（交通运输工程专业论文）甘肃省高速公路通信系统现状分析与优化.pdf

摘要 本论文主要探讨了高速公路通信网络的规划和设计相关内容。提出了建设“综 合业务信息网的方案。以甘肃省为例，通过对甘肃省的高速公路通信设施进行调查 分析，结合甘肃省现有及规划的高速公路布局，对甘肃省通信网络进行优化。针对高 速公路业务的需求和发展，将用于收费、监控、办公自动化等数据信息的传输方式由 传统的光端机+ 路由器方式优化为i po v e rs d h 方式，监控系统图像信息传输方式由 传统的模拟光端机方式优化为m p e g 2 数字编解码传输方式。论文还跟踪了通信技术 发展的前景和趋势，提出了未来建设以软交换、i p v 6 和智能光网络为核心技术的下 一代网络n g n 的思路。 关键词：高速公路通信网络优化 a b s t r a c t t h i sp a p e rp r o b e si n t ot h ep l a n n i n ga n dd e s i g n i n go fe x p r e s s w a yc o m m u n i c a t i o n s y s t e m t a k i n gt h es y s t e mo fg a n s up r o v i n c ea sa l le x a m p l e ，t h ep l a no fs y n t h e s i z e d e x p r e s s w a yc o m m u n i c a t i o ns y s t e mi sp u tf o r w a r d a f t e rc a r e f u li n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i s o ft h et e l e c o m m u n i c a t i o nf a c i l i t i e sa n dp r e s e n ta n dp l a n n e de x p r e s s w a yl a y o u ti ng a n s u p r o v i n c e ，i tp r o p o s e st h a tt h eo r i g i n a lt r a d i t i o n a ld a t at r a n s m i t t i n gm o d e lo fo p t i c a l t e r m i n a lr e c e i v e r + r o u t es h o u l db er e p l a c e db yt h ei po v e rs d hm o d e l ，a n dt h eo r i g i n a l s i m u l a t ei m a g et r a n s m i t t i n gm o d e ls h o u l d b er e p l a c e db yt h ed i g i t a l i z e dd e c o d i n g m p e g - 2t oo p t i m i z et h ed a t a c o l l e c t i n go ft o l lc o l l e c t i o n , m o n i t o r i n g , a n do f f i c e a u t o m a t i o n b a s e do np r e d i c t i o n so ff u t u r ed e v e l o p i n gt e n d e n c i e so ft e l e c o m m u n i c a t i o n , i t a l s op u t sf o r w a r dt h en g nn e t w o r km o d e ld o m i n a t e db ys o f ts w i t c h e s ，i p v 6a n d i n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k k e yw o r d s ：e x p r e s s w a y ；c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ；o p t i m i z a t i o n u 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不 包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：高次灵口昭年d 月灰日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属 学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利 等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论 文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守规定) 论文作者签名：高双 衣护。廖年汐月砍日 导师签名： r 爻 侈司 炒栌t 。月卜日 长安大学工程硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 以高速公路兴建为标志，现代公路交通始于二战之后。由于高速公路技术等级高， 管理设施先进，因此通行能力大，快速安全，舒适、经济，随之带来了人们出行和工 作的大为便利，生活范围不断扩大。与此同时，现代公路货运系统不断完善，物流技 术得以发展，商品流通速度加快，企业节省了仓储和流通的开支，生产运营成本大大 降低。高速公路的发展有力地推动了国家经济的发展。所以这几年来，中国高速公路 的发展速度很快，计划到2 0 1 0 年，基本建成“五纵七横”主干线，届时全国高速公路 里程将达到3 6 0 0 0 k m 。 在高速公路大肆兴建的同时，交通堵塞、环境污染、安全运行等一系列问题使人 们对高速公路的认识已经开始发生了外延上的变化。公路建设资金来源的不同也大大 影响了高速公路效益的发挥，如何利用现代化的管理手段管好高速公路，充分发挥其 经济和社会效益已成为整个交通领域研究和实践的重点，高速公路信息化、网络化势 在必行。高速公路是有限的，信息高速公路的光纤光缆的流量是无限的。i t s ( 智能 交通系统) 产业的兴起和发展、高速公路与通信技术的融合日益成为一种新的潮流。 1 2 研究目的和意义 随着高速公路里程的增加，高速公路交通流量的增大，对高速公路通信系统的要 求也越高，但人们却常常忽视了通信系统在其中的重要性，没有及时了解公路通信系 统发展的最新趋势。 高速公路通信系统是实现高速公路智能化管理必不可少的基础设施，由通信、收 费、监控和供电四部分组成的高速公路信息管理系统，通过现代化电子技术和设备来 实现高速公路的现代化管理，涉及到电子技术、通讯技术、计算机技术等多门学科， 具有技术密集型、高科技高技能等特点。目前国内高速公路信息系统的建设和发展仍 处于低级阶段，不论技术、设备和功能都显得简单、落后。因此，最近几年掀起了高 速公路信息化研究的高潮，通信部分作为枢纽，更成为关键之中的关键n 】。 高速公路通信系统是高速公路现代化管理的支撑系统，它要实现监控系统和收费 第一章绪论 系统的数据、语音和图像等信息准确而及时的传输，保持高速公路各管理部门之间业 务联络通讯的畅通，并要为高速公路内部各部门和外界建立必要的联系，同时高速公 路通信系统作为交通专用通信网的重要组成部分，是交通信息的主要传输载体，为各 种网络服务( 如i n t r a n e t 、i n t e r n e t ) 及会议电视系统提供传输通道口1 。 在通信技术发展日新月异的今天，如何通过全面的需求分析、合理的技术选择设 计出实用性、经济性、可靠性都比较高的高速公路通信系统网络，以满足高速公路不 断发展的需求是一个值得深入研究的课题。 1 3 研究内容和技术路线 高速公路通信网络系统是高速公路收费、监控、管理和运营不可缺少的基础设施， 是保证高速公路实现安全、畅通、经济和高效运营的必要手段。 本论文就高速公路通信网络的建设进行了系统规划和设计，共分为七个章节：绪 论、通信系统现状和需求分析、通信技术体制选择、通信系统整体规划研究、高速公 路新业务系统规划和研究、高速公路通信系统规划实例、结论。 第一章介绍了研究高速公路通信系统的意义、作用。第二章主要分析了高速公路 通信系统现状和业务需求及业务发展前景，为通信技术体制选择和系统规划奠定了需 求基础；第三章针对传输、交换、图象、数字编解码技术进行了系统论证，结合高速 公路的业务需求和特点得出了以m s t p 、程控数字交换、m p e g 2 和数字编解码为高速公 路通信系统建设的主要技术体制的结论；第四章具体阐述了高速公路通信系统的整体 规划方案，采用“管理分级、网络分层”的思想，建设以m s t p 为核心技术的“综合 业务信息平台”；第五章针对高速公路的新业务一数据、会议电视、图象监控进行了 系统规划和设计；第六章，以甘肃省为例，对其高速公路通讯网络进行优化。第七章， 对全文作以总结。 2 长安大学工程硕士学位论文 第二章高速公路通信系统现状和需求分析 高速公路通信系统是高速公路信息管理系统的三大子系统( 收费、通信、监控) 之一，是高速公路管理、运营不可缺少的基础设施，是实现联网收费的重要前提，是 保证高速公路实现安全、畅通、舒适、经济和高效运营的必要手段。本章对通信系统 的管理模式、设备选用等现状进行描述，分析高速公路对通信系统各种需求，展望高 速公路通信的发展前景。 2 1 高速公路通信系统现状 随着高速公路信息化建设的发展，高速公路通信系统作为高速公路信息系统的基 础平台，正发挥着越来越重要的作用，对通信系统建设水平的要求也相应的越来越高。 目前高速公路通信系统的网络结构一般为三级模式、两个网络：省通信中心( 设 在省会城市) 、各条路( 公司) 的通信分中心( 设在各地市) 、各路段通信站( 设在收 费站、服务区) 口1 。由省中心到各分中心为干线网，各分中心到各收费站为接入网。 由于各路段建设阶段不同，初期通常干线网为链形网络，接入网可组成环网结构，后 期随着路段建设的逐步跟进，在干线可形成环网或网状网，但此时保护方式基本上维 持原状。 交换系统全国均采用程控交换方式，干线传输系统全国除了上海市环城高速和杭 州绕城高速选用骨干路由器方式外，其他省份全部使用s d h 设备搭建干线传输网络， 其中多数选用的是基于s d h 发展而成的m s t p ( 多业务传送平台) 技术。接入网全 部采用综合接入网设备。就高速公路使用的技术和设备而言，与公网已处在同一水平 上。 高速公路通信主要包括以下几个系统：传输系统、语音交换系统、数据网络系统、 图像监控系统、会议电视系统、呼叫中心系统和支撑网系统等。通信网络主要采用 m s t p 解决方案，为语音、收费数据、监控数据、图像监控、会议电视、办公自动化 等各业务提供传输通道。其中语音和低速数据通过接入网和交换机实现，图像监控通 过模拟光端机设备实现，会议电视通过视讯系统提供，办公数据等通过网络设备等提 供鄹。 3 第二章高速公路通信系统现状和需求分析 2 2 高速公路通信系统需求分析 随着高速公路建设的规模化，为了最大程度发挥整个路网的整体效益和作用，提 高服务质量和管理水平，立足于联网收费、信息化、服务三个主题，高速公路系统不 断提出新的需求： ( 1 ) 完善的通信网络结构，为本省及临省联网收费系统提供良好的通信平台。 ( 2 ) 多业务支持功能，满足高速公路沿线各站语音、数据、图象等多种业务的接 入需求。 ( 3 ) 增强图象监控功能，实时掌握高速公路各种情况。 ( 4 ) 完善呼叫中心系统，提高高速公路系统的服务质量。 ( 5 ) 加强信息平台的建设，建设i t s 智能交通的通信平台，为高速公路系统提供 交通信息、气象信息、公路养护信息、物流信息等。 ( 6 ) 能够因地制宜，充分发挥高速公路完善的通信平台的优势，为运营单位、交 通行业、政府网络等提供通信路由或带宽支持。 ( 7 ) 增强网络适应力，不仅在容量上具有扩展能力，而且还能够提供在功能性上 的平滑扩展能力，充分适应未来网络和业务的发展需求h 。 2 2 1 业务需求 高速公路的通信业务的需求特点为：( 1 ) 业务种类多，语音、数据、图象业务全部 都有；( 2 ) 业务分布均匀且流量不大，即沿线各站点均同时具有语音、数据、图象三类 业务的需求，与公网相比各站点的业务流量不大，主要满足专网内部各业务的互通需 求；( 3 ) 业务流向集中，即基本均为从通信站( 收费站、停车区、服务区等) 一通信 分中心( 管理所、路中心等) 一通信省中心( 省结算总中心、监控总中心等) 的自 下而上的逐级汇集型业务，为集中型业务。 高速公路各站的具体业务需求种类如下： ( 1 ) 语音业务 普通电话接入是高速公路通信系统中最基本的业务类型，用户遍及省中心、分中 心、收费站、隧道管理所和服务区，目前主要分为办公电话、指令电话、紧急电话三 种。 4 长安大学工程硕士学位论文 办公电话话音接入可采用以下二种方式： 与分中心不同址的收费站和服务区的办公电话利用综合业务接入系统的语音 接n ( v 5 接口或二线模拟语音接口) 接入设置于本子网分中心的程控交换机； 与分中心同址的收费站和服务区以及分中心本身的办公电话直接接本地程控 交换机。 指令电话可分为省中心与各分中心的调度电话，分中心与所辖各收费站和服务区 的调度电话。指令电话功能可通过程控数字电话交换机的热线和会议电话功能实现。 紧急电话为高速公路沿线各紧急电话系统提供音频通道接口，将各站的紧急电话 连接到紧急电话控制台，以实现发生事故时的紧急呼叫联络和调度。 语音业务带宽需求一般为6 4 k b p s 路。话音业务对速率要求不高，但必须保证其 实时性与可靠性。 ( 2 ) 数据业务 高速公路的数据业务主要有收费数据、监控数据、办公自动化o a 数据等。 收费数据作为高速公路业务运营的主要数据，必须保证其安全性、可靠性及数据 的一致性，一般设主用通道和备用通道两路信息。一路从各收费站一收费分中, d - 收费 总中心，另一路从各收费站直接去结算总中心即省中心。 ， 监控数据有两类：一类用于外场设备至监控站和隧道监控站或大桥监控站至监控 分中心；另一类用于监控分中心至监控总中心，将在分中心收集到的可变情报板和路 边站等外场设备监控信息统一传送到总中心。 另外考虑办公自动化业务数据，一般是从收费站、服务区等通信站一分中心一省 中心啪1 。 ( 3 ) 图象业务 高速公路图像通信业务主要包括图像监控( 包括收费图象、监控图象) 和会议电 视两个方面。 2 2 2 管理需求 ( 1 ) 集中结算 在各省都将建立专门的结算清算中心对所有路段的收费数据进行集中结算，掌握 全省高速公路的运营状况。集中核算可以有效改变各路段、省市收费结算各自为政的 5 第二章高速公路通信系统现状和需求分析 情况。 ( 2 ) 集中监控 ， 图像以及各种低速监控数据只是获取的监控信息，对这些数据进行必要处理的监 控管理系统才是掌握全省公路运营的关键。对于各省势必都要建立专门的省监控中 心，各路段的收费站、服务区停车场等状况监控图像都要上传到监控中心，必要的控 制数据也相应地一级级由分中心再传送到总中心，这需要m s t p 网络输送和监控管理 系统的密切配合。 ( 3 ) 统一网管 使全网处于有序、高效的运行状态，使业务数量、种类的变化及时更新，使数据 带宽灵活分配，充分利用好现有网络资源，建立集中分层的网络管理系统可以从宏观、 微观两方面对全网进行有效的监视和管理。 2 2 3 安全要求 ( 1 ) 网络安全分析 高速公路系统作为一个专网系统，其应用业务和应用群体相对固定，但对网络的 安全性确要求很高，这就需要建立高可靠性的、可自愈的网络，并具备良好的扩展能 力，能很好地保证整网的持续稳定运行 ( 2 ) 设备安全分析 设备稳定是高速公路通信系统安全可靠的基础。高速公路通信系统建设完成后要 能保证应用需求、功能需求以及安全性需求，具备一定时期的相对稳定性，并可以进 行平滑的升级。 关键设备的稳定性包括电源、主控、交换等关键部件的冗余备份；支持热插拔、 成熟的网络操作系统等。 ( 3 ) 数据安全分析 数据是信息的载体，因此数据及数据传输安全至关重要。系统不仅能保证正常情 况下的安全：如操作系统、数据库、资源存储系统：收费原始数据准确、及时地上传 至省中心，数据在传输过程中的唯一性和原始性等。同时，系统还需要具备异常状况 的承载能力，具备抵抗病毒攻击和恶意窜改、窃取的能力乜3 。 6 长安大学工程硕士学位论文 2 3 高速公路通信系统发展前景及发展战略 随着计算机技术、信息技术和通讯技术的巨大进步，人们对交通运输和商业活 动的组织和管理方式都将极大地改进，可视电话会议、远程购物存储、计算机科研等 将代替目前的实物运输，而且运输的方式也将增多和改进。因此，未来高速公路将是 一个智能化( 1 t s ) 的系统：具备出行和交通管理系统、出行需求管理系统、公共交 通运营系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、应急管理系统、先进的车辆控制和 安全系统等的一系列先进系统。 通信系统的建设就是要最有效的保证未来i t s 的实现，保证透明政府，电子商 务，物流平台等交通信息化的实现和全省、全国公路联网收费系统的实现h 1 。 高速公路通信系统建设和发展应从以下几方面考虑： ( 1 ) 高速公路通信作为专网系统，其通信系统的建设首先要从高速公路的需求和 业务特点出发，保证高速公路交通监控、收费数据和监控视频数据的可靠传输，优质 话路的提供，以及逐步发展的会议电视系统信息、呼叫中心，透明政府，电子商务， 物流平台等智能交通信息等的实现。 ( 2 ) 高速公路通信技术以满足业务基本需求为出发点，选取先进的、成熟的，具 有融合未来业务需求的通信技术，构建通信网络。 ( 3 ) 在设备的选取和网络的建设上适度安排容量和功能上的建设规模和速度，为 网络的演进做好准备。 随着数据业务的增加，口技术快速发展，电路交换网向分组化网( 口删) 逐渐过渡，但目前口网络难以满足高速公路对通信业务可靠性、实时性的要求，因 此在设备选型和技术方向的选择上，充分考虑系统的平滑演进，重点选择能向分组化、 宽带多媒体过渡的设备。 接入网的发展采取光缆尽量靠近用户的发展战略，积极采用光纤接入网设 备，为发展宽带接入提供基础。 因地制宜，采用灵活的接入方式。高速公路沿线边远地区作为高速公路内部 用户时，采用一线入户，口方式接入话音并实现上网。 无线接入，尤其是宽带固定无线接入技术列为发展或准备发展的技术之一。 主要用于改善目前高速公路通信网缺乏应急通信措施和对市区单位光纤无法铺设的 问题。 7 第二章高速公路通信系统现状和需求分析 通信网最终的建设目标是为高速公路信息网搭建一个可运营、可管理、可扩展的 基础平台，各种现有的和将来可能出现的应用均可基于此平台得以最低成本的实现， 逐步向n g n 下一代的综合性网络过渡哺1 。 2 4 本章小结 本章论述了目前高速公路通信系统的现状，并从业务、管理、安全等方面分析了 高速公路实现信息化管理对通信系统的需求。提出高速公路通信系统建设和发展应该 从业务特点、技术发展、设备选择等方面考虑，搭建一个可运营、可管理、可扩展的 基础平台，并逐步向n g n 下一代的综合性网络过渡。 8 长安大学工程硕士学位论文 第三章通信技术体制选择 本章对目前通信网络传输网的四种主要选择方案：i p 、a t m 、s d h 和m s t p 进行比 较从中选择适合高速公路的传输方案：通过话音、视频交换技术及发展选择适当的技 术来组建语音、视频交换网络；论述了高速公路图像传输和压缩技术演进和发展。 3 1 传输网络技术及其发展 高速公路传输系统要求网络结构清晰、组网灵活、可靠性高、可扩展性强。通信 干线传输网应具有较强的自愈保护能力，支线传输网也应具有一定的自愈保护能力， 确保传输畅通。近期以来，传输网络一直朝着容量更高、成本更低、基于标准、更加 可靠、以及使操作、维护和服务开通更加简便的方向发展。 目前通信网络传输网的建设技术主要有四种选择方案：i p 、a t m 、s d h 和m s t p 。 四种方案的技术比较如表3 1 所示。 表3 - 1通信网络传输网方案技术比较 比较 i pa r m s d hm s t p 协议简单复杂较复杂较复杂 传输效率高较高低 高 连接方式面向无连接面向连接面向连接面向连接 网络控制难实现一般 全面、完善全面、完善 q o s只能做到c o s有保证机制 有保证q o s c o s 口、实时性业务 综合业务、实时综合业务( p o s ) 、 承载业务承载不成熟 性业务实现成本主要满足实时性业s d h 业务、口业 高、效率低务的传输，m p l s 、务、a t m 业务 ( v 0 口) ( a a l l 、a a l 2 )t a g ) 宽p o s - - 6 2 2 m 、宽p o s - - 6 2 2 m 、 网络带宽宽( g e 、t e )一般 2 5 g 、1 0 g 2 5 g 、1 0 g 传输性逐渐完善 逐渐融合变化成熟成熟 成本较高高低 较低 9 第三章通信技术体制选择 3 1 1ip 技术 i p 具有协议简单、实现方便，各厂家设备互通性好，能够迅速整合现有网络资 源，是一种性价比较好的宽带业务平台，但是由于i p 技术本身固有的面向无连接的 特性及i p 路由协议基于尽力转发的设计特点，纯i p 路由器网无法满足公网所必需的 用户接入与传送服务质量要求，尤其对话音、图象监控、会议电视等实时性业务支持 程度很差。i p 网络的流量工程和服务质量q o s 保证是困扰业界的难题，目前虽然可 以通过分类服务( c o s ) ，为数据流划定优先级，并采用m p l s 技术实施流量控制，解 决网络拥塞，但是优先级少，而且m p l s 协议标准还未完成，都是基于各厂家的实现。 因此目前高速公路传输网的构成不宜采用纯i p 方式h 1 。 3 1 2a t m 技术 a t m 技术具有支持多比特率、多业务的能力，从理论上说是一种先进的宽带综合 业务传输技术，但a t m 技术复杂，协议兼容性较差，不同厂商a t m 产品之间还很难互 通，a t m 产品采用电路仿真技术提供电路传输，在承载实时业务时网络的时延较大， 很难满足像会议电视等宽带实时业务应用。因此目前a t m 技术通常用于数据通信领 域，但随着i p 业务爆炸性的增长，a t m 在支持i p 业务的缺陷也显得日益突出，a t m 支持i p 的机制比较复杂，当在a t m 上运载i p 时，主要有重叠模型和综合模型两种模 式。重叠模型中i p 和a t m 使用各自独立的地址空间和路由选择协议，需要配置相应 的服务器使用地址解析方法去相互映射地址，服务器的处理能力日益成为网络的瓶 颈。重叠模型运行两个独立的路由协议，带来过量的管理复杂性和开销，很难扩展提 供q o s 路由选择、流量工程和多点广播等先进特性。综合模型同样由于m p l s 协议标 准争论极大，标准的完成和实施还有待时日，目前的实现方式都是各厂家设备的内部 协议。基本不能互通。另外，现在的g t 比特路由器等都在努力利用各种技术对i p 业务实施流量控制工程，从而可以较有效的保证网络的q o s ，又可以使i p 网络系统 相对简洁，因此从目前的使用情况看，a t m 承载i p 业务的优势已逐渐被新兴的g t 比特路由器设备所取代。从以上分析看，采用纯a t m 技术组网一方面对话音等实时业 务支持程度不够，一方面对i p 业务支持在g t 比特路由器的竞争下不具备优势。 1 0 长安大学工程硕士学位论文 3 1 3s d h 技术 s d h 技术成熟，具有组网灵活的优势；完备保护机制，可组成环形、星形、树形、 网孔形等各种网络形式，保护方式有二四纤、单双向、通道复用段等保护方式、 以及共享光纤虚拟路径保护方式，使得网络安全可靠：网管功能强大，能够实现每条 链路的端到端的网络管理；具有国际统一的标准接口，使得不同厂家的设备能够互联， 便于组网。s d h 的每条链路的带宽是独占的，所以在s d h 上传输的业务的q o s 是完全 有保证的。但是采用s d h 来传输宽带数据业务则不能做到统计复用，仍然是独占一定 的带宽，故对带宽的浪费较大。所以，s d h 技术对实时性业务能够很好的传输，但在 传送宽带数据业务上则有不足之处。 3 1 4m s t p 技术 m s t p 是基于s d h 基础之上的融合i p 、a t m 技术的多业务传送技术，该系统除了 能够支持s d h 设备传输的各种业务外，还增强了对数据业务传输的支持能力，实现了 对a t m 业务、i p 业务的有效传输，通过v p r i n g 、e t r i n g 、r p r 实现数据业务的带 宽共享，大大提高了传输的带宽利用率；同时系统保留了s d h 设备对t d m 业务非常成 熟和完善的支持能力，灵活的组网能力、业务调度能力和网络的可扩展性。 其优势为： ( 1 ) s d h 技术成熟，组网灵活：完备的保护机制使网络安全可靠：强大的网管功 能，实现端到端的网络管理；统一标准的接口。 ( 2 ) 可提供大容量、高带宽的业务传送的能力，目前商用的s d h 传输已达 2 5 g i o g 3 2 0 g 的带宽，在传输实时性业务方面如话音业务方面性能优越n 羽。 ( 3 ) 在传输带宽上，实时性业务( 如话音、图像等) 和宽带数据业务( 如i p a t m 业务等) 可以在s d h 层面上分配不同的带宽。对于实时性业务采用透传的方式；而对 宽带数据业务采用统计复用的方式进行传输，共同占用一定的带宽，提高带宽的利用 率，使得不同种类业务能够很好的一同进行传输，并且随着宽带业务的增长，可以逐 步分配更大的带宽给宽带业务使用n 引。 ( 4 ) 在满足现有实时性业务的服务质量的前提下，可以逐步向宽带网络演进。比 如，在业务开展初期，宽带数据业务可以通过i po v e rs d h 或a t mo v e rs d h 的方式 第三章通信技术体制选择 承载在s d h 传输网上，在数据业务量充分发展和技术成熟以后，可以通过i po v e rd w d m 方式，直接为宽带数据提供波长，从而达到网络的优化。 ( 5 ) 随着传输技术的快速发展，m s t p 平台与下一代网络n g n 的智能光网络a s o n 的紧密结合日益明确，通过对网络软件平台的智能化改造，m s t p 平台将具备更多的 智能特性，包括业务感知，动态业务提供，网络元素即插即用、基于协议的路由和保 护、不同业务的s l a 等特性，会对n g 网络提供更多的支撑，为未来的n g n 规模发展 奠定坚实的基础，。 综上，高速公路选用m s t p 技术构建通信网络传输平台n 3 。 3 2 话音、视频交换技术及发展 3 2 1 电路交换技术和分组交换技术 目前通信系统的语音和视频解决方案主要有两大技术：( 1 ) 纯电路交换技术( 2 ) 纯口包交换技术。 通过多方面的分析、论证，纯电路交换接入技术和纯i p 包交换接入技术的对比 如下：建立在电路交换基础上的语音、视讯业务，通道专用，占用固定时隙，服务质 量有保证。建立在i p 分组交换基础上的语音、视讯业务，信息以数据包的形式传输， 在路由器的多种q o s 机制支持下，理论上可以保证服务质量。 纯电路交换技术在q o s 和价格方面具有一定的优势，但在技术先进性、带宽的利 用率、带宽动态调整、扩容升级等方面具有明显缺陷，对未来新业务的支持能力也较 差。纯i p 包交换技术主要是在q o s 方面难以保证，这往往是用户难以接受的，i p 类 设备的价格也相当昂贵。 早期高速公路的分中心和通信站是采用数字程控交换机，实现语音联网若采用电 路交换技术，能够充分利用和挖掘现有设备的资源，投资并不大，并且是一种成熟的 解决方案。 综上所述，高速公路的通信网具有覆盖面广、节点多的特点，为了保障网络的高 性能，同时保护投资，从经济性和稳定性及适应未来技术发展角度考虑，选择以电路 交换为主的程控数字交换技术来组建语音交换网络，选择了以电路交换为主的兼容 h 3 2 0 和h 3 2 3 协议的视讯交换技术来组建视频交换网络，并选用能平滑过渡到未来 n g n 的宽带化语音交换和视频交换平台的设备，等待将来的技术和设备解决了i p 存 在的问题，我们仍然可以采用先进的技术和设备，而目前投资的设备则可以作为网络 的补充或备份来过渡h 1 。 1 2 长安大学工程碗学位论文 32 2 以分组交换为基础的i , i g n 网络 从传统的电路交换网到分组化网将是一个长期的渐进过渡过程，采用具有开放式 体系架构和标准接口，实现呼叫控制与媒体层和业务层分离的软交换将是完成这一平 滑过渡任务的关键这种过渡是一种渐进式的长期演进过程。而绝非是一场革命性的 突变，在我国可能需要1 0 至1 5 年时间： 基于以上观点，各运营商对于n g n 的交换网络建设基本上采取分步建设方式，以 降低网络风险，逐步实现基于软交换技术的h g n 网络” 目前高速公路的厢络建设只需选择那些可以平滑演进至姗的交换产品叩可 3 3 图像传输技术 图像传输方式主要分两种；数字编解码和模拟光端机方式 数字编解码方式主要以m p f , g - 2 编码格式为主”，其主要特点是t 组罔灵活，可 将图像送到任何一个解码终端或桌面计算机上；可实现单播、组播、广播，实现多个 用户同时监视同一路圈像，在收费站图像同时需要送到分中心和总中心时，不需要进 行二次编解码：不受传输距离的限制，不管传输多远，图像质量不受影响：控制简单， 不需要视频切换矩阵的配台，直接通过网管计算机即可完成图像的切换、分组、轮询、 告警联动等功能。组阿示意如图3 - i 所示。 田3 - l 数字视频传输组同圈 1 3 第三苹通信技术体制选择 模拟光端机方式主要特点是：连接简单，因只具备点到点的组网方式，所以均是 成对使用：短距离可保证良好的图像质量，没有时延。组网示意如图3 _ 2 所示 图3 - 2 梗扭视频传输组同圈 随着高速公路建设的进一步发展，对提高高速公路的服务质量及内部管理效率的 要求越来越高，目前在江苏、广东等省已提出了将所有收费站图像全部上传管理分中 心，进一步加强全路监控管理力度，减少收费站监控、维护人员的要求以往利用模 拟光端机和视频切换矩阵从每个收费站选择2 3 路图像上传的方式已不能满足要 求，但如果所有图像全部采用模拟方式上传，光纤资源及费用的增长都是用户所不能 接受的，数字图像传输系统的出现为真正的全程监控提供了可能 从技术的发展趋势来看，三网合一的概念已经提出了很久，但因为各种技术限制。 一直没有真正作到现在随着通信技术的发展，i po v e rs d h 技术的广泛应用为三同 台一提供了良好的平台，不论是收费数据还是监控图像都可以i p 包的形式由通信系 统统一进行传输。既实现了真正的三网合一又为图像资源的共享创造了条件。数字化 后的图像既可以方便的进行存储、查询，还可以任意调用到每个领导的桌面计算机上， 而不用在出现情况时都要跑到监控大厅去。 从建设成本上看，模拟方式和数字方式的费用已经相差无几，一对单模模拟光端 机( 含反向云台控制数据通道) 大约2 2 0 0 0 元，一对数字编解码器( 含反向云台控制 长安大学工程硕士学位论文 数据通道) 2 5 0 0 0 元，在收费站上传至分中心图像路数较多的情况下，光纤成本不能 忽略不计，模拟传输的成本还会高于数字传输方式。 综上所述，建议高速公路监控图像系统使用数字编解码传输技术。 3 4 数字编解码技术 国际上有两个负责视音频编码的标准化组织，一个是国际电信联合会下的视频编 码专家组v c e g ( v i d e oc o d ee x p e r tg r o u p ) ，另一个是国际标准化组织下的运动图象 专家组m p e g ( m o t i o np i c t u r ee x p e r tg r o u p ) i s 。 v c e g 制定的标准有： - h 2 6 1 ，被国际电信联合会选定为会议电视的视频压缩标准； _ h 2 6 2 ，该标准同m p e g 2 完全一样，是v c e g 同m p e g 组成的联合编码专 家组j 、丌制定的压缩标准，v c e g 发布的是h 2 6 2 ，m p e g 发布的是m p e g 2 ； h 2 6 3 ，该标准被国际电信联合会选定为可视电话的视频压缩标准，有增强 型版本h 2 6 3 + 、h 2 6 3 + + ； h 2 6 4 ，该标准是2 0 0 2 年5 月v c e g 为新一代交互式视频通讯制定的标准。 m p e g 制定的标准有： - - - - m p e g 1 、m p e g 2 、m p e g 4 、m p e g 7 ，m p e g 1 压缩标准为v c d 所采 纳，m p e g 2 的压缩标准为d v d 采纳，m p e g 4 是为交互式多媒体通讯制定的压缩 标准，m p e g 7 是为互联网视频检索制定的压缩标准。 其中m p e g 一1 标准( i s o i e c l l l 7 2 ) 是针对1 5 m b p s 以下数据传输率的数字存 储媒体运动图像及其伴音编码设计的国际标准。其视频数据压缩率为1 1 0 0 l 1 2 0 0 ， 音频压缩率为1 6 5 ；提供每秒2 5 帧3 5 2 x 2 8 8 或3 0 帧3 5 2 x 2 4 0 分辨率的图像：主要 用于v c d 制作和数字电话网络视频传输领域。 m p e g - - 2 标准( i s o i e c l 3 8 1 8 ) 是针对3 1 6 m b p s 的数据传输率制定的的运动 图像及其伴音编码的国际标准。其图象压缩格式是瑚d ，r v ( 数字高清晰度电视) 、s d t v ( 数字标准清晰度电视) 和d v d 标准的核心压缩格式：提供d v d 的优秀品质；并 提供一个较广的范围改变压缩比，以适应不同画面质量、存储容量和带宽的要求。 m p e g - - 4 适于交互a v 服务以及远程监控，传输速率在4 8 0 0 - - 2 0 4 8 k b p s 之间， 分辨率为1 7 6 1 4 4 ，m p e g - - 4 只能面向娱乐、欣赏方面的市场，那些对图像质量 1 5 第三章通信技术体制选择 要求较高的专业视频领域暂时还不能采用。 h 2 6 4 标准在相对低带宽情况下( 3 m m ) ，其图像质量较m p e g 2 要好，非常 合于高速公路图像编码与传输，但该标准目前在高速公路应用较少，设备很成熟、稳 定。 综上所述，高速公路图象监控系统目前选用m p e g 2 技术，逐步向h 2 6 4 技术过 渡。 3 5 本章小结 本章对目前通信网络传输网的四种主要选择方案：i p 、a t m 、s d h 和m s t p 进 行了比较，确定高速公路选用m s t p 技术构建通信网络传输平台为最优选择。选择以 电路交换为主的程控数字交换技术来组建语音交换网络，选择了以电路交换为主的兼 容h 3 2 0 和h 3 2 3 协议的视讯交换技术来组建视频交换网络，并选用能平滑过渡到未 来n g n 的宽带化语音交换和视频交换平台的设备。对于高速公路图像推荐选用 m p e g 2 数字编码技术组网和传输。 1 6 长安大学工程硕士学位论文 第四章高速公路通信系统整体规划和研究 本章基于前面章节关于高速公路的通信系统的现状、管理体制、业务需求、技 术体制等方面的综合分析，结合高速公路业务种类多( 语音、数据和图象业务都有) 、 需求不平衡、且公路沿线各站同时具有语音业务、高速低速数据业务和图象业务以及 多为集中型业务的特点，并充分考虑网络的可持续发展、互连互通、网络安全、q o s 保证等因素，对高速公路通信系统的整体结构和组网进行规划和研究。 4 1 概述 4 1 1 总体规划和研究 本规划提出了建设以m s t p 平台为基础的“综合多业务信息网的通信系统设计 方案n 羽。网络设计目标结构如图4 - 1 所示。 交授层 传输屋 接入层 应尾层 图4 - 1。综合多业务信息网”网络结构图 根据高速公路的路段分布及管理体制实际情况，一般将通信网络设为三级结构， 设置通信总中心、通信分中心和通信站。通信总中心位于省中心：通信分中心位于路 段中心所在地；通信站位于各业务节点收费站和服务区所在地。按照地理位置和管理 机构所在地，划分各通信分中心所管辖路段( 服从管理体制的区域划分) 。通信网建 1 7 第四章高速公路通信系统整体规划和研究 设可根据目标网要求，根据路网建设情况分期实施。 根据网络各功能实体的作用将通信系统分为业务网和支撑网。业务网分为交换 层、传输层、接入层、应用层四个层次。高速公路通信系统将由基于s d h + d w d m 技术的多业务混合传输系统( m s t p ) 、数字程控交换系统、综合业务接入系统、图象 监控系统、会议电视系统、呼叫中心系统、同步网、网管网、信令网、电源系统、紧 急电话系统、光电缆线路等组成。其中干线传输层为基于s d h + d w d m 的m s t p 技 术的光纤数字传输系统；接入层采用隔站跳接方式形成环网为主、链型为辅、能接入 普通电话、紧急电话、指令电话等各种语音业务，低速监控、收费、办公自动化o a 、 硬盘录象、智能交通、i n t e r n e t 业务等各种数据业务，图象监控、会议电视等各 种多媒体业务，实现三网合一的综合业务接入系统；交换层将形成以程控数字交换机、 视讯交换系统、路由器等先进、成熟的业务交换系统，实现各种业务的集中控制和交 换1 铂。 支撑网将形成以异地主备用b i t s 时钟为主的同步网系统、按分类分级思想组建 的两级统一网管系统和信令网系统。同时还将组建呼叫中心系统以提高高速公路服务 质量和社会形象，满足建设高速公路现代化、信息化、智能化的智能交通系统i t s 的 需求。另外各系统的设计均具有能适应新业务发展需要、可平滑升级的能力，并具有 可平滑过渡到未来通信体系的能力，其中传输系统可平滑过渡到下一代网络n g n 的 智能光网络a s o n ，交换系统可平滑过渡到下一代网络n g n 的软交换系统，接入系 统可平滑过渡到下一代网络n g n 的宽带综合业务接入系统。 4 1 2 业务性质和流向 ( 1 ) 话音业务：话音业务流向见图4 - 2 电话机电话机 传真机 接 传输交传输交 传输 接 传真机 指令电话 入 换换 入 机 设 设 设 设 指令电话 备 备备备 机 会议电话会议电话 图4 2 话音业务流向 1 8 长安大学工程硕士学位论文 ( 2 ) 监控业务：监控业务流向见图4 3 i监控 接传输 接 监控 传输 监控 入入 分中心总中心 l 外场设备 设设 备备 图4 3 监控业务流向 ( 3 ) 收费业务：收费业务流向见图“ 图4 4 收费业务流向 ( 4 ) 会议电视：会议电视业务流向见图4 - 5 图4 5 会议电视业务流向 1 9 第四章高速公路通信系统整体规划和研究 ( 5 ) 办公自动化：办公自动化业务流向见图4 - 6 4 2 干线传输系统 4 2 1 组网结构和保护方式 图4 6 办公自动化业务流向 干线传输系统作为高速公路大颗粒业务的承载平台和主骨干，采用基于 s d h + d w d m 的m s t p 技术，可支持包括p d h 、s d h 、i p 和a t m 在内的所有业务。 为充分保证通信网络的可靠性，确保在网络任一节点或线路发生故障时不中断业务， 做到通信业务的不间断运行i 。须充分发挥s d h 环网的强大的自愈保护能力的优势。 因此干线传输系统一般采用环网结构，对于高速公路物理上不能够成环的路段，则采 用1 + 1 四纤复用段保护链式的网络结构。干线传输系统中的各网元一般设在各通信分 中心和省中心n 副。 s d h 的保护环一般有通道保护、复用段保护、子网连接保护、虚拟路径保护等多 种方式。通道保护和复用段保护为网络级的保护，其中通道保护环的自愈保护倒换速 度快，一般在1 0 2 0 m s ，适用于集中型业务。而高速公路的业务大部分都是集中型业 务，并且要求保护倒换时间最快，基于以上原因，一般高速公路用的最多的是两纤通 道保护环。 对于网络结构较为复杂的干线传输系统还可能会出现多环相交、环相切以及环带 链等情况。则基于网络的可靠性、投资等因素考虑通常按照在相交环和相切环间尽量 选择相交环的原则。 干线传输系统的组网结构和保护方式见图4 _ 7 所示。 2 0 长安大学工程硕士学位论文 m l 图4 - 7干线持输系统组阿方案田 4 22 传输带宽计算和各数字段光功率预算 ( i ) 传输带宽计算 因干线传输系统中的业务流向均为各通信分中心至通信总中心( 省中心) ，因此 无论是两纤通道保护环还是四纤1 + 1 复用段保护链，其干线传输带宽均为环中( 或链 上) 各分中心的a d m 节点业务需求带宽的总和。 ( 2 ) 各数字段光功率预算 再生段距离的计算分为两种情况：第一种情况是损耗受限，即再生段距离由光通 道衰减决定。第二种情况是色散受限，即再生段距离由光通道总色散所限定。 采用最坏值法设计时，损耗受限系统的实际可达再生段距离可用下式来估算： l = p t - p * - p p - 2 i c - m e a ，+ a j 式中： 只一表示寿命终了时发送光功率( d 如) b 一表示寿命终了时接收灵敏度( d b m ) ( b e r i o e - 1 2 ) r 一表示光通道代价( d b ) 一一在g6 5 2 光纤上一般对于s t m 一1 4 取1 d b ：对 于s t g 一1 6 ，类型s - 1 6 1 l - 1 6 1 取l d b ，类型l 一1 62 ，v _ 1 6 2 ，u - 1 6 2 取2 d b 。 a ，一表示每个活动连接器损耗( d b ) 第四章高速公路通信系统整体规划和研