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基于IMS 構架的鐵路通信網和發展建議

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基于IMS 構架的鐵路通信網和發展建議

目前,鐵路通信系統已經發展成擁有14個子系統的龐大網絡,由于各子系統建設時間不同,所采用的技術也不同(有20世紀80年代的PSTN、ISDN技術,也有21世紀的移動通信和多媒體通信技術),因此存在著系統復雜、接口種類繁多、網絡擴展性差、維護難度較大、運營成本高、信息共享代價大等問題。隨著鐵路信息化的深入,繼續采用不斷疊加新系統的方式將使鐵路通信網系統更復雜和更難維護。IMS作為下一代通信網(NGN)實現了大融合方案的網絡架構,恰恰是在通信業務爆炸式發展的背景下提出的,它不僅可以實現最初的VoIP業務,更重要的是能更有效地對網絡資源、用戶資源及應用資源進行管理,提高網絡的智能,使用戶可以跨越各種網絡并使用多種終端,感受融合的通信體驗,成為公認的通信網演進目標。

1IMS技術簡介

IMS由3GPP(3rdGenerationPartnershipPro-ject)在R5階段引入,目的是將公眾IP互聯網的體驗引入到移動網絡,結合兩者的優點。IMS問世之后立即得到了眾多標準化組織的認同,IMS核心架構也得到了這些組織的完全重用。IMS除全面考慮了會話控制、業務提供、業務觸發、移動、計費、尋址方式等特性之外,還考慮了QoS(QualityofService)、安全、NAT(NetworkAddressTranslation)穿透、與PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)和PLMN(PublicLandMobileNetwork)網絡互通、固定移動融合等問題。IMS是IP網上進行多媒體通信的可運營、可管理、可增值的一種完整解決方案。

2基于IMS構架鐵路通信網

2.1系統構成

鐵路IMS通信網絡可以采用連接層、控制層、應用層三層結構。基于IMS構架的鐵路通信網如圖1所示。

2.1.1連接層連接層完成使用終端與網絡的連接。由于IMS與接入無關,現有的鐵路調度電話、辦公電話、GSM-R終端等各種現場使用的設備,可以采用無線網絡、光纜、電纜、甚至衛星等最優化、快捷的方式完成與網絡的連接。這對鐵路點多線長、自然環境各異的現狀尤其適合。

2.1.2控制層控制層作為網絡的核心,擔負著業務觸發、鑒權、與各種現有網絡對接等重要的控制功能。其中,HSS(歸屬用戶服務器)負責存儲用戶和業務的相關數據、身份、注冊信息、接入參數、業務觸發信息,并對用戶鑒權、用戶授權和漫游進行管理,是所有用戶和業務的數據庫。CSCF(呼叫會話控制功能)負責承載網絡授權和策略,SIP的壓縮及解壓縮,SIP信令的安全性和完整性保護,處理注冊請求,從HSS下載用戶相關數據激活相應的業務,訪問AS以向用戶提供業務,進行呼叫會話控制等功能,是整個業務的處理中心,各種業務的觸發集中在這里進行。MGCF(媒體網關控制功能)主要完成各種網絡連接協議的轉換。CS-MS(媒體服務器)、NBG(窄帶網絡邊緣網關)、ABG(寬帶網絡邊緣網關)等各種網關、控制服務器,負責與既有各種通信網絡的互聯互通。強大的控制層是IMS網絡正常運行的保障。具體到鐵路網絡,通過在HSS中進行相關數據設置,可以將通信網絡中幾乎所有的語音、數據、圖像等業務觸發和調度集中處理。例如,現有鐵路通信網中的調度(ISDN)、辦公(PSTN)、GSM-R業務,完全可以集成為一個統一的控制平臺,避免不同體制、不同設備的兼容、維護方面的問題。甚至在特殊情況下,可以臨時調整數據,完成應急指揮中心指揮調度任務,完成將視頻監控圖像接入會議視頻等現有系統很難完成的任務。在統一的SIP協議下,各系統的資源可以共享;并且隨著IMS的發展、各類網關的健全,可以很方便地與既有網絡進行對接。

2.1.3應用層應用層由各種不同的應用服務器與資源服務器組成,提供各種業務及業務能力。通過統一的基于IP的SIP協議與控制層連接,通過控制層的信息,為用戶提供各種業務。由于協議和接口的統一,現有的各種鐵路通信業務可以很容易實現,新的業務開發也容易接入網絡。各種應用成為模塊化的結構,接入和撤除都很方便,完全避免了為了一個需求開發一個大系統的情況發生。統一的制式也使維護管理效率更高,為鐵路通信安全提供更好地保證。

2.2鐵路通信應用1.語音應用。現有鐵路電話業務、調度通信業務、GSM-R業務和應急通信業務中的語音通信業務,整合進入語音中心。通過統一的基于SIP協議的服務器組,完成對各類語音業務的承載。通過HSS對不同用戶權限、業務進行設置,保證正常情況下辦公電話、調度通信、GSM-R通信的隔離,在必要時也可以實現本網與運營商的公眾電話網互通。由于會議視頻中心采用相同的協議,可以通過與會議視頻中心的交聯,實現多媒體可視化調度或電話視頻通信。語音中心可以進行錄音、錄像,不需要設置專用的運輸語音記錄儀系統。2.會議視頻應用。鐵路現有會議視頻系統可以整合進入會議視頻中心。現有的鐵路會議視頻覆蓋面有限,只能完成鐵道部→路局→站段間的通信,很難為其他系統提供信息共享。在IMS構架下的會議視頻業務將具備更大的容量,可以解決鐵路車間和班組的會議視頻需求,且由于IMS網絡與接入無關,可以用各種終端予以接入。在IMS構架下的會議視頻業務由于采用統一的控制層進行觸發,可以為多媒體調度、應急通信甚至鐵路多媒體辦公電話提供會議視頻服務。3.遠程監控應用。現有鐵路綜合視頻監控業務、應急通信業務中的現場圖像業務和動力環境監控業務可以整合進入監控中心。視頻監控業務和動力環境監控業務在現有系統中只實現了有限的聯動,應急通信業務中的圖像傳送業務自成系統。而在IMS構架中,完全可以由監控中心統一承載,日常情況下監控重要無人值守地點的各種信息和數據,在應急情況下事故現場設備通過最快捷的手段接入中心實現圖像的交互。4.網絡管理。現有的鐵路通信體制中,由于各種設備制式不同,無法實現統一的通信綜合網管,每個系統設置各自的網管在效率和安全上存在諸多弊端。而在IMS構架下,所有的應用系統全部采用統一的觸發體制、統一的SIP協議,使通信綜合網管系統成為可能,極大地提高通信維護的效率和質量,提高了通信網的安全性。

2.3IMS構架鐵路通信網的搭建可以將現有鐵路通信構架下的6個業務網子系統和專用移動通信系統(GSM-R)整合為3個子系統,并且整合后的系統統一接口、統一觸發、統一維護,減小系統復雜性,增加維護工作效率,提高系統可靠性。IMS構架使通信的綜合網管系統成為可能,實現整個鐵路通信網統一監控、統一管理、統一指揮。IMS也為鐵路通信網提供了強大的擴展功能和各系統交聯的能力,由于采用統一的接口、協議、觸發機制,使新業務的開發和運行變得更加簡單,可以使鐵路通信網及時響應鐵路運輸對通信的各種需求;而且能夠方便地實現信息共享,避免投資浪費。IMS網絡是基于IP網的多媒體通信系統,統一的IP承載網可以為信息、運營調度、供電、工務等部門提供統一的數據網(FE)接口,避免重復投資2Mb/s轉FE的協議轉換器和重復占用帶寬,為鐵路各專業的專用系統提供更高效和經濟的數據傳送服務。

3現有鐵路通信網向IMS發展建議

1.完成全路數據網的搭建。IMS網絡基于IP網的多媒體通信系統,首先完成通信IP數據網的搭建,是IMS網絡在鐵路上應用的必要條件。

2.由易到難,逐步推進。由于IMS網絡強大的網關支持能力,在IMS網絡的搭建中,現有鐵路通信網可以很方便的與IMS網絡實現互聯互通,保證既有業務的正常進行和投資不浪費。鐵路通信網的IMS化改造應本著“由易到難,逐步推進”的原則進行。鐵路通信14個子系統中,鐵路電話系統還在租用運營商的網絡,每年付出大量的租用費,且由于鐵路電話系統與鐵路運輸沒有直接關系,技術風險最小。鐵路IMS構架通信網搭建中,可以考慮首先建設鐵路電話系統,通過電話系統的建設積累各種經驗;接下來進行會議視頻系統的IMS化整合改造,為鐵路高清會議視頻和多媒體通信打好基礎;然后進行綜合視頻監控和動力環境監控系統的IMS化整合改造,實現監控系統的提升;最后進行鐵路調度電話和GSM-R系統的IMS化整合改造,利用前期積累的經驗,將涉及行車業務平滑整合進入鐵路IMS網絡。

4結束語

隨著中國鐵路的高速發展,必將需要更強有力的鐵路通信網絡提供支撐。鐵路通信網從當初單純提供語音電話通信發展到今天提供包括視頻、各類監控數據在內的各種業務,并且隨著鐵路的不斷發展,對鐵路通信還會有更多、更可靠的需求。目前,每個系統單獨發展的模式已經越來越不能適應鐵路高速發展對通信的需求,IMS技術提供的這種靈活的組網方式、硬件化、層次化、模塊化的網絡結構,既提升了網絡可靠性,又可以在提高資源利用率的基礎上,實現多業務可靠、統一開展,因此是一種非常好的選擇。并且IMS技術從2002年提出標準(3GPPR5版),到2007年大規模在電信領域商用,不管是技術體系還是系統設備都已經成熟。在鐵路通信網方面,大秦鐵路已經在使用華為公司提供的軟交換(3GPPR4)GSM-R系統,北京交通大學等單位也進行了基于IMS構架的IPTV-R的研究。IMS作為國際權威標準組織普遍認可的NGN網絡融合,以及業務和技術創新的核心標準,必將能夠為鐵路的發展提供更好的支撐。

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