葉 靈 陶宇龍 馬文勝

(北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司 北京 100037)

軟交換在城市軌道交通組網(wǎng)中的應(yīng)用

葉 靈 陶宇龍 馬文勝

(北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司 北京 100037)

針對(duì)當(dāng)前城市軌道交通對(duì)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等綜合業(yè)務(wù)的需求，從技術(shù)分析、功能定位、應(yīng)用方案等方面介紹軟交換技術(shù)，并與公務(wù)電話系統(tǒng)、專用電話系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行功能比較。通過(guò)在軌道交通新建城市中經(jīng)濟(jì)效益的分析，提出軟交換在軌道交通中的應(yīng)用前景。

城市軌道交通;軟交換;組網(wǎng);下一代網(wǎng)絡(luò);公務(wù)電話系統(tǒng);專用電話系統(tǒng);視頻會(huì)議系統(tǒng);辦公自動(dòng)化系統(tǒng)

一直以來(lái)，電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、多媒體網(wǎng)都各自為政，分別提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻等業(yè)務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步、用戶需求的日益增加，城市軌道交通對(duì)通信業(yè)務(wù)的需求已經(jīng)由單一的語(yǔ)音通信轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)數(shù)據(jù)、圖像、語(yǔ)音的綜合需求。

1 應(yīng)用背景

目前，在國(guó)內(nèi)城市軌道交通中，基本采用數(shù)字程控交換技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、傳真等業(yè)務(wù)需求，但存在著不適于承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、占用機(jī)房面積大，能耗高等問(wèn)題。IP(Internet protocol)網(wǎng)能夠承載各種數(shù)據(jù)信息，為實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、多媒體流等多種信息在一個(gè)承載網(wǎng)中傳送創(chuàng)造了條件，但它不能提供任何高層業(yè)務(wù)的控制功能。若在IP網(wǎng)上開(kāi)放語(yǔ)音業(yè)務(wù)，必須額外增加電話業(yè)務(wù)的控制設(shè)備。

由上可知，電話網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)均存在著一定的先天缺陷，無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的改造而成為一個(gè)“全業(yè)務(wù)網(wǎng)”。另外，各網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)與各自的信號(hào)源連接，造成重復(fù)投資、通信資源浪費(fèi)以及用戶使用不便?？梢?jiàn)，在城市軌道交通中，滿足語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等綜合業(yè)務(wù)的需求，已成為迫在眉睫的事情。

隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)于寬帶以及業(yè)務(wù)的要求也迅速增長(zhǎng)。為了向用戶提供更加靈活、多樣的現(xiàn)有業(yè)務(wù)、新增業(yè)務(wù)和更多的個(gè)性化服務(wù)，提出了下一代網(wǎng)絡(luò)的概念。下一代網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)建立在IP技術(shù)基礎(chǔ)上的新型公共電信網(wǎng)路，能夠容納各種形式的信息，是集話音、數(shù)據(jù)、圖像以及傳真等業(yè)務(wù)于一體的全新網(wǎng)絡(luò)。軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向，它打破了傳統(tǒng)的封閉交換機(jī)構(gòu)，采用開(kāi)放的接口和通用的協(xié)議，硬件比較分散，業(yè)務(wù)控制和業(yè)務(wù)邏輯則相對(duì)集中。

根據(jù)我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所的定義，軟交換是網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)以及下一代分組網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備之一，它獨(dú)立于傳送網(wǎng)絡(luò)，主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認(rèn)證、計(jì)費(fèi)等功能，同時(shí)可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換機(jī)所具有的業(yè)務(wù)，并向第三方提供可編程業(yè)務(wù)。軟交換符合工信部YD 1434—2006—1《軟交換設(shè)備總體技術(shù)要求》中的各項(xiàng)規(guī)定要求。截至2009年，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商的骨干語(yǔ)音網(wǎng)核心都已經(jīng)被軟交換替代。軟交換得到了業(yè)界廣泛的認(rèn)同和重視，國(guó)際軟交換組織ISC(International Soft Switch Consortium)的成立更加快了軟交換技術(shù)的發(fā)展步伐。目前，國(guó)內(nèi)主要的軟交換廠商有華為、中興通訊、阿爾卡特、3Com、諾基亞西門子和UT斯達(dá)康等，它們都擁有各自的軟交換解決方案，其中部分解決方案已經(jīng)在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中得到應(yīng)用。

2 技術(shù)分析

目前，城市軌道交通中的專用通信系統(tǒng)主要分為傳輸、無(wú)線通信、公務(wù)電話、專用電話、視頻監(jiān)視、廣播、時(shí)鐘、乘客信息、辦公自動(dòng)化、電源及接地、集中告警共11個(gè)子系統(tǒng)，種類繁多，功能分散。

2.1 傳統(tǒng)各子系統(tǒng)功能

2.1.1 公務(wù)電話系統(tǒng)

公務(wù)電話系統(tǒng)需為城市軌道交通系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)營(yíng)、管理、維修等部門的工作人員提供日常工作聯(lián)系，它是集語(yǔ)音、中低速數(shù)據(jù)為一體的交換網(wǎng)絡(luò)，可提供城市軌道交通內(nèi)部用戶之間、城市軌道交通內(nèi)部用戶與公用電話網(wǎng)用戶之間的電話聯(lián)絡(luò)，能將“119”、“110”和“120”等特種業(yè)務(wù)呼叫自動(dòng)轉(zhuǎn)移至公用電話網(wǎng)的“119”、“110”和“120”上。

2.1.2 專用電話系統(tǒng)

專用電話系統(tǒng)需為組織指揮行車和運(yùn)營(yíng)管理的人員提供工作聯(lián)系，包括控制中心調(diào)度員、車站值班員、車輛段/停車場(chǎng)值班員等。專用電話系統(tǒng)由調(diào)度電話、站內(nèi)、站間及軌旁電話等構(gòu)成，根據(jù)各線路的運(yùn)營(yíng)管理模式，配置行車、電力、環(huán)控(防災(zāi))、維修等調(diào)度電話系統(tǒng)。

2.1.3 辦公自動(dòng)化系統(tǒng)

辦公自動(dòng)化系統(tǒng)面向城市軌道交通日常運(yùn)營(yíng)和管理，是城市軌道交通信息交流的重要平臺(tái)，主要完成數(shù)據(jù)處理、文檔管理、日程管理、信息通道、輔助辦公等業(yè)務(wù)。

2.1.4 視頻會(huì)議系統(tǒng)

視頻會(huì)議系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)終端點(diǎn)對(duì)點(diǎn)會(huì)議、多點(diǎn)會(huì)議、多組會(huì)議、會(huì)議直播、多分屏視頻會(huì)議、高標(biāo)清混合會(huì)議、雙流會(huì)議等功能。

2.2 軟交換技術(shù)及其功能定位

ISC自1999年成立以來(lái)，致力于提供一個(gè)開(kāi)放分布的體系結(jié)構(gòu)，支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和多媒體通信與供應(yīng)商互通。軟交換的主要思想是業(yè)務(wù)與控制、傳輸與接入之間的相互分離，在各個(gè)實(shí)體之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議進(jìn)行連接和通信。軟交換位于網(wǎng)絡(luò)的控制層，提供各種業(yè)務(wù)的呼叫控制、連接以及部分應(yīng)用業(yè)務(wù)。

軟交換網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分為邊緣接入層、核心傳送層、控制層和業(yè)務(wù)層，如圖1所示。其中，SG(signaling gateway)為信令網(wǎng)關(guān)，TG(trunk gateway)為中繼網(wǎng)關(guān)，AG(access gateway)為接入網(wǎng)關(guān)，IAD(integrated access device)為綜合接入設(shè)備，BGW(broadband gateway)為寬帶網(wǎng)關(guān)，WAG(wireless access gateway)為無(wú)線接入網(wǎng)關(guān)，H.323GW(H.323 gateway)為 H.323 網(wǎng)關(guān)。

2.2.1 邊緣接入層

圖1 軟交換網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

軟交換技術(shù)將電話交換機(jī)的業(yè)務(wù)接入模塊獨(dú)立成為一個(gè)物理實(shí)體，稱為媒體網(wǎng)關(guān)MG(media gateway)。MG運(yùn)用各種方式，將各類用戶及業(yè)務(wù)接入到軟交換網(wǎng)絡(luò)中，完成數(shù)據(jù)格式和協(xié)議的轉(zhuǎn)換，將接入的所有媒體信息流均轉(zhuǎn)換為采用IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包，在軟交換網(wǎng)絡(luò)中傳送。根據(jù)MG接入的用戶及業(yè)務(wù)不同，MG分為中繼媒體網(wǎng)關(guān) TG、信令網(wǎng)關(guān) SG、接入網(wǎng)關(guān) AG(access gateway)、綜合接入設(shè)備(IAD)、多媒體業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)MSAG(media servers access gateway)、H.323 網(wǎng)關(guān)、無(wú)線接入媒體網(wǎng)關(guān)(WAG)。

2.2.2 核心傳送層

核心傳送層主要為業(yè)務(wù)媒體流和控制信息流提供統(tǒng)一的、保證QoS(quality of service)的高速分組傳輸平臺(tái)，主要任務(wù)是將軟交換各個(gè)網(wǎng)元連接起來(lái)。

2.2.3 控制層

控制層決定呼叫的建立、接續(xù)和交換，將呼叫控制與媒體業(yè)務(wù)相分離，理解上層生成的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，通知下層網(wǎng)路單元如何處理業(yè)務(wù)流。軟交換提供基本的呼叫控制和信令處理功能，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的傳輸和交換資源進(jìn)行分配和管理，在這些網(wǎng)關(guān)之間建立起呼叫或是已定義的復(fù)雜處理，同時(shí)產(chǎn)生處理的詳細(xì)資料。

2.2.4 業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層中的應(yīng)用服務(wù)器提供了執(zhí)行、處理和生成業(yè)務(wù)的平臺(tái)，并負(fù)責(zé)處理和媒體網(wǎng)關(guān)的承載接口。

2.3 軟交換特點(diǎn)

2.3.1 靈活的接入方式

軟交換采用開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)接口，控制、承載與業(yè)務(wù)的分離，做到了功能模塊化、接口標(biāo)準(zhǔn)化，易于不同廠家設(shè)備互聯(lián)。特別在接入層，更加適合用戶量不集中、點(diǎn)多線長(zhǎng)的軌道交通行業(yè)，以實(shí)現(xiàn)用戶的快速接入與部署。

2.3.2 終端的多功能性

在軟交換體系中，用戶終端發(fā)生了相應(yīng)的變化。軟交換支持眾多的協(xié)議，包括 H.248、SCTP(Stream Control Transmission Protocol)、ISUP(ISDN User Part)、TUP(Technology， User Experience， Product)、INAP(Intelligent Network Application Protocol)、H.323、SIP(Session Initiation Protocol)、MGCP(Media Gateway Control Protocol)、BICC(Bearer Independent Call Control protocol)、BRI(Basic Rate Interface)、PRI(Primary Rate Interface)等，不僅能在電話交換平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音交換，對(duì)不斷發(fā)展的視訊、多媒體業(yè)務(wù)也具有很好的兼容性。

2.3.3 提高網(wǎng)路的可靠性

軟交換系統(tǒng)應(yīng)用電信級(jí)嵌入式操作系統(tǒng)，核心層采用雙歸屬冗余設(shè)置，接入采用雙通道冗余，主要設(shè)備板卡、模塊采用1+1熱備，系統(tǒng)整體可靠性達(dá)到99.999%。

2.3.4 多樣的業(yè)務(wù)提供方式

業(yè)務(wù)提供的方式多樣、種類豐富，包括基本業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、智能業(yè)務(wù)、IP增值業(yè)務(wù)等。

2.4 技術(shù)比選

2.4.1 接通率

語(yǔ)音接通率和系統(tǒng)接通率是考核交換機(jī)性能的兩個(gè)重要指標(biāo)。語(yǔ)音接通率主要考核用戶應(yīng)答的比例，由于受網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、用戶使用習(xí)慣和資費(fèi)政策等因素的影響，交換局間的語(yǔ)音接通率往往相差很大，而且不穩(wěn)定。所以，考核系統(tǒng)接通率將會(huì)更加真實(shí)地反映交換機(jī)的性能情況。按照國(guó)家的規(guī)范要求，接通率的達(dá)標(biāo)范圍為95%～98%。

2.4.2 呼損率

在一個(gè)通信系統(tǒng)中，造成呼叫失敗的概率稱為呼叫損失概率，簡(jiǎn)稱為“呼損率”，也稱為“服務(wù)等級(jí)”，其物理意義是損失話務(wù)量與呼叫話務(wù)量之比。話務(wù)量與信道數(shù)的關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 話務(wù)量與信道數(shù)的關(guān)系曲線

由此可見(jiàn)，服務(wù)等級(jí)與信道利用率是矛盾的，要折中處理。

2.4.3 語(yǔ)音質(zhì)量

目前，傳統(tǒng)的TDM(time-division multiplexing)交換機(jī)均采用G.711語(yǔ)音編碼方式。軟交換承載在 IP網(wǎng)上的語(yǔ)音編碼目前主要有 G.711、G.729 和 G.723.1。在IP承載網(wǎng)絡(luò)資源較為充裕的情況下，優(yōu)先選用G.711編碼方式;在IP承載網(wǎng)絡(luò)資源較為緊張的情況下，優(yōu)先選用占用傳輸帶寬最小的G.729編碼方式。

在傳輸過(guò)程中，軟交換的語(yǔ)音報(bào)文遇到IP網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、抖動(dòng)、丟包和帶寬保障等問(wèn)題，通過(guò) MPLS/VPN(multiprotocol label switching/virtual private network)或DiffServ(differentiated service)技術(shù)，充分保障語(yǔ)音報(bào)文在IP網(wǎng)絡(luò)中的傳送。以上技術(shù)充分保證了在承載網(wǎng)質(zhì)量不佳情況下的語(yǔ)音質(zhì)量，并可與傳統(tǒng)交換的語(yǔ)音質(zhì)量相媲美。

以上的技術(shù)分析表明，軟交換能在城市軌道交通中綜合實(shí)現(xiàn)公務(wù)電話、專用電話、辦公自動(dòng)化、視頻會(huì)議等系統(tǒng)的功能。

3 應(yīng)用方案

3.1 軟交換組網(wǎng)及相關(guān)業(yè)務(wù)

如圖3所示，在控制中心設(shè)置軟交換中心平臺(tái)。

圖3 軟交換應(yīng)用方案

在控制中心、車輛段、停車場(chǎng)和各個(gè)車站，可采用綜合接入設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)公務(wù)電話、專用電話、辦公自動(dòng)化、視頻會(huì)議等系統(tǒng)終端的統(tǒng)一接入，將業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)接到數(shù)據(jù)網(wǎng)上。采用AG或IAD，不僅可以滿足新增用戶的語(yǔ)音通信需求，還可以為用戶同時(shí)開(kāi)通寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)。針對(duì)有特殊需要的控制中心(或車輛段，或停車場(chǎng)，或車站等)，可以直接使用IP電話、可視電話、軟Phone等智能終端，享受更豐富的語(yǔ)音視頻通信業(yè)務(wù)。

軟交換系統(tǒng)的核心控制設(shè)備全面繼承了傳統(tǒng)語(yǔ)音交換機(jī)的能力，直接實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)音基本業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)和附加業(yè)務(wù);同時(shí)，軟交換支持INAP，可順利增加多媒體彩鈴等傳統(tǒng)智能業(yè)務(wù)。對(duì)于新業(yè)務(wù)的開(kāi)展，軟交換系統(tǒng)是一個(gè)面向終端用戶、具有開(kāi)放性和擴(kuò)展性的統(tǒng)一業(yè)務(wù)平臺(tái)。

通過(guò)軟交換的標(biāo)準(zhǔn)API(Application Programming Interface)，開(kāi)發(fā)了大量的IP增值業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)供用戶挑選，還有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)多媒體通信、多方多媒體會(huì)議業(yè)務(wù)及其他多媒體增值業(yè)務(wù)等。軟交換提供具有標(biāo)準(zhǔn)接口的PARLAY網(wǎng)關(guān)，用戶可自由選擇基于該API開(kāi)發(fā)的第三方業(yè)務(wù)。此外，軟交換可以與傳統(tǒng)H.323的GK(gate keeper)、視訊系統(tǒng)互通，開(kāi)展語(yǔ)音視頻混合會(huì)議等融合多媒體業(yè)務(wù)。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益及推廣前景

3.2.1 價(jià)格比較

在新建城市中，以1個(gè)控制中心、1個(gè)車輛段、1個(gè)停車場(chǎng)和20個(gè)車站的建設(shè)規(guī)模為模型，對(duì)采用軟交換系統(tǒng)方式與采用傳統(tǒng)方式(單獨(dú)設(shè)置公務(wù)電話系統(tǒng)、專用電話系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng))的投資進(jìn)行分析。在實(shí)現(xiàn)含視頻會(huì)議和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)的功能時(shí)，軟交換方式的投資略高于傳統(tǒng)方式的投資;但如果僅實(shí)現(xiàn)公務(wù)電話的功能，從目前在鄭州軌道交通的實(shí)施情況看，軟交換組網(wǎng)與地鐵傳統(tǒng)程控系統(tǒng)組網(wǎng)的投資相近。

由上面的分析可見(jiàn)，在新建城市中，軟交換的造價(jià)遠(yuǎn)低于公務(wù)電話、專用電話、視頻會(huì)議、辦公自動(dòng)化等系統(tǒng)分開(kāi)建設(shè)的造價(jià)。

3.2.2 性價(jià)比分析

軟交換采用開(kāi)放式平臺(tái)，可以很容易、迅速地加入任何網(wǎng)絡(luò)的新業(yè)務(wù)，易于接收革新應(yīng)用。以5 000～30 000線的建設(shè)規(guī)模為例，對(duì)軟交換及電路交換機(jī)進(jìn)行比較:軟交換的性價(jià)比每年提高60% ～80%，而電路交換機(jī)的性價(jià)比每年提高大約20%。當(dāng)用戶容量約為10 000線時(shí)，電路交換機(jī)的設(shè)備總體價(jià)格和平均每線價(jià)格均超過(guò)軟交換。

4 結(jié)語(yǔ)

目前在技術(shù)方面，軟交換作為下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向及核心，已經(jīng)相當(dāng)成熟可靠，并且在民航、電力、檢察院以及酒店等領(lǐng)域得到應(yīng)用。根據(jù)以上分析，軟交換具有完全實(shí)現(xiàn)軌道交通中公務(wù)電話、專用電話、視頻會(huì)議等系統(tǒng)功能的能力，并可實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化系統(tǒng)的部分常規(guī)功能。在不同城市的軌道交通中，其辦公自動(dòng)化系統(tǒng)的功能特點(diǎn)、界面風(fēng)格等方面具有不同的要求，需要通過(guò)對(duì)軟交換的二次開(kāi)發(fā)，才能使各項(xiàng)功能都滿足用戶要求。

從造價(jià)和性價(jià)比方面的分析可見(jiàn):在新建城市軌道交通的城市中，建設(shè)軟交換系統(tǒng)的方案優(yōu)于單獨(dú)設(shè)置公務(wù)電話系統(tǒng)、專用電話系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)以及辦公自動(dòng)化系統(tǒng)的方案;在既有城市軌道交通的城市中，可在線網(wǎng)改造時(shí)，通過(guò)分階段、分線路的方式，實(shí)現(xiàn)軟交換系統(tǒng)的建設(shè)。

［1］孟祥真.通信交換技術(shù)［M］.北京:北京郵電大學(xué)出版社，2008.

［2］林波，譚建豪.軟交換技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用［J］.天津通信技術(shù)，2005，24(4):2-4.

［3］曹曉鈞.下一代網(wǎng)絡(luò)的核心——軟交換［J］.廣東通信技術(shù)，2004，24(6):1-2.

［4］鄭州市軌道交通有限公司，北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司.鄭州市軌道交通1號(hào)線一期工程招標(biāo)文件［G］.鄭州，2011:112-150.

Application of Soft Switch in Urban Rail Transit Network Formation

Ye Ling Tao Yulong Ma Wensheng
(Beijing Urban Engineering Design＆Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100037)

Abstract:In view of the current requirements of urban rail transit in voice， data， images and other compre-hensive business，soft switch is introduced from the aspects of technical analysis，functional orientation， application solutions， and compared with public telephone system，private telephone system，video conferencing system and office automation system.The application prospect of soft switch in rail transit is highlighted in terms of the economic returns in cities which have newly built urban rail transit systems.

Key words:urban rail transit;soft switch;next generation network(NGN);public telephone system;private telephone system;video conferencing system;office

U231.7

A

1672-6073(2013)02-0030-04

10.3969/j.issn.1672-6073.2013.02.008

收稿日期:2011-12-21

2012-08-27

作者簡(jiǎn)介:葉靈，女，大學(xué)本科，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，從事軌道交通通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，yl_ling@126.com

(編輯:郭 潔)