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(chǔ)上引入了軟交換技術(shù)，并對(duì)軟交換技術(shù)的特點(diǎn)和功能進(jìn)行總結(jié)，在考慮了地鐵公司的需求和地鐵運(yùn)行的實(shí)際情況之后將軟交換技術(shù)應(yīng)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(shè)備的壽命得出了方案的可行性。

【關(guān)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(shù)從發(fā)明到現(xiàn)在完成了從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)變，這兩種技術(shù)的核心都是電路交換，關(guān)鍵是連接，通信之前要有合適的固定帶寬的電路連接，在進(jìn)行通信時(shí)，電路保持連接直到通信結(jié)束才斷開，整個(gè)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(shù)進(jìn)行通信時(shí)比較穩(wěn)定而且可以實(shí)時(shí)無(wú)延遲的通信，但是因?yàn)橥ㄐ磐瓿蓵r(shí)帶寬才被釋放，所以對(duì)電路的利用率不高。

技術(shù)的進(jìn)步使得網(wǎng)絡(luò)在傳輸傳統(tǒng)信息的同時(shí)傳輸語(yǔ)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(shù)。軟交換技術(shù)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(hào)接通來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在整個(gè)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(duì)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(luò)進(jìn)行連接，保證了命令信息的及時(shí)傳遞和通信業(yè)務(wù)的傳輸。軟交換技術(shù)以其特殊的作用有能力取代電路交換，在通信技術(shù)中獲得廣泛的應(yīng)用。

軟交換技術(shù)的應(yīng)用使得數(shù)據(jù)網(wǎng)和語(yǔ)音網(wǎng)等的融合變?yōu)榭赡?，其?qiáng)大的功能也引起了地鐵通信部門的注意。當(dāng)前，我國(guó)新建立的地鐵的通信系統(tǒng)都考慮采用軟交換技術(shù)，但是目前還沒有成功實(shí)施并運(yùn)行。

1.2意義

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

因此，研究如何將軟交換技術(shù)應(yīng)用在地鐵的通信系統(tǒng)中去，同時(shí)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的完美融合；如何對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，保證需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)通信設(shè)備和信息的共享，促進(jìn)地鐵通信技術(shù)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(jiǎn)介

地鐵的基礎(chǔ)設(shè)施一般有車輛段、車站、停車場(chǎng)合控制臺(tái)，其中控制臺(tái)對(duì)地鐵的運(yùn)行的過程監(jiān)控和管理，保證地鐵系統(tǒng)安全的運(yùn)行。地鐵的通信系統(tǒng)是一種綜合性的通信網(wǎng)絡(luò)，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(gè)子系統(tǒng)之間的信息流通，使車輛順利運(yùn)行，于此同時(shí)為乘客提供優(yōu)質(zhì)的乘車環(huán)境；在出現(xiàn)特殊狀況時(shí)，通信設(shè)備可及時(shí)采取措施，以保證在各種特殊事故發(fā)生時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)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(kuò)容和技術(shù)成熟的設(shè)備。地鐵的通信系統(tǒng)由許許多多個(gè)二級(jí)系統(tǒng)構(gòu)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(wù)電話系統(tǒng)組網(wǎng)方案

地鐵的公務(wù)電話系統(tǒng)是地鐵的運(yùn)營(yíng)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(jì)費(fèi)功能；維護(hù)和通信功能。

2.2.1公務(wù)電話系統(tǒng)線網(wǎng)分析

地鐵的電話網(wǎng)是由四級(jí)共同搭建的。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，指揮中心是線網(wǎng)的控制核心，主要指揮緊急調(diào)度。應(yīng)急指揮中心與每一個(gè)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(duì)其他控制中心進(jìn)行電話匯接。在具體應(yīng)用中，指揮中心又叫做線網(wǎng)交換局，是整個(gè)系統(tǒng)第一級(jí)；區(qū)域匯接局是第二級(jí)，實(shí)現(xiàn)控制中心的線路與用戶的連接和公務(wù)電話的暢通；分線匯接局是第三級(jí)，主要實(shí)現(xiàn)本地車站和公務(wù)電話的匯接；用戶接入局是第四級(jí)，實(shí)現(xiàn)電話交換和電話轉(zhuǎn)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(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)：自建模式，將地鐵的電話系統(tǒng)考慮進(jìn)城市的規(guī)劃建設(shè)之中，建立獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過公用的電話進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接；依據(jù)運(yùn)營(yíng)商的公網(wǎng)形式，依據(jù)各個(gè)運(yùn)營(yíng)商公用網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)來(lái)到達(dá)地鐵系統(tǒng)要求。

2.2.3系統(tǒng)的設(shè)置方式

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

2.3軟交換技術(shù)在地鐵通信中實(shí)現(xiàn)的功能

將軟交換技術(shù)應(yīng)用到公務(wù)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(tái)可以與網(wǎng)絡(luò)和視頻會(huì)議聯(lián)通，以實(shí)現(xiàn)：即時(shí)消息，用戶的信息及時(shí)溝通，不同的用戶之間能夠進(jìn)行文件傳輸?shù)墓δ?；可視電話，用戶使用可視電話設(shè)備進(jìn)行語(yǔ)音盒視頻的通話，語(yǔ)音用戶和視頻用戶通過軟交換進(jìn)行連接；視頻會(huì)議，通過會(huì)議系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議同時(shí)可以進(jìn)行圖像分屏等功能。

2.4軟交換技術(shù)與程控交換技術(shù)的比較

依據(jù)對(duì)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(gè)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(lái)講，傳統(tǒng)的交換方式只能實(shí)現(xiàn)單一的功能，不能適應(yīng)人們對(duì)于清晰圖像通信的需求，而且整個(gè)系統(tǒng)不開放；而軟交換系統(tǒng)不僅可以提供各項(xiàng)服務(wù)還可以隨著用戶需求的增長(zhǎng)增加新的功能。

三、地鐵軟交換網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)

3.1軟交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方案

就目前的軟交換技術(shù)和地鐵公司通信系統(tǒng)的情況而言，地鐵的通信系統(tǒng)應(yīng)用軟交換技術(shù)員主要通過下述兩種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

方案一：把軟交互模塊應(yīng)用在傳統(tǒng)的電話網(wǎng)絡(luò)之中來(lái)實(shí)現(xiàn)軟交互的具體功能，這種方案是一種傳統(tǒng)技術(shù)擴(kuò)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(lái)實(shí)現(xiàn)需要的功能，這種方案是軟交換技術(shù)擴(kuò)展兼容的方案。

通過對(duì)兩種不同的方案進(jìn)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(shè)立了分布式的軟交換平臺(tái)，是真正的NGN方案。而且第二種方案有強(qiáng)大的專網(wǎng)用戶功能，同時(shí)可以滿足下一代網(wǎng)絡(luò)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(shí)際的應(yīng)用中，第二種方案可以搭建一個(gè)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)需要的功能，可以將軟交換技術(shù)在地鐵通信領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)得到充分的應(yīng)用。

3.2系統(tǒng)總體架構(gòu)與協(xié)議

NGN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要包括接入、傳輸、控制和業(yè)務(wù)層。其中接入層包含的設(shè)備最多，包括接入、中繼和信令網(wǎng)關(guān)和電話終端等。傳輸層主要是由信號(hào)傳送設(shè)備構(gòu)成，傳送軟交換信息，同時(shí)與控制層分開，達(dá)到傳送和控制互不影響。控制層是軟交換的關(guān)鍵部分，為軟交換提供平臺(tái)。業(yè)務(wù)層可以使用戶體驗(yàn)智能服務(wù)。NGN網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.3公務(wù)電話系統(tǒng)軟交換技術(shù)組網(wǎng)方式

公務(wù)電話軟交互系統(tǒng)在進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)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(gè)線網(wǎng)的因素，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體的規(guī)劃，同時(shí)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)使得線網(wǎng)通信設(shè)備等資源可以共享?，F(xiàn)在我國(guó)新修建的地鐵都數(shù)個(gè)線路共用控制中心，這促進(jìn)了軟交換技術(shù)的推廣。

通過對(duì)地鐵上公務(wù)電話客戶進(jìn)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(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)建公務(wù)電話系統(tǒng)，使用接入點(diǎn)和中心交換節(jié)點(diǎn)的方式，具體情況如圖2所示。中心交換節(jié)點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)的交換核心，依據(jù)主備方式配置，設(shè)在控制中心附近；接入點(diǎn)設(shè)在車站附近。

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

3.4系統(tǒng)主要構(gòu)成的設(shè)計(jì)方案說(shuō)明

將軟交換中心設(shè)備放在核心機(jī)房，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制中心和用戶的控制以及信息通知等功能。該設(shè)備主要包含主控板和電源板等元件，其中電源板的容量應(yīng)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(guān)和中繼網(wǎng)關(guān)等來(lái)保證控制范圍內(nèi)的公務(wù)通信以及市話和專線的互通；安裝一臺(tái)網(wǎng)關(guān)來(lái)對(duì)各個(gè)線路的設(shè)備都進(jìn)行管理；使用計(jì)費(fèi)系統(tǒng)來(lái)對(duì)用戶產(chǎn)生的話費(fèi)進(jìn)行匯總。

備用的控制中心也采用軟交換中心設(shè)備，與上述的型號(hào)相同，當(dāng)主設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)可以及時(shí)的工作以避免損失的擴(kuò)大。

3.5軟交換系統(tǒng)保護(hù)方案設(shè)計(jì)

3.5.1容災(zāi)備份保護(hù)

由于軟交換分布采用的是多個(gè)點(diǎn)共同控制的方法，因此強(qiáng)化了系統(tǒng)的備份保護(hù)能力，位于不同地方的控制中心共同構(gòu)成了系統(tǒng)，公用一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。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(dòng)進(jìn)入第二個(gè)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(jìn)行熱備份。網(wǎng)關(guān)都采用H.248協(xié)議在主控中心的軟交互設(shè)備上注冊(cè)，同時(shí)網(wǎng)關(guān)擁有主從雙歸的功能，在主控設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)自動(dòng)連接到備用設(shè)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(gè)平臺(tái)，新增的平臺(tái)為主交換平臺(tái)進(jìn)行熱備份，發(fā)生問題時(shí)工作，同時(shí)兩套系統(tǒng)可以進(jìn)行異地的容災(zāi)備份，通過特殊技術(shù)實(shí)現(xiàn)互換?？梢钥紤]增加中繼網(wǎng)關(guān)來(lái)防止網(wǎng)關(guān)出現(xiàn)問題導(dǎo)致的通話終止等，使安全性得到進(jìn)一步的提高。

3.5.2網(wǎng)關(guān)自交換

當(dāng)軟交換平臺(tái)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，可以采用中級(jí)網(wǎng)關(guān)的交換功能使調(diào)度系統(tǒng)、公共網(wǎng)絡(luò)等安全運(yùn)行。接入網(wǎng)關(guān)不僅可以單個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交換，而且可以在多臺(tái)設(shè)備接入網(wǎng)關(guān)而其中某一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)在虛擬的網(wǎng)關(guān)中進(jìn)行交換。因此在極度惡劣的狀況下，采用接入網(wǎng)關(guān)的交換功能來(lái)使通話正常進(jìn)行。

四、RAMS規(guī)劃以及全壽命周期成本分析

4.1 RAMS目標(biāo)

為了保證地鐵通信軟交換系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中可靠（R）、易用（A）、易維護(hù)（M），依據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù)、過程框圖和計(jì)算模型，并結(jié)合了通信系統(tǒng)固有的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，得出了RAM要求如下表。

表一 RAM要求

可靠性（R） 運(yùn)行可用性（A） 可維護(hù)性（M）單位：小時(shí)

單位：故障次數(shù)每年、每系統(tǒng) 單位：百分率 響應(yīng)時(shí)間 維修時(shí)間

地鐵通信軟交換系統(tǒng) 0.05 99.999% 2 3

4.2RAM計(jì)算

4.2.1維修時(shí)間計(jì)算

本設(shè)計(jì)方案采用的地鐵通信軟交換系統(tǒng)，配備了有很強(qiáng)故障控制功能的網(wǎng)管系統(tǒng)，可以自主檢測(cè)是否有程序出現(xiàn)問題。當(dāng)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問題的系統(tǒng)時(shí)，發(fā)出警告。系統(tǒng)使用的是板卡替換的方法來(lái)進(jìn)行維修，平均的修理時(shí)間是0.2小時(shí)。

4.2.2系統(tǒng)的可用性計(jì)算

依據(jù)可靠性的相關(guān)理論，可以得出系統(tǒng)的可用性為：

其中MTBF為系統(tǒng)正常運(yùn)行的時(shí)間。

T為出現(xiàn)故障時(shí)暫停工作的時(shí)間

4.3系統(tǒng)整個(gè)工作周期成本分析說(shuō)明

地鐵通信軟交換系統(tǒng)的整個(gè)工作周期包含技術(shù)壽命、折舊壽命、物理壽命和經(jīng)濟(jì)壽命周期。對(duì)其成本進(jìn)行分析使用的是LCC模型，目標(biāo)是得出在考慮經(jīng)濟(jì)因素的時(shí)候?qū)④浗粨Q系統(tǒng)應(yīng)用在地鐵通信系統(tǒng)之中是否合理。

4.3.1技術(shù)壽命

基于軟交換技術(shù)的地鐵通信系統(tǒng)采用的是NGN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)而來(lái)的系統(tǒng)，是最新一代的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以實(shí)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(shù)壽命至少為20年，也就是說(shuō)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(zhuǎn)變，同時(shí)設(shè)立無(wú)線有線一體化的通信模式，實(shí)現(xiàn)不同帶寬的組網(wǎng)和系統(tǒng)的向前發(fā)展，保證技術(shù)上不落伍。

4.3.2經(jīng)濟(jì)壽命

系統(tǒng)每個(gè)設(shè)備的維修花費(fèi)處在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)的時(shí)間就是設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命。設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間工作之后就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)問題導(dǎo)致維修費(fèi)用上升。在設(shè)備投入使用之后，使用的事就越久，每年分擔(dān)的成本越低，但是維修費(fèi)用卻越高。完整的經(jīng)濟(jì)壽命就是從設(shè)備投入使用到每年花費(fèi)不合理的時(shí)間。地鐵通信系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)壽命一般為二十年。

4.3.3折舊壽命

各種設(shè)備在使用的過程中都會(huì)出現(xiàn)一定的折舊，依據(jù)目前科技的進(jìn)步速度和電子設(shè)備的升級(jí)換代速度來(lái)看，對(duì)于IT產(chǎn)品的公認(rèn)的折舊時(shí)間一般為五至十年。上文得出的系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)壽命為二十年，遠(yuǎn)超過了設(shè)備的折舊時(shí)間，因此，當(dāng)系統(tǒng)折舊之后還可以運(yùn)行，為地鐵部門帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)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(shuō)在二十年內(nèi)，如果不出現(xiàn)人為的破壞或者自然災(zāi)害的話，系統(tǒng)可以保持正常的運(yùn)行，完成所需要完成的功能。

五、結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)于將軟交換技術(shù)應(yīng)用到地鐵通信系統(tǒng)中進(jìn)行研究得出了新的系統(tǒng)下，使得地鐵的通信網(wǎng)絡(luò)得到優(yōu)化，也節(jié)約了大量的人力和費(fèi)用。采用多中心控制的方法，使系統(tǒng)可以安全可靠的運(yùn)行。新的系統(tǒng)可以為每個(gè)的客戶提供其需要的服務(wù)并實(shí)現(xiàn)了視頻會(huì)議、及時(shí)通信和可視電話的功能?？梢灶A(yù)見的是隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，軟交換技術(shù)應(yīng)用在地鐵的通信系統(tǒng)之中的優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。

參 考 文 獻(xiàn)

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