轨道交通公务、专用电话交换系统应用案例及可持续发展探讨

　　提要：本文通过对IP网络发展趋势和国际电联（ITU-T）关于电话通信系统下一代网络（NGN）规划建议的理解性描述，结合当前国内轨道交通公务、专用电话交换系统应用案例及可持续发展规划进行了分析探讨。明确提出，软交换将取代电路交换，IP电话将取代传统电话的发展前景；同时也考虑到了IP电话与传统电路交换电话有一个较长的兼容时期，因而提出了在轨道交通通信领域IP电话发展的阶段化建议。同时，文章也对轨道交通通信系统的近期功能需求和应用中系统扩容、功能扩展和顺应通信技术发展潮流的持续发展要求进行了探讨性说明。

　　关键词：公务；专用电话交换系统；调度电话；IP网络；软交换；VoIP功能；下一代网络（NGN）

　　一、前言

　　在人与人之间的信息交流中，语言始终是最重要的形式。无论数据通信、图像通信怎样发展，语音电话通信仍然是不可替代的。因此，规划建设好城市轨道交通（包括轻轨和地铁）通信系统中的电话通信子系统，是持续发展战略一个重要环节。

　　在城市轨道交通的通信网络中，控制中心、车辆段、停车场和各车站居于网络节点的重要位置，采用电话交换设备来实现电话汇接和交换，并以此为中心，构成了电话通信网络。

　　城市轨道交通的电话通信网，由公务办公电话、调度电话、站内电话、站间电话、区间电话（轨旁维修电话）等功能独立的部分组成。通常，将办公电话独立出来，命名为公务电话系统；将调度电话、站内电话、站间电话和区间电话（轨旁维修电话）合在一起，命名为专用电话交换系统。这就是业内一致认可的公务、专用电话交换系统的定义范畴。

　　二、电话交换系统的演进

　　2.1、电话交换系统的技术演进概述从1920年第一台人工交换机问世，电话交换技术发展至今已经历了85个年头，走过了人工磁石、人工共电、步进自动、纵横自动、数字程控等曲折而漫长的历程。

　　当今，IP宽带网络已成为信息通信技术的主流，承载平台由窄带转向宽带，触发了电话交换技术新的换代演进。2000年国际电联（ITU-T）提出了电话交换技术下一代网络（NGN）的四层结构理念。

　　下一代电话交换网络由接入层、传输层、控制层和业务层构成。传统的电路交换中心，已经让位于软交换中心。在一段过渡期之内，传统电路交换设备将退居到接入层面，与软交换并存。

　　随着时间的推移，传统电路交换将逐渐为新型的采用包交换的服务器（软交换中心）、网关、IP终端等设备组成的NGN分层结构产品体系所取代，形成全新的语音通信格局。直接注册到软交换中心的IP电话、软件电话、可视电话获得广泛应用，语音电话业务融入IP网络之中，成为IP网络、云计算的一种必备业务。

　　符合NGN分层结构的产品体系，不但能满足用户当前的功能需求，也为用户在运行过程中不断提出的功能扩展、系统扩容、顺应发展潮流提供了技术储备和强有力的支撑平台。

　　包交换替代电路交换，顺应了通信技术高速、智能、综合的发展方向。符合了电话交换功能由中心向边沿移动的发展趋势。软交换是包交换承载环境之下的接续控制中心。

　　2.2、宽带包交换替代传统电路交换的势态已成

　　1）、在宽带IP网络日趋普及的当今，传统的电路交换的不足之处越来越明显：

　　●只能完成窄带交换，实现语音和低速数据通信。

　　●用户功能由交换机软硬件提供，不开放。增加新功能、新业务很困难。

　　●不能适应用户对活动图像通信的要求。

　　●当前IP网络发展迅速，功能日趋强大，不能直接与IP网络连接，与其共享资源，是一个很大的缺陷。

　　●受到IP业务发展和IP业务提供商（ISP）大力扩展VoIP电话业务的强烈冲击。

　　●电路交换网络已经发展到极至，失去了新的发展空间。

　　2）、宽带接入即将取代窄带接入。一家一户的“田间小道”将为高速公路所取代：

　　●ADSL、OPON、E-PON的规划和普及，Wi-Fi无线网络的广泛采用，3G/4G移动通信网络的迅速发展，使有线宽带接入家家户户，无线宽带随身携带，逐渐将音频电缆的窄带接入方式推入末路穷途。每一部智能手机都能拨打IP电话。每一个家庭都具备了布放IP电话的接入能力。

　　●IP电话开在IP网络上，适应了网络综合化的发展方向。

　　●我国电信公网的长途/市话汇接局、已全部采用软交换系统；新建和改造的端局，也采用接入网关（AG），淘汰了传统的电路交换设备；3G、4G无线移动通信系统就是一个全IP的通信系统，传统的电话业务在数据通信、即时消息、微信、视频传输、云服务、网络购物……等大量新业务的冲击下，已经不再是唯一的主要业务。电信公网的改造，必然对城市轨道交通等专用通信网络造成压力和影响，将迫使专网紧随其演进。

　　3）、IP电话的优越性初现端倪：

　　●网络结构简单了，节省了管理维护的人力、物力和费用。

　　●软交换的多中心分布式控制理念，淡化了电话交换中心平台，极大的提高了系统的运行可靠性和抗灾害生存能力。

　　●可为专用通信网提供可视电话、可视调度、即时消息、电话会议等更多的新业务。

　　●可根据用户的需求，提供更多的个性化服务。

　　●实现跨区域、跨国界的内部电话放号。

　　●将改变电话通信时、空理念。给语音通信展现一个新的增值和发展空间。

　　●兼容当前电路交换网络。逐步实现电路交换向软交换的无间隙过度。

　　2.3、软交换系统结构描述

　　根据国际Softsweitch论坛ISC的定义，软交换是基于分组交换网，利用软件提供分离的呼叫控制功能和媒体处理功能的设备和系统。

　　软交换核心是采用开放的架构，实现呼叫控制与媒体传输分离。虚线框内所绘，软交换由呼叫控制功能、地址解析/路由功能、信令功能、互通功能、业务提供功能、网络管理及计费功能等六大模块组成。外部则包含：IP电话接入、中继/用户网关接入、信令网关接入、智能网接入、与其它软交换系统互联互通、应用层功能扩展等部分。

　　软交换平台支持SIP、MGCP/H.248、H.323等VoIP协议；支持G.711、G.723、G.729、MPEG-4/G.264等媒体封装协议。具备IP音频电话、IP可视电话、IP移动电话、IP软件电话等多种应用。

　　2.4、软交换的十大系统功能

　　1）、媒体网关接入功能

　　媒体网关是用户终端与软交换中心连接的中间设备，用以实现PSTN和VoIP的协议转换和功能连接，是IP网络和外部网络之间的接口设备，提供媒体流映射或代码转换的功能，支持SIP协议、MGCP/H..248/MEGACO协议来实现资源控制、媒体处理控制、信号与事件处理、连接管理维护、传输和安全等多种复杂的功能。

　　2）、呼叫控制和处理功能

　　呼叫控制和处理功能是软交换最基本的目的功能。它可以为基本业务/多媒体业务呼叫的建立、保持和释放提供控制，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等。

　　3）、业务提供功能

　　在电路交换向分组交换的演进过程中，软交换能够实现PSTN/ISDN交换机所提供的全部业务，包括基本业务和补充业务，还能与现有的智能网配合提供智能网业务，也可以与第三方合作，提供多种增值业务和智能业务。

　　4）、互连互通功能

　　与现有网络和其它软交换系统的协同工作、互连互通。既具有前向发展特性，又具有后向兼容特性。例如，可通过信令网关实现与现有7号信令网、智能网互通；可以采用SIP或BICC协议与其他软交换设备互联互通；支持H.248、SIP以及MGCP终端之间的互通。

　　5）、协议功能

　　软交换是一个开放的、多协议的实体，可采用各种标准协议与各种媒体网关、应用服务器、终端和网络进行通信，最大限度地保护用户投资并充分发挥现有通信网络的作用。这些协议包括：SIP、H.248、MGCP、SIGTRAN、H.323、RTP/RTCP、INAP等等。

　　6）、资源管理功能

　　能对系统中的各种资源进行集中管理控制。如资源分配、释放、资源状态的检测，资源使用情况统计，设置资源的使用门限等。

　　7）、计费功能

　　具有采集详细话单及复式计次功能，并能按照用户需求将话单传送到相应的计费中心。

　　8）、认证与授权功能

　　可对所管辖域内的用户、媒体网关进行认证与授权，防止非法用户/设备接入。同时，还能与认证中心连接，将所管辖域内的用户、网关信息送往认证中心进行认证与授权。

　　9）、地址解析功能

　　软交换设备可以完成E.164地址至IP地址、别名地址至IP地址的转换及重定向的功能。

　　10）、话音处理功能

　　软交换设备可以控制语音信号压缩，并提供可供用户选择的压缩算法。可以控制媒体网关是否采用回声抵消技术，对话音包缓存区的大小和时延进行设置，用以减少抖动、延时、传输带宽不足等传输参数对话音质量带来的影响。

　　2.5、软交换系统的工作模式

　　下一代网络（NGN）是一个广泛的概念，在传输领域的核心是智能光网络；在IP网络领域是IPV6；在移动电话领域是3GPP…；软交换只是NGN在电话交换领域的核心。

　　软交换与3GPP都采用了IMS（Inter Net Mutimidia Subsystem）（因特网多媒体子系统）架构来实现业务承载与接续控制的分离。

　　电话终端A（模拟电话）通过综合接入设备（IAD）注册到软交换中心，被确认为合法用户后，便具备了基本的电话功能。

　　电话终端B（软件电话）直接注册到软交换中心，成为合法用户。

　　A呼叫B。先由A终端（通过IAD）向软交换中心发送会话邀请（INVET）。软交换中心接收到“邀请”，将A终端发来的以阿拉伯数字编排的电话号码认作域名，经DNS域名地址解析，将B终端的网络地址回发给用户A所在的综合接入设备IAD。用户A（通过IAD）按软交换中心发来的终端B的网络地址，进行重定位，在IP网络上找到终端B，双方进行P2P语音数据交流。完成通话接续。

　　软交换中心只处理用户的接续控制，不介入用户双方的通话连接，两用户之间进行点对点的直接数据传输，这就大大地减少了软交换中心处理的数据流量，实现了接续控制与信息承载的分离。

　　三、城市轨道交通电话通信系统从电路交换向软交换过渡的阶段化建议

　　城市轨道交通电话通信系统，从当前的电路交换向下一代网路（NGN）的软交换过渡，将是一个渐进的漫长过程。与电信公网的发展过程一样，在很长的一段时间之内，将是电路交换设备、软交换中心平台、传统PSTN电话、IP电话共存的时期。因此，城市轨道交通通信系统的可持续发展战略规划，应符合分步，分阶段的实施策略。既要保护已有投资，延长现有电路交换系统的使用年限，又能适应通信技术的发展进程，确保城市轨道交通通信系统永远是一个功能完整的先进的地铁运营业务保障平台。

　　3.1、第一阶段的规划建议

　　城市轨道交通通信系统发展战略规划的第一阶段，可在现有电路交换系统上增加VoIP功能。

　　在轨道交通公务/专用电话交换系统中，加插IP网关板卡，便可立即在现有的轨道交通专用IP网络上布放IP电话，扩展VoIP功能。在电路交换到包交换之间搭建起了一个“中间台阶”，打下了由电路交换向NGN软交换过渡的基础。

　　运行中的北京地铁多条线路，重庆、成都、昆明……等地铁系统所采用的公务/专用电话交换系统，都已经具备了这种实施起来极为简单的扩展IP电话的能力。

　　3.2、第二阶段规划建议

　　建立软交换汇接中心试验平台，感受可视调度等软交换带来的新功能、新业务；升级、改造IP承载网络，适应通信技术的发展。

　　两台软交换服务器构成1+1双配置热冗余备份的交换中心平台。

　　控制中心和车辆段（备用控制中心）各配置一套大型的接入/中继网关（AG/TG）。实现车辆段普通模拟电话和数字电话的接入，同时实现轨道交通公务电话系统与电信公网、轨道交通专用电话系统以及该市轨道交通管理中心（TCC）交换机之间的中继连接。

　　停车场和各车站可配置小型接入网关（AG），容量100线左右，可以不具备内部交换功能（也可配置内部交换功能）。

　　停车场和各车站，也可全部配置IP话机，直接挂在轨道交通IP网络上，使系统的结构更为简单。

　　3.3、第三阶段规划建议

　　从电路交换向软交换过渡的第三阶段，将按照NGN四层结构理念，建立以软交换为中心的分布式IP电话交换系统，淘汰所有的电路交换设备。

　　随着轨道交通宽带IP网络的不断完善，窄带电话传输网络逐渐被替代，最终将实现通信系统的全网IP化改造。与轨道交通计算机网络、办公自动化、信号系统、视频监控等其它信息系统开在一个统一的IP宽带网络上。一条地铁线路可设置多台软交换服务器，分别按装在不同位置，如控制中心、备用控制中心、车辆段、停车场等等，构成分布式的网络结构。所有软交换服务器之间配置了实时“心跳”同步的统一数据库，任何一台服务器都可以对这条地铁线路的所有电话终端实施电话交换控制，实现了多重备份保护。在极端的情况下，系统中只要有一台服务器工作正常，整个系统电话接续都不会中断，具备了强大的抗自然灾害和意外事故的防护能力。

　　新型的轨道交通IP电话系统扩展了可视电话、视频会议、智能电话终端、即时消息等新的业务功能。不再需要扩建新的音频接入电缆，极大地简化了线路设施。同时，地铁系统内部的IP电话可布放到轨道交通网络到达的任何位置。

　　四、结束语

　　综合上述，轨道交通、电力的等专用通信网络由当前的电路交换向软交换演进，通信网络向下一代网络（NGN）发展已经成为不争的事实。

　　软交换平台打破了地域的界限。突然间，电信行业的垄断支柱——接入屏障消失了。几乎所有的IP业务提供商都具备了经营基本电话业务的能力。这对已经有了庞大网络和技术、资金潜力的轨道交通通信系统来说，便可将轨道交通内部专用电话直接布放到轨道交通业务覆盖到的所有领域。既是机遇，也是挑战。

　　软交换平台还支持在业务层上连接各种功能服务器，开放可视电话、视频电话会议业务，建设面向社会的客户服务中心（CallCenter），开放集中语音邮箱、支持200号/400号/800号智能业务和新兴增值电话业务等等。

　　不难理解，网络的演进和业务拓展是下一代网络产生、发展的真正动力。

　　软交换和下一代网络正在向我们走来。也许，当下一代网络、软交换平台和IP电话普及变成现实的时候，展现在我们面前的还远不止这些。

　　参考文献

　　1、糜正琨、杨国民编著，《交换技术》清华大学出版社2006年7月

　　2、甄荣芳《城市轨道交通专用电话系统的应用及发展》《铁路通信信号技术》2007年5月。

　　3、吴汶麒《城市轨道交通信号与通信系统》《中国铁道出版社》1998

　　4、《CORAL公专合一电话交换系统手册》《北京理工大学出版社》2009年6月

　　杨迎卯