高速公路通信系統組成及新技術應用

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1 引言

隨著我國社會經濟的快速發展,商務出行、旅游的日漸興盛,人民大眾對于道路交通的需求也在不斷提高。這也推動了我國高鐵、高速公路等基礎道路設施的高速發展。目前,我國的高速公路總里程已達14萬公里,覆蓋全國所有的市及大部分的縣城。隨著高速公路智能化要求的提升,很多先進的科學技術也不斷在高速公路機電系統中得以應用,特別是對于高速公路通信系統來說,各種先進通信技術的應用,對傳統的高速公路管理模式產生了巨大影響,對目前高速公路日常運營的工作效率也有了較大提升。當然,這里要講的通信系統,是指廣義的通過網絡進行設備互聯互通的系統的總稱,而不僅限于OLT等通信設備。為了更好地為施工、運營提供便利,這就需要高速公路通信系統在施工和運營中不斷進行完善,進一步加強不同管理部門之間的溝通,提出改進措施,進而保證道路運營的效率和交通行駛的安全。

2 高速公路通信系統硬件、軟件構成

2．1 硬件構成 對于高速公路通信系統而言,其硬件主要包括通信電源、接入網設備、硬件信令及通信網末端外設等設備。就現有高速公路所應用的電源來說,OLT、ONU等光交換設備,其對供電設備有較高的匹配度要求,一般要求選用－48V(電源正極接零線)的直流電源進行供電,具有較高的穩定性。其他電交換設備、光傳輸設備一般采用220V交流電源即可滿足設備使用的要求。需要注意的是,通信電源的安裝和使用要滿足以下幾點:首先,通信電源旁要設置小于1歐姆的接地系統,以避免電力傳輸中的電磁感應對設備產生影響;其次,電纜保護用管線要具有一定的剛性并保證在使用過程中不會發生折損,避免出現供電障礙;最后,主交換設備的電源必須要有熱備電源,以確保設備持續供電,在工程中,我們一般采用在線式UPS作為后備電源。接入網設備是通信系統的關鍵設備,所謂的接入網設備就是在中心網絡和其他子網絡之間信息流通的交換節點設備,其在高速公路通信工程中起到對上下進行連接并將信息進行全網傳輸的作用。其作用就是就是通過OLT、ONU等設備,將分散于現場的各單獨設備的進行分類、編碼、連通,達到傳輸的目的,進而滿足大量數據信息進行自由交換、快速處理的要求。信令系統是網絡傳輸的管理員,它的作用就是對硬件構成中的中繼連接、計費管理設備以及用戶連接等硬件進行管理,通常需要按照特定形式對信息內容以及管理信息等進行模擬,并且通過上述模擬中的管理信息能夠實現與其他網絡的終端進行連接。在高速公路中,為了確保信息連接中數據接入的正確率,則需要系統通過V5協議進行編碼,進一步確保系統數據的安全。通信網末端外設包括監控設備、收費設備、報警設備等,這些設備都是通過通信網進行連接,達到互聯互動的作用。例如在高速公路運營中一旦有緊急狀況發生,就需要通過緊急報警系統進行上報,監控系統進行遠程監視、電話系統進行調度等。高速公路的硬件系統通過通信網進行了連通,形成了互通互控的聯動網絡,這對高速公路的正常管理是非常必要的。

2．2 軟件構成 通信系統中的軟件需要與系統中的硬件系統進行相互配合,甚至可以說,軟件系統就是以硬件系統為基礎上設計,進而調試使用的。通信系統軟件主要包括接入網管理軟件、通信網末端外設控制軟件、操作系統軟件等。接入網管理軟件為交換設備內嵌軟件,一般由交換設備生產商在生產完成后進行安裝,到場進行調試,主要負責對傳輸數據的方向、路由進行調度控制。通信網末端外設控制軟件一般安裝在服務器及工作站上,在服務器、工作站、外設之間形成通路,完成外設信息的匯總和調用。操作系統是指服務器或工作站上所安裝的操作軟件,服務器上一般為Win Server系列,工作站上一般為win7或者winxp。

3 高速公路通信系統的基本框架及功能實現

3．1 通信系統運行的基本框架 高速公路通信系統功能具有點多面廣協議多的特點,其管理的重點就是系統中的節點交換設備。在路段建設中,通常采用的是基于STM－16(2．5G)的通信接入網設備,是以光線路終端(OLT)、光網絡單元(ONU)為基本構架,交換機為末端節點的網絡傳輸架構。在該架構中,光傳輸系統依靠單模光纜(48芯甚至更多)形成光傳輸鏈路,依靠通信電纜形成電傳輸鏈路,構成了整個的高速公路網絡體系。如下圖所示:

3．2 通信系統功能的實現 要想實現高速公路通信系統的功能,通常是在硬件系統已經連通的基礎上,通過軟件的穿針引線,最終在用戶端的軟件中得以實現的。為了實現軟件系統和硬件系統的完美結合,需要在基于一定系統功能的基礎上來設置相應的設備管理參數,也就是所謂的接口協議對接。高速公路系統中的報表(例如:設備工作狀態報表、發布命令記錄報表、事故事件報表、環境氣象報表、交通報表等。)不僅需要與硬件和通信軟件進行匹配,還需要與上一級的管理機構軟件系統進行匹配,這就需要大量的調試工作。

3．3 通信系統應注意事項 由于高速公路通信系統在施工、運營中起著極其重要的作用,所以在施工時應特別注意。首先,光纜應選用具有較寬傳輸頻率帶寬、較長傳輸距離、色散較小的單模光纜,且光纜在熔接時,應嚴格按照施工工藝進行,熔接完成后衰耗應滿足技術規范要求;其次,光通信接入設備屬于精密儀器,突然斷電會導致設備損壞,因此需要使用UPS保證其持續供電。最后,在通信電纜的選擇中,應根據實際情況選擇,包括是否需要屏蔽,線徑是否符合要求,是否需要POE功能等。尤其對傳輸速度有要求的線路,需要按照要求采購不同的網線,常用的包括五類雙絞線,超五類雙絞線,六類雙絞線,超六類雙絞線等。

4 高速公路通信系統建設新技術發展

4．1 高速公路機電工程通信系統中的主要技術 目前在高速公路機電工程通信系統中應用的主要技術有以下幾種:一是自動交換光技術網絡(ASON),該技術優點包括:支持快速業務配置;支持流量工程;采用專門的控制平面協議;根據實時的傳送網絡狀態實現恢復作用;支持多廠商設備環境下的連接控制;可引入新的補充業務。此技術可以通過其較強的拓撲能力,及時排查、搜索和處理問題,具有較高的自動化程度,可以大幅提高系統的運行效率。二是分組傳送網技術(PTN),PTN是支持傳送平臺基礎特性、面向分組的的傳送平臺。它以IP為基礎,通過以太網技術為外部業務層和波分復用等光傳輸媒質提供層面,為用戶提供以太網幀、多協議標簽交換、PDH,FR等符合IP流量特征的各類業務。通過一個層面的增設來實現自我操作的功能,具有較大的實操空間,還能保證整體系統的性能和構造不受到干擾和破壞,具有較高的實用性和安全性。三是采用同步數字體系(SDH),SDH技術與光纖通信技術(OFC)結合起來形成的同步數字傳輸網是一個功能強大的、統一的網管系統,可實現網絡管理、動態維護、功能監視等,有效地提高了網絡資源的利用效率,是當今世界信息領域在傳輸技術方面的發展和應用的熱點,受到廣泛的重視。

4．2 新技術的發展 隨著高速公路的發展,對通信網絡的要求也日益增多,根據現有的技術水平,通信系統新技術可以從以下兩點入手。一是傳輸速率方面。由于各種新技術應用層出不窮,尤其是高速公路高清攝像機的應用,導致需要傳輸的數據量呈幾何曲線上升,STM－16的傳輸量會捉襟見肘,此時,應該將STM－64逐步應用于通信系統中,提高傳輸速率。二是系統傳輸媒介方面。我國部分地區自然災害頻發,會對通信光纜造成毀滅性的損壞,導致通信鏈路斷裂,嚴重影響高速公路安全管理。隨著5G技術的逐步成熟,我們可以利用無線技術作為備用通信鏈路,在需要重點關注的收費站、隧道、橋梁處設置5G數據傳輸設備,在主線路出現問題時,可以及時切換,做到無縫對接,提高管理能力,提升管理效率。

5 結語

通信系統作為高速公路機電的神經網絡,它能夠將監控、收費、通風、照明、消防、供配電等多個系統進行整合調配,生成完整的管理網絡,從而達到全局掌控,重點關注的目的。

通信系統從無到有,從簡到繁,經歷了一個不斷創新、不斷完善的過程。我相信,在目前我國通信技術高速發展的大形勢下,高速公路通信系統也會向著高度集成化、高度智能化發展。作為專業技術人員,一定要關注新技術,開拓新思路,才能將工作推上一個新的臺階,為祖國高速公路建設添磚加瓦。