软交换技术在地铁通信系统中的应用

2020-11-26李瑛

电子技术与软件工程 2020年2期

文/李瑛

（天津轨道交通运营集团有限公司天津市 300222）

伴随当今社会经济的持续、稳健、迅猛化发展，交通运输领域作为其中的重要组成部分，呈现出快速发展势头，其中，发展最为强势的便是地铁。但随着地铁运营范围的持续扩大，其安全问题越来越受到人们的重视与关注。在实际工程设计过程中，不仅要重视技术创新，而且还需强调相关技术的实用性、适用性以及安全性、可靠性。在设计地铁工程前，需要对其安全性进行深入研究与充分考察。软交换技术实为基于IP电话而不断完善的新兴技术类别，此技术的实现，除了对数据业务与话音的高效传输有利外，还顺应了当今通信技术高速、智能、综合化发展的基本趋向。所以，将软交换技术应用于地铁通信系统中，意义重大。本文结合当前实况，就此技术的具体应用思路作一剖析。

1 软交换技术概述

1.1 软交换概念

所谓软交换技术，从根本上来讲，即为基于IP电话，后经不断演进与创新所形成的一种全新技术形式。在整个IP电话网架构中，由于网关功能有着诸多优点，比如高效、可扩展及灵活等，因而提出了分解的网关功能概念，实际就是把IP电话网关进行分解，使之成为三部分，分别为媒体网关控制器、信令网关与媒体网关，各功能实体在实际运作中，均能较好的达成某一或多项功能。其中，针对媒体网关控制器来讲，其能够实现呼叫控制功能，而对于媒体流所对应的转换与传送来讲，主要借助媒体网关控制器，利用其媒体网关来达成。伴随当今分组交换的日渐频繁与普遍，软交换技术在此背景下，不管是传统的固定网络当中，还是在移动网络的深层融合中，均扮演着核心角色，发挥着关键作用。

1.2 特点

针对软交换而言，其最基本的特点即为选用的是开放式体系结构，此结构能够实现分布式的管理与通信，而且在结构扩展性方面，也比较突出。其无论是在媒体控制层上，还是在应用层上，都已分离于媒体层硬件，并且在此架构中，还融合了标准开放的计算环境，准允充分利用商用的标准计算平台、开发环境及操作系统。此外，实施软交换之后，多个业务网便能以一种比较合理的方式，融合在一起，因而有助于网络结构、网络层次的简化，另外，诸如移动网、分组网、电路交换网等网络的业务配置也会随之而被简化，因而可以较好的降低在建设维护分离业务网时所产生的高成本，此外，还有助于维护复杂性的简化。还需要指出的是，运用分组交换技术之后，整个网络的资源综合利用率便能得到提升，交换机互连的复杂性会得到降低，业务网承载成本会随之而减少。

1.3 以软交换技术为基础的体系结构

对于软交换网络来讲，其实为一个全开放并且已经被分层的体系结构，从基础层面来分析，其囊括了四个彼此间处于独立状态的层面，基于功能上来考量，可划分为如下层次：

（1）边缘接入层。针对此层来讲，在实际运作中，选择了多种接入手段，并借助多种类型的接入设备，把用户与网络相连，将网络当中的一些业务提供给用户。

（2）传输层。所谓传输层，从根本上来考量，即为承载多媒体信息（比如视频、数据、语音等）的IP网络；另外，针对此承载网络来讲，不需要再次进行组网，而且成本低，相关协议比较的简单。

（3）控制层。针对控制层来分析，其核心功能即为控制接入层当中的全部媒体网关的业务，以及控制各个媒体网关间的通信。

（4）业务/应用层。此层的基础性功能实体囊括了AAA服务器、特征服务器、应用服务器及媒体服务器等，除此之外，此层还有传统智能网的标配功能。

2 地铁通信系统体制分析

2.1 地铁通信系统概述

针对地铁所对应的基础设施来讲，通常情况下，包括停车场和控制台、车站、车辆段等，其中，针对控制台而言，其能够监控、管理地铁的整个运行过程，因而能够为地铁系统的安全、稳定运行提供切实保障。与地铁相配套的通信系统实为一种涵盖全面的通信网络，不仅能调度车辆，辅助工作人员办公，而且还能实现多种信息的相互连通，因此，此系统有着较高的可靠性与安全性。通常来讲，通信系统能够为各子系统间的信息交流与互通提供条件与保障，因而可使车辆安全、高效运行；此外，还能为乘客提供舒适、温馨且优质的乘车环境；如果有一些特殊情况出现，此时，通信设备能够即刻执行实现设定好的相关措施，确保即便发生一些特殊事故，通信网络同样能够维持正常运行状态。在实际操作中，为了能够让通信系统真正拥有上述功能，需选用一些技术比较成熟，而且安装简便的设备。还需要指出的是，地铁通信系统主要由许多二级系统组成，根据其作用的差异，可将其划分为3种，分别为专用系统、公安系统与民用系统。

2.2 地铁通信中软交换技术的功能实现

在地铁通信系统中应用软交换技术，能够使系统的通信条件始终保持一致，而且通过合理化应用软交换平台，不仅能连通视频会议，而且还能连通通信网络，因而可以实现用户各类信息以及即时消息的及时互换、共享与沟通；此外，即便是不同的用户，他们之间也能够传输所需要的文件资料；而对于可视电话来讲，用户通过合理化使用可视电话设备，能够开展高效且优质的语音盒视频通话，而视频用户与语言用户之间，可根据现实需要及相关技术要求，借助软交换来实现高质量连接；而对于视频会议来考量，主要是借助会议系统来达成或实现视频会议，与此同时，还能从中获得其他功能，比如图像分屏等。

2.3 程控交换技术与软交换技术对比分析

通过全面、深入分析城市地铁通信系统可得知，用户比较集中的地方主要有三个，其一为控制中心附近，其二是车辆段，其三为车站。需要强调的是，各车站有着比较少的平均用户数，所以，当采用软交换系统时，可借助其比较灵活的接入模式，以及智能化的管理方法，为用户提供优质服务，而且对于用户分散情况，尤为适用。基于功能层面来分析，传统的交换方式仅能达成或满足单一性功能，难以满足人们对优质化、高清晰、海量化图像通信方面的需求，另外，整个系统并非全部开放；而对于软交换系统来讲，其除了能够提供多种服务外，还能根据用户需要及需求变化，增加一些新的功能。

3 地铁软交换网络方案设计分析

3.1 软交换技术实现方案分析

现阶段，基于地铁公司通信系统及软交换技术应用实况层面来分析，地铁通信系统要想更加高效、合理的使用软交换技术，通常情况下，需要借助如下方案来达成：

（1）在传统通信网络中，应用软交互模块，以此来获得所需要的软交互功能；针对此方案而言，其实为一种比较典型且已被广泛应用的技术扩展兼容方案。

（2）把模拟通信模块以一种比较合理的方式融入到软交换系统当中，以此获得所需功能，此方案实为一种用于扩展兼容软交换技术的方案。

通过对比上述两种方案，从中能得出（1）方案实为一种NGN软交互过渡方案，而对于（2）方案来讲，由于其建立了比较完善且优质的分布式的交换平台，因而是一种经典的NGN方案。此外，还需要指出的是，（2）方案专网用户功能十分强大，因而能够较好的满足下一代网络的总体需求；另外，在系统容量方面，也较（1）方案偏优。所以，在现实应用过程中，（2）方案能够为系统构建一个优质平台，用于达成各项功能，因而能够把软交换技术更好的应用于地铁通信当中。

3.2 系统架构与协议

针对NGN网络结构来讲，其由多部分组成，不仅有业务层、控制层，还有传输层、接入层。其中，对于接入层而言，其设备数最多，如信令网关、中继网关等。而对于传输层来讲，其由信号传送设备组成，主要作用就是传输软交换信息，并且与控制层隔离，实现控制、传送工作互不干涉。而针对控制层来讲，其乃是整个软交换当中的核心部分，能够向软交换提供所需平台。而对于业务层而言，其能够向用户提供真实且全面的智能服务体验。

3.3 系统构成的设计方案概述

把软交换中心设备以一种比较妥当、合理的方式放于核心机房，以此来控制用户及控制中心，并且还能用于控制信息通知等。需说明的是，此设备有诸多元件，比如电源板、主控板等，其中，针对电源板而言，其在具体的容量上，需要满足4万使用者的各种需求。另外，还需根据现实需要，将中继网关、接入网关等安装在控制中心，为控制区域内的通信正常提供切实保障，而且还能实现信号专线互通；还可根据运作需要，安装1台网关，以此来管理各线路的多种设备；针对使用计费系统而言，其主要作用就是汇总、分析用户所产生的各种费用。

3.4 软交换系统保护方案设计

（1）网关自动交换。针对软交换平台系统来讲，如果其出现问题，此时，可选用中级网关所具有的交换功能，稳定公共网络、调度系统等，使其保持稳定、高效运行状态。如果接入了网关，除了可交换单个网络外，还能在多台设备均接入到网关中，于虚拟化状态下实现交换（其中某一台发生故障）。所以，如果遇到一些比较恶劣的环境，可通过接入网关的方式，来实现通信正常。

（2）容灾备份保护。需要指出的是，因软交换分布的方法，主要通过多个点共同控制来达成，所以，其有助于系统在备份保护能力方面的提升，控制中心分布在各个地方，因而能够组建庞大的运作系统，但需说明的是，各个控制中心均采用的是同一个数据库。当主控中心发生异常，此时系统便会自动进入第2个控制中心，若第2个控制中心也发生异常，那么会进入第3个，以此类推，这样便能够保证通信正常。