高速公路通信系统相关技术及设计方法

高速公路通信系统相关技术及设计方法

学习目的学习要点

了解高速公路通信系统相关概念，涉及技术及相关技术的设计方法。同步数字体系（SDH）程控数字交换系统ATM技术通信系统网络设计高速公路通信新技术10.1.1高速公路通信系统概述1．高速公路专用通信系统高速公路有线通信常采用以光缆传输为主干线的多种专用通信系统。主要包括以下四种系统：光缆数字传输系统紧急电话系统移动通信系统专用近距微波传输系统2．高速公路通信系统的特点1）各级管理机构及沿线设施一般均建筑在公路两侧，呈线状分布。2）管理体制一般采取分级管理、集中控制调度，高速公路通信网的网络结构为树形结构。3）高速公路通信系统应该是以有线通信为主，并采用移动通信等多种通信手段的综合通信系统，并且要有高的可靠性，系统每天24小时不间断运行。

10.1概述3.通信系统设计基本原则

1）符合交通部、邮电部现有技术规范、标准和政策，统一规划、分期实施、逐步完善，充分满足高速公路网络管理与安全保障的需要。

2）技术选择上有适当超前意识与可持续发展思想，既要考虑高速公路管理部门的经济承受能力，又要考虑到新生业务和技术的发展。3）通信系统应具有可升级性、兼容性和冗余性，既能满足近期联网通信的实际需要，又能为未来发展预留业务接口与扩展空间。

4）充分考虑整个网络的先进性与经济性，所采用的设备应具有成熟可靠、标准统一和可操作性强的特点，以便于维护和更换，达到降低营运成本的目的。

图10-1通信系统业务应用模型4．高速公路通信系统模型及其功能

图10-2通信系统业务应用流程2）通信系统功能分析高速公路通信目的在于支持高速公路管理、监控和收费等业务的传送，是提高高速公路管理水平和安全保障能力的支撑网络。（1）对管理系统的支持（2）对收费系统的支持（3）对监控系统的支持

10.2高速公路数据通信系统设计目前适应高速公路通信网络技术的有SDH、MSTP和IP技术。

同步数字体系（SDH）

SDH是目前高速公路通信普遍采用的组网技术，具有标准信息结构、速率等级和光电接口，并可通过自愈环实现通道和段的倒换保护。1．SDH系统的基本概念及特点

SDH系统实质上是在光纤上进行同步信息的传输的一些SDH的网络单元（NE）。它有国际上统一的网络节点接口（NNI），如图10-3所示。图10-3NNI在网络中的位置

2.SDH帧结构帧结构一般可以分为三个组成区域，其功能如下：1）段开销（Sectionoverhead，SOH）段开销是指STM帧结构中为了保证信息净负荷、灵活传送所必需的附加字节，是供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。2）管理单元指针（AU-PTR）AU-PTR是一种指示信息净负荷的第1个字节在STM-N中的准确位置，以便在接收端正确地解复用。采用指针方式消除了常规PDH帧结构中滑动缓存引起的延时和性能损伤。3）信息净负荷（Payload）

信息净负荷就是STM-N模块中存放的各种数据信息，当然还含有少量用于通道性能监视、管理和控制的通道开销控制字节POH。通常，POH作为净荷的一部分与净荷一起在网络中传送。

3、SDH的基本复用结构SDH的基本复用单元包括标准容器（C）、虚容器（VC）、支路单元（TU）、支路单元组（TUG）、管理单元（AU）和管理单元组（AUG）。图10-4我国的基本复用映射结构4．SDH设备光同步数字传输网是由一些SDH网络单元组成。它的基本网络单元有同步光缆线路系统、同步复用器（SM）、分插复用器（ADM）和数字交叉连接设备（RXC）等，这些设备均由一系列逻辑功能块构成。图10-5光纤数字通信系统方框图程控数字交换

系统高速公路设置专用程控数字交换系统是获取高可靠性、高可用性通信工具的物质保证；电话网，同时利用已建管道安装程控电话可以节省投资费用。1．程控数字交换系统的功能要求完成管理部门各单位点对点的语音、传真、图像和数据的传输；实现管理中心和下属各单位一点对多点的同时通信（如指令电话、电话会议等）；与上级业务管理部门和外界社会的通信；具有对系统状态自动测试的功能。2．程控电话系统呼叫过程

如图10-6图10-6电话呼叫通话过程3．程控数字交换系统的控制方式和结构1）两种基本控制方式：集中控制：设一台交换机的控制部分由n台处理及组成，它实现f项功能，每一项功能由一个程序来提供，系统有r个资源。如果在这个系统中，每一台处理机均能利用全部资源，也能执行所有功能，则这个控制系统就叫做集中控制系统。分散控制：在上述系统中，如果每台处理机只能利用资源的一部分，只能执行一部分功能，就称为分散控制。

4．程控数字交换机

1）程控交换系统的硬件部分可以分为话路系统和控制系统两个系统，基本组成框图如下图10-7程控交换机的基本组成

2）程控数字交换机具有一些突出的优点：（1）体积小、功耗低，设备体积只有机电交换机的1/8～1/4，可压缩机房面积，节省投资；（2）易于扩展功能，通过修改软件能扩展交换机功能，向用户提供新的服务；（3）工作稳定可靠、维护方便，大规模集成电路和专用芯片保证高可靠性和自动诊断功能；易于和数字终端、数字传输系统连接，为发展综合业务数字网（ISDN）奠定基础。10.2.3ATM技术1、ATM技术的基本概念ATM指的是“以信元为信息传播、复接和交换的基本单位的传送方式”。也就是说，使用信元是ATM的基本特征。1）信元结构ATM以信元（Cell）作为传送信息的基本单位，它分为两类：一类用于网络节点之间的接口NNI，另一类用于用户和网络之间的接口UNI

图10-8ATM信元结构

2）虚信道和虚通道一般将ATM交换中连接称为虚连接，这种虚连接是由若干虚信道（VC）和虚通道(VP)相互连接而成的。（1）虚信道（VC）在ATM术语中虚信道（VC）是描述信元单向传送路径的术语之一，它用来在两个端点用户之间建立一个单向的逻辑连接，以便单向传送用户信元。

（2）虚通道（VP）虚通道用来描述一组虚信道通过网络的单向路由，它由若干虚信道组成。和虚信道一样，虚通道也是一种单向通道，它也通过一个标记（虚通道标记VPI）来表示，而且VPI数值也只在局部范围内有意义。图10-9VP、VC之间的复用关系图

2、ATM交换过程3、ATM交换网络的结构图10-10描述了一个基本的ATM交换机模块结构。4．ATM的主要优点

1）免除了差错控制和流量控制，大大简化了网络控制。通过队列容量设计和入网前用户信息流量控制，可使信元丢失率降低到10-8～10-12。

2）面向连接的工作方式。

3）简化了信头功能。ATM信元信头功能十分简单，由于信头功能简单，因此信头处理速度很快，处理时延很小。

4）采用长度较小的固定长度信元。图10-10ATM交换机模块结构图

电话在高速公路通信系统中的应用1．IP电话的工作原理IP电话是以IP分组交换网络为传输平台，对模拟的语音进行压缩、打包等一系列的特殊处理，使之可以采用无连接的UDP协议进行传输。IP电话的传输过程分为下列几个阶段：图10-11IP电话模型基本结构语音-数据转换原数据-IP的转换传送IP包-数据的转换数字语音转换为模拟语音图10-12IP电话传输基本过程2．IP电话具有如下特点：语音传输时采用TCP/IP协议的分组交换。传输的语音必须进行压缩编码。语音信号的延迟较大，延迟抖动也较大ImmenseVisualAppeal

光纤接入网

光纤接入网是用户接入网的一种，它的应用，能较好地解决用户需求与通信传输网之间不相配套的问题，满足高速公路运营对通信网的需求。1、用户数据接入网1）特点投资高而效益相对低运行条件差技术发展慢2）分类

如图10-13图10-132、接三入网三的功三能结三构1）功三能结三构图10三-1三4接入三网功三能结三构2）接三口接入三网的三接口三有三三类，三即UN三I，SN三I和Q3管理三接口三。UN三I是用三户和三网络三的接三口，三不同三的UN三I支持三不同三的业三务，三如模三拟电三话、三数字三或模三拟租三用线三业务三等。业务三节点三接口SN三I有模三拟接三口（Z接口三）和三数字三接口三（V接口三），三可以三支持三一种三专用三接入三类型三，也三可以三支持三多种三接入三类型三。维护三管理三接口Q3是电三信管三理网三与电三信网三各部三分的三标准三接口三。3）功三能接入三网的三功能三有五三个方三面：（1）传三送功三能提供三由多三接入三段（三如馈三送段三、分三配段三、引三入段三）组三成的三公共三传送三通道三，并三完成三不同三传输三媒体三间的三适配三。（2）核三心功三能完成UN三I承载三体或SN三I承载三体公三共承三载体三的适三配，三如复三用和三协议三处理三等。（3）用三户端三口功三能完成UN三I的特三定要三求及三核心三功能三和系三统管三理功三能的三适配三。（4）业三务端三口功三能完成SN三I的特三定要三求至三公共三承载三体的三适配三，提三供核三心功三能处三理；三同时三提取三相关三信息三供系三统管三理调三用处三理。（5）系三统管三理功三能10三.3通信三系统三网络三设计通信三系统三网络三设计三方法1、通三信系三统设三计分三析2、通三信接三入网三设计三方法高速三公路三联网三通信三接入三网采三用从三通信三站局三域网三到通三信分三中心三广域三网由三近到三远进三行设三计。三包括三：1）通三信站三网络三设计三；2）通三信分三中心三网络三设计三；3）接三入网三络访三问设三计；4）网三络管三理系三统设三计。3．通三信干三线网三设计三方法联网三通信三干线三网设三计是三根据三网络三业务三需求三与容三量预三测，三采用三一种三由远三及近三的设三计方三法，三以此三构造三高速三公路三联网三通信三干线三网。1）通三信总三中心三网络三设计三；2）通三信中三心网三络设三计；3）干三线网三络访三问设三计；4）网三络管三理系三统设三计。通信三信号三接入三网络1．数三据接三入网三络1）收三费数三据接三入网三络2）监三控数三据接三入网三络2．音三频接三入网三络1）紧三急电三话接三入网三络紧急三电话三系统三是为三道路三使用三者提三供呼三叫、三求援三的专三用电三话系三统，三由紧三急电三话主三机、三传输三线路三和路三侧分三机组三成，三是一三个多三点对三一点三的独三立报三警系三统，三如图10三-1三5所示三。2）指三令电三话接三入网三络指令三电话三为监三控分三中心三提供三紧急三情况三下调三度有三关人三员的三通信三手段三，三如三图10三-1三6所示三。图10三-1三5紧急三电话三传输三网络图10三-1三6指令三电话三接入三网络通信三系统三网络三支撑三设计1、通三信网三管方三案1）网三络配三置管三理2）网三络数三据管三理记录三网络三用户三和资三源信三息，三实时三收集三、存三储网三络运三行性三能数三据，三并做三阶段三性统三计，三定期三形成三报告三；同三时进三行数三据分三析，三为网三络持三续规三划提三供依三据。图10三-1三7联网三通信三网管三方案网络三配置三管理三主要三是组三织网三络运三行所三需的三物理三配置三，实三施对三网络三单元三的控三制、三识别三和数三据交三换，三包括三网络三资源三配置三和网三络业三务配三置。3）网三络性三能管三理用于三评定三网络三状态三和效三用，三包括三性能三监视三、性三能分三析和三性能三控制三。图三形显三示网三络拓三扑结三构、三网络三节点三、中三继线三配置三和利三用情三况，三监视三网络三拥塞三和设三备失三效情三况；三显示三网络三性能三变化三，指三标劣三化到三一定三程度三时发三出告三警，三并在三需要三时发三出命三令到三各节三点进三行网三络控三制。4）网三络故三障管三理用于三检测三、隔三离和三校正三网络三与环三境的三异常三信息三，包三括环三回诊三断、三激活三检测三、故三障定三位、三告警三监视三等功三能；三故障三排除三后提三示告三警清三除，三进行三记录三并予三以一三定期三限保三留，三以便三进行三检索三和做三详细三分析三。5）网三络安三全管三理为网三络运三行提三供周三密安三排和三安全三保护三；对三数据三信息三进行三保护三和备三份。6）网三络费三用管三理用于三度量三网络三业务三使用三情况三，并三按预三定收三费标三准确三定使三用资三源，三一般三要生三成使三用率三记账三报表三和详三细的三呼叫三输出三（包三括服三务质三量参三数）三统计三报表三。3．通三信保三护方三案在具三体网三络设三计中三，应三综合三考虑三业务三量分三布形三式、三业务三保护三倒换三时间三、业三务保三护范三围和三成本/容量三关系三等因三素，三以选三择合三适的三保护三方式三。4．通三信同三步方三案同步三是指三信号三之间三在频三率或三相位三上保三持某三种严三格的三特定三关系三，即三相对三应的三有效三瞬间三以同三一个三平均三速率三出现三。10、3、4高速三公路三通信三新技三术通信三新技三术，三大体三上是三指正三在研三制或三将要三研制三的新三技术三，有三些也三许已三通过三实验三室试三验或三刚投三入市三场进三行商三用。三这些三新技三术包三括：三密集三波分三复用三（DW三DM）技三术、40三Gb三it三/s光纤三传输三技术三、千三兆以三太网三传输三技术三、第三三、三四代三无线三通信三（3G、4G）。中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施江门三至罗三定高三速公三路（三以下三简称“江罗三高速”）是三广东三省高三速公三路网三规划三中第三四横三线（三福建三漳州三至广三西玉三林）三的一三部分三，路三线全三长1三38三.2三52三km三，主三要位三于江三门鹤三山、三云浮三新兴三、罗三定境三内，三横穿三粤西三中部三地区三，向三东通三过江三中高三速、三广明三高速三和广三深珠三高速三等可三抵广三州、三中山三、东三莞、三深圳三等珠三三角三核心三区，三向西三经云三岑高三速直三达广三西，三不但三可构三筑珠三三角三核心三区通三往粤三西中三部的三重要三通道三，同三时也三是连三接广三东与三广西三两省三经济三核心三区的三快速三运输三通道三。中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施一、三监控三设施1．三管理三结构项目三道路三监控三及牛三山隧三道、三君子三岗隧三道、三流浣三坑隧三道和三良洞三隧道三4座三隧道三采用“监控三中心——道路三/隧三道监三控外三场”二级三管理三模式三，由三大顶三隧道三至大三石岭三隧道三共1三1座三隧道三采用“监控三中心—隧道三管理三所—隧道三临时三应急三指挥三室/三隧道三监控三外场三设备”三级三管理三结构三进行三管理三。2．三监控三重点三及规三模本项三目重三点监三控路三段如三下：（1三）枢三纽互三通。（2三）特三大桥三路段三。（3三）长三大下三坡路三段。中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施主线三监控三和隧三道监三控方三案统三一考三虑，三主线三段监三控设三计方三案应三考虑三隧道三监控三设施三设置三情况三，视三频监三视、三信息三提示三等功三能可三合并三设置三，从三整个三道路三和路三网的三角度三，来三考虑三隧道三前后三道路三主线三的监三控设三施设三计方三案。三针对三上述三重点三路段三，采三取如三下措三施：道路三监控三外场三布设三规模三如下表1。主线三监控三外场三设置三规模三一览表表1中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施隧道三监控三外场三布设三规模三如下表2所示三。隧道三监控三外场三设置三规模三一览三表表2中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施3．三监控三中心三系统监控三系统三在管三理中三心设三置监三控中三心，三内设三计算三机系三统和三综合三闭路三电视三系统三。其中三计算三机系三统负三责全三线监三控系三统的三运营三管理三，包三括1三台监三控服三务器三、1三套流三媒体三和G三IS三系统三服务三器等构三成局三域网，网三络拓三扑为三星形三结构三。综合三闭路三电视三系统三负责三道路三监控三、隧三道监三控、三收费三等机三电专三业视三频的三综合三管理三，包三括1三套9三×6三0”大屏三幕投三影系三统、三40三台4三2”彩色三监视三器等组三成。中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施4．三隧道三监控三所系三统在南三盛隧三道管三理所三设置三监控三所，三内设三计算三机系三统和三闭路三电视三系统三。其中三监控三系统三负责三本项三目从三大顶三隧道三至大三石岭三隧道三之间三11三座隧三道的三运营三管理三，包三括1三台监三控服三务器三、1三台图三形工三作站等构成三局域三网，三网络三拓扑三为星三形结三构。闭路三电视三系统三直接三负责三上述三隧道三视频三信息三的管三理，三包括三1套三4×三60”大屏三幕投三影系三统、三24三台4三2”彩色三监视三器等三组成三。中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施5．三隧道三临时三应急三指挥三室系三统本项三目在三2座三特长三隧道三两端三隧道三变电三所内三各设三置1三处隧三道临三时应三急指三挥室三，共三计4三处。三隧道三临时三应急三指挥三室平三时为三无人三值守三，当三所辖三隧道三出现三通信三故障三或隧三道内三发生三重大三事故三时，三管理三人员三可进三入进三行现三场指三挥、三管理三。隧道三临时三应急三指挥三室负三责接三收所三辖隧三道区三段内三的监三控设三备数三据，三进行三分析三处理三，制三定控三制方三案，三实现三所辖三隧道三的综三合监三控管三理，三同时三要把三监控三数据三上传三至隧三道管三理所三及监三控中三心。三隧道三临时三应急三指挥三室内三部采三用以三太网三，通三过交三换机三连接三相应三的计三算机三和外三部设三备。隧道三临时三应急三指挥三室计三算机三局域三网系三统主三要包三括网三络服三务器三、以三太网三交换三机、三隧道三本地三交通三管理三工作三站、三隧道三本地三通风三照明三火灾三报警三联动三工作三站、三隧道三本地三视频三控制三工作三站和三隧道三紧急三电话三及有三线广三播控三制台三。中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施6．三信息三传输（1三）主三线监三控数三据传三输监控三外场三设备三与监三控中三心之三间采三用以三太网三共享三带宽三式的三数据三传输三方式三。（2三）隧三道监三控数三据传三输隧道三监控三数据三首先三就近三接入三区域三控制三系统三，通三过区三域控三制网三络汇三聚到三变电三所内三的主三区域三控制三器，三接入三接近三的无三人通三信站三，通三过通三信系三统提三供的三10三/1三00三M通三道上三传监三控中三心或三隧道三管理三所。（3三）隧三道火三灾报三警信三号传三输隧道三火灾三报警三信号三首先三接入三设置三在隧三道变三电所三内的三火灾三报警三控制三器，三报警三控制三器采三用单三独的三网络三传输三通道三，接三入就三近的三无人三通信三站，三通过三通信三系统三提供三的单三独的三低速三率通三道，三上传三监控三中心三或隧三道管三理所三。中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施（4三）视三频传三输本项三目所三有视三频先三采用三点对三点方三式传三至就三近通三信站三，经三视频三分配三器分三配，三一路三录像三，另三一路三经过三视频三编码三器编三码，三通过三通信三系统三提供三的1三00三0M三传输三通道三，传三至监三控中三心或三隧道三管理三所，三再经三过视三频解三码器三解码三后接三入中三心闭三路电三视系三统。反向三控制三信号三及图三像调三用指三令由三监控三中心三或隧三道管三理所三的视三频控三制工三作站三发出三，可三通过三视频三编解三码提三供的三反向三数据三传输三通道三传至三各外三场遥三控摄三像机三。中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施7．三隧道三区域三控制三网络隧道三本地三控制三网络三系统三采用三工业三以太三网光三纤环三网结三构。区域三控制三器分三为主三控和三从区三域控三制器三，主三控区三域控三制器三设在三隧道三附洞三口附三近的三变电三所机三房或三临时三应急三指挥三室内三；从三区域三控制三器则三在隧三道内三按4三50三～6三50三m的三控制三区域三设置三。隧道三内所三有监三控设三备以三点对三点方三式的三接入三到所三属控三制区三域的三从区三域控三制器三各类三通信三模块三，完三成各三类检三测信三息的三采集三和执三行控三制指三令。三此外三，通三过主三控区三域控三制器三可实三现对三单个三隧道三的本三地控三制。中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施8．三隧道三火灾三报警三系统三设置三方案火灾三自动三报警三系统三由火三灾报三警工三作站三、火三灾报三警控三制器三、火三灾检三测主三机、三双波三长火三焰探三测器三和火三灾综三合盘三，以三及隧三道内三感温三光纤三和火三灾手三动报三警按三钮等三设备三组成三。在王三北凹三和三三岔顶三顶隧三道分三别设三置双三波长三火灾三报警三系统三，在三隧道三内设三置双三波长三火焰三探测三器和三火灾三报警三综合三盘；三在流三浣坑三、良三洞和三尖峰三顶隧三道分三别设三置光三纤火三灾自三动检三测系三统，三在隧三道内三设置三感温三光缆三、手三动报三警按三钮等三，并三在隧三道变三电所三内设三置火三灾检三测主三机。所有三火灾三检测三信号三通过三总线三由信三号转三换器三传输三至火三灾报三警控三制器三，火三灾报三警控三制器三与隧三道变三电所三内的三主区三域控三制器三设备三连接三，实三施隧三道区三域控三制，三同时三接入三隧道三临时三应急三指挥三室计三算机三系统三，可三由其三进行三现场三控制三，或三直接三通过三数据三光端三机传三入就三近通三信站三，经三通信三系统三提供三的通三道上三传监三控中三心或三隧道三管理三所的三火灾三报警三工作三站，三进行三远程三控制三。中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施二、三收费三设施1．三收费三制式三和方三式本项三目采三用封三闭式三收费三制式三，按三区域三联网三进行三收费三，近三期实三施计三重收三费。按照三规划三，本三项目三收费三数据三需传三至开三阳高三速的三沙塘三数据三采集三点。三本项三目采三用“半自三动收三费方三式（三MT三C）三+电三子不三停车三收费三方式三（E三TC三）的三组合三式收三费方三式”，通三行券三采用三非接三触式三IC三卡，三且系三统能三兼容三现有三的I三C卡三通行三券。2．三计重三收费根据三广东三省关三于实三施计三重收三费的三进程三要求三，本三项目三近期三即实三施计三重收三费。中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施3．三站点三布设设置三匝道三收费三站，三收费三站设三置如下表3所示三。收费三站设三置一三览表表3中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施4．三系统三构成本项三目收三费系三统采三用“收费三中心——收费三车道”二级三管理三结构三，不三设站三级管三理信三息节三点。三分区三住宿三，设三置4三处集三中住三宿区三。各三收费三站均三设置三投包三室。5．三多路三径识三别问三题本项三目通三车时三，由三于本三项目三的通三车将三在路三网内三形成三四个三环路三多义三性路三径，三如下图所三示。中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施目前三，关三于多三义性三路径三识别三问题三，采三用设三置标三识站三的方三式给三予解三决。本项三目标三识站三广场三和房三建区三用地三。标三识站三广场三位置三和规三模如下表4所示三。中篇三实例三江罗三高速三公路三交通三机电三设施标识三站规三模一三览表表4三、三通信三设施1．三光纤三数字三传输三系统干线三系统三和接三入网三均采三用S三TM三-1三6三SD三H光三同步三数字三干线三传输三系统三。接三入网三根据三业务三需求三采用三基于三SD三H的三MS三TP三+R三PR三的综三合业三务接三入网三系统三。在管三理中三心