馬文勝 趙東霞

(1.鄭州市軌道交通設(shè)計研究院有限公司，450000，鄭州;2.鄭州市軌道交通有限公司，450000，鄭州∥第一作者，工程師)

1 問題的提出

公務(wù)電話系統(tǒng)在城市軌道交通中為運(yùn)營、管理、維修等部門工作人員提供了日常工作的聯(lián)系手段。它是集語音、中低速數(shù)據(jù)為一體的交換網(wǎng)絡(luò)，為城市軌道交通內(nèi)部用戶之間、內(nèi)部用戶與市話公網(wǎng)用戶之間提供電話聯(lián)絡(luò)，能將“119”、“110”和“120”等特種業(yè)務(wù)呼叫自動轉(zhuǎn)移至市話公網(wǎng)的“119”、“110”和“120”平臺上。

我國的電話交換技術(shù)經(jīng)歷了人工交換、步進(jìn)制交換、縱橫制交換、程控交換等幾個階段。程控交換技術(shù)在國內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用已有20余年。目前，城市軌道交通公務(wù)電話系統(tǒng)的建設(shè)，基本上采用的是程控交換技術(shù)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，國內(nèi)主流設(shè)備供應(yīng)商如中興、華為等公司，宣布逐步停止生產(chǎn)程控交換整機(jī)設(shè)備。因此，在今后的城市軌道交通公務(wù)電話系統(tǒng)建設(shè)中若仍采用程控交換技術(shù)，就已不是最優(yōu)選項了。

2 鄭州城市軌道交通的基本情況

2.1 線網(wǎng)概況

根據(jù)《鄭州市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃修編(2010～2020)》，鄭州城市軌道交通由都市區(qū)快線網(wǎng)和市區(qū)普線網(wǎng)共17條線路組成，設(shè)置2處多線路共用控制中心:

1)鄭州東站控制中心，管轄 1、2、3、4、5、6、7、10、15、16 號等線路;

2)劉集控制中心，管轄 8、9、11、12、13、14、17號等線路。

2.2 鄭州軌道交通1號線概況

1號線分兩期建設(shè)，一期工程于2009年動工，2013年12月28日已竣工運(yùn)營。1號線一期工程線路全長26.2 km，均為地下線，共設(shè)車站20座。一期工程在起點西流湖站以西設(shè)凱旋路停車場，終點設(shè)置鄭東車輛段，鄭州東站附近設(shè)置多線共用的鄭州東站控制中心;二期工程在一期工程東西方向延長10座車站。

2.3 公務(wù)電話系統(tǒng)的建設(shè)

鑒于程控交換機(jī)存在的問題，鄭州市軌道交通1號線一期工程在初步設(shè)計階段推薦采用軟交換技術(shù)組網(wǎng)，系統(tǒng)設(shè)備采用中興通信ZXSS10 SS1b軟交換系統(tǒng)設(shè)備組網(wǎng)。該工程是軟交換技術(shù)在國內(nèi)軌道交通公務(wù)電話系統(tǒng)中的首次運(yùn)用。

3 軟交換技術(shù)分析

3.1 軟交換技術(shù)特點

1)傳統(tǒng)程控交換機(jī)的業(yè)務(wù)提供，在設(shè)計交換機(jī)方案時就固定下來。一旦產(chǎn)品定型，若想修改或增加某種業(yè)務(wù)就十分困難。而軟交換技術(shù)是在IP(因特網(wǎng)協(xié)議)電話技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，采用分組網(wǎng)絡(luò)作為承載網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)關(guān)呼叫控制和媒體交換的功能相分離而形成的。它打破了傳統(tǒng)的封閉交換機(jī)結(jié)構(gòu)，采用開放的接口和通用的協(xié)議，硬件分散，而業(yè)務(wù)控制和業(yè)務(wù)邏輯則相對集中。

2)軟交換技術(shù)能夠支持各種形式的信息，是集話音、數(shù)據(jù)、圖像及傳真等業(yè)務(wù)于一體的全新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。軟交換技術(shù)組建的地鐵公務(wù)電話網(wǎng)絡(luò)符合GB 50157—2003《地鐵設(shè)計規(guī)范》15.3.5 節(jié) 中“公務(wù)電話交換設(shè)備應(yīng)具備綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)功能”的條款。

3)根據(jù)我國工信部電信傳輸研究所對軟交換技術(shù)的定義，軟交換設(shè)備是網(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，符合工信部 YD 1434—2006－I《軟交換設(shè)備總體技術(shù)要求》中規(guī)定的各項要求。它獨立于傳送網(wǎng)絡(luò)，可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換機(jī)能提供的所有業(yè)務(wù)，并向第三方提供和開放可編程能力。

3.2 軟交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

軟交換網(wǎng)絡(luò)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。

圖1 軟交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.2.1 邊緣接入層

邊緣接入層的設(shè)備主要有以下幾種:

1)TG:用于完成與PSTN/PLMN(公共陸地移動網(wǎng)絡(luò))電話交換機(jī)的中繼連接，將電話交換機(jī)PCM(脈沖編碼調(diào)制)中繼的64 kbit/s的語音信號轉(zhuǎn)換為IP包。

2)SG:用于完成與PSTN/PLMN電話交換機(jī)的信令連接，將電話交換機(jī)采用的基于TDM(時分復(fù)用模式)電路的7號信令信息轉(zhuǎn)換為IP包。

3)AG:提供模擬用戶線接口，用于直接將普通電話用戶接入到軟交換網(wǎng)絡(luò)中，可以為用戶提供PSTN的所有業(yè)務(wù)。AG直接將用戶數(shù)據(jù)及用戶線信令封裝在IP包中。

4)IAD:同時提供模擬用戶線和以太網(wǎng)接口，分別用于普通電話機(jī)的接入和計算機(jī)設(shè)備的接入。

5)多媒體業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)(MSAG):用于完成各種多媒體數(shù)據(jù)源的信息，將視頻與音頻混合的多媒體流適配為IP包。

6)H.323 GW:用于連接采用H.323協(xié)議的IP電話網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

7)WAG:用于將無線接入用戶連接至軟交換網(wǎng)絡(luò)。

3.2.2 核心傳送層

核心傳送層主要是為業(yè)務(wù)媒體流和控制信息流提供統(tǒng)一的、確保服務(wù)質(zhì)量的高速分組傳輸平臺。軟交換網(wǎng)絡(luò)的各個網(wǎng)元之間，采用IP數(shù)據(jù)包傳輸各種控制信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息。因此，核心傳送層實際上就是一個承載網(wǎng)絡(luò)。在鄭州軌道交通1號線一期工程公務(wù)電話系統(tǒng)中，核心傳送網(wǎng)實際由專用傳輸系統(tǒng)提供的IP傳輸通道實現(xiàn)。

3.2.3 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)請求，通知下層網(wǎng)路單元如何處理業(yè)務(wù)流。軟交換通過提供基本的呼叫控制和信令處理功能，對網(wǎng)絡(luò)中的傳輸和交換資源進(jìn)行分配和管理。

3.2.4 業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層決定提供和生成具體業(yè)務(wù)，并通知控制層做出相應(yīng)的處理。業(yè)務(wù)層中的各種應(yīng)用服務(wù)器提供了執(zhí)行、處理和生成業(yè)務(wù)的平臺，并負(fù)責(zé)處理和媒體網(wǎng)關(guān)的承載接口。

3.3 軟交換網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議結(jié)構(gòu)

軟交換網(wǎng)絡(luò)涉及的協(xié)議包括 H.248、SCTP、ISUP、TUP、INAP、H.323、SIP、MGCP、BICC、BRI、PRI等。

1)MGCP(媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議):主要應(yīng)用在軟交換網(wǎng)絡(luò)與媒體網(wǎng)關(guān)或軟交換網(wǎng)絡(luò)與MGCP終端之間，完成端點處理和連接處理兩種功能。

2)H.248協(xié)議:該協(xié)議通過命令完成對終結(jié)點和關(guān)聯(lián)之間的操作，從而實現(xiàn)呼叫的建立和釋放。

3)SIP(會話初始協(xié)議):是在IP網(wǎng)上進(jìn)行多媒體通信的應(yīng)用層控制協(xié)議。

4)BICC(與承載無關(guān)的呼叫控制協(xié)議):主要用于軟交換設(shè)備與軟交換設(shè)備之間的呼叫控制，可以建立、修改和結(jié)束呼叫。

5)SCTP(流控制傳送協(xié)議):主要任務(wù)是在無連接方式的IP網(wǎng)絡(luò)上可靠地傳送PSTN公共信令消息。

3.4 軟交換技術(shù)運(yùn)用現(xiàn)狀

軟交換設(shè)備作為下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向及核心，已經(jīng)相當(dāng)成熟可靠，已在國內(nèi)電信運(yùn)營商大規(guī)模運(yùn)用。電信運(yùn)營商的骨干語音網(wǎng)核心都已經(jīng)被軟交換技術(shù)替代，并且已在民航、電力、檢察院及酒店等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

國內(nèi)外主要的軟交換設(shè)備廠商有華為、中興、阿爾卡特、3Com、諾基亞西門子和斯達(dá)康等公司。它們都擁有各自的軟交換網(wǎng)絡(luò)解決方案，其中有許多解決方案已經(jīng)在實際網(wǎng)絡(luò)中得到應(yīng)用。

4 鄭州軌道交通1號線一期工程公務(wù)電話系統(tǒng)組網(wǎng)方案

通過軟交換技術(shù)分析可以得出，雖然在國內(nèi)軌道交通中尚未采用軟交換技術(shù)，但軟交換技術(shù)運(yùn)用在城市軌道交通公務(wù)電話系統(tǒng)上完全是可行的。因此，鄭州軌道交通1號線一期工程初步設(shè)計采用軟交換技術(shù)組網(wǎng)。設(shè)備招標(biāo)采用了中興SS1b軟交換設(shè)備組網(wǎng)。具體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 鄭州軌道交通1號線一期工程公務(wù)電話軟交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

1)車站:由于中興公司的綜合接入設(shè)備容量較小，通常小于24線，不能滿足地鐵車站用戶量需求，因此，在鄭州軌道交通1號線一期工程各車站設(shè)置ZXMSG 5200綜合接入網(wǎng)關(guān)，按照普通車站48線、換乘車站96線配置，實現(xiàn)車站電話功能。

2)停車場:在綜合樓與運(yùn)用庫，分別設(shè)置168線和64線ZXMSG 5200綜合接入網(wǎng)關(guān)各1套，實現(xiàn)樓內(nèi)電話及附近單體建筑內(nèi)的電話接入。

3)車輛段:在綜合樓、運(yùn)用庫、乘務(wù)員公寓和檢修庫，分別設(shè)置300線、96線、64線和48線ZXMSG 5200綜合接入網(wǎng)關(guān)各1套。綜合樓內(nèi)綜合接入網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)綜合樓、物資總庫、調(diào)車機(jī)庫等建筑內(nèi)的電話接入;運(yùn)用庫內(nèi)綜合接入網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)運(yùn)用庫、鏇輪庫等建筑內(nèi)的電話接入;乘務(wù)員公寓內(nèi)綜合接入網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)乘務(wù)員公寓內(nèi)的電話接入;檢修庫內(nèi)綜合接入網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)檢修庫、門衛(wèi)等建筑的電話接入。停車場、車輛段沒有采用集中單套綜合接入網(wǎng)關(guān)，而是采用了多套綜合接入網(wǎng)關(guān)分布式設(shè)置，一方面體現(xiàn)了軟交換網(wǎng)絡(luò)邊緣接入層設(shè)備接入的靈活性，另一方面減少了車輛段、停車場主要建筑單體間的大對數(shù)音頻電纜的敷設(shè)，節(jié)省了工程造價。

4)控制中心:設(shè)置1000線ZXMSG 5200綜合接入網(wǎng)關(guān)1套，實現(xiàn)控制中心電話的接入。設(shè)置ZXMSG 9000 MT256中繼媒體網(wǎng)關(guān)1套，與市話公網(wǎng)12個E1互聯(lián)，完成公務(wù)電話系統(tǒng)與市話公網(wǎng)的互聯(lián)互通;與專用無線系統(tǒng)2個E1互聯(lián)，實現(xiàn)公務(wù)電話與地鐵800 MHz手持終端的互通呼叫。設(shè)置ZXSS10 SS1b軟交換核心交換控制設(shè)備1套，該核心交換控制設(shè)備具備10000線的呼叫處理能力?？刂浦行耐瑫r配置系統(tǒng)網(wǎng)管、計費(fèi)、話務(wù)臺和測量臺。

5)傳輸通道:各車站、停車場、車輛段的綜合接入網(wǎng)關(guān)，使用專用傳輸系統(tǒng)提供的點對點以太網(wǎng)傳輸通道，并接入控制中心。為確保接入網(wǎng)關(guān)的通道暢通，各綜合接入網(wǎng)關(guān)采用1+1冗余設(shè)置以太網(wǎng)通道。

6)市話中繼內(nèi)側(cè):按照360線中繼，每線帶寬64 kbit/s，共需要 23 Mbit/s。按照經(jīng)驗值1.5 ～3 倍的突發(fā)流量冗余，設(shè)置100 Mbit/s以太網(wǎng)端口。

7)各車站綜合接入網(wǎng)關(guān):配置10 Mbit/s以太網(wǎng)電端口。

8)車輛段停車場各綜合接入網(wǎng)關(guān):考慮到各綜合接入網(wǎng)關(guān)用戶容量不同，配置10～50 Mbit/s以太網(wǎng)端口，由于各綜合接入網(wǎng)關(guān)距離傳輸設(shè)備較遠(yuǎn)，采用以太網(wǎng)光口光纖連接。

5 后續(xù)工程方案

中興公司的ZXSS10 SS1b軟交換系統(tǒng)設(shè)備具備電信級的容量和處理能力，后續(xù)擴(kuò)容主要是軟件擴(kuò)容和增加許可。后續(xù)工程實施方案主要分為以下兩種。

5.1 二期工程及后續(xù)其他線路建設(shè)的接入方案

二期工程各車站可采用與一期工程相同的方式，新設(shè)綜合接入網(wǎng)關(guān)，通過專用傳輸通道接入控制中心核心交換控制設(shè)備。

由于鄭州東站控制中心是多條線路共用的控制中心，后續(xù)線路的建設(shè)方式宜采用與1號線相同的方式，即通過后續(xù)的專用傳輸系統(tǒng)，接入鄭州東站控制中心核心交換控制設(shè)備。具體方案詳見圖3。

圖3 二期工程及后續(xù)其他線路建設(shè)的接入方案

5.2 雙歸屬方案

由于軟交換核心交換控制設(shè)備處理能力較大，可實現(xiàn)軌道交通多線路的接入，但相應(yīng)的安全風(fēng)險就會不斷上升。一旦核心交換控制設(shè)備宕機(jī)，則直接造成多條線路的公務(wù)電話系統(tǒng)全部中斷。

軟交換網(wǎng)絡(luò)具有雙歸屬冗余技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)處理能力的備份，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全性。建議在后續(xù)線路建設(shè)中，可選擇在某條線路的車輛段或后續(xù)規(guī)劃的劉集控制中心，新設(shè)另外一套軟交換核心交換控制設(shè)備，與鄭州東站控制中心軟交換核心交換控制設(shè)備互為雙歸屬冗余配置，以保證網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行。具體方案見圖4。

圖4 軟交換接入網(wǎng)絡(luò)的雙歸屬方案

6 開通測試情況

鄭州軌道交通1號線一期工程公務(wù)電話系統(tǒng)于2013年6月—12月期間完成了安裝調(diào)測工作，實現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)備的出廠測試和驗收測試。其主要測試內(nèi)容見表1。

表1 設(shè)備測試記錄

從表1可以看出，鄭州軌道交通軟交換系統(tǒng)在呼叫建立時間、呼叫接通率及語音質(zhì)量方面，完全符合工程設(shè)計要求。2013年12月28日，鄭州軌道交通1號線一期工程開通運(yùn)營，公務(wù)電話系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

7 結(jié)語

軟交換技術(shù)具有功能強(qiáng)大、接入靈活、擴(kuò)容簡便、技術(shù)生命力強(qiáng)、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等特點，非常適用于建設(shè)周期長、站點線性分布的城市軌道交通場景。隨著我國城市軌道交通建設(shè)的加速發(fā)展以及軟交換技術(shù)在鄭州軌道交通1號線一期工程中的率先成功應(yīng)用，不久的將來，軟交換技術(shù)將在我國城市軌道交通公務(wù)電話系統(tǒng)中得到大規(guī)模運(yùn)用。

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