（交通运输规划与管理专业论文）高速公路通信网络的规划和研究.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。借鉴电信运营 商多年的组网经验，采取网络分层、管理分级的思想，结合高速公路自身特点，并 遵循标准性、统一性、先进性、经济性、可扩展性等建网原则，提出了建设“综 合业务信息网”的方案，将高速公路通信系统分为两个网络业务网和支撑网， 其中业务网分为交换层、传输层、接入层、业务层四个层次。以陕西省为例，通 过对陕西省的高速公路通信设施进行调查，结合陕西省高速公路布局以及规划修 建的高速公路布局，对陕西省通信网络进行优化。 针对高速公路新业务需求，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；将图像监控系统的 图像信息的传输方式由传统的模拟光端机方式优化为m p e g 一2 数字编解码传输方 式；将呼叫中心系统应用于高速公路的城市应急联动系统规划和对社会的服务信 息发布中。 本论文还跟踪了通信技术发展的前景和趋势，对未来高速公路通信网络进行 了大胆预测和规划，提出了建设以软交换、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 st h e s i sh a sm a i n l yp r o b e di n t ot h ep l a n n i n go ft h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ko f t h ee x p r e s s w a ya n dd e s i g nr e l e v a n tc o n t e n t s u s et e l e c o m m u n i c a t i o no p e r a t o rg r o u p n e t w o r ke x p e r i e n c ef o rm a n yy e a r sf o rr e f e r e n c e ，a d o p tn e t w o r kd i v i d e l a y e ri n t o ， m a n a g et h et h o u g h tg r a d e d ，c o m b i n ee x p r e s s w a yo n e so w nc h a r a c t e r i s t i c ，f o l l o w s t a n d a r d ，u n i t y ，a d v a n c e ，e c o n o m y ，e x p a n s i b i l i t y ，e t c n e t w o r kp r i n c i p l e ，p r o p o s e b u i l d i n gt h es c h e m eo f ”i n f o r m a t i o nn e t w o r ko ft h ei n t e g r a t e ds e r v i c e ”，d i v i d et h e c o m m u n i c a t i o ns y s t e mo ft h ee x p r e s s w a yi n t ot w on e t w o r k s b u s i n e s sn e t w o r ka n d s u p p o r t i n gn e t w o r k ，b u s i n e s sn e t w o r kd i v i d ei n t o ，e x c h a n g el a y e r , t r a n s m i tl a y e r , i n s e r t l a y e lb u s i n e s so n el a y e ro f4l e v e l sa m o n gt h e m t a k ep r o v i n c eo fs h a a n x ia sa n e x a m p l e ，t h r o u g hs u r v e y i n ge x p r e s s w a yc o m m u n i c a t i o nf a c i l i t yo ft h ep r o v i n c eo f s h a a n x i ，c o m b i n et h ee x p r e s s w a yo v e r a l la r r a n g e m e n tb u i l to fe x p r e s s w a yo v e r a l l a r r a n g e m e n ta n dp l a n n i n gi nt h ep r o v i n c eo fs h a a n x i ，o p t i m i z et h ec o m m u n i c a t i o n n e t w o r ko f p r o v i n c eo f s h a a n x i t ot h en e wb u s i n e s sd e m a n do ft h ee x p r e s s w a y , u s ef o rc h a r g e ，c o n t r o l ，o f f i c e a u t o m a t i o nd a t at r a n s m i s s i o nm e a n so fi n f o r m a t i o nr o u t e rw a yo p t i m i z ef o ri po v e r s d hw a yb yt r a d i t i o n a ll i g h tp e r s o nw h oc a r r y ；p e r s o nw h oc a r r yw a yo p t i m i z ea s m p e g - 2d i g i t a lc o m p i l e dc o d et r a n s m i s s i o nm e a n so n l yb yt r a d i t i o n a ls i m u l a t i o n p i c t u r et r a n s m i s s i o nm e a n so fi n f o r m a t i o no fm o n i t o r i n gs y s t e m ；a p p l yc a l lc e n t e r s y s t e mt oc i t yo fe x p r e s s w a ym e e ta nu r g e n tn e e d ，l i n ks y s t e m a t i cp l a n n i n ga n ds e r v i c e f o rs o c i e t yo f t h ei n f o r m a t i o ni s s u e t h i st h e s i sh a sa l s of o l l o w e dp r o s p e c ta n dv e n do ft h ec o m m u n i c a t i o nt e c h n i c a l d e v e l o p m e n t ，t h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ko ft h ee x p r e s s w a yh a sb e e np r e d i c t e da n d p l a n n e db o l d l yt ot h ef u t u r e ，h a v ep u tf o r w a r dt h et h i n k i n go fb u i l d i n gn e t w o r kn g no f f u t u r eg e n e r a t i o nt a k i n ge x c h a n g es o f t l y ，i p v 6a n dm e r en e t w o r ko fi n t e l l i g e n c ea sk e y t e c h n o l o g y 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 ，o p t i m i z a t i o n 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：翟睑 。6 年6 月蛔 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此规定) 论文作者签名： 导师签名： 习合 与寺1 甜年6 月，t 日 。二年二月，二日 1 1 研究背景 第1 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。“1 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引向 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 1 2 研究目的和意义 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。”1 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，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。目前国内高速公路通信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。“1 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。“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，共分为八个章节：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、未来通信技术在高速公路行业的应用预测，高速公路通信系统规划 实例。 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、呼叫中心进行了系统规划 和设计；第六章则分析和预测了未来高速公路通信系统的发展远景，提出了建设以软交 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。第七章，以陕西省为例， 对其高速公路通讯网络进行优化。第八章，对全文作以总结。 第2 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。 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：通信省中心( 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) 。”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提供。”1 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、创收三个主题，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 ) 增加呼叫中心系统，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，为运营商、企 业用户、政府网络等提供通信路由或带宽支持，甚至将临近高速公路的边远地区用户直 接纳入高速公路管理，作为高速公路用户，为其提供各种业务。 ( 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。“1 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) 通信分中一心 ( 管理处、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。 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 口( 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心收费总中 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。 ( 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 22 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 23 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。”3 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( i 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。“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，i p 技术快速发展，电路交换网向分组化网( i p a t m ) 逐 渐过渡，但目前i p 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，i p 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旌和对市区单位光纤无法铺设的问题。 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。”1 第3 章通信技术体制选择 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：1 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 t ms d hm s t p 协议简单复杂较复杂较复杂 传输效率 可 较高 低 日 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 综合业务、实时综合业务( p o s ) 、 i p 、实时性业务 性业务实现成本主要满足实时性业s d h 业务、i p 业 承载业务承载不成熟 高、效率低务的传输，m p l s 、务、a t m 业务 ( v o i p ) ( a a l l 、a a l 2 )t a g ) 宽p o s 一6 2 2 m 、宽p o s 一6 2 2 m 、 网络带宽宽( g e 、t e ) 一般 2 5 g 、1 0 g2 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| 百】低较低 3 1 1i p 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( q 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。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 $ 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 业务实旋流量控制工程，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 业务的优势己逐渐被新兴的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6 t 比特路由器的竞争下不具备优势。 9 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。 314 多业务综合传输技术( m s t p ) 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： ( i ) 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 传输己达 2 5 g l 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。“” ( 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。”3 ( 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， 1 0 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 的紧密结合目益明确，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。“ 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1 p 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，我们选择了以电 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。“4 3 3 2 2 以分组交换为基础的n 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。第一步先在一个单域内，使用少量软交换设备和分布式网关，建立一个小 规模商用实验网，同时考虑与p s t n 互通。第二步在初期实验网基础上，将全国分成多个 域，每个域内设立软交换设备和分布式网关，全网开展规模运营；第三步在前两个阶段 取得成功的基础上，结合软交换技术，充分利用运营商网络资源，最终实现基于软交换 技术的n g n 网络。”1 高速公路交换网络则可在运营商网上的n g n 软交换设备成熟运行后再考虑选用新 设备。目前的网络建设只需选择那些可以平滑演进至n g n 的交换产品即可。 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 e g 一2 编码格式为主。1 ，其主要特点是：组网灵活，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 同时监视同一路图像，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- - - 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 视频切换矩阵的配合，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。组网示意如图3 1 所示。 图3 1 数字视频传输组网图 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模拟视频传输组网图 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、广东等省己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 i t 技术的广泛应用为三网合 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，我们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 r i o np i c t u r ee x p e r tg r o u p ) 。” 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 一2 完全一样，是v c e g 同m p e g 组成的联合编码专 家组t 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 一2 ： 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 一2 、i v i p e g 4 、m p e g 7 ，m p e g 一1 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 - - 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 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 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 一2 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h d t 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，那些对图像质量要求 较高的专业视频领域暂时还不能采用。 综上所述，高速公路图象监控系统选用m p e g 一2 数字编码技术。 4 1 概述 第4 章高速公路通信系统整体规划和研究 4 1 1 总体规划和研究 基于前面章节关于高速公路的道路规划、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) 、 量小、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，借鉴已在网上成熟运行一百年来的电信运营商“管理分级、网络分层” 的成功建网思路，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，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。“3 1 网络设计目标结构如图4 一l 所示。 型羲层 传输尾 接a 趸 应慝屠 图4 一l“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：通信分中心位于区域 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，划分各通信分中一心所管辖路段( 服从管理体制的区域划分) 。通信网建设可根 据目标网要求，根据路网建设情况分期实施。 以陕西省高速公路省网为例，其通信网络规划方案图如图4 2 所示。 图4 2 高速公路陕西省网规划方案图 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、c a t v 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、c a t v 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，实现各业务的集中控制和交换。 l 2 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、c a t v 系统以提高高速 公路服务质量和社会形象，改善高速公路内部管理流程和丰富高速公路职工文化娱乐生 活，并可通过各种出租、外包、合作等多元化方式实现通信系统以外的经济效益和社会 效益，全面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 电话机 接 传输 交 传输 交 传输 接 电话机 传真机入换换入传真机 指令电话 设设设设 备备备备 指令电话 机机 会议电话 会议电话 ( 2 ) 监控业务 哥萎萎一爹 圈 匡l l 馨 l 馨l 匕世j i ：竺l 一 ( 3 ) 收费业务 ( 4 ) 紧急电话 接 接 紧急 入 传输 入 电话 设设 控制 各 备 ( 分 中心 ( 5 ) 会议电视 ( 6 ) 办公自动化 赢1 堂l 十研旦 两 4 2 干线传输系统 4 2 1 组网结构和保护方式 干线传输系统作