基于IMS 構架的鐵路通信網(wǎng)和發(fā)展建議
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目前，鐵路通信系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成擁有14個子系統(tǒng)的龐大網(wǎng)絡，由于各子系統(tǒng)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(tǒng)復雜、接口種類繁多、網(wǎng)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(xù)采用不斷疊加新系統(tǒng)的方式將使鐵路通信網(wǎng)系統(tǒng)更復雜和更難維護。IMS作為下一代通信網(wǎng)(NGN)實現(xiàn)了大融合方案的網(wǎng)絡架構，恰恰是在通信業(yè)務爆炸式發(fā)展的背景下提出的，它不僅可以實現(xiàn)最初的VoIP業(yè)務，更重要的是能更有效地對網(wǎng)絡資源、用戶資源及應用資源進行管理，提高網(wǎng)絡的智能，使用戶可以跨越各種網(wǎng)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(wǎng)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(lián)網(wǎng)的體驗引入到移動網(wǎng)絡，結(jié)合兩者的優(yōu)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(yè)務提供、業(yè)務觸發(fā)、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(wǎng)絡互通、固定移動融合等問題。IMS是IP網(wǎng)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。
2.1系統(tǒng)構成
鐵路IMS通信網(wǎng)絡可以采用連接層、控制層、應用層三層結(jié)構?；贗MS構架的鐵路通信網(wǎng)如圖1所示。
2.1.1連接層連接層完成使用終端與網(wǎng)絡的連接。由于IMS與接入無關，現(xiàn)有的鐵路調(diào)度電話、辦公電話、GSM-R終端等各種現(xiàn)場使用的設備，可以采用無線網(wǎng)絡、光纜、電纜、甚至衛(wèi)星等最優(yōu)化、快捷的方式完成與網(wǎng)絡的連接。這對鐵路點多線長、自然環(huán)境各異的現(xiàn)狀尤其適合。
2.1.2控制層控制層作為網(wǎng)絡的核心，擔負著業(yè)務觸發(fā)、鑒權、與各種現(xiàn)有網(wǎng)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(yè)務的相關數(shù)據(jù)、身份、注冊信息、接入?yún)?shù)、業(yè)務觸發(fā)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(yè)務的數(shù)據(jù)庫。CSCF(呼叫會話控制功能)負責承載網(wǎng)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(shù)據(jù)激活相應的業(yè)務，訪問AS以向用戶提供業(yè)務，進行呼叫會話控制等功能，是整個業(yè)務的處理中心，各種業(yè)務的觸發(fā)集中在這里進行。MGCF(媒體網(wǎng)關控制功能)主要完成各種網(wǎng)絡連接協(xié)議的轉(zhuǎn)換。CS-MS(媒體服務器)、NBG(窄帶網(wǎng)絡邊緣網(wǎng)關)、ABG(寬帶網(wǎng)絡邊緣網(wǎng)關)等各種網(wǎng)關、控制服務器，負責與既有各種通信網(wǎng)絡的互聯(lián)互通。強大的控制層是IMS網(wǎng)絡正常運行的保障。具體到鐵路網(wǎng)絡，通過在HSS中進行相關數(shù)據(jù)設置，可以將通信網(wǎng)絡中幾乎所有的語音、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務觸發(fā)和調(diào)度集中處理。例如，現(xiàn)有鐵路通信網(wǎng)中的調(diào)度(ISDN)、辦公(PSTN)、GSM-R業(yè)務，完全可以集成為一個統(tǒng)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(diào)整數(shù)據(jù)，完成應急指揮中心指揮調(diào)度任務，完成將視頻監(jiān)控圖像接入會議視頻等現(xiàn)有系統(tǒng)很難完成的任務。在統(tǒng)一的SIP協(xié)議下，各系統(tǒng)的資源可以共享;并且隨著IMS的發(fā)展、各類網(wǎng)關的健全，可以很方便地與既有網(wǎng)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(yè)務及業(yè)務能力。通過統(tǒng)一的基于IP的SIP協(xié)議與控制層連接，通過控制層的信息，為用戶提供各種業(yè)務。由于協(xié)議和接口的統(tǒng)一，現(xiàn)有的各種鐵路通信業(yè)務可以很容易實現(xiàn)，新的業(yè)務開發(fā)也容易接入網(wǎng)絡。各種應用成為模塊化的結(jié)構，接入和撤除都很方便，完全避免了為了一個需求開發(fā)一個大系統(tǒng)的情況發(fā)生。統(tǒng)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?，F(xiàn)有鐵路電話業(yè)務、調(diào)度通信業(yè)務、GSM-R業(yè)務和應急通信業(yè)務中的語音通信業(yè)務，整合進入語音中心。通過統(tǒng)一的基于SIP協(xié)議的服務器組，完成對各類語音業(yè)務的承載。通過HSS對不同用戶權限、業(yè)務進行設置，保證正常情況下辦公電話、調(diào)度通信、GSM-R通信的隔離，在必要時也可以實現(xiàn)本網(wǎng)與運營商的公眾電話網(wǎng)互通。由于會議視頻中心采用相同的協(xié)議，可以通過與會議視頻中心的交聯(lián)，實現(xiàn)多媒體可視化調(diào)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(tǒng)。2．會議視頻應用。鐵路現(xiàn)有會議視頻系統(tǒng)可以整合進入會議視頻中心?，F(xiàn)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(tǒng)提供信息共享。在IMS構架下的會議視頻業(yè)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(wǎng)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(yè)務由于采用統(tǒng)一的控制層進行觸發(fā)，可以為多媒體調(diào)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(jiān)控應用?，F(xiàn)有鐵路綜合視頻監(jiān)控業(yè)務、應急通信業(yè)務中的現(xiàn)場圖像業(yè)務和動力環(huán)境監(jiān)控業(yè)務可以整合進入監(jiān)控中心。視頻監(jiān)控業(yè)務和動力環(huán)境監(jiān)控業(yè)務在現(xiàn)有系統(tǒng)中只實現(xiàn)了有限的聯(lián)動，應急通信業(yè)務中的圖像傳送業(yè)務自成系統(tǒng)。而在IMS構架中，完全可以由監(jiān)控中心統(tǒng)一承載，日常情況下監(jiān)控重要無人值守地點的各種信息和數(shù)據(jù)，在應急情況下事故現(xiàn)場設備通過最快捷的手段接入中心實現(xiàn)圖像的交互。4．網(wǎng)絡管理?，F(xiàn)有的鐵路通信體制中，由于各種設備制式不同，無法實現(xiàn)統(tǒng)一的通信綜合網(wǎng)管，每個系統(tǒng)設置各自的網(wǎng)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(tǒng)全部采用統(tǒng)一的觸發(fā)體制、統(tǒng)一的SIP協(xié)議，使通信綜合網(wǎng)管系統(tǒng)成為可能，極大地提高通信維護的效率和質(zhì)量，提高了通信網(wǎng)的安全性。
2.3IMS構架鐵路通信網(wǎng)的搭建可以將現(xiàn)有鐵路通信構架下的6個業(yè)務網(wǎng)子系統(tǒng)和專用移動通信系統(tǒng)(GSM-R)整合為3個子系統(tǒng)，并且整合后的系統(tǒng)統(tǒng)一接口、統(tǒng)一觸發(fā)、統(tǒng)一維護，減小系統(tǒng)復雜性，增加維護工作效率，提高系統(tǒng)可靠性。IMS構架使通信的綜合網(wǎng)管系統(tǒng)成為可能，實現(xiàn)整個鐵路通信網(wǎng)統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一指揮。IMS也為鐵路通信網(wǎng)提供了強大的擴展功能和各系統(tǒng)交聯(lián)的能力，由于采用統(tǒng)一的接口、協(xié)議、觸發(fā)機制，使新業(yè)務的開發(fā)和運行變得更加簡單，可以使鐵路通信網(wǎng)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(xiàn)信息共享，避免投資浪費。IMS網(wǎng)絡是基于IP網(wǎng)的多媒體通信系統(tǒng)，統(tǒng)一的IP承載網(wǎng)可以為信息、運營調(diào)度、供電、工務等部門提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)網(wǎng)(FE)接口，避免重復投資2Mb/s轉(zhuǎn)FE的協(xié)議轉(zhuǎn)換器和重復占用帶寬，為鐵路各專業(yè)的專用系統(tǒng)提供更高效和經(jīng)濟的數(shù)據(jù)傳送服務。
3現(xiàn)有鐵路通信網(wǎng)向IMS發(fā)展建議
1．完成全路數(shù)據(jù)網(wǎng)的搭建。IMS網(wǎng)絡基于IP網(wǎng)的多媒體通信系統(tǒng)，首先完成通信IP數(shù)據(jù)網(wǎng)的搭建，是IMS網(wǎng)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(wǎng)絡強大的網(wǎng)關支持能力，在IMS網(wǎng)絡的搭建中，現(xiàn)有鐵路通信網(wǎng)可以很方便的與IMS網(wǎng)絡實現(xiàn)互聯(lián)互通，保證既有業(yè)務的正常進行和投資不浪費。鐵路通信網(wǎng)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(tǒng)中，鐵路電話系統(tǒng)還在租用運營商的網(wǎng)絡，每年付出大量的租用費，且由于鐵路電話系統(tǒng)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(wǎng)搭建中，可以考慮首先建設鐵路電話系統(tǒng)，通過電話系統(tǒng)的建設積累各種經(jīng)驗;接下來進行會議視頻系統(tǒng)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(jiān)控和動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的IMS化整合改造，實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的提升;最后進行鐵路調(diào)度電話和GSM-R系統(tǒng)的IMS化整合改造，利用前期積累的經(jīng)驗，將涉及行車業(yè)務平滑整合進入鐵路IMS網(wǎng)絡。
4結(jié)束語
隨著中國鐵路的高速發(fā)展，必將需要更強有力的鐵路通信網(wǎng)絡提供支撐。鐵路通信網(wǎng)從當初單純提供語音電話通信發(fā)展到今天提供包括視頻、各類監(jiān)控數(shù)據(jù)在內(nèi)的各種業(yè)務，并且隨著鐵路的不斷發(fā)展，對鐵路通信還會有更多、更可靠的需求。目前，每個系統(tǒng)單獨發(fā)展的模式已經(jīng)越來越不能適應鐵路高速發(fā)展對通信的需求，IMS技術提供的這種靈活的組網(wǎng)方式、硬件化、層次化、模塊化的網(wǎng)絡結(jié)構，既提升了網(wǎng)絡可靠性，又可以在提高資源利用率的基礎上，實現(xiàn)多業(yè)務可靠、統(tǒng)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(guī)模在電信領域商用，不管是技術體系還是系統(tǒng)設備都已經(jīng)成熟。在鐵路通信網(wǎng)方面，大秦鐵路已經(jīng)在使用華為公司提供的軟交換(3GPPR4)GSM-R系統(tǒng)，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(wǎng)絡融合，以及業(yè)務和技術創(chuàng)新的核心標準，必將能夠為鐵路的發(fā)展提供更好的支撐。
