高航远

摘  要：文章对高速公路机电工程三大系统之一的通信系统进行了讨论和分析，综合论述了数字同步体系（SDH）、分组传送网（PTN）及无源光网络（PON）等技术在高速公路通信系统中的应用。

关键词：高速公路;通信系统;数字同步体系（SDH）;分组传送网（PTN）;无源光网络（PON）

中图分类号：U495          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）10-0143-02

Abstract： This paper discusses and analyzes the communication system， which is one of the three major systems of expressway electromechanical engineering， and comprehensively discusses the application of synchronous digital hierarchy （SDH）， packet transport network （PTN） and passive optical network （PON） in expressway communication system.

Keywords： highway; communication system; synchronous digital hierarchy （SDH）; packet transport network （PTN）; passive optical network （PON）

引言

作为高速公路机电工程中的三大系统之一，通信系统为高速公路的现代化管理提供重要的支撑作用，为监控系统与收费系统等提供语音、数据和图像等信息的传输，为道路使用者提供事故报警的手段，是高速公路正常高效运营必不可少的部分。

数字同步体系（SDH）技术自20世纪80年代产生以来，因其相较于准同步数字传输体系（PDH）技术的优势而迅速得到推广，在高速公路通信系统中也得到了大范围的使用。但是随着时代的进步及信息化革命的提速，SDH技术越来越不能满足人们的需求。分组传送网（PTN）及无源光网络（PON）技术的出现，使得高速公路通信系统有了长足的进步，具备了更高效的性能。

1 SDH技术概述

数字同步体系（SDH）技术以同步时分复用（STDM）和光纤技术为核心，由终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、再生中继器（REG）及数字交叉连接设备（DXC）等设备构成。SDH技术甫一诞生，便以其强大的网络管理能力、靈活的复用和映射结构、统一的光接口及网络节点接口以及完善的操作维护管理（OAM）能力，迅速得到了广泛的应用。[1]

2 SDH技术在高速公路通信系统中的应用及局限

SDH技术在高速公路中的应用，最初也主要是用于电话语音传输，但随着高速公路业务的增长，目前SDH设备主要用于视频监控系统和收费系统业务，而最初的语音通话业务也已不再是该技术所支持的主要业务。

SDH是一项成熟且应用广泛的光传输技术，多年来在高速公路通信系统中也已大范围采用。但随着通信技术的发展和业务需求的增长，尤其是视频监控等业务对网络的传输速率等性能提出了更加严格的要求，这使得SDN技术的性能越来越显得捉襟见肘，主要体现在：

（1）流量和网络拥塞控制能力差。大规模地使用软件控制，以及在少数的几个高速链路与交叉节点上集中了很大的业务量，因此如果这些关键节点出现故障，这将会导致大规模的网络故障甚或全网瘫痪。

（2）不能提供良好的服务质量（QoS）。

（3）扩容成本高，可扩展性不尽如人意。现今高速公路视频监控系统都为基于以太网的高带宽要求业务，而对于实现此功能的SDH设备，如光板和以太网版等，都是成本较高的设备。

3 PTN及PON技术概述

3.1 PTN技术概述

随着技术的进步，传送网所承载的业务从时分复用（TDM）向IP转变，而SDH以TDM为技术基础的网络扩容模式很难再为新需求发展提供支撑，而PTN凭借多元化的业务承载类型、强大的带宽拓展能力以及完备的OAM能力，成为传输网的新选项。

分组传送网（PTN）技术是在IP业务和光传输介质之间新设的一个层面，该技术针对分组业务的流量突发性及统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并能支持多业务提供。PTN适合各种粗细颗粒的业务、端到端的组网能力，因此更加适合IP业务特性的“柔性”传输管道。[2]

3.2 PON技术概述

无源光网络（PON）技术是指在光分配网络（ODN）中不含有源的电子设备，ODN中所有的传输设施都采用无源电子设备，如光纤、光连接器、无源光分路器及光纤接头等。PON因其技术特性，可以避免外部电磁干扰，而且有较低的设备故障率及较高的系统可靠性。

虽然PON的传输距离较有源光网络（AON）为短，但其却有着造价低、易于维护等显著优势。

从技术发展的趋势来看，随着业务对带宽要求越来越高，现在广泛使用的以太无源光网络（EPON）及吉比特无源光网络（GPON）在技术上的瓶颈将日趋明显，因此引入波分复用（WDM）的下一代无源光网络（NG-PON）将引领将来的发展方向。

4 高速公路通信系统概述

高速公路通信系统一般由光纤数字传输系统、语音交换系统、光电缆线路工程及通信电源等系统组成。

光纤数字传输系统主要的任务是为高速公路沿线各站点业务电话、监控系统、收费系统、隧道机电设施、办公自动化、站前信息发布屏等的语音、数据和图像等信息的传输提供通道，为高速公路联网及集中统一管理提供信息传输通道。

语音交换系统即电话交换系统，由本地电话网、省域长途电话网和交通运输部省际长途电话网等组成。系统在各收费站、服务区及隧道洞口变电所配置业务电话、收费对讲电话及传真机等设施。

5 PTN及PON技术在高速公路通信系统中的应用

在传输网系统中，省域干线传输网（即干线网）可采用SDH设备，路段接入网（即接入网）可采用含PTN的传输和接入设备组成，系统架构如图1所示。

省域干线采用SDH技术可直接对接原有干线网络，路段接入网由布设在通信分中心的光线路终端（OLT）和分布在各通信站的光网络单元（ONU）等网元设备构成。接入网采用PTN技术构建光纤环网，为高速公路相关业务提供足够的传输带宽。高速公路沿线及隧道的视频监控数据和收费数据等远端数据，通过EPON光纤接入进行组网，接入通信系统中。

采用PTN和PON架构的高速公路通信系统具有如下特点：

（1）系统性能更加高效。PTN与PON技术的结合，使得系统能够承载大容量的IP业务，这种架构非常适用于传输高速公路监控系统日益增长的带宽要求，并且能够提供端到端的管理业务，使得系统更加智能。

（2）系統更加安全可靠。PON技术所采用的无源设备，使得网络的核心设备的故障率大大降低，也不会出现SDH网络中若关键节点出现故障，则可能全网瘫痪的问题。

（3）系统使用方便灵活。由于系统有着丰富的以太网业务接口，因此可以根据用户管理的需求，开发和接入更加个性化的业务。

6 结束语

通信系统处于高速公路机电工程中的核心地位，是高速公路语音、数据和图像等信息的传输的重要保障。

当前，基于云计算、互联网和大数据以及人工智能等新一代互联网技术的智慧高速公路已经浮现，这将为人们的高速公路出行提供更加舒畅愉快和高效智能的体验，也将使得高速公路变得更加绿色环保。随着高速公路建设的进展及数字通信技术发展越来越快，相关业务对通信系统也会提出越来越高的性能要求。[3]

参考文献：

[1]孙学康，毛京丽.SDH技术（第3版）[M].北京：人民邮电出版社，2015：45-52.

[2]许圳彬，王田甜，胡佳，等.分组传送网技术[M].北京：人民邮电出版社，2015：4-12.

[3]洪盛，洪丰.高速公路机电通信系统新技术发展状况分析[J].物联网技术，2017（9）：59-60.