容災備份，可對視頻、語音、圖像數據業(yè)務進行統一管理和儲存，可對所有的呼叫過程、語音、圖像和數據內容進行記錄.系統可采用雙歸屬1+1主備容災方案，每個媒體網關均連接到兩個軟交換設備上，兩個軟交換設備采用主/備用制，一旦主用設備故障，則自動按預先配置的IP向備用軟交換設備注冊，激活備用軟交換設備來接接替主用設備的業(yè)務，有效防止大面積癱瘓，使系統具有較高的容災能力.鐵路調度指揮中心可臨時由調度臺、通信服務器、媒體網關、調度終端、應急業(yè)務電話終端等搭建應急調度通信網絡，可充分發(fā)揮軟交換的應急通信機制.

4 結束語

軟交換鐵路調度通信系統無疑將成為下一代鐵路調度通信發(fā)展的方向，它將從不同層面、不同角度采用不同的技術手段提高服務質量，給下一代鐵路調度指揮系統提供一個嶄新的多媒體綜合通信平臺，為保障鐵路運輸安全正點、實現鐵路調度高度集中的統一指揮和適應鐵路未來的發(fā)展提供高質量的通信技術支持和保障.

〔1〕趙學軍，陸立，等.軟交換技術與應用.北京：人民郵電出版社，2004.

〔2〕韓熠.下一代網絡中鐵路專用通信網絡技術的研究.鐵道部科學研究院，2006.52-53，93-95.

〔3〕楊金虎.鐵路專用通信.北京：中國鐵道出版社，2005.

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1673-260X（2012）02-0050-04