VoIP技术在高速公路通信中的应用价值和发展前景

作者：白汝庆，王伟，苑青云

IP电话不仅可以在Internet或Intranet上实现，还可以在局域网上实现。局域网IP电话不仅可以使内部的数据网和话音网合一，而且可以大幅度降低电话系统费用。目前，高速公路通信网正在成为是一个多业务、传输距离长的专用多媒体传输系统，但大多高速公路紧急电话、指令电话、业务电话一般采用程控电话交换系统实现，通话费用较高，且业务单一。如果能够在现有数据传输网的基础上综合语音业务和数据业务，可以降低电话网建设成本，且组网灵活，同时，以软交换作为数字语音控制平台，能够实现广泛的智能语音业务，业务开发和实施非常方便。

VoIP在高速公路通信网中的实现依据

LAN、MAN和WAN环境中吉比特以太网、密波分复用和Packet over SDH等新技术的实现，允许以更低的价位为数据网络提高更多的带宽。因此，基于高速公路通信网VoIP实现网络电话是非常有效的，它在满足高速公路管辖区域内的日常行政业务电话通信的同时，使IP语音更有效地介入到高速公路收费业务中，使IP专网的利用效率更高，收费服务的质量更好，突出体现了VoIP技术的应用价值和发展前景。

VoIP是以IP分组交换网络为传输平台，对模拟的话音信号进行压缩、打包等一系列的特殊处理，使之可以采用无连接的UDP协议进行传输。为了在一个IP网络上传送语音信号，要求几个元素和功能。最简单形式的网络由两个或多个具有VoIP功能的设备组成，这些设备通过一个IP网络连接。VoIP模型的基本结构如图1所示。从图可以看出VoIP设备把语音信号转换成IP数据流，并把这些数据流转发到IP目的地，IP目的地又把它们转换回到语音倍号。两者之间的网络必须支持IP传输，且可以是IP路由器和网络链路的任意组合。

图1 VoIP模型结构

高速公路通信系统是高速公路现代化运营管理的支撑系统，它要实现监控系统和收费系统的数据、话音和图像等信息准确而及时的传输，要保持高速公路管理部门之间业务联络通信的畅通，并要为高速公路内部各部门与外界建立必要的联系。由于联网收费和联网监控的需求，特别是视频图像数据的交互，高速公路通信系统采用了基于IP数据网的多级IP网络。现代通信网络为分层结构，从功能上将网络分为业务网、传送网和支撑网，这很好的融合了VoIP模型结构。

高速公路通信网络分割是基于实际的物理连接来划分的，可分为用户网、接入网和核心网（或局域网、接入网和骨干网）。高速公路通信专网按此划分为一个三层网络结构，如图2所示。

图2 高速公路通信层次结构

高速公路主干网主要为上传业务和跨本地网业务提供高速信息通道，具有传输容量大、距离跨度大、电路质量要求高、重要性强等特点，现有主干网主要基于同步数字序列（SDH）技术。高速公路通信系统接入网是SDH主干网的延伸，是路段的通信平台，适合高速公路通信网的多业务接入。位于低层的是采用常见的以太网方式的计算机局域网，由各收费站的计算机、服务器、路由器所组成。接入网在整个高速公路通信网建设中占50％以上的投资，而且接入网直接面对广大的用户和各种应用系统，能完成语音数据图像等综合业务。目前，接入网基本采用了OLT-ONU接入方式，在路段通信分中心设置OLT，在各收费站、服务区配置ONU。收费和监控系统的各种数据就近接入ONU，整合传送到分中心的OLT，OLT接到ADM接口，连到SDH主干网。这种接入方式接口丰富，虽以2M数字接口为基本单元，但经内部的各类接口板，拆分为2/4线音频话路接口、子速率接口、ISDN 2B+D、ISDN 30B+D等速率固定的接口。

基于IP的以太网接入方式的应用有更大的优势。它在路段通信分中心设置以太网交换机和EOS（Ethernet Over SDH）设备，在各收费站、服务区配置以太网交换机，以太网接入直接提供了计算机网的平台，便于调用各种相关的软件，坚固可靠，便于网络互联。收费和监控系统的各种信息接入附近的以太网交换机，实现接入网的全程IP化。这些都很好的兼容了VoIP网语音通信接入技术的要求。

高速公路VoIP系统的实现

高速公路采用VoIP技术，系统具体实现结构如图3所示。实现方式可以实现收费车道对讲及对外通信、部门间的业务电话的通信和IP电话网与外部公众电话通信。

图3 系统结构

首先，要加装硬件设备。为充分利用收费车道现有计算机，实现收费车道对讲及对外通信，有两种方案选择方式：一是声卡、麦克风和扬声器等利用车道计算机实现语音的传输，这种方案易于实现、成本低，但话音质量需要提高；二是可选用PC机插卡式或外置产品专门开发专用的语音处理产品，采用DSP技术可实现回波消除，话音的质量较好。其次，要在收费站计算机上安装对讲软件。软件用来提供对讲的控制界面，显示用户图标。如需要了解收费车道情况，即点选用户图标，然后选择“对讲”或“监听”模式；如需广播呼叫，则选择所需呼叫的用户和群呼模式。在收费亭，收费员按下“对讲”键，即向站监控室提出对讲要求，站内响应后 即可讲话。用户间的对讲级别和相互关系，根据管理的要求由软件设置。

基于收费车道对讲及对外通信的实现，这种方式还实现了部门间的业务电话。业务电话系统接入可采用与PBX相结合的IP电话网关，利用现有的电话设备和IP电话网关接入计算机网络。将部门内的业务电话接入PBX后，再通过网关接入广域网。网关的主要功能是信令处理、语音编码和解码以及路由协议处理等功能，提供IP网络连接的接口。当电话用户拨号时，IP电话网关便作出响应，接受输入的对方电话号码，并以此电话号码为依据，向“关守（gatekeeper）”查询作为分组发送目的地的IP电话网关的IP地址。知道了IP地址后，IP电话网关通过呼叫控制协议完成它同对方的IP电话网关之间建立连接。这个呼叫控制协议规定了IP电话网关之间交换电话号码信息和线路设定信息时的操作过程，以及与关守交换信息时所需要的操作过程。在建立连接之后，与对方的IP电话网关之间，开始使用RTP传送实际的话音数据。

这种方式不仅实现了收费车道对讲及对外通信、部门间业务电话通信，它还可以使IP电话网和现有的PSTN公众电话网互连互通。为实现与公众电话的互通，需要把IP电话网关连接于电话公司的用户交换机中继线路接口上，同时还与No.7共路信令网相连接，IP电话网关便能和现有的长途电话公司的中继交换机一样地工作。电话用户只要在对方电话号码之前，通过在公众网电话号码前拨打识别号码，就能够经由No.7共路信令网，把对方的电话号码等呼叫设定信息传送给IP电话网关，进行IP电话与普通PSTN用户的通信，如图4所示。

图4 IP电话网与外网电话通信示意图

这种实现方案主要考虑使用现有的网络线路实现语音的传输，完全利用现有网络资源，可节省通信资源且利用网络能实现以前无法实现的多级对讲，如分中心等能直接与车道交流情况，提高管理水平；对于没有建立专用通信网络，通信条件较差的普通高速公路的管理系统更为经济实用，能大大提高网络的利用率并降低电话费。

VoIP电话在收费系统中的应用

为了保障各个管理站和收费道口的业务秩序和服务质量，需要有合理的通信技术和设备对全业务管理区域进行远程、实时的服务质量和交通安全全程监控管理，其中就包括很重要的通信监控管理。虽然全区域总部已设有控制中心平台，并配备了录像监控系统，但仍需要配备语音通信监控系统，这一语音通信监控系统就由VoIP技术来实现。通过采用IP包交换的VoIP技术的使用，控制中心可以实时监控各个收费道口的现场语音交流情况并通过语音进行干预，或者进行全路监听、录音以及事后查询；收费管理站可以参与监听、广播和录音，直接参与应急突发事件的干预和日常业务的协调；收费道口的工作人员可在日常服务中接受来自控制中心和管理站的监控管理。

VoIP网络电话提供了低成本、高灵活性、高生产率及效率的增强应用等优点，高速公路通信网融合了VoIP网的结构和接入要求，因此，基于高速公路通信网实现VoIP网络电话是非常有效的。它在满足高速公路管辖区域内的日常行政业务电话通信的同时，使IP语音更有效地介入到高速公路收费业务中，使IP专网的利用效率更高，收费服务的质量更好，突出体现了VoIP技术的应用价值和发展前景。