浅析我国当前高速公路通信技术

　　摘要:随着国内高速公路建设的快速发展,通信系统也不断日渐更新,通信技术作为高速公路的重要组部分,笔者对高速公路通信通信技术常用的几种技术进行分析及论述。
　　关键词:高速公路;通信;IP;特点
　　1前言
　　近年来,随着国内高速公路建设的快速发展,通信系统也不断日渐更新,作为高速公路建设重要的组成部分，它的功能为收费系统、监控系统以及日常的营运管理、救助、养护等提供必不可少的数据、图像和语音信息的传输服务，特别是收费系统、监控系统只有通过通信系统这样一个“基础平台”，才能正常运行。
　　高速公路的通信系统一般包括有主干通信网、数字程控交换、紧急电话、无线电话等多个子系统。伴随通信技术的飞速发展，高速公路通信系统建设中不断有新的通信技术得到应用，其中主干通信网在整个通信系统中作为最主要的一个子系统，所应用通信技术的变化，尤其明显地反映了通信技术的发展。
　　2高速公路主干通信网络的主要特点
　　高速公路通信系统的主干通信网络相对于其他通信网络具有一定的特殊性，主要体现在以下几方面:
　　(1)覆盖范围
　　就目前高速公路的建设和运营管理体制，各段相对独立的高速公路运营公司均建设有独立的机电工程，在高速公路收费系统、监控系统均‘已联网的背景下按照相关的技术要求进行建设。根据目前各段高速公路的工程范围，一般主干通信网络的覆盖范围为线形的几十km。
　　(2)网络结构
　　在一个相对独立的高速公路主干通信网络中，根据其所承担的通信传输业务分析，网络的结构层次通常比较简单。网络的节点一般有一个收费、监控中心所在的中心节点，以及本段高速公路管辖的若干收费站和1个用户服务区的分节点。
　　(3)承载业务种类
　　通常通信系统承载的业务是数据、语音和图像。高速公路工程中主干通信网络负载的各业务的特点是:最重要的为数据业务，特别是收费系统的数据信息，需要较为可靠的通信保障;而业务量最大的是监控系统的图像信息，而且是一天24h连续不间断的;各节点之间的语音传输需求量较少。
　　(4)可靠性要求
　　高速公路主干通信网由于承担着为高速公路收费和监控等关键系统提供数据通信的服务，所以对主干通信网的可靠性提出特殊的要求。因为一旦出现通信故障，监控系统无法采集实时的道路交通信息，也无法对道路进行必要的控制管理，导致监控系统失灵，以致引起交通秩序混乱，都将造成不良影响和经济损失，甚至重大伤亡事故;作为高速公路网的一部分在目前高速公路联网收费的背景下若通信系统不能正常运行，不但影响本段公路运营公司收费系统及时结帐，而且造成整个联网收费系统拆帐、清分等工作无法按时完成。因此，高速公路通信系统要求较高的可靠性保障。
　　3通信网络的常用通信技术概述
　　通信业的发展非常迅速，技术的更新换代周期越来越短。根据高速公路主干通信网的特点，目前高速公路主干通信网络常用的通信技术中，对于采用的传输物理媒介来说，光纤传输已经是成熟且广泛采用的技术。
　　3.1基于光纤传输的通信技术
　　目前通信网络中，主要的通信协议有ATM、SDH、IP，以光纤为媒介的传输技术广泛得到应用，波分复用(WDM)技术的出现大大提高了光纤的巨大带宽资源的利用率。光纤互联网络的协议模型如图1所示，在组建主干通信网络时，可以根据通信网络的应用目的和业务特点，选择合适的网络技术组合。
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　　图1光纤互联网络的协议模型
　　图1中各通信协议和传输技术概述:
　　(l)SDH/SONET概述
　　SDH为物理层技术，用来传输和复用，传输速率可高达10GbPs，是国际电联(ITU)标准。而SONET是美国标准委员会(ANSI)的标准，两者只是在复用机制上有所不同，而其余技术均相似，因此，本文就以SDH为例，以下简要介绍SDH。SDH的网络元素主要有同步光纤线路系统、终端复用器(TM)、分插复用器(ADM)和同步数字交叉连接设备(DXC)。TM主要将支路信号复接成STM信号并完成其光电转换和逆过程，ADM具有灵活的插人和分出电路的功能，可以插人和分出如ATM交换机等信源产生的用户净荷到环中的SDH帧中。DXC完成信号的交叉连接。典型的SDH应用是在光纤上的双环应用，双环结构采用自动保护倒换以实现双环自愈。SDH每S传送SKSDH帧(STM一N)，SJM一N帧是以STM一1为基础的帧结构。尽管SDH提供同步帧结构，但它并不强制用户净荷位于SDH帧中的特定位置，相反，它允许用户净荷在帧内浮动，使用开销域中的指针指出用户净荷的开始位置。在用户看来，SDH是提供字节同步的物理层介质。
　　(2)ATM概述
　　ATM是以信元(CE址)为基本单位进行交换和复用的面向连接的传输机制，定长的53字节的ATM信元便于实现基于硬件的交换。ATM使用VCC或VPC连接，使用信元头中的VPI/VCI标识每一连接。AT五I不但是数据链路层技术，还具有完整的网络层和传输层的各种特性，例如寻址、路由以及流控，ATM允许多个用户数据流共享有效的链路带宽，但每一连接必须预先设定QoS。话音、数据、图像和视频流等都可以应用在ATM上，但对于不同的应用流需要不同的ATM适配层(AAL)来映射相应的用户数据到ATM信元。ATM可以运行在不同的物理介质上，ATM层产生信元然后交给物理层并由其完成从物理介质上发送和接受相应的信号。SDH/SONET是ATM的物理层之一，由于SDH帧中的净荷不是53字节的信元的整数倍，ATM信元只能直接连续地发送到SDH帧中的净荷中。在接收时，ATM信元头中的信元头差错检测(HEC)域用来描述从SDH净荷中来的ATM信元的正确性。
　　(3)IP概述
　　IP是IntemetProtoeol的缩写。IP协议是Internet一系列协议的核心内容，主要负责无连接的数据报传输，从而实现广域异种网络的互联。目前Internet使用的IP协议是IPv4(IPversion4)。IPv4协议是Intemet标准制定组织在1981年9月确定的正式标准。现在，IP协议已经是Internet上广泛应用的标准。从大的通信网络运营商或企业看通信网络的发展趋势，随着互联网用户的不断增加、数据与语音业务的融合、以及高带宽应用不断涌现，搭建可以提供同时支持数据和语音服务的功能强大、可靠、经济实用的集成IP网络已经成为大势所驱。对于建设高速公路的通信主干网络，分析其服务对象(连接的设备)，从数量上看IP协议的比重占绝大部分(大量的收费监控系统的计算机、服务器)，这正符合通信技术的发展趋势。
　　(4)WDM概述
　　从1996年起，最具代表性的就是波分复用(WDM)系统出现了。所谓WDM技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区巨大的带宽资源，采用波分复用器(合波器)，在发送端将不同波长的光载波合并起来并送人一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时)，因而双向传输的问题很容易解决，只需将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可。根据波分复用器的不同，可以复用的波长数也不同，从2个至几十个不等，这取决于所允许的光载波波长的间隔大小。可见WDM技术对于传输对象(波分复用器连接的光设备，包括信号)来说全透明的，完全可以认为是基于独享的光纤传输。对于应用于高速公路通信主干网，由于网络规模相对较小，网络负载轻，新建网络也不存在光纤资源紧张的问题，因此没有必要采用WDM技术。
　　3.2IP传送技术
　　IPoveroptieal(WDM)。前二者是对于电信运营商来说，已经建立了完善的ATM和SDH广域传输网络的基础上，由于近年来，Intemet的迅猛发展，对爆炸式增长的IP业务需求的背景下发展出来的，当然同时也受制于发展时间并不长的IPoverOPtical技术上的局限。
　　IPoverOPtical的思路是:不仅省掉了ATM层，也省掉了中间的SDH层，将IP直接放在光路上传输。显然，这是一种最简单直接的体系结构，省掉了中间的ATM层和SDH层，简化了层次，减少了网络设备和功能重叠，减轻了网管复杂性，特别是网络配置的复杂性;额外的开销最低;传输速率最高;通过业务量工程设计，可以与IP的不对称业务量特性相匹配，还可利用光纤环路的保护光纤吸收突发业务，尽量避免缓存，减少延时;由于省掉了昂贵的ATM交换机和大量普通SDH复用设备，简化了网管，又采用了波分复用，其成本可比传统电路交换网降低一到两个数量级。
　　4目前适合高速公路主干通信网络的通信技术
　　无论从通信网络的发展趋势，还是高速公路通信主干网络的实际需求，解决IP传输是建设通信网络的重要内容。
　　通过前面对相关通信技术的概述，以及对高速公路通信网络的特点分析，特别对于高速公路建设管理模式，如某高速公路工程，一般按建设路段新建的通信网络，因此不存在利用原来传输网络(ATM或SDH)的情况，因此无论从网络简单易于管理和维护角度，或是从建设经济性角度，还是从承载业务种类中lP传输的比重角度，跳过ATM或SDH传输层，可以认为目前IPoverOPtical技术最适合组建高速公路的通信主干网。
　　虽然IPoverOPtical自前还存在局限，无论是接口标准还是适配标准都未成熟;实验室内点到点最长的距离只能达到100多km;但根据高速公路通信主干网的特点，这些局限将得到很好的解决。
　　首先关于接口等标准问题。由于高速公路通信主干网的规模小，是一个范围较大(线形几十公里)的局域网，所以网络主干节点的设备数量有限，一般由单一的设备商提供，因此也不存在问题。
　　其次网络的覆盖范围，目前技术也完全满足。
　　5结束语
　　IP通信技术在争论中迅速发展，采用IPOverOPti-cal技术建设企业级或城域网，具有带宽高、易于扩展、投资节省等优势，而且网络结构(层次)简单，易于管理，运营成本降低。
　　正是IP爆炸性应用促进了IP通信技术的飞速发展，但是目前IPv4在新业务的应用中，在实时性、Qos技术、安全性、地址空间小等方面越来越显现出先天不足，虽然针对各种问题都在不断努力解决，如网络传输速率几何级数地提高，在表面上满足实时性要求，但其实只是较低的网络负荷保证了传输的质量。由于上述情况，在实际工程应用中，应针对需求重点考虑。如高速公路通信主干网传输速率的确定，分裂式多链路中继、分布式多链路中继以及负载均衡技术的应用，防火墙的设置等等。
　　期待IPV6早日应用从根本上解决这些问题，虽然会有新的问题出现，但同样会再次解决，这就是发展。