淺談高速公路通信系統(tǒng)及其聯(lián)網(wǎng)技術
高速公路是交通系統(tǒng)的主要組成部分,出于安全平穩(wěn)高效運行的考慮,高速公路需要配套的通信系統(tǒng)加以保障,達到實時監(jiān)控及調度交通狀況的目的??梢哉f,通信系統(tǒng)就是高速公路交通網(wǎng)絡的中樞神經(jīng)。在國家大力提倡交通高速化建設的背景下,高速公路通信系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)技術應向無線集群及光纖傳輸過渡,著力構建新型數(shù)字通信系統(tǒng)。
1 高速公路通信系統(tǒng)基本概述
從概念上看,高速公路通信系統(tǒng)指的是高速公路運營管理、實時監(jiān)控及日常收費過程中獲取語音、圖像及數(shù)據(jù)的數(shù)字通道系統(tǒng)。從型式上看,現(xiàn)階段高速公路通信系統(tǒng)帶有極強的綜合性,現(xiàn)已發(fā)展成為光纖數(shù)字傳輸與同程控制數(shù)字交換系統(tǒng)的組合。從高速公路通信系統(tǒng)的構成上看,其主要包括光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)、監(jiān)控及收費數(shù)據(jù)傳輸通路、數(shù)字程控交換系統(tǒng)、金屬光纜敷設、路側通話系統(tǒng)、監(jiān)控及收費閉路電視傳輸通道、電源及接地系統(tǒng)等。從高速公路通信系統(tǒng)的設計目標上看,主要有以下幾點:①配套高速公路的收費及運營管理,滿足兩者的通信需求;②借助金屬電纜及光纜,達成圖像、語音、數(shù)據(jù)的傳輸;③以OAM&P等運行管理軟件組建SDH接入傳輸網(wǎng);④通過數(shù)字進程交換機系統(tǒng)傳達信令及提供ISDN等數(shù)字網(wǎng)接口;⑤實現(xiàn)基于高速道路的網(wǎng)絡運行管理信息查詢及軟硬件冗余校驗。
2 當前高速公路通信網(wǎng)絡技術的幾種形式
2.1 SDH技術
SDH技術,也稱為同步數(shù)字體系傳輸系統(tǒng),英文全稱Syschronous Digital Hierarchy,SDH技術的前身為準同步數(shù)字體系系統(tǒng),即PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy)。在PDH技術基礎上發(fā)展而來的SDH技術已經(jīng)成為當前我國高速公路通信系統(tǒng)的主流。從SDH技術的原理上看,經(jīng)由同步數(shù)字體系,高速公路通信系統(tǒng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)可以被輸入同一主機系統(tǒng)內,然后結合傳輸需求實現(xiàn)傳輸及通信。從構成上看,SDH系統(tǒng)帶有一定的復雜性,涉及到傳輸平臺主機系統(tǒng)、配套通信設備,如解碼器,路由器等,由此也對系統(tǒng)的運行提出了更高要求,在技術管理中如未及時發(fā)現(xiàn)隱患故障,有可能導致整個通信系統(tǒng)受影響。外加上SDH技術支撐下的高速公路通信網(wǎng)絡在數(shù)據(jù)傳遞上過于依賴路由器,帶寬又過低,在實際應用中往往難以兼顧高速公路各類狀況下的通信需求,通信反饋緩慢或阻塞問題時有發(fā)生[1]。
2.2 ATM技術
ATM技術,也稱為異步傳輸模式,英文全稱為Asynchronous Transfer Mode,ATM技術可視為SDH技術后的新型網(wǎng)絡技術。該技術最早應用于20世紀90年代,其基于B-ISDN概念而延伸,主要特色是在同一網(wǎng)絡下能夠將語音、圖像、視頻等數(shù)字信息進行傳遞交換,ATM技術可作為ITU-T寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)傳送模式而廣泛應用。從ATM技術的原理上看,其主要在信元(ATM cell)、交換(ATM switch)、虛連接(ATM vc)的技術上實現(xiàn)。ATM技術在應用中憑借自身具備的標準化技術細則及可靠穩(wěn)定的多媒體通信網(wǎng)絡標準,在高速公路通信系統(tǒng)中逐漸發(fā)揮出其帶寬高,延時低及普適性強的特征,成為新網(wǎng)絡技術的重要形式。概括而言,ATM技術的特點主要有:①QOS,即業(yè)務質量保證系數(shù)高,可能提供連接QOS的故障;②cell,簡單且固定長度的短數(shù)據(jù)包一單元;③通信信息統(tǒng)計環(huán)節(jié)實現(xiàn)高寬帶利用及分復用,實時性好;④交換方式面向連接;⑤有效控制高層數(shù)據(jù)流并快速處理傳送差錯。如不同場合下傳輸音視頻及圖像,均能夠保證傳輸數(shù)據(jù)的質量可靠。此外,在B-ISDN,即寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)中,ATM技術作為關鍵核心技術而存在,由此也可看到ATM技術具備廣域上的適應性優(yōu)勢,而在圖像、音頻、視頻及相關數(shù)據(jù)的傳輸上,ATM技術廣泛應用在LAN及WAN中。在ATM技術及系統(tǒng)不斷成熟的背景下,一些國家高速公路組建通信系統(tǒng)網(wǎng)絡時都將之作為關鍵技術,ATM技術也在高速公路通信系統(tǒng)中逐漸顯現(xiàn)出其技術上的經(jīng)濟性及適應性。
2.3 IP技術
IP技術得益于上世紀90年代互聯(lián)網(wǎng)技術的高速發(fā)展,隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的擴大及互聯(lián)網(wǎng)用戶的幾何式增加,基于互聯(lián)網(wǎng)的各項業(yè)務呈現(xiàn)量級上的大爆發(fā)。至此,IP技術得到迅猛發(fā)展,并成為通信系統(tǒng)的重要技術支撐,為信息網(wǎng)絡發(fā)展演變提供了新的技術空間。從實踐中看,以IP技術為基礎而發(fā)展的數(shù)據(jù)業(yè)務逐漸成為各行業(yè)的主流,IP技術也滲入到了IP電話、傳真、電視電話、可視電話、點播電視等眾多新媒體業(yè)務板塊中,而在寬帶通信領域更是隨處可見IP技術身影。IP技術與Internet平臺的結合,現(xiàn)已發(fā)展為IP包容一切常見業(yè)務類型。從IP技術的定位上看,其主要位于Open System Interconnection(OSI),即開放系統(tǒng)互聯(lián)七層模型網(wǎng)絡層上,也稱為第三層技術。從IP技術的功能上看,主要是能夠經(jīng)由IP獲取系統(tǒng)非實時型數(shù)據(jù),帶有強兼容性、高靈活度、強擴展性、技術先進性突出等顯著優(yōu)點,相比于ATM技術中的53字節(jié)信元,IP不具備固定的信息長度,但其可以兼容長短信息,一方面能夠為高速公路系統(tǒng)收費環(huán)節(jié)提供計算機網(wǎng)絡技術支持,另一方面由于其延差相對較大,具有延時抖動的劣勢,在高速公路通信系統(tǒng)音視頻傳輸方面可利用范圍受限。隨著IP技術標準的改進,現(xiàn)階段高速公路的常見業(yè)務類型,如路況畫面?zhèn)鬏敚瑢崟r無線連接等,借助IP地址及網(wǎng)絡編解碼器,在互聯(lián)網(wǎng)IP層取得一致的情況下,也能夠達到預期的音視頻功能需求。此外,高速公路通信系統(tǒng)應用IP技術后,借助TCP/IP協(xié)議,通信系統(tǒng)可以得到更加便捷的應用程序接口,在高速公路通信系統(tǒng)及外網(wǎng)的對接上就可以輕松實現(xiàn)。在高速公路建設標準逐漸提高的背景下,借助IP技術還能夠對一些應用軟件進行自主定制式開發(fā),這就賦予IP技術極強的拓展性。需要注意的是,應用IP技術時,考慮到互聯(lián)網(wǎng)的開放性,需要同步配套應用網(wǎng)絡防火墻技術及加密技術,以盡可能降低通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)泄露及遭受黑客攻擊的幾率。
3 高速公路通信系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)技術未來發(fā)展前景趨勢的相關思考
以上高速公路通信系統(tǒng)技術形式各具優(yōu)勢,同時也有短板。隨著信息技術的發(fā)展及交互,高速公路通信系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)技術逐漸向著技術融合及重疊的方向發(fā)展,呈現(xiàn)出技術上的互補性。總體而言,未來的高速公路通信系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)技術將向光纖化、科學化、數(shù)字化、高效化及安全化方向演變[2]。具體而言,相關前景趨勢如下:
3.1 ATM技術及SDH技術的交叉融合—ATM over SDH
ATM技術及SDH技術各自的技術優(yōu)勢實現(xiàn)結合,構成ATM over SDH技術,一方面能夠發(fā)揮出SDH技術大容量及穩(wěn)定傳輸?shù)男阅?,另一方面能夠借助ATM具備的面向連接特點,達到通信系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的高效傳輸交換,從而為智能化高速公路建設做好技術鋪墊。為此,在ATM技術應用的基礎上,融入SDH技術,尤其是路由通信技術,能夠使ATM借助路由途徑交換數(shù)據(jù)。ATM over SDH技術的工作原理及實現(xiàn)路徑為:數(shù)據(jù)采集由ATM完成并形成信元,打包為SDH幀,然后在數(shù)據(jù)傳輸過程中借助SDH技術,在ATM強大的連接交換能力保障下,實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定及安全。例如,美、法、日、德等電信技術較為發(fā)達的國家,針對ATM寬帶實用化及ATM與SDH技術結合應用的研究在廣泛開展,ATM為高速公路通信方案的建立及完善做出了巨大貢獻。我國早期在高速公路電信干線網(wǎng)上大范圍推廣應用了SDH技術,基于ATM技術實驗網(wǎng)的搭設也高速推進,并在北京、上海等高標準等級的高速公路中采用了ATM技術及SDH技術[3]。隨著高速公路特性及業(yè)務需求的拓展,在規(guī)劃設計新的高速公路路段時,設計人員開始在SDH技術的基礎上引入ATM技術,在兩者的結合中,極大擴展了高速公路的容量、網(wǎng)絡設計集成度、集成評價效果等。因此,在高速公路未來通信系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)技術的形式上可優(yōu)先考慮使用ATM over SDH技術。
3.2 IP技術及ATM技術的交叉融合—IP over ATM
隨著IP技術的趨于成熟,IP技術的應用場景不斷擴大,高速公路通信系統(tǒng)中的IP技術與ATM技術的融合具備了可能。IP over ATM技術主要是對數(shù)據(jù)流首個數(shù)據(jù)包加以路由地址處理,然后按路由進行轉發(fā),之后根據(jù)計算出的路由選擇ATM網(wǎng)建立VC(虛電路),數(shù)據(jù)包在VC通道下采用Cut Through(直通)的方式實現(xiàn)通信信息的傳輸[4]。這一技術過程在數(shù)據(jù)傳輸上不再經(jīng)由路由器,這一方式就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)包轉發(fā)的高速率,達到第二層數(shù)據(jù)交換速度。在IP over ATM技術的研究上,將IP技術用于高速公路流量調度及故障分析,顯示出了兩類技術性能疊加的優(yōu)勢,配套多媒體設備的使用,高速公路通信系統(tǒng)在資源管理及流量分配上可控性更高[5]。
3.3 IP技術及SDH技術的交叉融合—IP over SDH
IP over SDH技術是一種物理傳輸網(wǎng)絡,實現(xiàn)原理是以SDH作為IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡渠道。具體而言,就是使用鏈路適配和成幀協(xié)議封裝IP數(shù)據(jù)包,采用字節(jié)同步處理手段將經(jīng)過封裝的IP數(shù)據(jù)包進行映射,使其進入SDH凈荷封裝,然后根據(jù)各此群對應線速率實現(xiàn)傳輸?shù)膶崟r連續(xù)。因為IP over SDH技術具備IP技術面向非連接屬性,該技術也可稱為PPP over SDH或Packet over SDH。IP over SDH技術主要應用于高速公路收費數(shù)據(jù)的傳輸環(huán)節(jié),這一技術通過SOH、AU指針及凈負荷可工程統(tǒng)一的多模塊混合狀幀結構,然后形成一個統(tǒng)一矩形幀,按照固定列字節(jié)運行,速率的傳輸速度極為顯著。隨著路由器處理能力的升級,特別是新型千兆(位)路由器技術出現(xiàn),IP over SDH技術可以選用新型千兆(位)路由器作為基礎硬件構成單元,然后在硬件快速技術、緩存(Cache)技術及Cel交換單元,可以延伸路由器交換模式,進一步獲取高速率傳輸。在高速公路收費站路由器上設置E1傳輸通道,連通匯聚中心單元及核心層,高速公路各片區(qū)中心收費監(jiān)控數(shù)據(jù)能夠匯聚轉發(fā)到省中心,即可對收費數(shù)據(jù)進行匯總分析[6]。
3.4 IP技術及WDM技術的交叉融合—IP over WDM
光波分復用,英文名稱為WaveLength Division Multiplexing,簡稱WDM,該技術借助一根光纖可以將多個波長的光信號進行同時傳輸。一般而言,相比其他技術形式的疊加,IP over WDM技術具備更加簡單的結構,在通信上也更加便捷,比之ATM技術及SDH技術能夠節(jié)省更多層次,在光纖傳播通道下,功能重疊因素得以剔除,在效果上能夠實現(xiàn)資源配置效率的加成。一些建造標準不高的高速公路,在搭建通信系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)技術時,出于經(jīng)濟性及實用性因素考慮,選用IP over WDM技術,一方面不需要投入過多的通信系統(tǒng)輔助設備,另一方面能夠對網(wǎng)路管理加以大幅簡化,因而該技術極具應用前景和價值。從當前通信技術的發(fā)展趨勢及高速公路通信系統(tǒng)實踐中看,因為IP over WDM技術帶有直接體系結構的巨大優(yōu)勢,SDH層及ATM層得到極大簡化,傳輸效率有了顯著提高,其在高速公路通信系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)技術中大有用武之地[7]。
4 結語
高速公路是我國基建工程項目的重要代表,關系到國計民生及社會經(jīng)濟發(fā)展大勢。高速公路要得到平穩(wěn)安全運行,高效的通信系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)技術不可或缺。隨著高速公路建設力度的提升,尤其是網(wǎng)絡通信技術的不斷成熟完善,高速公路通信系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)技術逐漸向著數(shù)字化及信息化方向發(fā)展。在具體選擇高速公路通信系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)技術形式時,應結合高速公路的規(guī)格及各類技術形式的優(yōu)缺點,本著優(yōu)勢疊加的原則,平衡高速公路通信系統(tǒng)的高效性及成本性,促進我國高速公路通信事業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
本文來源:《企業(yè)科技與發(fā)展》:http://m.xwlcp.cn/w/kj/21223.html
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