摘要:隨著國內(nèi)高速公路建設(shè)的快速發(fā)展,通信系統(tǒng)也不斷日漸更新,通信技術(shù)作為高速公路的重要組部分,筆者對(duì)高速公路通信通信技術(shù)常用的幾種技術(shù)進(jìn)行分析及論述。
　　關(guān)鍵詞:高速公路;通信;IP;特點(diǎn)
　　1前言
　　近年來,隨著國內(nèi)高速公路建設(shè)的快速發(fā)展,通信系統(tǒng)也不斷日漸更新,作為高速公路建設(shè)重要的組成部分，它的功能為收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及日常的營運(yùn)管理、救助、養(yǎng)護(hù)等提供必不可少的數(shù)據(jù)、圖像和語音信息的傳輸服務(wù)，特別是收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)只有通過通信系統(tǒng)這樣一個(gè)“基礎(chǔ)平臺(tái)”，才能正常運(yùn)行。
　　高速公路的通信系統(tǒng)一般包括有主干通信網(wǎng)、數(shù)字程控交換、緊急電話、無線電話等多個(gè)子系統(tǒng)。伴隨通信技術(shù)的飛速發(fā)展，高速公路通信系統(tǒng)建設(shè)中不斷有新的通信技術(shù)得到應(yīng)用，其中主干通信網(wǎng)在整個(gè)通信系統(tǒng)中作為最主要的一個(gè)子系統(tǒng)，所應(yīng)用通信技術(shù)的變化，尤其明顯地反映了通信技術(shù)的發(fā)展。
　　2高速公路主干通信網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)
　　高速公路通信系統(tǒng)的主干通信網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于其他通信網(wǎng)絡(luò)具有一定的特殊性，主要體現(xiàn)在以下幾方面:
　　(1)覆蓋范圍
　　就目前高速公路的建設(shè)和運(yùn)營管理體制，各段相對(duì)獨(dú)立的高速公路運(yùn)營公司均建設(shè)有獨(dú)立的機(jī)電工程，在高速公路收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)均‘已聯(lián)網(wǎng)的背景下按照相關(guān)的技術(shù)要求進(jìn)行建設(shè)。根據(jù)目前各段高速公路的工程范圍，一般主干通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍為線形的幾十km。
　　(2)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　在一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的高速公路主干通信網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)其所承擔(dān)的通信傳輸業(yè)務(wù)分析，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)層次通常比較簡單。網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)一般有一個(gè)收費(fèi)、監(jiān)控中心所在的中心節(jié)點(diǎn)，以及本段高速公路管轄的若干收費(fèi)站和1個(gè)用戶服務(wù)區(qū)的分節(jié)點(diǎn)。
　　(3)承載業(yè)務(wù)種類
　　通常通信系統(tǒng)承載的業(yè)務(wù)是數(shù)據(jù)、語音和圖像。高速公路工程中主干通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的各業(yè)務(wù)的特點(diǎn)是:最重要的為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別是收費(fèi)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，需要較為可靠的通信保障;而業(yè)務(wù)量最大的是監(jiān)控系統(tǒng)的圖像信息，而且是一天24h連續(xù)不間斷的;各節(jié)點(diǎn)之間的語音傳輸需求量較少。
　　(4)可靠性要求
　　高速公路主干通信網(wǎng)由于承擔(dān)著為高速公路收費(fèi)和監(jiān)控等關(guān)鍵系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)通信的服務(wù)，所以對(duì)主干通信網(wǎng)的可靠性提出特殊的要求。因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)通信故障，監(jiān)控系統(tǒng)無法采集實(shí)時(shí)的道路交通信息，也無法對(duì)道路進(jìn)行必要的控制管理，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)失靈，以致引起交通秩序混亂，都將造成不良影響和經(jīng)濟(jì)損失，甚至重大傷亡事故;作為高速公路網(wǎng)的一部分在目前高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的背景下若通信系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，不但影響本段公路運(yùn)營公司收費(fèi)系統(tǒng)及時(shí)結(jié)帳，而且造成整個(gè)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)拆帳、清分等工作無法按時(shí)完成。因此，高速公路通信系統(tǒng)要求較高的可靠性保障。
　　3通信網(wǎng)絡(luò)的常用通信技術(shù)概述
　　通信業(yè)的發(fā)展非常迅速，技術(shù)的更新?lián)Q代周期越來越短。根據(jù)高速公路主干通信網(wǎng)的特點(diǎn)，目前高速公路主干通信網(wǎng)絡(luò)常用的通信技術(shù)中，對(duì)于采用的傳輸物理媒介來說，光纖傳輸已經(jīng)是成熟且廣泛采用的技術(shù)。
　　3.1基于光纖傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)
　　目前通信網(wǎng)絡(luò)中，主要的通信協(xié)議有ATM、SDH、IP，以光纖為媒介的傳輸技術(shù)廣泛得到應(yīng)用，波分復(fù)用(WDM)技術(shù)的出現(xiàn)大大提高了光纖的巨大帶寬資源的利用率。光纖互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議模型如圖1所示，在組建主干通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用目的和業(yè)務(wù)特點(diǎn)，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組合。
　　
　　圖1光纖互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議模型
　　圖1中各通信協(xié)議和傳輸技術(shù)概述:
　　(l)SDH/SONET概述
　　SDH為物理層技術(shù)，用來傳輸和復(fù)用，傳輸速率可高達(dá)10GbPs，是國際電聯(lián)(ITU)標(biāo)準(zhǔn)。而SONET是美國標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(ANSI)的標(biāo)準(zhǔn)，兩者只是在復(fù)用機(jī)制上有所不同，而其余技術(shù)均相似，因此，本文就以SDH為例，以下簡要介紹SDH。SDH的網(wǎng)絡(luò)元素主要有同步光纖線路系統(tǒng)、終端復(fù)用器(TM)、分插復(fù)用器(ADM)和同步數(shù)字交叉連接設(shè)備(DXC)。TM主要將支路信號(hào)復(fù)接成STM信號(hào)并完成其光電轉(zhuǎn)換和逆過程，ADM具有靈活的插人和分出電路的功能，可以插人和分出如ATM交換機(jī)等信源產(chǎn)生的用戶凈荷到環(huán)中的SDH幀中。DXC完成信號(hào)的交叉連接。典型的SDH應(yīng)用是在光纖上的雙環(huán)應(yīng)用，雙環(huán)結(jié)構(gòu)采用自動(dòng)保護(hù)倒換以實(shí)現(xiàn)雙環(huán)自愈。SDH每S傳送SKSDH幀(STM一N)，SJM一N幀是以STM一1為基礎(chǔ)的幀結(jié)構(gòu)。盡管SDH提供同步幀結(jié)構(gòu)，但它并不強(qiáng)制用戶凈荷位于SDH幀中的特定位置，相反，它允許用戶凈荷在幀內(nèi)浮動(dòng)，使用開銷域中的指針指出用戶凈荷的開始位置。在用戶看來，SDH是提供字節(jié)同步的物理層介質(zhì)。
　　(2)ATM概述
　　ATM是以信元(CE址)為基本單位進(jìn)行交換和復(fù)用的面向連接的傳輸機(jī)制，定長的53字節(jié)的ATM信元便于實(shí)現(xiàn)基于硬件的交換。ATM使用VCC或VPC連接，使用信元頭中的VPI/VCI標(biāo)識(shí)每一連接。AT五I不但是數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)，還具有完整的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的各種特性，例如尋址、路由以及流控，ATM允許多個(gè)用戶數(shù)據(jù)流共享有效的鏈路帶寬，但每一連接必須預(yù)先設(shè)定QoS。話音、數(shù)據(jù)、圖像和視頻流等都可以應(yīng)用在ATM上，但對(duì)于不同的應(yīng)用流需要不同的ATM適配層(AAL)來映射相應(yīng)的用戶數(shù)據(jù)到ATM信元。ATM可以運(yùn)行在不同的物理介質(zhì)上，ATM層產(chǎn)生信元然后交給物理層并由其完成從物理介質(zhì)上發(fā)送和接受相應(yīng)的信號(hào)。SDH/SONET是ATM的物理層之一，由于SDH幀中的凈荷不是53字節(jié)的信元的整數(shù)倍，ATM信元只能直接連續(xù)地發(fā)送到SDH幀中的凈荷中。在接收時(shí)，ATM信元頭中的信元頭差錯(cuò)檢測(HEC)域用來描述從SDH凈荷中來的ATM信元的正確性。
　　(3)IP概述
　　IP是IntemetProtoeol的縮寫。IP協(xié)議是Internet一系列協(xié)議的核心內(nèi)容，主要負(fù)責(zé)無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)廣域異種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。目前Internet使用的IP協(xié)議是IPv4(IPversion4)。IPv4協(xié)議是Intemet標(biāo)準(zhǔn)制定組織在1981年9月確定的正式標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在，IP協(xié)議已經(jīng)是Internet上廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。從大的通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商或企業(yè)看通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，隨著互聯(lián)網(wǎng)用戶的不斷增加、數(shù)據(jù)與語音業(yè)務(wù)的融合、以及高帶寬應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，搭建可以提供同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)和語音服務(wù)的功能強(qiáng)大、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的集成IP網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為大勢(shì)所驅(qū)。對(duì)于建設(shè)高速公路的通信主干網(wǎng)絡(luò)，分析其服務(wù)對(duì)象(連接的設(shè)備)，從數(shù)量上看IP協(xié)議的比重占絕大部分(大量的收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)、服務(wù)器)，這正符合通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
　　(4)WDM概述
　　從1996年起，最具代表性的就是波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)出現(xiàn)了。所謂WDM技術(shù)就是為了充分利用單模光纖低損耗區(qū)巨大的帶寬資源，采用波分復(fù)用器(合波器)，在發(fā)送端將不同波長的光載波合并起來并送人一根光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器(分波器)將這些不同波長承載不同信號(hào)的光載波分開的復(fù)用方式。由于不同波長的光載波信號(hào)可以看作互相獨(dú)立(不考慮光纖非線性時(shí))，因而雙向傳輸?shù)膯栴}很容易解決，只需將兩個(gè)方向的信號(hào)分別安排在不同波長傳輸即可。根據(jù)波分復(fù)用器的不同，可以復(fù)用的波長數(shù)也不同，從2個(gè)至幾十個(gè)不等，這取決于所允許的光載波波長的間隔大小。可見WDM技術(shù)對(duì)于傳輸對(duì)象(波分復(fù)用器連接的光設(shè)備，包括信號(hào))來說全透明的，完全可以認(rèn)為是基于獨(dú)享的光纖傳輸。對(duì)于應(yīng)用于高速公路通信主干網(wǎng)，由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相對(duì)較小，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載輕，新建網(wǎng)絡(luò)也不存在光纖資源緊張的問題，因此沒有必要采用WDM技術(shù)。
　　3.2IP傳送技術(shù)
　　IPoveroptieal(WDM)。前二者是對(duì)于電信運(yùn)營商來說，已經(jīng)建立了完善的ATM和SDH廣域傳輸網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，由于近年來，Intemet的迅猛發(fā)展，對(duì)爆炸式增長的IP業(yè)務(wù)需求的背景下發(fā)展出來的，當(dāng)然同時(shí)也受制于發(fā)展時(shí)間并不長的IPoverOPtical技術(shù)上的局限。
　　IPoverOPtical的思路是:不僅省掉了ATM層，也省掉了中間的SDH層，將IP直接放在光路上傳輸。顯然，這是一種最簡單直接的體系結(jié)構(gòu)，省掉了中間的ATM層和SDH層，簡化了層次，減少了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和功能重疊，減輕了網(wǎng)管復(fù)雜性，特別是網(wǎng)絡(luò)配置的復(fù)雜性;額外的開銷最低;傳輸速率最高;通過業(yè)務(wù)量工程設(shè)計(jì)，可以與IP的不對(duì)稱業(yè)務(wù)量特性相匹配，還可利用光纖環(huán)路的保護(hù)光纖吸收突發(fā)業(yè)務(wù)，盡量避免緩存，減少延時(shí);由于省掉了昂貴的ATM交換機(jī)和大量普通SDH復(fù)用設(shè)備，簡化了網(wǎng)管，又采用了波分復(fù)用，其成本可比傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)降低一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　4目前適合高速公路主干通信網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)
　　無論從通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，還是高速公路通信主干網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需求，解決IP傳輸是建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)的重要內(nèi)容。
　　通過前面對(duì)相關(guān)通信技術(shù)的概述，以及對(duì)高速公路通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)分析，特別對(duì)于高速公路建設(shè)管理模式，如某高速公路工程，一般按建設(shè)路段新建的通信網(wǎng)絡(luò)，因此不存在利用原來傳輸網(wǎng)絡(luò)(ATM或SDH)的情況，因此無論從網(wǎng)絡(luò)簡單易于管理和維護(hù)角度，或是從建設(shè)經(jīng)濟(jì)性角度，還是從承載業(yè)務(wù)種類中l(wèi)P傳輸?shù)谋戎亟嵌龋�跳過ATM或SDH傳輸層，可以認(rèn)為目前IPoverOPtical技術(shù)最適合組建高速公路的通信主干網(wǎng)。
　　雖然IPoverOPtical自前還存在局限，無論是接口標(biāo)準(zhǔn)還是適配標(biāo)準(zhǔn)都未成熟;實(shí)驗(yàn)室內(nèi)點(diǎn)到點(diǎn)最長的距離只能達(dá)到100多km;但根據(jù)高速公路通信主干網(wǎng)的特點(diǎn)，這些局限將得到很好的解決。
　　首先關(guān)于接口等標(biāo)準(zhǔn)問題。由于高速公路通信主干網(wǎng)的規(guī)模小，是一個(gè)范圍較大(線形幾十公里)的局域網(wǎng)，所以網(wǎng)絡(luò)主干節(jié)點(diǎn)的設(shè)備數(shù)量有限，一般由單一的設(shè)備商提供，因此也不存在問題。
　　其次網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，目前技術(shù)也完全滿足。
　　5結(jié)束語
　　IP通信技術(shù)在爭論中迅速發(fā)展，采用IPOverOPti-cal技術(shù)建設(shè)企業(yè)級(jí)或城域網(wǎng)，具有帶寬高、易于擴(kuò)展、投資節(jié)省等優(yōu)勢(shì)，而且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(層次)簡單，易于管理，運(yùn)營成本降低。
　　正是IP爆炸性應(yīng)用促進(jìn)了IP通信技術(shù)的飛速發(fā)展，但是目前IPv4在新業(yè)務(wù)的應(yīng)用中，在實(shí)時(shí)性、Qos技術(shù)、安全性、地址空間小等方面越來越顯現(xiàn)出先天不足，雖然針對(duì)各種問題都在不斷努力解決，如網(wǎng)絡(luò)傳輸速率幾何級(jí)數(shù)地提高，在表面上滿足實(shí)時(shí)性要求，但其實(shí)只是較低的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷保證了傳輸?shù)馁|(zhì)量。由于上述情況，在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)針對(duì)需求重點(diǎn)考慮。如高速公路通信主干網(wǎng)傳輸速率的確定，分裂式多鏈路中繼、分布式多鏈路中繼以及負(fù)載均衡技術(shù)的應(yīng)用，防火墻的設(shè)置等等。
　　期待IPV6早日應(yīng)用從根本上解決這些問題，雖然會(huì)有新的問題出現(xiàn)，但同樣會(huì)再次解決，這就是發(fā)展。

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