基于軟交換平臺的城市軌道交通專用調度電話系統

魏宗浩

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基于軟交換平臺的城市軌道交通專用調度電話系統

魏宗浩

上海地鐵維護保障有限公司通號分公司，上海 200235

研究了全球首例基于軟交換平臺的軌道交通專用調度電話系統的應用，并對上海軌道交通電話系統的發展進行了回顧，深化分析了網絡化運營體系下對于專用調度電話系統的要求，對目前最新的基于軟交換平臺上的城市軌道交通專用調度電話系統進行了解析，最后對專用調度電話系統在軟交換平臺上應用的未來進行了展望。

上海軌道交通；專用調度電話系統；網絡化；軟交換

引言

目前，上海軌道交通已成為上海公共交通的主干線，客流運送的大動脈。軌道交通運行的順暢與否已直接關系到城市居民的出行、工作、購物和生活，而高效、可靠、信息豐富的通信系統是軌道交通運行最基本的支撐。專用調度電話系統作為直接影響高效運營的最基本通信系統，起到了至關重要的作用。專用調度電話系統自身的順暢與否已成為軌道交通網絡化運營體系下暢通運行的必備條件之一。在此背景下，上海軌道交通進行了一次革命性的改革，正式引入了基于軟交換平臺的專用調度電話系統，代替原本使用多年被大部分人所接受的程控交換調度電話系統。

1 上海軌道交通現狀

1.1 線網規模現狀

上海軌道交通自1993年1號線建成通車以來，從無到有、從小到大，得到迅速的發展，從0公里到666公里運營里程、389座車站，最長運營服務時段近20個小時，日均客流量超過1?000萬人/次，在城市經濟社會活動中發揮著越來越重要的作用。面對上海軌道交通網絡化的建設與發展，以往基于單線運營理念的運營體制和相關技術選型方案逐漸暴露出一些問題，與當前網絡發展的態勢不能夠很好地匹配，如管理層次較多、專業部門重疊、協調流程煩瑣、資源統籌欠缺等，因此需要從網絡化的運營需求出發，重新對軌道交通網絡運營體系及技術選型進行統一規劃、統籌考慮，完善體系架構、整合軟硬件資源、提高運營效率，為網絡的可持續健康發展提供支持。

1.2專用調度電話系統現狀

目前上海軌道交通專用調度電話系統采用分線獨立建設的方式，各線路控制中心OCC設置調度主系統，調度大廳內設置若干調度臺，車站和車輛基地設置調度分系統和調度分機。各線路的專用電話系統相互獨立，互不通信，沒有統一規劃或集中部署，各線路獨立建設及維護各自專用調度電話系統。煙囪式的系統分布無法使各線路互聯互通，且各線路使用IP PBX的廠商及設備各不相同，系統間的互聯互通和運行維護存在阻礙，線路和線路之間的調度員和車站值班員無法進行溝通和協作工作，成為了阻礙軌道交通網絡化運營體系的一個瓶頸點，而且以單條線路獨立建設系統的方式容易產生建設方案復雜、系統網絡化接入風險增大、建設成本難以降低等問題，不利于軌道交通網絡化發展，造成管理、使用及維護的不便，降低了生產運營效率。

2 上海軌道交通調度電話系統的發展歷史

2.1程控交換機時代

20世紀90年代初期，我國進入通信業蓬勃發展時代，同時程控交換機也進入了高速發展的時期。當時的代表廠商，國外有西門子、愛立信、哈里斯、朗訊、NEC等；國內廠商則多如牛毛，但技術構架全球統一，即板卡結構的程控交換機。電話終端則是國內廠商只具備模擬話機通話能力，而國外廠商還具備數字話機通話能力。

國內外各廠商的設備結構大抵如此，沒太大差異。所以，程控交換機也叫硬交換系統，說的就是交換功能要由硬件交換芯片完成。硬交換系統今天有個通用名字，叫作PBX系統。它同時還代表了一個時代，即PBX時代。

PBX交換機的典型優勢是，系統穩定可靠，通話音質清晰。因為它完全是由廠商專有硬件堆出來的時隙交換，與SDH的傳輸系統相類似，具有無阻塞獨立通道，且具備電路獨享優勢，完全滿足軌道交通行業對于電話系統的一切需求，所以當時無論公務電話還是專用電話系統，上海軌道交通均采用程控交換系統。

2.2 VoIP時代

約在2000年，VoIP技術誕生了，即基于IP的語音通信。由于既有電話網絡由程控交換機組成，它必須與傳統電話網互連，于是網關誕生了（Gateway）。由于傳統電話是撥號，不是輸入對方IP地址，因此還要做個轉換設備，電話號碼和IP地址做個一一映射，關守Gatekeeper誕生了。

由于需要統一這個新生的產品，因此ITU-T（國際電信聯盟電信標準分局）提出了H.323協議。加上計費模塊和認證模塊，基于H.323協議的IP電話系統就成了。最初的VoIP電話系統如圖1所示。

VoIP的技術特點是純軟件，在標準服務器上運行，沒有任何廠商專有硬件，在IP網上實現，兩部話機的語音流直接在網上傳遞，不需要依靠硬件交換芯片連接。這是個了不起的改變。當硬件只剩下CPU、內存及外存時，硬件平臺就完全開放了。這就叫軟交換，軟交換正式誕生了。

圖1 最初的VoIP電話系統

軟交換概念出現后，由于H.323協議復雜，互聯互通性差，大約10年后，即2010年左右被IETF（因特網工程任務組）制定的多媒體通信協議SIP協議所取代，因此如今的主流軟交換系統都是使用SIP協議。

但是，IP電話的普及并不像想象中的那么一帆風順。一方面，IP基礎網絡建設并不完善，存在網絡帶寬小、延時性大、抖動嚴重等問題，IP電話音質遠沒有模擬電話清晰；另一方面，基于服務器的軟交換系統似乎也不太穩定，大話務量時系統容易出故障。所以上海軌道交通由于受限于當時傳輸設備的帶寬（當時2號線OTN傳輸設備622?M帶寬）及VoIP不穩定等原因，并沒有大規模使用該技術及系列產品于實際運行中的公務電話及專用電話系統中，只有部分非生產公司由于視頻電話等需求，安裝了極小一部分基于VoIP的視頻電話系統。

2.3 IP PBX 時代

在VoIP技術的強烈沖擊下，傳統PBX廠商受到IP電話技術啟發，看到未來IP應用的廣闊前景，在PBX系統中增加了IP接口板卡，也就是網關板，但它仍然插在大機框中，屬于外圍接口卡類。這塊卡可以通過IP網絡連接IP話機，也就是在原來PBX的雙絞線模擬話機和數字話機基礎上，擴充了基于IP連接的IP話機，而協議則采用VoIP的H.323協議，但控制部分和交換部分仍是使用PBX的CPU控制芯片和硬件交換芯片。這就是我們現在所稱的IP PBX系統。

這是個了不起的改進。它既具有傳統PBX技術的高可靠、高性穩定性和大話務量處理能力，又具有VoIP技術的部署靈活性，可基于全網覆蓋，不受地域限制。2000年后，全球語音通信市場在國外技術的變革和推動下，逐步邁入了IP PBX時代。

首先，IP PBX時代支持IP電話，可以基于全網部署，不受地域限制，但采用的是H.323協議，再疊加CORNET協議，形成私有的HFA話機，后又開發了公用開放的SIP話機。

其次，PBX的外圍機框與主系統之間也可以基于IP連接，也就是外圍機框也可以基于全網部署，不受地域限制。

最后，H.323協議本身就是支持視頻通信的協議，所以，IP PBX可以支持視頻話機。

所以上海軌道交通從2005年左右開始的新建既有線改造項目中，全網絡公務電話、專用電話系統均采用了IP PBX技術的國內外主流廠商（西門子、佳訊飛鴻）等。

2.4 軟交換時代

隨著網絡化的不斷發展，近年來IP網絡在帶寬、時延、抖動、丟包等方面不再是問題，計算機技術也獲得高速發展，服務器性能更加優越，同時，軟交換的可靠性、穩定性、大話務量處理能力已滿足商用要求，也就是我們常聽到的一句話，具備電信級的可靠性。

2015年，隨著上海軌道交通線路及運營里程數的不斷增加，也為了適應新的通信技術及軌道交通網絡化運營發展的必然趨勢，上海軌道交通公務電話系統率先引入了軟交換系統。上海軌道交通17號線使用了華為統一通信軟交換系統（公務電話系統），真正進入了上海軌道交通的軟交換時代。相比傳統的IP PBX產品，軟交換系統的典型特點是，不再依賴廠商專有硬件，而是在通用服務器上部署系統。所謂通用服務器，是指可以在市場上采購到的第三方服務器，只要其性能指標、配置等滿足要求，就可以部署軟交換系統。

3 基于軟交換平臺的專用調度電話系統的應用

隨著上海軌道交通網絡化的建設與發展，以往基于單線運營理念的運營體制和相關運營制度逐漸暴露出一些問題，與當前網絡發展的態勢不能匹配，上海軌道交通網絡運營指揮調度大樓（以下簡稱C3大樓）中的調度指揮大廳應運而生，現各控制中心OCC調度人員需統一搬遷至調度指揮大廳內，統一于C3大樓調度大廳內，進行全網絡運營調度工作。但目前上海軌道交通各線路專用調度電話系統沒有統一規劃或集中部署，各線路獨立建設及維護各自專用調度電話系統等相關問題的出現，并且17號線公務軟交換核心的正式開通使用，無重大技術缺陷，經過權威專家綜合評定后世界首列基于軟交換平臺的城市軌道交通專用調度電話系統應運而生。

3.1 上海軌道交通專用調度電話軟交換核心系統總體系統構成

如圖2所示，上海軌道交通專用調度電話系統為線網級系統，未來會統一承載申通地鐵24條地鐵線路的專用調度電話業務。系統包括核心層的2套專用調度電話軟交換平臺，分別部署在6號線民生路控制中心和C3大樓，兩個站點互為容災備份。

圖2 上海軌道交通專用調度電話軟交換核心系統總體系統構成

接入層包括各種終端設備，包括調度臺、接入網關、IP電話、調度電話、以太網交換機等，按需部署在各控制中心、車站或車輛基地內。

由于上海軌道交通的現存專用調度電話系統存在建設年份及設備新舊程度的不一等各類原因，經過綜合評估現有4種接入C3大樓的方式：

（1）C3大樓及軟交換容災中心6號線的新建專用調度電話系統；

（2）1、2、3、4、7、8、12號線既有專用調度電話系統由于各類原因無法延伸至C3大樓，需重新新建一套連接每條線路至C3大樓及民生路控制中心的專用調度電話系統；

（3）5、9、10、16、17號線由于完成建設不久，不具備新建專用調度系統條件，各線路備控中心既有程控交換專用電話系統需通過2?M方式連接C3大樓及民生路控制中心專用調度電話系統；

（4）14、15、18及以后新建線路的接入C3大樓及民生路控制中心專用調度電話系統。

3.2 C3大樓及6號線民生路控制中心專用調度電話軟交換核心系統

圖3 C3大樓及6號線民生路控制中心專用調度電話軟交換核心系統

如圖3所示，在C3大樓主中心配置一套專用電話軟交換系統平臺，民生路控制中心作為線網級專用電話系統的災備中心，同樣配置一套完整的專用電話軟交換系統平臺，與C3中心的配置一致。

軟交換核心部署雙機熱備軟交換平臺，為整個系統提供語音及多媒體業務；同時在兩個核心節點部署雙機熱備調度應用服務器及軟件，提供專業調度服務；配置1+1熱備混合式錄音系統，可對控制中心調度臺、車輛基地值班臺（IP電話）、車站值班臺（IP電話）進行實時錄音。并在控制中心部署集中網管系統，提供對中心軟交換平臺、調度服務、車站及車輛段系統的告警和管理服務。

核心設備主要包括軟交換USM服務器集群、SBC、MRS會議資源服務器、CDS調度業務模塊服務器、錄音系統服務器、統一網管服務器、以太網交換機和一臺中繼網關等。

3.3 6號線各車站、車輛段及停車場專用調度電話系統

圖4 6號線各車站、車輛段及停車場專用調度電話系統

如圖4所示，車站部署相應規模的接入網關，用于連接車站的調度電話和站內分機，接入網關通過傳輸系統與控制中心軟交換平臺通過以太網方式連接，車站配置IP電話加擴展按鍵模塊方式作為值班臺6號線停車場/車輛段。

如圖5所示，車輛基地部署相應規模的接入網關，用于連接車站的調度電話和站內分機，接入網關通過傳輸系統與控制中心軟交換平臺通過以太網方式連接，車輛基地配置IP電話加擴展按鍵模塊方式作為值班臺。

圖5 1、2、3、4、7、8、12號線專用調度電話系統

3.4 1、2、3、4、7、8、12號線專用調度電話系統

圖6 5、9、10、16、17號線專用調度電話系統

如圖6所示，1、2、3、4、7、8、12號線各線路原有專用調度電話系統繼續保持沿用，直至到達使用年限，并在各車站、車輛基地和停車場新部署一套軟交換專用調度終端設備，即值班臺（IP話機）和接入網關，各終端設備通過傳輸向雙中心（民生路控制中心、C3大樓）專用電話軟交換平臺進行注冊，從而完成各站點與C3大樓新建調度大廳的專用調度系統。

3.5 5、9、10、16、17號線專用調度電話系統

5、9、10、16、17號線由于剛剛新建及改造不久，因此保留既有車站、停車場、車輛段程控交換專用調度電話系統，各線路備控中心既有程控交換專用調度電話系統通過2?M方式連接C3及民生路控制中心專用調度核心，并在C3大樓新增調度臺，對各車站進行調度指揮工作。

3.6 新建及改造線路專用調度電話系統接入原則

新建及改造各線路不再部署獨立的調度平臺。備用控制中心部署相關調度臺終端；車輛基地和車站則部署值班臺（IP話機）和接入網關，上述終端設備通過各線路傳輸向雙中心（民生路控制中心、C3大樓）專用調度電話軟交換平臺進行注冊，從而實現調度業務。

4 基于軟交換平臺的專用調度電話系統特點

4.1 軟交換與原有調度系統（IP PBX）的本質區別

IP PBX技術或VoIP技術和軟交換技術，在平臺構架上有一個很大區別，IP PBX仍然是基于廠商專有硬件平臺的大機柜插板卡方式。它的平臺是不開放的，只是在原PBX系統基礎上做了改進而已。

軟交換系統最典型的技術特點是平臺開放，是基于標準服務器運轉的，無任何廠商專有硬件的開放平臺。

當新建線路和既有線路的專用調度電話系統建設及改造時，不再獨立設置線路級交換設備。線路各站點增加接入網關、交換機等接入設備，利用多種靈活接入手段建設智能網，實現全網的智能化改造，做到資源共享、功能統一、節約資金。最終建立覆蓋上海軌道交通全網絡、功能完善的專用調度電話系統網絡。

4.2 基于軟交換平臺的專用調度電話系統穩定性

軟交換專用調度電話系統核心由軟交換平臺及調度應用服務系統組成。第一，軟交換平臺作為公務電話語音及多媒體應用已被包括上海地鐵在內的各地地鐵公務電話系統廣為采用，經過市場和時間的檢驗，軟交換平臺應用于地鐵通信其穩定性是值得肯定的；第二，調度服務應用中傳統的數字程控和軟交換系統的差異在于接口的不同，因為其核心模塊沒有變化，所以系統也就保持了一貫的穩定性。基于這兩大核心模塊的穩定特性，軟交換專用調度電話系統的穩定性得到了充分的保證。

4.3 基于軟交換平臺的專用調度電話系統優點

在網絡化規模下的軌道交通行業中，相較于傳統程控交換專用調度電話系統，軟交換專用調度電話系統有以下優點。

（1）軟交換采用開放式標準接口，控制、承載與業務的分離，做到了功能模塊化、接口標準化，設備選擇與組網方式的靈活性得到了提高，易于和不同網關、交換機、網絡節點通信，兼容性、互操作性、互通性好。

（2）利用軟交換進行網絡化組網，可以統一集中建設，減低分線建設的成本，且能夠很容易地用軟交換轉移、處理那些對程控交換機來說太復雜的業務；而且在網絡化規模情況下，可以很方便地進行大規模網絡升級，便于維護管理等相關工作。

（3）軟交換網絡的控制層與承載層相分離，可以采用平面結構也可采用分級結構組網，提高了組網靈活性，且網絡結構比傳統TDM交換網更加扁平。

（4）軟交換設備體積、重量、能耗方面，均優于電路交換設備。

（5）軟交換服務器的呼叫處理能力遠大于電路交換機的呼叫處理能力，設備交換容量可以做得更大。

（6）可通過應用服務器向第三方開放業務接口，使軟交換網絡業務提供能力優于電路交換網絡。

（7）軟交換網絡基于分組交換技術有利于開展語音、數據與視頻在內的多媒體業務。

（8）軟交換設備具備全網絡統一集中管理功能，避免維護人員的分線管理的人力成本資源浪費。

（9）軟交換調度系統可以進行跨線路之間的通信，保證在網絡化運營體系下的調度作業。

（10）軟交換調度系統還可以實現所有不同線路調度員之間的溝通和會議功能，滿足以前單線建設無法跨線調度的缺點，為列車跨線作業帶來了便利。

4.4 專用調度電話軟交換系統與公務電話軟交換的互通

將專用電話核心與公務電話核心通過SIP進行互聯，即可實現專用以及公務電話互通。通過配置呼叫規則，進行單向隔離并僅允許專用電話控制臺呼叫公務系統中公務電話終端或者公務軟交換中的統一通信手持終端上，在保證網絡信息安全的同時，禁止其余非必要呼叫。這樣可以避免部分調度人員或者值班人員離開調度電話時一樣可以第一時間接收調度指令，提高運營效率，縮減雙班制等人力資源成本，做到節能、高效地調度指揮工作，達到降本拓流的目的，提高企業利潤。

5 基于軟交換平臺上的專用調度電話系統應用的未來展望

經過了這么多的技術演變，上海軌道交通電話系統從1號線的PBX系統到目前的基于軟交換平臺上的專用調度電話的應用，這其中每種技術都有其自身的優點及不足，而且與不同時代、不同的業務需求密切相關，但對于上海軌道交通而言，選擇哪一種技術主要取決于自身的需求、性質及外部運營商及時代發展的情況而定。就目前而言，基于軟交換平臺上的專用調度電話系統是利大于弊的。相信在不久的將來，在真正經過時間的洗禮后，將證明如今的選擇是對的。當然，隨著軟交換技術的不斷發展，希望可以在軟交換平臺上整合更多的應用，把專用無線終端、車站信息發布終端等日常調度運營終端設備可以一起整合到調度臺上，做到真正的網絡一體化調度及運維，減少調度人員的使用設備終端數量，提高運營調度指揮效率，打造國際一流軌道交通網絡化運營體系。

[1]姚軍，李傳森，付廣春，等. 現代交換技術[M]. 北京：北京大學出版社，2013.

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[3]童曉渝. 軟交換技術與實現[M]. 成都：西南交通大學出版社，2004.

Urban Rail Transit Dedicated Dispatching Telephone System Based on Softswitch Platform

Wei Zonghao

Shanghai Metro Maintenance and Protection Co., Ltd., Singnal and Communication Branch, Shanghai 200235

The paper studies the application of the first dedicated dispatching telephone system for rail transit based on the softswitch platform in the world, reviews the development of the Shanghai rail transit telephone system, and analyzes in depth the requirements for the dedicated dispatching telephone system under the networked operation system. The paper analyzes the current state-of-the-art dispatching telephone system for urban rail transit based on the softswitch platform, and finally looks into the future of the application of dedicated dispatching telephone systems on the softswitch platform.

Shanghai rail transit; dedicated dispatching telephone system; cyberization; soft exchange

U285.21

A