（通信与信息系统专业论文）全国高速公路专用通信网组网模式研究.pdf

镝目 摘要 y 7 7 3 s 2 f 为了适应全国路网管理的需要，满足高速公路收费、临控、管理网络的互 通、互联、资源共享的需求，实现省内高速公路联m 收费，并为高速公路通信 系统省际联网和全幽联网打下基础，必须进行全国高速公路通信网络整体结构 j 的规划。，干， i 通过对高速公路的各应用系统( 收费、监控和管理等) 运作模式以及对 网络性能需求的定性分析，提出采用两个层次即骨干通信系统和路段通信系统 的方式组成全国高速公路通信网络的主体结构，其中骨干通信系统由省际骨干 网和省内骨干网组成。：规划出全国高速公路通信网骨干通信系统如下：在北京 建立全国高速公路通信总中心，并设网管中心，实现对全网的设备故障监控管 理、网络配置管理、网络性能管理、计费管理与安伞管理；住上海、广州、西 安、重庆、沈阳设区域通信巾，t l , ，区域通信中一t i , 芹h 各省级高速公路通信中心配 置相应的网络管理系统，实现对所辖区域的网络管理：在各省内相对独立的高 速公路路段设置路段通信分中心，负责管辖本路段内的高速公路通信业务。 提出骨干通信系统采用直接基丁光纤通信的i p 宽带网络( i po v e rf i b e r ) 构成，主干技术采用d p t 动态光纤传输技术的方案。并根据全围高速公路路嘲 分布情况，提出采用多坏相切的网状拓扑结构，以提高网络的自愈保护能力。 在d p t i p 骨干网络中，提出采用v 。i p 技术通过语音刚关实现语音集成、 采用基于i p 的视频流传输技术和多路组播技术实现高速公路业务视频临控要 求、采用i p 技术作为高速公路通信网业务数扼的传输的方式。并提出了时钟 同步网的建设方案。同时，对路由选择和流量控制做r 定性分析，并提m 遵循 1 m n 的框架结构建设和发展网络管理系统，设计了完善的安全管理制度。 通过本文的研究，提供了关于高速公路通信系统设计、建设和运营管理的 总体思路和决策依据，为高速公路通信系统的建设提供了规范，有利于提高高 日1 圜 速公路的管理水平和安全保障能力。，、一、 关键词：童翻潞、毪网络、坐理、动态光纤传输技术( d p t ) 、电债管 n _ n t m n ) 、安全管理 一，一一 a b s t r a c t n o w a d a y s ，t h ec o n s t r u c t i o no f ah i g hp e r f o r m a n c ec o m m u n i c a t i o n n e t w o r ko ft h ee x p r e s s w a yi se s s e n t i a lt om e e tw i t ht h en e e do ft h e n a t i o n a lm a n a g e m e n t t h ei n t e r c o n n e c t i o n ，t h ei n t e r c o m m u n i c a t i o na n d t h er e s o u r c e s h a r i n g o ft h en a t i o n a l e x p r e s s w a yt o l l ，t s c a n d a d m i n i s t r a t i o nn e t w o r ka r et ob ea c h i e v e db yt h ee x p r w ye o m m u n i c a t i o n n e t w o r k a tt h es a m et i m e ，t h eh i g h w a yc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kw i l ll i n k u pt h en e t w o r ko fd if f e r e n tp r o v i n c e sa n dm a k eu paf i r mf o u n d a tio nf o r t h e “a l li no n e c a r d ”t o ll s y s t e mi nac e r t a i np r o v i n c ew i d e a f t e rt h eq u a l i t a t i v ea n a l y s i so ft h e o p e r a t i o nm o d ea n d t h e p e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t i nt h r e em a i na p p l i c a t i o n so ft h e h i g h w a y c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ( t h et o l l ，t s ca n dt h ea d m i n i s t r a t i o ns y s t e m ) ， a t w o l a y e r s t r u c t u r e i n c l u d i n g t h es k e l e t o n n e t w o r ka n dt h e s e c t i o n n e t w o r ki s p r o p o s e d t oc o n s t i t u t et h en a t i o n a l c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k i nw h i c ht h es k e l e t o n n e t w o r ki sc o m p o s e do f n a t i o n a ls k e l e t o nl a y e ra n di n n e r p r o v i n c es k e l e t o nl a y e r 5d i g a r e a c e n t e rw i l lb es e ti ns h a n g h a i ，s h e n y a n g ，x i a n ，c h o n g q i n ga n d g u a n g d o n g n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mw i l lb es e ti nb o t ha r e ac e n t e ra n d p r o v i n c i a l c e n t e r ，w h i c ha r ei nc h a r g eo ft h ep r o v i n c en e t w o r k c o m m u n i c a t i o n s u b c e n t e rw i1lb es e ti n i n d e p e n d e n te x p r w ys e c t i o n t h en e t w o r k a d m i n i s t r a t i o ni sb u i l ti nt h em a i nc o m m u n i c a t i o nc e n t e r - - b e i j i n gt o 鳕i i 厨 u 曳枷u a c h i e v et h ef u n c t i o no fe q u i p m e n tf a i l u r es u p e r v i s o r y c o n t r o l ，n e t w o r k c o n f i g u r a t i o n a d m i n i s t r a t i o n ，n e t w o r kp e r f o r m a n c e a d m i n i s t r a t i o n ， t 0 1 1a d m i n i s t r a t i o n a n d s e c u r i t ym a n a g e m e n t t h e n e t w o r k a d m i n is t r a t i o no fe a c hs e c t i o n i sd i s t r i b u t i n gi nt h ec o r r e s p o n d i n g c o m m u n i c a t i o nc e n t e r s - - s h a n g h a i ，g u a n g z h o u ，x i a n ，c h o n g q i n g a n d s h e n y a n g t h ew i d e b a n di pn e t w o r kb a s e do nt h eo p t i c a f i b e r ( i p o v e rf i b e r ) i s a d o p t e d i nt h es k e l e t o nc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n dt h eb a c k b o n e t e c h n i q u e i s d y n a m i c p a c k e tt r a n s p o r t ( d p t ) a c c o r d i n g t ot h e d i s t r i b u t i o no ft h en a t i o n a lh i g h w a yn e t ，t h em u l t i - l o o pt a n g e n c yi s u s e da st h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r kt o p o l o g yt oi m p r o v et h ea b i l i t yo f t h en a t u r a lr e p a i ra n dt h en e t w o r kp r o t e c t i o n i nt h ed p t t ps k e l e t o nn e t w o r k ，t h es p e e c hs y n t h e s i si sa c h i e v e d b yt h ep h o n i cg a t e w a yu s i n g t h ev o i pt e c h n i q u e a n dt h er e q u e s to fv i d e o s u p e r v i s o r yc o n t r o li sm e tu s i n gt h ei p b a s e dv i d e o s t r e a m t r a n s m i s s i o n a n dm u l t i c a s tt e c h n i q u e t h ep r o f e s s i o n a l d a t at r a n s m i s s i o no ft h e h i g h w a yc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k i sa c h i e v e db yt h ei pt e c h n i q u e t h es y n c h r o n o u sn e t w o r kisr e c o m m e n da st h ec o n s t r u c t i n gs c h e m ei n t h eh i g h w a yc o m m u n i c a t i o n n e t w o r k a n dt h ef r a m e w o r kc o n s t r u c t i o no f t h en e t w o r ks y s t e ma n dt h ed e v e l o p m e n to ft h en e t w o r ka d m i n i s t r a t i o n s h o u l df o ll o wt h es t a n d a r do ft h et e l e c o mm a n a g e m e n tn e t w o r k ( t m n ) f u r t h e r m o r e ，aq u a l i t a t i v ea n a l y s i so ft h er o u t i n gs e l e c ta n dt h ef l o w c o n t r o li si m p l e m e n t e di nt h i sp a p e ra n dap r e f e c ts e c u r i t ym a n a g e m e n t s y s t e m i sa l s od e s i g n e d t h ec o n s t r u c t i v ec r i t e r i o no ft h eh i g h w a yc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki s p r o v i d e di nt h i sp a p e r b o t ho ft h eo v e r a l lc o n c e p ta n dt h ed e c i s i o n 鳕i i i 弱 r e f e r e n c ea r ee l a b o r a t e l yd i s c u s s e di nt h ed e s i g n ，t h ec o n s t r u c t i o na n d t h eo p e r a t i o no ft h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k t h ep e r f o r m a n c eo ft h e h i g h w a ym a n a g e m e n ta n dt h es a f e t yc o n t r o l i sg r e a t l yi m p r o v e db yt h e p r o p o s e dc r it e r i o n k e y w 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 ，n e t w o r ka d m i n i s t r a t i o n d p t ，t m n ，s e c u r i t ym a n a g e m e n t 鳍i v 嚣 留。窜国龄 第一章绪论 第一节全国高速公路网建设概况 公路交通是我国主要的运输方式之一，是综合运输体系的重要组成部分。 在市场经济运行机制中，灵活、机动、快捷的公路交通，是发挥市场在国家宏 观调控下对资源配置起基础作用和促进资源优化配置的必备条件；是促进国土 均衡开发、保证国民经济持续、快速、健康发展的重要基础。当代发达国家实 现现代化的经验表明，公路交通的发展规模和水平，不仅直接影响一个国家和 地区的生产力发展、综合国力的增强和人民生活水平的提高，而且在一定程度 上也反映其在国际市场竞争中能力的强弱。 公路建设系统性强、投资额大、周期长、涉及面广，做好公路网规划是公 路建设科学决策的重要环节，是确保公路建设合理布局，有秩序地协调发展的 重要手段。改革开放以来，我国公路交通事业得到了长足发展，与社会经济发 展需求的差距逐步缩小。 1 9 8 1 年以来，国家干线公路网经过三次规划：1 9 8 1 年至1 9 9 3 年，按照 1 9 8 1 年国家干线公路网( 试行方案) 进行，采用放射与网格相结合的布局 形式，方法正确，规模、密度基本合理，结构和通达深度基本得当，符合国情， 但主要低等级公路为主，混合交通严重；1 9 9 3 年至今，按照交通部1 9 9 1 年编 制的国道主干线系统规划布局方案进行，该规划的最主要特点就是提出了 “五纵七横”的总体布局，以高等级公路为主，共计3 5 万公里。这一阶段高 速公路得到了长足发展，特别是1 9 9 8 年以来，为应对东南亚金融危机，国家 实施了扩大内需、拉动国民经济增长的重大举措，公路建设获得了难得的发展 机遇，年度建设投资连年超过2 0 0 0 亿元；2 0 0 1 年底，交通部又出台了国家 重点公路建设规划，在“五纵七横”国道主干线的基础上，又提出了“十三 鳕日厦 留。窜翰噙 条纵线、十五条横线”的规划方案，总规模为8 1 万公里，扣除重复里程，规 划建设总里程约7 1 万公里 国道主干线系统是国道网的一部分，由汽车专用公路为主组成，具有提供 快速、安全、经济舒适等公路运输特点，是全国公路网的主骨架，也是全国综 合运输大通道的组成部分。该系统具有完善的安全保障通信信息和综合管理服 务体系。国道主干线主要承担重要城市间、省际间的直达客货和有利于发挥公 路运输优势的长途运输。 国道主干线系统布局方案由“五纵七横”十二条路线组成，总里程约3 5 万公里左右，贯通首都，各省省会( 自治区首府、直辖市) 、经济特区、主要 交通枢纽和重要对外开放口岸，具体布局如下： 五纵是，同江至三亚( 含珲春长春支线) 、北京至福州( 含天津 塘沽、泰安淮阴支线) 、北京至珠海、二连浩特至河口、重庆至湛江；七 横是，绥芬河至满洲里、丹东至拉萨( 含唐山天津支线) 、青岛至银川、 连云港至霍尔果斯、上海至成都( 含万县南充成都支线) 、上海至瑞 丽( 含宁波杭州南京支线) 、衡阳至昆明( 含南宁友谊关支线) 。 国道主干线连接了所有人口在1 0 0 万以上的特大城市和9 3 的人口在5 0 万以上的大城市，并可连通1 9 9 0 年全国4 6 7 个城市中的2 0 3 个，覆盖全国人 口5 5 。该系统建成后，在大城市、省际间和区域间，可实现4 0 0 5 0 0 公 里当日往返，8 0 0 1 0 0 0 公里当日直达的现代化公路运输网络。至1 9 9 9 年 底，我国建成通车的高速公路总里程已达l 万公里，至2 0 0 1 年底，我国高速公 路通车里程已达到1 9 万公里，居世界第二位。2 0 0 2 年底，有望实现国道主干 线“两纵两横( 即京珠、同三、沪蓉、连霍) ”大陆部分的全线贯通。至“十 五”结束，我国高速公路通车总里程可达两万公里。很多经济发达省市，如北 京、江苏、浙江、广东、辽宁、山东等，已建成的国道主干线高速公路和支线 高速公路在局部区域内或全省范围内已经形成高速公路网。 鳕q 嚣 留。晕翰噙 第二节高速公路专用通信网络现状 高速公路通信系统为所辖的高速公路的各级交通管理、运营业务以及沿线 所设的收费、监控系统信息传递提供通信手段。高速公路交通流量大、车速快， 因此它需要高水平的服务。为了迅速了解高速公路运行情况，各级交通管理、 运营业务以及沿线所设的收费、监控系统的信息传递，及时处理事故、要求报 警及时、指挥得力、随时交换网路各节点的信息、进行分析处理，并把路上及 网内各路上车辆的运行状态及时提供给汽车驾驶员，以利于控制、诱导交通、 避免道路阻塞和交通事故，保证交通畅通，现代i t s 技术和现代物流控制技术 也已经在考虑或实施阶段。所有这一切要求采用现代化的交通管理手段，以及 现代化的作为高速公路重要配套项目和基础设施的通信系统才能得到实现。 目前建成的高速公路可采用的传输手段有：p d h 传输、s d h 传输、全光传 输。准同步p d h 传输系统主要表现在以下几个方面：只有地区性的电接口规范， 而不存在世界性标准。国际上通行有三种信号速率等级，即欧洲系列、北美系 列和日本系列。由于各个厂家各自采用自行开发的线路码型，没有世界性的标 准光接口规范，使得在同一数字等级上光接口的信号速率不一样，致使不同厂 家的设备无法实现横向兼容，这就给组网、管理及网络互通带来很大的隐患； 现有的p d h 系列只有1 5 m b i t s 和2 m b i t s 基群速率的信号是同步的，从低次 群到高次群的复接是异步的，需通码率调整来达到速率的匹配和容纳时钟频率 的偏差，而且每提高一个次群，都要经历复杂的码变换、码速调整、定时、复 接分接过程。目前的准同步复用信号帧结构中没有安排很多用于网络操作、 管理和维护的比特，无法对传输网实现分层管理和对通道的传输性能实现端对 端的监控；对目前的传输系统进行管理都是由各厂家自行开发的管理系统来实 现的。传统的准同步系统的网络运行和管理主要靠人工的数字信号交叉连接， 豳日鼠 睁。园鳍噙 不能对网络组织、电路带宽和业务提供在线实时控制，也不能满足用户对网络 动态组网和新业务接入的要求。目前我国高速公路已不采用p d h 传输方式，对 已有的决少数p d i t 系统，也已经或准备进行网络升级和设备更新。 与p d h 不同，按s d h 组建的网是一个高度同步的标准智能化网络，它采用 全球统一的接口实现多厂家环境的兼容，在全程全网范围实现高效的协调一致 的管理和操作，可进行灵活的组网与业务调度，实现高可靠的网络自愈，大大 提高网络资源的利用率，显著地降低管理和维护费用。可以从以下几个方面进 一步说明：对网络节点接口( n n i ) 进行了统一的规范。包括数字速率等级帧 结构、复接方法、线路接口、监控管理等。这使得s d h 易于实现多厂环境下操 作，即在同一条线上可以安装不同厂家的设备，体现了横向的兼容性；s d h 信 号的基本模块速率为1 5 5 5 2 m b i t s 的同步传输模式第一级( s t m 1 ) ，更高的 同步数字系列的信号，如s t m - 4 ，s t i - 1 6 以及s t i - 6 4 ，可通过简单地将s t m - l 信号进行字节间接同步复接而成，大大简化了复接和分接，便于通信系统的扩 容和升级换代；s d h 信号的基本传输模式可以容纳北美、日本和欧洲的现有数 字系列，便于顺利地从p d h 向s d h 的过渡，体现了向后的兼容性；s d h 采用了 同步复用方式和灵活的复用映射结构因而只需利用软件即可使高速信号一次 直接分插出低速支路信号，这样既不影响别的支路信号，又避免了需要对全部 高速复用信号进行解复用的做法，省去了大量的电接口数量，使运营操作任务 简化；s d h 同步和灵活的复用方式也使数字交叉连接( d x c ) 功能大大简化； s d h 帧结构中安排了丰富的开销比特，这些开销比特包括了段开销( s o h ) 和 通道开销( p o h ) ，因而使网络的o a m 能力大大加强，例如故障检测、区段定位、 端到端性能监视、单端维护能力等等：s d h 设备是智能化的设备，兼有终接、 上下复接和交叉连接功能，它可能通过远控灵活地组网和管理；s d h 不仅构成 了世界性统一的n n i 接口的基础，而且也与世界性统一的u n i 接口衔调。不同 业务有不同的传递方式，电话业务采用主叫用户到被叫用户的l ：1 接续形式， 数据、广播、图像等业务可能采用l ：n 的接续形式，局域网之间通信业务采用 翁0 厦 豳。露鳓 n ：n 的接续形式，另外，像收费站到清算中心的专线接续业务则是一种固定目 标经常连接的接续形式。光接入网支持所有这些接续形式，以用户网络和转接 传输网把用户与各种业务节点连接起来，再进入s d h 光中继网或s d h 核心网。 s d h 技术广泛应用后，大部分高速公路都采用s d h 作为干线传输，加以p c m 设备为用户接入的方式，业务电话则采用专用用户程控交换机交换。 随着接入网产品的发展，近年建设的高速公路专用通信网多采用有s d h 传输能力的o l t o n u 结构的光纤接入网作为干线传输方案，业务电话交换仍采 用专用用户程控交换机。 上面几种方式都局限于各个高速公路段内部通信应用。以往高速公路的建 设是分段建设、分段投资，通信系统设备的采购没有整体规划，设备仅考虑满 足本路段的通信需求，很少考虑路网乃至省网的联网需求，致使通信网络不畅 通，设备维护工作量大，不能实现统一的网络管理。从9 9 年以来，很多省份， 如广东、江苏、浙江、山东、福建等，都遇到了高速公路联网的需求。2 0 0 0 年，交通部出台了高速公路联网收费的暂行规定，明确要求各个省内已经 物理连通的高速公路实行“一卡通”联网收费，这就要求通信系统也必须联网， 以保证收费和其他管理信息的互通。 由于当前没有该方面的行业规范，所以各个省的做法不一。通信网络基本 上采用两级结构：各路段通信分中心汇集其管辖路段内的各个收费站信息，且 完成路段内各收费站的信息交叉，并将需要送至结算中心的信息传至目的地 ( 即通信站路段通信分中心一省通信中心) 。其传输系统采用s d h 系列的s t m 一1 等级的同步数字系列系统，在组网上，各收费站、分中心和中心在同一个s d h 环上，通过路由的配置来体现其地位。交换系统的构置较简单，在通信分中心 处均设置了p a b x 程控数字用户交换机，可对环内各节点的语音信息进行交换。 另外，高速公路的监控、收费数据传输经m o d e m ，利用各站p c m 音频通道，或 是直接利用2 me 1 方式接入s d h 设备后，传至相应的收费站、监控、收费分中 心以及监控、收费中心。然后把相i 临的高速公路在8 d i t 传输层上相连，为不同 豁口冠 国。固鳍噙 路段之间提供一些窄带的通信信道。无疑，这不利于今后的综合业务和智能网 络的建设。对全国高速公路专用通信网络联网的模式也比较模糊。目前，在世 界范围内兴起了在高速公路建设中采用智能交通系统( i t s ) 的热潮，i t s 是 将先进的信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、 自动控制理论、运筹学、人工智能等有效地运用于交通运输、服务控制和车辆 制造的实时、准确、高效的综合运输系统。i t s 由交通检测、监视、通信和控 制系统组成，是一种服务于地面运输的信息基础设施。 第三节规划的目标和原则 高速公路通信网络系统的建立是为了适应全国路网管理的需要，实现全 国高速公路收费网络的互通、互联、资源共享，实现各省高速公路收费“一卡 通”并为省际联网和全国联网打下基础。其根本目的是提高高速公路的管理水 平和安全保障能力，提供关于高速公路通信系统设计、建设和运营管理的总体 思路和决策依据，全面指导近期和远期全国高速公路通信系统的建设任务，保 障各省高速公路能发挥高效的综合运输能力。为各省交通运输各级管理部门及 其计算机信息网络和办公自动化提供通信传输手段。保障各省交通信息网络数 据、话音、图像的传输，避免通信系统的重复投资与建设。确保高速公路安全、 畅通、高效的发挥作用，达到提高全国高速公路网的整体经济效益和社会效益 的目的。 在整个通信网络的总体设计中，具体遵循以下原则： 1 ) 统一性：全国高速公路通信网络总体设计应符合国家和交通部现有 的通信以及网络技术政策、标准和规范，也紧密跟踪国际上关于智能交通系统 ( i t s ) 的标准化工作。全面贯彻交通信息网和高速公路网横向一体化综合集 成的总体设计思路。本着全面规划、统筹安排、分期实施、逐步完善的原则， 静0 取 目。露鳕晗 使全国高速公路网通信系统总体设计既要紧密配合收费系统、监控系统和其他 业务系统的设计需要，又要兼顾目前建设和未来高速公路发展的需要。实现传 输和交换的统一、i p 和a t m 的统一、网络平台和业务应用的统一、现在和未 来的统一、骨干网和接入技术的统一； 2 )实用性：规划的网络应该切实可行，即能够与以交通部为中心、向 下经各省交通厅、高速公路建设指挥部、高速公路公司、各地区交通局的线形 管理相适应，又能够与各省、各路段独立建设的分立投资主体的实施方式相适 应。使各投资主体、管理部门具有积极性，另外，还要充分考虑目前已经存在 的近2 万公里高速公路的通信设备，形成规划的骨干通信网与已有的路段通信 网有机结合，尽量做到设备、信息共享，节省投资。 3 )先进性：基础网络的投资是巨大的，长期的，因此要保证网络能支 持多种业务的综合平台，这样可以减少投资和运营维护成本。系统应采用目前 最先进的通信技术，具有兼容性，符合技术发展潮流。并充分利用已有高速公 路通信网络资源，最大限度保护现有投资。系统应具有最优化的网络解决方案， 同时使系统具有良好的性能价格比。 4 ) 普遍性与可扩充性：所采用设备及其技术应是一种可开发的、可持 续发展、通用的设备和技术。从网络拓扑设计、主要设备的选型、关键技术选 择等方面均要考虑系统将来的扩充与升级，逐步实现语音、数据、图象综合业 务和传输网络的融合，并向社会预留扩展网络资源的余地。 5 ) 安全性和可管理性：为全路网提供一个低误码率的干线传输手段， 系统具有强大的自动诊断能力，其软硬件具有相当的冗余功能。要有一体化的 完整的系统管理能力，包括配置管理、故障管理、性能管理等基本网络管理功 能，具有强大的用户管理和安全控制策略，并将各种接入设备、用户终端设 备等设备统一管理。保证整个系统的可管理性和整个系统的安全性、可靠性。 6 ) 经济性：以固定有线通信为主，移动无线通为辅，长途干线传输网 相结合，满足不同业务系统、不同业务属性的需要，满足高速公路管理和安全 豳0 厦 静一窜甜晗 保障的需要。宽带通信网络建设应充分考虑其建设成本，以最小的投入得到最 大的回报。 根据各级管理部门业务联络、监控、收费以及办公自动化系统的数据、 图像网络传输等不同的用户需求，设置相应功能的子系统。结合各省高速公路 网的特点以及现状情况，设计一个性能可靠、多路由、多迂回的通信网络( 包 括网络结构方案、接e l 标准、路由方式、编号规则等) ，并考虑省与省之间交 通专网通信的协调和衔接，根据工程分期建设的安排，统一考虑系统接口预留 以及系统的升级及功能扩展，做到各期工程间的平滑过渡。同时要求通信系统 的管理水平与人员素质应与通信网的建立和完善同步提高。 附“全国主要公路网规划图” 鳕0 0 嚣 第二章业务需求分析 第一节高速公路对通信系统的总体需求 高速公路专用通信系统服务于高速公路各级管理机构，上至交通部，下至 各省交通厅及各高速公路项目的具体管理机构，还服务于高速公路上行驶的车 辆和全社会的用户。为提高通信各系统的正常运行效率及设备维护水平，在通 信总中心建立网管中心，实现对全网的设备故障监控管理、网络配置管理、网 络性能管理、记费管理和安全管理。在各区域通信中心和各省通信中心配置相 应的网络管理系统，实现对所辖区域的网络管理。全国高速公路网对通信系统 的总体要求如下： 1 )全国形成一个高速公路专业通信网络，按照高速公路在全国的布 局情况和管理层次需要，呈多层次和一点对多点树链展开形式，主要用户呈线 形分布在高速公路沿线。 2 )通信服务对象较多，包括：为高速公路各级管理部门及收费站、 服务区、养护工区等部门和单位提供不间断的通信服务；为路上巡逻和作业的 管理人员提供移动通信服务；为路上行驶车辆和司乘人员提供调度通信和报警 通信手段；为高速公路各级管理部门和有关管理人员提供与消防、急救、交警 等部门和单位的通信；为交通监控系统、收费系统和管理自动化、信息化系统 提供数据通信手段：为收费站到清算中心提供集中清算用的收费数据；为路况 电视监视系统提供传输线路；为全国交通信息网中的办公自动化信息管理系统 提供通信资源；为交通运输行业中的道路路政、养护和桥梁、水运等提供综合 服务：可向社会预留扩展网络服务的余地。 3 ) 网络形态以多层次专用树形广域网络为主，同时考虑固定站点有 鳎0 嚣 黯昌露g 嗡铂鄹舒锄 线接入和移动站点无线接入的需要，以及高速公路专用网与公用网络的互 联。除了满足业务系统需要的主干网、分支网和各种接入网络外，还需要考 虑各种支撑网络，例如时钟同步、信令和网管信息传输的通道。 4 )业务种类较多，包括：管理信息、专用电话交换、收费网络数据、 监控网络数据、综合交通信息网络、各种图像信息、专用通信网内的信息流量、 流向控制、进入电信公网的需求。 通信业务的主要特征有：所有业务可以覆盖全国高速公路各级管理部门 及收费站、服务区、养护工区等部门，根据需要可以灵活配置业务种类及数量； 通信业务以高速公路系统需求为主，路外业务需求为辅；收费数据的业务流向 为从各收费站向相应路段的通信站汇集，通信站向相应路段的通信分中心汇 集，通信分中心向通信中心汇集，通信中心向通信总中心汇集；监控数据和图 像业务流向也是从下向上传输的；收费系统、监控系统的运行参数信息和指令 由上往下传送；通信系统具有与d d n 、f r 、p s t n 接口，可以方便地接入，为网 上用户提供相应业务；通过系统扩展可为用户提供高速i n t e r n e t 接入功能： 通信系统还可以在任何地点接入公网，以模拟环路中继或数字中继方式均可。 5 )网络服务质量要求较高，包括：适合不同业务类型和业务属性对 通信质量的要求，简单说来，电话业务要求接通率高或者热线方式，数据传输 要求突发性强、可靠性高，图像传输要求实时性强、图像清晰；针对高速公路 沿线分布复杂的特点，要求通信系统具有较强的抗干扰、路由迂回、自动诊断、 传输备份等的能力：面临智能交通系统( i t s ) 对通信系统不断增长的要求， 以及现代化信息技术的飞速发展，网络的综合网管能力和抵御内部外部安全威 胁的安全防护能力将会日益受到重视。 全国高速公路通信网设立四级行政管理机构( 如图2 1 所示) ： 1 )在北京设高速公路通信总中心，在上海、广州、南京、沈阳、西 安设立高速公路区域通信中心节点，它们构成全国高速公路专用通信网骨干网 的第一层。 嚣吩弱 2 )以通信总中一i i , 或区域通信中心为中心节点，将全国高速公路通信 网划分为六个片区。每一个片区内的各省会级高速公路通信中心构成全国高速 公路通信专网的全国骨干网络的第二层。 3 )各省级高速公路通信中心和各高速公路路段( 公司) 通信分中心之 间形成省内高速公路通信专用通信骨干网。 4 )各路段视具体情况，如管辖的长短、道路经过的行政区划等，确定 是否设置通信所。路段内各收费站、服务区、外场设备、养护工区等形成路段 通信接入及边缘层。 ! 品警卜哪 鼍品警卜一 鼍罴警卜l 孳群慧h 甓嚣警i - i 甍黜 路段内通信阿 t 路段内通信网 区域通信中心 省擐通信中心 图2 1 全国高速公路四级行政管理机构 固定通信系统将分为通信总中心、区域通信中。i i , 、通信中心和通信分中 - i i , 四级。各级通信中心之间的信息流是以总中心为根，呈树链型方式，经通信 区域中一i i , 和通信路段中，i i , 延伸到各个通信分中心。通信分中心与收费分中心、 监控分中心、道路交通管理部门和交通救援分中心一起，与管理分中心同处一 个场地，用局域网互联。再往下行，每个收费分中一i i , 与所管辖的若干个收费站， 或者每个监控分中心与所管辖的不同外场设备依次链接起来，巡逻人员则通过 移动无线通信设备与监控分中心直接沟通。与上述分层结构唯一例外的是各收 费站除了与收费分中心联系外，还可能要把收费数据直接传送到各省交通厅的 清算中心上，以便对收费数据统一进行清算。 静陷鼠 黯昌窜出臼日0 国锄 第二节业务系统对通信网络的需求 2 1 收费系统对通信系统的需求 根据收费系统省内“联网收费、统一管理、一票到底、按实结算”的要 求，通信网络系统为其提供统一的网络平台及相应的接口，并应实现全国高速 公路计算机网络的互联互通，并可根据需要进行不同的网络划分和网络访问限 定。 为了保证收费原始数据、收费参数和储值业务等重要数据的实时传送， 就对通信系统的稳定性和安全性提出了很高的要求。通信系统为各收费站、管 理处提供不低于2 m b p s 的数据接口，通过路由器实现各收费站、收费分中心等 地收费计算机局域网和管理信息网的互联。 目前的收费系统采用半自动收费方式，实现“一卡通”的统一收费方案， 未来将逐步过渡到全自动不停车收费方式。按照收费系统的管理体制，分阶段 采用三级、四级。四级管理模式是收费清算中心收费中心路段收费分 中心一收费站，除收费站外，各级收费中心与各级通信中心相对应，并处于相 应的管理机构内。通信系统用来保证收费统计数据能顺利地由收费站传送到收 费分中心，也保证各收费站的收费数据可以跨过各级收费分中心直接传送到省 收费清算中心。收费中心和清算中心按其职能检查整个路网的收费情况，核对 各收费分中心收费款额及收费数据，并在整个路网内进行“拆帐”，将收款分 摊至各路公司。 另外，收费站将设有闭路电视监视系统，宏观掌握收费广场运行情况和 检查收费业务的处理过程。这种视频监视的图像也需要上传。因此，要求通信 网络系统为收费系统提供统一的网络平台及相应的接口，实现各收费站到收费 黯口q 羼 分中心或到省收费中心，以及各级收费分中心之间的数据和图像传输。 2 2 监控系统带来的需求 监控系统以主线控制、匝道控制和路网协调三大控制策略相结合，近远 期分别采用一路一公司和四级管理体制( 监控总中心一监控中心一监控分中心 一监控所) ，各级监控中心与各级通信中心相对应，并同处于相应的管理机构 内。此外还有外场信息采集( 交通流、气象检测、交通图像、紧急报警) 和信 息发布设备( 可变速标志、可变情报板、车道控制标志) 、特大桥监控子系统 和隧道监控子系统。通信系统用来保证在各级监控中心之间，以及监控分中心 与外场设备或监控子系统之间，自下而上传送监测信息和向上发布控制命令。 监控信息包含了大量计算机数据，指令、业务和告警电话、图像和地图板信息。 监测信息源有一部分来自收费站、特大桥监控子系统和隧道监控子系统，大多 数来自外场的信息检测设备和告警巡逻车。 各级监控中心中，任务最繁重的是对所辖分路段实行具体交通管理的监 控分中心，它们是连接收费站监控设备、养护工区、外场设备、巡逻车、紧急 电话、上级监控中心和与其他行业网络联系的信息交汇点，信息流量复杂多变， 实时控制能力强。而其他上级监控中心主要从事宏观管理，不再具有实时控制 功能。对于特大桥和隧道的两个监控子系统而言，其功能与一般监控子系统大 体类似。因此，要求通信网络系统根据监控系统信息采集和发布要求确定数据、 图像传输流向及层次的要求，通信网络为其提供统一的网络平台及相应的接 口，同时要有服务质量保证，满足视频数据的传输要求。通信系统通过传输设 备可以为图像传输提供2 m b p s 以上的透明传输业务；同时为监控系统提供各类 子速率及超速率接口，传输监控信息。为了向用户提供紧急求救援助的通信手 段，通信网络系统以监控分中心为单位设置路侧紧惫电话系统。 翰d 目厦 2 3 业务联络对通信系统的需求 高速公路各级管理部门之间以及各级管理部门与社会公网业务联络的需 求，各级中心设程控交换机，并与公网连接。沿线收费站设业务电话及指令电 话，组成以分中心为单位的调度电话系统。考虑到与其他政府部门的联系，需 要提供i n t e r n e t 服务及与i n t e r n e t 连接。为确保网络安全，与i n t e r n e t 的 连接必须做到与高速公路通信系统的完全物理隔离。 2 4 其他应用系统对通信系统的需求 除了收费和监控管理业务外，其他管理业务还包括路政管理业务、工程 养护业务、服务区运营管理业务和道路交通管理业务，所以其他应用系统还包 括移动通信系统接入、专项交通宏观管理信息网、办公自动化系统及利用富余 的通信容量向社会提供网络服务。 向巡逻车辆、维护和检修人员提供通信手段，需要在网络中接入移动通 信系统。专项交通运输应用系统如交通宏观管理信息网、交通运输e d i 信息网、 交通客货运输信息网、交通科技信息服务网等的建设要求高速公路通信网络系 统能为其提供高速、宽带、扩展灵活并具有专网划分功能的网络系统平台。在 满足高速公路本身语音、数据、图像传输的前提下，通信网络应提供足够的网 络带宽向社会提供网络服务，如接入服务、业务搭载服务等。 在通信系统的设计中应充分考虑到带宽与接口的预留，以方便地加入其 他应用系统。公路专用通信网要与公用通信网实现互联互通，交换设备需具备 标准的数字中继接口、模拟环路用户中继接口，具备中国一号和中国七号信令 方式，实现话音业务的互通。 通信系统应能支持这些业务管理的需要：高速公路专用网络用来支持例如 高速公路各级管理部门之间办公自动化系统的联网，以及不同管理部门可能随 黯口o 厦 时组织不同规模的交通视频会议的需要；高速公路专用网络与电信公用网络共 同支持道路交通管理的交通救援中心与救援支持系统( 提供消防、医疗、特种 车辆设备、广播、特殊危险品处理和汽车维修等服务) 之间的通信联络。 因此，通信网络系统将为它们提供必要的网络平台及相应的接口。信息 类型也包括数据、话音和图像。从全国高速公路管理体制和收费系统、监控系 统、道路管理系统等各个系统的管理体制出发，能够比较清楚地描述通信系统 与收费系统、监控系统和道路交通系统之间的关系，图2 2 表示这几个业务系 统的通信业务流程。 l 高速公路管理中心 ，l l 。清算中心h 。t 收费中心 。 h + 监笔产心 l l 通号 十。i l 变通量统计时钟 霎f 、 指 i省内逻辑逼信区域中心i 姿喜群i 、 拆帐 夸 7 数据 监控 上报+ 1 i 下达 办公 图像 信息ilj 指_ 兮 数据 l l 高速公路公司， 中心銎：毯 ， 士 ， ， li 收勇监控分中心ll 通信分中心l部门行攻机构l 嚣差篓计t 嚣鉴蓉f 篓f拇 祟据统计 l 办公 数据 l 高速公路管理所 毒蠢攀。j 0 ， 1 1 r l收 空所 竹刊变逼笔产机构 通信所i 基层f 政机构l - l j 漾勰鲥f l 牌躲恻i 悯i l 嚣蓉，、l 黧 图2 2 高速公路通信业务流程 鳕f 厦 第三节网络性能带来的需求 3 1 交通信息网带来的需求 全国高速公路通信网同时也是交通信息网的基础支撑系统，所以在高速 公路通信网设计和建设时，应该站在全国交通信息网的高度，分析对通信系统 提出的更加广泛的需求。它们是指通信系统在满足全国高速公路统一的业务系 统和管理系统的需求外，还应该保证收费分中心和清算中心对通信系统的需 求，也应该能够提供全国交通信息网建设对通信系统的需求，包括办公自动化 信息管理系统、交通运输专业的各种应用系统。后者以专业划分专网，例如交 通宏观管理信息网、交通运输e d i