省级高速公路通信网组网方案.doc

省级高速公路通信网组网方案

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2020年4月19日
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省级高速公路通信网组网方案

C 11月5日 16:05 通信世界
福建高速公路厦门监控中心    何一峰
    高速公路通信系统是高速公路建设中的重要配套项目和基础设施组成部分，它为高速公路各级部门的运营、管理以及沿线设立的收费、监控系统提供话音、数据和图像的传输，是实现高速公路快速、安全、高效运行的重要保障。
一、网络的规划原则
    （一）高速公路通信网的规划应符合中国通信技术、政策的规定，符合中国现行国标和交通部行业标准、规范的要求。
    （二）高速公路通信网应统一规划、实施和统一管理。根据高速公路建设和开通运营的进程，应实现全省统筹安排，分路分期实施以及逐步全省联网的原则。省级高速公路网应充分考虑地区和各路段的业务要求，地区和全路段应服从省网总体规划的要求，省网应为交通部全国通信联网和与相邻省际联网预留必要的光纤、电路和接口。
    （三）高速公路通信网建设规模应立足于公路专网业务需求。主要为高速公路收费系统、监控系统和道路运营管理服务。网络系统容量应满足近期需求并预留一定余量，在主要干线和瓶径路由应适当扩大系统容量。充分考虑当今通信技术迅速发展的趋势，网络系统设计应采用模块化结构，能够平滑升级，系统应具有可扩展性。
    （四）高速公路通信网建设标准应立足于高科技或高技术平台，主要采用光纤数字传输和数字程控交换机等先进技术。省高速公路通信专网应建设为集话音、数据、图象和文本等综合业务和网络自动管理的综合通信网，根据现代通信技术发展，再逐步建成宽带综合业务数字网。
二、网络业务量分析
    省级高速公路专用通信网业务内容如下：
    （一）为全省高速公路各级管理部门（包括省中心、分中心、服务区、隧道管理队、停车区、养护工区等）相互间以及与公用网间提供不间断的电话、传真、数据和图象传输的服务；（二）为高速公路收费系统和监控系统提供专用、实时、数字、高速和高可靠性的数据传输平台三）为高速公路收费系统和监控系统提供传输通道；（四）为行驶在高速公路上车辆的司乘人员和道路管理、巡逻人员提供紧急电话通信业务；（五）为全省高速公路组织电话会议提供服务；（六）为全省高速公路组织召开会议电视提供平台。另外高速公路专网电信业务量主要按用户当前实际需求或按未来10~ 远期需求进行设计。
    高速公路通信常见接口类型有：（1）电话系统接口包括2/4线音频接口、模拟环路中继接口、2B+D接口、30B+D接口、2Mbit/s G.703接口、2Mbit/s V.35、V5.1和V5.2接口等；（2）V.24/V.28低频数据接口；（3）n*64kbit/s、2Mbit/s G.703以及2Mbit/s V.35高速数据接口；（4）视频接口，包括模拟视频接口和2Mbit/s压缩视频接口。
三、网络总体设计方案
    我们把高速公路通信网选择网络技术的重点集中在两个方面：网络的传输、接入技术和交换技术。对现有的各种适用技术进行综合比较，并结合最新发展的通信技术及高速公路的实际情况来构建高速公路通信网。
    （一）高速公路通信网的传输和接入
    1.  省级干线传输
    首先，我们必须关注整个通信领域当前的技术状况和发展趋势。当前在通信领域关于SDH、ATM和宽带IP等技术的争论比较激烈，各专网对此也评价不一。这种争论的根源在于Internet的迅速普及和所有的业务都将基于IP，即所谓的everything on IP，而承载IP的有SDH、ATM和宽带IP三种技术，从性能、价格和发展趋势综合考虑，当前宽带IP是首要选择。那么，高速公路联网是否也必须采用宽带IP呢？首先，高速公路通信系统属于专用网，必须针对其业务接入特点来设计相应的通信系统。经过上述业务类型分析，我们不难看出，除收费计算机网络基于IP外，其它业务非IP业务居多，而且总的业务量相对较小。加之宽带IP路由器覆盖范围还十分有限，因而宽带IP显然当前不适合高速公路联网的使用。其实就高速公路特点而言，收费是头等大事，为此，收费数据的准确性及可靠性应摆在第一位。其次才是图像等其它业务那么，究竟选用SDH或ATM呢？下面我们对IP over SDH及IP over ATM进行一下比较。
    （1）IP over ATM
    IP协议利用ATM端口速率高、吞吐量大、时延小以及面向连接等特点，保证其服务质量和可靠性，满足实时多媒体业务的要求。这样，IP协议将可利用ATM的QoS机制保证网络服务质量，网络具有很好的可扩充性和灵活性，并支持多种业务，有很好的网络流量管理和控制性能。然而该网络的缺点是传输效率低，网络体系结构复杂且重复，网络管理复杂，不太适合用于超大型IP骨干网。
    （2）IP over SDH
    IP数据包经过采用PPP协议映射到SDH帧结构中，按STM-N速率传输。这样能够在骨干网上快速传输多媒体业务，有效利用现有网络结构。其优点是简化网络结构，提高数据传输效率。能够充分利用SDH技术的优点，兼容各种不同技术和标准实现全球互联网，有利于实现IP多点广播技术。可是该网络不支持VPN和电路仿真。
    根据SDH传输网在国内的建设现状情况，“九五”期间建设的25条（总长34万公里）省际光缆在1998年12月全部建成后，省际光缆干线形成“八纵八横”的格型网状格局，覆盖全国省会以上城市和70%的地市，全国大致形成SDH传输网。实践也证明，IP over SDH将是传输网的发展趋势，其可靠性及稳定性是有保证的。ATM相比SDH主要有以下劣势：其一就是其价位偏高；其二就是ATM认同度底，现在通信界人士普遍对其持观望态度，厂家基本上已不对其进行研发及生产。综上所述，从价格、发展趋势来看，ATM比SDH并没有优势可言，当前的最佳选择应是SDH。广播电视国家级基础干线网就选择了SDH技术，数据业务选择IP over SDH。那么，如果高速公路通信网采用SDH后，分中心的业务如何接入，也就是如何把单个高速公路SDH环路与高层的省内SDH环路连接？这个问题比较复杂，原因在于当前高速公路通信系统使用不同厂家的SDH通信设备，这些设备在进行直接互连时， 省中心无法进行统一网管。而要统一网管，必须要各设备厂家开放源代码，进行二次开发。为此，统一网管显然是不可能的。幸运的是，当前大部分省公路通信系统已投入使用的路段并不多，在今后全省统一规划后，使用同一厂家的产品即可统一网管，至于单独的一到二家传输设备可单独建立网管，为此，有可能在省公路通信中心有二到三套传输网管。其实，这并不妨碍大局，问题就在于根据国家《招投标法》的规定，全省高速公路的通信传输系统由同一厂家来提供是很难做到的。既然统一网管是必要的，那么我们不妨在国家《招投标法》的规定上，在标书中加上“传输系统应能实现全省统一网管”这一条，问题就解决了。
    2.  高速公路通信网（单条高速公路通信系统）的接入
    事实上，在主干网确定用SDH前提下，高速公路基层用户点有收费站、服务区、停车区、养护工区和隧道管理队等。各路段的全部基层用户业务均要求汇集至本路段的通信分中心。基层用户业务接入会有三种方案：
    （1）在干线传输路由上各基层用户业务点增设无人光通信站，各无人站均配置与干线传输相同速率的ADM设备，在各无人站与有人站之间配置PCM集群设备，为用户提供应用通路。该方案是早期通信网用户接入的传统解决方案，它的主要问题是配置ADM设备的站数多、站距小、工程投资高以及干线传输和基层用户业务传输公用一个系统，系统安全性差，基层用户业务占用干线长途通道而导致信道利用率低。出现上述问题就在于高速公路通信系统是一个专网通信系统，而标准SDH是针对电信网设计的标准SDH技术，提供的业务接入一般是E1、E2，甚至更高，不会直接提供视频、低速数据和LAN接口。
    （2）干线传输系统中有人站设ADM，在各基层用户业务点增设无人光通信站，各无人站与有人站之间开通用户环路载波机系统，为用户提供应用通路。用户环路载波机系统常见于干线传输系统的伸长，为分散的远端用户提供通道。然而，用户环路载波设备为非标准设备，接口不丰富，网管能力也比较差。
    （3）在有人站和无人站配置光纤综合业务接入网设备，为用户提供技术先进、标准化程度高、接口丰富以及网管能力强的用户通道。光纤综合业务接入网主要优点是：接入网主要完成复用、交叉连接和传输等功能，采用光（电合一结构，减少了网络层次；提供开放的V5标准接口，可实现与任何种类的交换机设备进行连接；能提供各种综合业务，包括话音、数据业务和视像业务等，具有丰富的接口功能；具有灵活的集线比，能够节省硬件设备；信道能够动态分配使用；组网能力强，可组建环型、星型、链、树等多种灵活的网络；硬件对环境的适用能力强，远端设备可在恶劣环境条件下应用；具有较全面的网管系统；符合国际电联和中国国标规范要求；系统投资较省，经综合技术、经济比较，基层用户系统应优选光纤综合业务接入网。
    （二）高速公路通信的网络交换
    在当今信息化世界存在着两种主要通信网：公用电话交换网PSTN和因特网。PSTN基于电路交换是一种低时延、固定带宽的网络，能够为大规模网络应用提供非常高的服务质量和先进的话音服务。PSTN中的数据业务，如传真、电子邮件等也是经过电路连接传输的。因特网主要基于包交换，能够提供非常灵活的数据业务，但它是时延和带宽可变的网络，因此服务质量没有保证。事实上，在我们前面提及的传输网选用SDH平台时，就已决定可选的交换模式有两种：其一就是仍沿用传统的电路交换型交换机；其二就是采用ATM over SDH，即采用ATM交换机。由于ATM交换机在产生之初，它就提供155Mbit/s和622Mbit/s的高速连接，以及对多服务QoS的支持，在当时还没有其它技术与之相比，因此轰动一时。可是很快出现了基于ASIC芯片的IP分组路由交换技术，直接对IP分组进行高速交换和路由，使ATM天生不足的缺陷暴露出来。一是ATM技术太复杂，配置和管理难度很大；二是价格太高，622Mbit/s的ATM断口 1000Mbit/s比以太网端口价格高出很多；三是ATM在传送IP时，要将分组拆成信元发送，效率只有80%左右；四是ATM不支持IP MULTICAST，ATM论坛至今没有支持IP MULTICAST的标准。这些缺陷使ATM在与IP分组路由交换技术的竞争中，陷于被动境地。或许有人就使用IP交换机，其实在传输部分，我们已提及选用宽带IP在高速公路当前并不适用。主要原因是用户太少。综上所述，在高速公路通信网中选用IP交换机，就好象是杀鸡用牛刀；而选用ATM交换机，那也将是用没有任何发展趋势的技术武装高速公路通信，且耗资大。针对高速公路专网电信业务量主要按用户当前实际需求，并按10~ 远期需求估算，选用电路交换型交换机比较适合。