摘要:隨著國內高速公路建設的快速發展,通信系統也不斷日漸更新,通信技術作為高速公路的重要組部分,筆者對高速公路通信通信技術常用的幾種技術進行分析及論述。
　　關鍵詞:高速公路;通信;IP;特點
　　1前言
　　近年來,隨著國內高速公路建設的快速發展,通信系統也不斷日漸更新,作為高速公路建設重要的組成部分，它的功能為收費系統、監控系統以及日常的營運管理、救助、養護等提供必不可少的數據、圖像和語音信息的傳輸服務，特別是收費系統、監控系統只有通過通信系統這樣一個“基礎平臺”，才能正常運行。
　　高速公路的通信系統一般包括有主干通信網、數字程控交換、緊急電話、無線電話等多個子系統。伴隨通信技術的飛速發展，高速公路通信系統建設中不斷有新的通信技術得到應用，其中主干通信網在整個通信系統中作為最主要的一個子系統，所應用通信技術的變化，尤其明顯地反映了通信技術的發展。
　　2高速公路主干通信網絡的主要特點
　　高速公路通信系統的主干通信網絡相對于其他通信網絡具有一定的特殊性，主要體現在以下幾方面:
　　(1)覆蓋范圍
　　就目前高速公路的建設和運營管理體制，各段相對獨立的高速公路運營公司均建設有獨立的機電工程，在高速公路收費系統、監控系統均‘已聯網的背景下按照相關的技術要求進行建設。根據目前各段高速公路的工程范圍，一般主干通信網絡的覆蓋范圍為線形的幾十km。
　　(2)網絡結構
　　在一個相對獨立的高速公路主干通信網絡中，根據其所承擔的通信傳輸業務分析，網絡的結構層次通常比較簡單。網絡的節點一般有一個收費、監控中心所在的中心節點，以及本段高速公路管轄的若干收費站和1個用戶服務區的分節點。
　　(3)承載業務種類
　　通常通信系統承載的業務是數據、語音和圖像。高速公路工程中主干通信網絡負載的各業務的特點是:最重要的為數據業務，特別是收費系統的數據信息，需要較為可靠的通信保障;而業務量最大的是監控系統的圖像信息，而且是一天24h連續不間斷的;各節點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由于承擔著為高速公路收費和監控等關鍵系統提供數據通信的服務，所以對主干通信網的可靠性提出特殊的要求。因為一旦出現通信故障，監控系統無法采集實時的道路交通信息，也無法對道路進行必要的控制管理，導致監控系統失靈，以致引起交通秩序混亂，都將造成不良影響和經濟損失，甚至重大傷亡事故;作為高速公路網的一部分在目前高速公路聯網收費的背景下若通信系統不能正常運行，不但影響本段公路運營公司收費系統及時結帳，而且造成整個聯網收費系統拆帳、清分等工作無法按時完成。因此，高速公路通信系統要求較高的可靠性保障。
　　3通信網絡的常用通信技術概述
　　通信業的發展非常迅速，技術的更新換代周期越來越短。根據高速公路主干通信網的特點，目前高速公路主干通信網絡常用的通信技術中，對于采用的傳輸物理媒介來說，光纖傳輸已經是成熟且廣泛采用的技術。
　　3.1基于光纖傳輸的通信技術
　　目前通信網絡中，主要的通信協議有ATM、SDH、IP，以光纖為媒介的傳輸技術廣泛得到應用，波分復用(WDM)技術的出現大大提高了光纖的巨大帶寬資源的利用率。光纖互聯網絡的協議模型如圖1所示，在組建主干通信網絡時，可以根據通信網絡的應用目的和業務特點，選擇合適的網絡技術組合。
　　
　　圖1光纖互聯網絡的協議模型
　　圖1中各通信協議和傳輸技術概述:
　　(l)SDH/SONET概述
　　SDH為物理層技術，用來傳輸和復用，傳輸速率可高達10GbPs，是國際電聯(ITU)標準。而SONET是美國標準委員會(ANSI)的標準，兩者只是在復用機制上有所不同，而其余技術均相似，因此，本文就以SDH為例，以下簡要介紹SDH。SDH的網絡元素主要有同步光纖線路系統、終端復用器(TM)、分插復用器(ADM)和同步數字交叉連接設備(DXC)。TM主要將支路信號復接成STM信號并完成其光電轉換和逆過程，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交換機等信源產生的用戶凈荷到環中的SDH幀中。DXC完成信號的交叉連接。典型的SDH應用是在光纖上的雙環應用，雙環結構采用自動保護倒換以實現雙環自愈。SDH每S傳送SKSDH幀(STM一N)，SJM一N幀是以STM一1為基礎的幀結構。盡管SDH提供同步幀結構，但它并不強制用戶凈荷位于SDH幀中的特定位置，相反，它允許用戶凈荷在幀內浮動，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是提供字節同步的物理層介質。
　　(2)ATM概述
　　ATM是以信元(CE址)為基本單位進行交換和復用的面向連接的傳輸機制，定長的53字節的ATM信元便于實現基于硬件的交換。ATM使用VCC或VPC連接，使用信元頭中的VPI/VCI標識每一連接。AT五I不但是數據鏈路層技術，還具有完整的網絡層和傳輸層的各種特性，例如尋址、路由以及流控，ATM允許多個用戶數據流共享有效的鏈路帶寬，但每一連接必須預先設定QoS。話音、數據、圖像和視頻流等都可以應用在ATM上，但對于不同的應用流需要不同的ATM適配層(AAL)來映射相應的用戶數據到ATM信元。ATM可以運行在不同的物理介質上，ATM層產生信元然后交給物理層并由其完成從物理介質上發送和接受相應的信號。SDH/SONET是ATM的物理層之一，由于SDH幀中的凈荷不是53字節的信元的整數倍，ATM信元只能直接連續地發送到SDH幀中的凈荷中。在接收時，ATM信元頭中的信元頭差錯檢測(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協議是Internet一系列協議的核心內容，主要負責無連接的數據報傳輸，從而實現廣域異種網絡的互聯。目前Internet使用的IP協議是IPv4(IPversion4)。IPv4協議是Intemet標準制定組織在1981年9月確定的正式標準。現在，IP協議已經是Internet上廣泛應用的標準。從大的通信網絡運營商或企業看通信網絡的發展趨勢，隨著互聯網用戶的不斷增加、數據與語音業務的融合、以及高帶寬應用不斷涌現，搭建可以提供同時支持數據和語音服務的功能強大、可靠、經濟實用的集成IP網絡已經成為大勢所驅。對于建設高速公路的通信主干網絡，分析其服務對象(連接的設備)，從數量上看IP協議的比重占絕大部分(大量的收費監控系統的計算機、服務器)，這正符合通信技術的發展趨勢。
　　(4)WDM概述
　　從1996年起，最具代表性的就是波分復用(WDM)系統出現了。所謂WDM技術就是為了充分利用單模光纖低損耗區巨大的帶寬資源，采用波分復用器(合波器)，在發送端將不同波長的光載波合并起來并送人一根光纖進行傳輸。在接收端，再由一波分復用器(分波器)將這些不同波長承載不同信號的光載波分開的復用方式。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立(不考慮光纖非線性時)，因而雙向傳輸的問題很容易解決，只需將兩個方向的信號分別安排在不同波長傳輸即可。根據波分復用器的不同，可以復用的波長數也不同，從2個至幾十個不等，這取決于所允許的光載波波長的間隔大小。可見WDM技術對于傳輸對象(波分復用器連接的光設備，包括信號)來說全透明的，完全可以認為是基于獨享的光纖傳輸。對于應用于高速公路通信主干網，由于網絡規模相對較小，網絡負載輕，新建網絡也不存在光纖資源緊張的問題，因此沒有必要采用WDM技術。
　　3.2IP傳送技術
　　IPoveroptieal(WDM)。前二者是對于電信運營商來說，已經建立了完善的ATM和SDH廣域傳輸網絡的基礎上，由于近年來，Intemet的迅猛發展，對爆炸式增長的IP業務需求的背景下發展出來的，當然同時也受制于發展時間并不長的IPoverOPtical技術上的局限。
　　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構，省掉了中間的ATM層和SDH層，簡化了層次，減少了網絡設備和功能重疊，減輕了網管復雜性，特別是網絡配置的復雜性;額外的開銷最低;傳輸速率最高;通過業務量工程設計，可以與IP的不對稱業務量特性相匹配，還可利用光纖環路的保護光纖吸收突發業務，盡量避免緩存，減少延時;由于省掉了昂貴的ATM交換機和大量普通SDH復用設備，簡化了網管，又采用了波分復用，其成本可比傳統電路交換網降低一到兩個數量級。
　　4目前適合高速公路主干通信網絡的通信技術
　　無論從通信網絡的發展趨勢，還是高速公路通信主干網絡的實際需求，解決IP傳輸是建設通信網絡的重要內容。
　　通過前面對相關通信技術的概述，以及對高速公路通信網絡的特點分析，特別對于高速公路建設管理模式，如某高速公路工程，一般按建設路段新建的通信網絡，因此不存在利用原來傳輸網絡(ATM或SDH)的情況，因此無論從網絡簡單易于管理和維護角度，或是從建設經濟性角度，還是從承載業務種類中lP傳輸的比重角度，跳過ATM或SDH傳輸層，可以認為目前IPoverOPtical技術最適合組建高速公路的通信主干網。
　　雖然IPoverOPtical自前還存在局限，無論是接口標準還是適配標準都未成熟;實驗室內點到點最長的距離只能達到100多km;但根據高速公路通信主干網的特點，這些局限將得到很好的解決。
　　首先關于接口等標準問題。由于高速公路通信主干網的規模小，是一個范圍較大(線形幾十公里)的局域網，所以網絡主干節點的設備數量有限，一般由單一的設備商提供，因此也不存在問題。
　　其次網絡的覆蓋范圍，目前技術也完全滿足。
　　5結束語
　　IP通信技術在爭論中迅速發展，采用IPOverOPti-cal技術建設企業級或城域網，具有帶寬高、易于擴展、投資節省等優勢，而且網絡結構(層次)簡單，易于管理，運營成本降低。
　　正是IP爆炸性應用促進了IP通信技術的飛速發展，但是目前IPv4在新業務的應用中，在實時性、Qos技術、安全性、地址空間小等方面越來越顯現出先天不足，雖然針對各種問題都在不斷努力解決，如網絡傳輸速率幾何級數地提高，在表面上滿足實時性要求，但其實只是較低的網絡負荷保證了傳輸的質量。由于上述情況，在實際工程應用中，應針對需求重點考慮。如高速公路通信主干網傳輸速率的確定，分裂式多鏈路中繼、分布式多鏈路中繼以及負載均衡技術的應用，防火墻的設置等等。
　　期待IPV6早日應用從根本上解決這些問題，雖然會有新的問題出現，但同樣會再次解決，這就是發展。

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