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摘 要：本文通过对电话交换技术的演进分析，提出适应当前我国城市轨道交通行业专用通信网公务电话交换系统的两种规划设计模式。通过对IP 软交换系统和TDM传统电路交换系统的基本性能比较，得出软交换将成为轨道交通公务电话交换系统主流的结论。
关键词：软交换；TDM 电路交换；下一代网络（NGN）；公务电话；IP电话
Abstract: Based on the analysis of the evolution of telephone switching technology, this paper proposed two kinds of planning and design modes which meet the service telephone switching system in the current urban rail transit industry’s private communication network .Through comparing the basic performance between the IP soft switching system and the TDM traditional circuit switching system, the conclusions is that the soft switching will become the main trend in the rail transit telephone switching system.
Key words: Soft switching; TDM circuit switching; next generation network (NGN); service telephone; IP telephone
中圖分类号：U213.2文献标识码：A 文章编号：
一、引言
在人与人的信息交流中，语言始终是最重要的形式。无论数据通信、图像通信、信号系统、自动控制系统怎样发展，语音电话通信仍然是不可替代的。因此，规划建设好轨道交通公务电话系统非常必要。
公务电话系统主要用于地铁内部各部门之间的电话联系，为本工程的运营、管理、维修等部门的工作人员提供服务；地铁公务电话系统能与城市公用电话网连接，实现地铁用户与公网用户间的通信；可向地铁用户提供语音、数据、传真等通信服务业务。
在轨道交通专用电话系统出现重大故障时，公务电话系统还能作为专用电话的应急通信保护手段。
二、电话交换技术演进描述
1、电路交换技术
自1876年贝尔发明电话以来，电话交换技术先后经历了人工交换、步进制交换、纵横制交换、程控交换几个阶段。人工交换、步进制交换、纵横制交换采用模拟的空分交换制式，而程控交换技术也经过了模拟（空分）交换和数字（时分）交换的发展历程。
以上这些交换技术都属于电路交换范畴，它们的基本特点是：采用面向连接的方式，在主、被叫进行通信之前，需要为通信双方分配一条具有固定带宽的通信链路。在通信过程中，通信双方将一直占用所分配的资源，直到一方挂机，通信结束。并且，在电路的建立和释放过程中，都需要用到相关的信令协议。
电路交换的优点是，在通信过程中，可以保证为用户提供足够的固定带宽，不间断的物理连接，并且实时性强，时延小，交换设备成本较低；但同时带来的缺点是，网络的带宽利用率不高，一旦接续被建立，不管通信双方是否处于通话状态，分配的电路都一直被占用。数字时分（TDM）程控电话交换技术成熟，目前应用最多。
2、IP交换技术
高速（宽带）、智能、综合，是当前通信技术的发展方向。基于IP协议的国际互联网，已被ITU-T确立为下一代网络（NGN）的承载综合平台。成为未来信息网络的支柱技术。
IP网络基于TCP/IP协议，建立在包交换（分组交换）的技术架构之上，对每个分组（数据包），根据路由信息和网络情况独自进行传输和选路，具备高速（宽带）、综合、普及特性，除了用来传送数据业务之外，也成了图像、语音等多媒体信息的承载平台。
早在2000年，中国电信运营商已经明确规定，汇接局全部采用IP软交换设备，淘汰了原有的电路交换设备。
国际上IP电话发展更为迅速，Skype、Vonage、雅虎（YAHOO）在全球放号数亿。几乎在一夜之间，许多网络业务提供商，变成了名副其实的电信业务运营商。
当前，我国电信运营商在IP公网（ChinaNet）之外，还建设了专门用于通信的IP网络（CN2）。同时，在城市实现了光纤到大楼（FTTB），光纤到户（FTTH），采用OPON（无源光网络）、EPON（以太无源光网络）将IP宽带接通家家户户。
在IP承载网络上开放电话业务（即IP电话技术），已经成了通信技术发展的必然趋势。国际IP网络工程任务作业部（IETF）和国际电联（ITU-T）提出了支持IP电话的两种主流协议，这就是基于IMS（因特网多媒体子系统）架构的初始会话协议（SIP）和媒体网关控制协议（MGCP/H.248）；在IP电话初期借用过的ITU-T的综合业务数据网H.323协议群，逐渐淡出人们的视野。
IP 电话扩展了语音的处理能力，当前的IP软交换和VoIP系统，都具备G.711、G.723、G.729等语音编解码和语音数据压缩能力，并采用实时传输协议和实时传输控制协议（RTP/RTCP）来提高话音质量。
IP电话的成功应用，人们看到了业务融合的曙光，逐渐感受到IP网上传送话音业务的可行性和发展必然性。IP电话也在不断扩大的应用中，达到了较为理想的通信效果。因特网语音应用，尤其是IP电话，已经成为“三网合一”大潮中最引人注目的应用之一。
3、软交换技术
随着IP电话技术的发展，将网关呼叫控制和媒体交换的功能相分离，软交换的概念应运而生。国际电联ITU-T在2000年提出下一代网络（NGN）的定义，将软交换放置在控制层，形成了以IP网络为承载平台（传输层），以软交换为控制中心，包括接入层和业务层的NGN四层结构理念。
软交换虽然采用分组网络作为承载网络，但是从技术角度来讲，仍然可以看作是交换技术发展的又一个里程碑。
当前，无论对于电信公网还是专用电话网，都对软交换技术倾注了极大的热情，希望能够利用软交换技术来达到拓展业务种类、降低建设维护成本，增加市场份额的目的。
我国已经制定出了关于软交换和VoIP的一整套规范标准，包括，软交换及VoIP的名词术语定义，设备规范，技术规范，业务规范，测试规范以及组网方案等。软交换已经从试验、试用走向成熟和普及，人们对软交换和IP电话已不再陌生。
根据城市轨道交通公务电话系统的特点，用户分布在控制中心、车辆段、停车场和车站等网络节点上。除控制中心、车辆段用户相对集中外，各个车站用户数量较少，而软交换系统集中、智能的网络管理体系、灵活接入的方式，能够很好的适应城市轨道交通用户较为分散的特点。
三、IP 软交换系统与TDM程控交换系统对比
与程控交换系统相比，软交换系统的各项指标均能与其相当，部分指标更优于程控交换系统；从功能角度，软交换系统能够提供更多的新型业务，满足用户不断增长的新业务需求。表1列出了IP 软交换系统与TDM程控交换系统的主要特性对比。
表 1IP 软交换系统与TDM程控交换系统的主要特性
对比项目 IP 软交换系统 TDM程控交换系统
技术特点 基于分组网络的交换技术，呼叫控制功能与媒体处理功能相分离，并能通过纯软件实现 传统电路交换技术
可靠性 产品较为成熟，可靠性高 产品成熟，可靠性高
适用范围 适合集中或分散模式，组网方式灵活 适合集中型的模式
组网特点 组网灵活，可按需配置功能模块，工程实施方便，设备体积小，耗电量小。 组网模式相对固定
与支撑网络的接口 利用传输系统以太网接口 利用傳输系统E1接口
性价比 高 中等
存在的问题 已纳入新建线路设计，在地铁项目中尚无开通案例 对新业务支持能力较弱
从表1的对照不难看出，IP软交换系统具有成本低、扩展性好、业务提供能力强等优点，可满足公务电话用户对系统扩展性、维护管理、业务提供等诸方面的需求。
四、城市轨道交通公务电话系统方案
为了适应IP数字化发展的需要，建议轨道交通公务电话系统采用下面两种解决方案：
方案一：在 TDM 电话交换基础平台上，叠加一体化嵌入式 IP 电话（VoIP）系统（又称一体化嵌入式软交换平台），称作前向发展模式。
在程控交换设备中内嵌IP处理模块，实现公务电话系统的IP业务功能。带IP功能的专用电话交换机既具有传统电路交换机的所有接口和电话组网功能，也具有与IP网络连接，布放IP电话、IP可视电话、软件电话、跨域放号等宽带组网功能。既可以在当前网络中起到网络交换节点的核心作用，又可在下一代网络（NGN）中作为接入网关（AG）存在，继续完成用户接入功能。本方案适用于TDM传统电话多于IP电话的规划设计。
方案二：在软交换交换中心平台上，配置中继/信令/接入网关，兼容传统 TDM 电话，称作后向兼容模式。
在车辆段设置软交换设备（softswitch）、网管服务器、应用服务器、数据库服务器、可视电话会议服务器（MCU）、集中语音邮箱、统一信息服务器、业务查询系统、以太网交换机等设备，在控制中心设置软交换设备（softswitch）、网管服务器、应用服务器、数据库服务器、以太网交换机等设备，并设置中继/信令网关（TG/SG），实现地铁公务电话系统与市内公用电话网的互联互通。在各车站设置接入网关（AG），作为用户接入局，负责完成本站公务电话用户的接入。
采用第一种模式时，当IP电话的数量增加，可以扩展软交换中心，将原有的TDM电路交换设备改为中继/信令/接入网关，在不中断正常通信的基础上，实现由第一种模式向纯软交换模式的平滑过渡。
五、结论
新一代的IP软交换，符合通信技术的发展趋势，能为城市轨道交通行业提供更简洁的组网，更方便的布放，更稳定的特性，更多的新业务功能，更低的建设维护成本。必将逐步取代TDM传统电路交换，成为城市轨道交通专用通信网的主流。
参考文献：
[1] 韦乐平．把握网络的演进性-实现转型的高效性[J]．人民邮电报，2008．
[2]徐培文，王鹰，尹宁旻．软交换及其管理技术[M]．机械工业出版社，2006．
[3] 唐黎，谷祥麟，刘伟．Coral Sea 软交换系统管理手册[M]．北京理工大学出版社，2009．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：软交换；TDM 电路交换；下一代网络（NGN）；公务电话；IP电话
Abstract: Based on the analysis of the evolution of telephone switching technology, this paper proposed two kinds of planning and design modes which meet the service telephone switching system in the current urban rail transit industry’s private communication network .Through comparing the basic performance between the IP soft switching system and the TDM traditional circuit switching system, the conclusions is that the soft switching will become the main trend in the rail transit telephone switching system.
Key words: Soft switching; TDM circuit switching; next generation network (NGN); service telephone; IP telephone
中圖分类号：U213.2文献标识码：A 文章编号：
一、引言
在人与人的信息交流中，语言始终是最重要的形式。无论数据通信、图像通信、信号系统、自动控制系统怎样发展，语音电话通信仍然是不可替代的。因此，规划建设好轨道交通公务电话系统非常必要。
公务电话系统主要用于地铁内部各部门之间的电话联系，为本工程的运营、管理、维修等部门的工作人员提供服务；地铁公务电话系统能与城市公用电话网连接，实现地铁用户与公网用户间的通信；可向地铁用户提供语音、数据、传真等通信服务业务。
在轨道交通专用电话系统出现重大故障时，公务电话系统还能作为专用电话的应急通信保护手段。
二、电话交换技术演进描述
1、电路交换技术
自1876年贝尔发明电话以来，电话交换技术先后经历了人工交换、步进制交换、纵横制交换、程控交换几个阶段。人工交换、步进制交换、纵横制交换采用模拟的空分交换制式，而程控交换技术也经过了模拟（空分）交换和数字（时分）交换的发展历程。
以上这些交换技术都属于电路交换范畴，它们的基本特点是：采用面向连接的方式，在主、被叫进行通信之前，需要为通信双方分配一条具有固定带宽的通信链路。在通信过程中，通信双方将一直占用所分配的资源，直到一方挂机，通信结束。并且，在电路的建立和释放过程中，都需要用到相关的信令协议。
电路交换的优点是，在通信过程中，可以保证为用户提供足够的固定带宽，不间断的物理连接，并且实时性强，时延小，交换设备成本较低；但同时带来的缺点是，网络的带宽利用率不高，一旦接续被建立，不管通信双方是否处于通话状态，分配的电路都一直被占用。数字时分（TDM）程控电话交换技术成熟，目前应用最多。
2、IP交换技术
高速（宽带）、智能、综合，是当前通信技术的发展方向。基于IP协议的国际互联网，已被ITU-T确立为下一代网络（NGN）的承载综合平台。成为未来信息网络的支柱技术。
IP网络基于TCP/IP协议，建立在包交换（分组交换）的技术架构之上，对每个分组（数据包），根据路由信息和网络情况独自进行传输和选路，具备高速（宽带）、综合、普及特性，除了用来传送数据业务之外，也成了图像、语音等多媒体信息的承载平台。
早在2000年，中国电信运营商已经明确规定，汇接局全部采用IP软交换设备，淘汰了原有的电路交换设备。
国际上IP电话发展更为迅速，Skype、Vonage、雅虎（YAHOO）在全球放号数亿。几乎在一夜之间，许多网络业务提供商，变成了名副其实的电信业务运营商。
当前，我国电信运营商在IP公网（ChinaNet）之外，还建设了专门用于通信的IP网络（CN2）。同时，在城市实现了光纤到大楼（FTTB），光纤到户（FTTH），采用OPON（无源光网络）、EPON（以太无源光网络）将IP宽带接通家家户户。
在IP承载网络上开放电话业务（即IP电话技术），已经成了通信技术发展的必然趋势。国际IP网络工程任务作业部（IETF）和国际电联（ITU-T）提出了支持IP电话的两种主流协议，这就是基于IMS（因特网多媒体子系统）架构的初始会话协议（SIP）和媒体网关控制协议（MGCP/H.248）；在IP电话初期借用过的ITU-T的综合业务数据网H.323协议群，逐渐淡出人们的视野。
IP 电话扩展了语音的处理能力，当前的IP软交换和VoIP系统，都具备G.711、G.723、G.729等语音编解码和语音数据压缩能力，并采用实时传输协议和实时传输控制协议（RTP/RTCP）来提高话音质量。
IP电话的成功应用，人们看到了业务融合的曙光，逐渐感受到IP网上传送话音业务的可行性和发展必然性。IP电话也在不断扩大的应用中，达到了较为理想的通信效果。因特网语音应用，尤其是IP电话，已经成为“三网合一”大潮中最引人注目的应用之一。
3、软交换技术
随着IP电话技术的发展，将网关呼叫控制和媒体交换的功能相分离，软交换的概念应运而生。国际电联ITU-T在2000年提出下一代网络（NGN）的定义，将软交换放置在控制层，形成了以IP网络为承载平台（传输层），以软交换为控制中心，包括接入层和业务层的NGN四层结构理念。
软交换虽然采用分组网络作为承载网络，但是从技术角度来讲，仍然可以看作是交换技术发展的又一个里程碑。
当前，无论对于电信公网还是专用电话网，都对软交换技术倾注了极大的热情，希望能够利用软交换技术来达到拓展业务种类、降低建设维护成本，增加市场份额的目的。
我国已经制定出了关于软交换和VoIP的一整套规范标准，包括，软交换及VoIP的名词术语定义，设备规范，技术规范，业务规范，测试规范以及组网方案等。软交换已经从试验、试用走向成熟和普及，人们对软交换和IP电话已不再陌生。
根据城市轨道交通公务电话系统的特点，用户分布在控制中心、车辆段、停车场和车站等网络节点上。除控制中心、车辆段用户相对集中外，各个车站用户数量较少，而软交换系统集中、智能的网络管理体系、灵活接入的方式，能够很好的适应城市轨道交通用户较为分散的特点。
三、IP 软交换系统与TDM程控交换系统对比
与程控交换系统相比，软交换系统的各项指标均能与其相当，部分指标更优于程控交换系统；从功能角度，软交换系统能够提供更多的新型业务，满足用户不断增长的新业务需求。表1列出了IP 软交换系统与TDM程控交换系统的主要特性对比。
表 1IP 软交换系统与TDM程控交换系统的主要特性
对比项目 IP 软交换系统 TDM程控交换系统
技术特点 基于分组网络的交换技术，呼叫控制功能与媒体处理功能相分离，并能通过纯软件实现 传统电路交换技术
可靠性 产品较为成熟，可靠性高 产品成熟，可靠性高
适用范围 适合集中或分散模式，组网方式灵活 适合集中型的模式
组网特点 组网灵活，可按需配置功能模块，工程实施方便，设备体积小，耗电量小。 组网模式相对固定
与支撑网络的接口 利用传输系统以太网接口 利用傳输系统E1接口
性价比 高 中等
存在的问题 已纳入新建线路设计，在地铁项目中尚无开通案例 对新业务支持能力较弱
从表1的对照不难看出，IP软交换系统具有成本低、扩展性好、业务提供能力强等优点，可满足公务电话用户对系统扩展性、维护管理、业务提供等诸方面的需求。
四、城市轨道交通公务电话系统方案
为了适应IP数字化发展的需要，建议轨道交通公务电话系统采用下面两种解决方案：
方案一：在 TDM 电话交换基础平台上，叠加一体化嵌入式 IP 电话（VoIP）系统（又称一体化嵌入式软交换平台），称作前向发展模式。
在程控交换设备中内嵌IP处理模块，实现公务电话系统的IP业务功能。带IP功能的专用电话交换机既具有传统电路交换机的所有接口和电话组网功能，也具有与IP网络连接，布放IP电话、IP可视电话、软件电话、跨域放号等宽带组网功能。既可以在当前网络中起到网络交换节点的核心作用，又可在下一代网络（NGN）中作为接入网关（AG）存在，继续完成用户接入功能。本方案适用于TDM传统电话多于IP电话的规划设计。
方案二：在软交换交换中心平台上，配置中继/信令/接入网关，兼容传统 TDM 电话，称作后向兼容模式。
在车辆段设置软交换设备（softswitch）、网管服务器、应用服务器、数据库服务器、可视电话会议服务器（MCU）、集中语音邮箱、统一信息服务器、业务查询系统、以太网交换机等设备，在控制中心设置软交换设备（softswitch）、网管服务器、应用服务器、数据库服务器、以太网交换机等设备，并设置中继/信令网关（TG/SG），实现地铁公务电话系统与市内公用电话网的互联互通。在各车站设置接入网关（AG），作为用户接入局，负责完成本站公务电话用户的接入。
采用第一种模式时，当IP电话的数量增加，可以扩展软交换中心，将原有的TDM电路交换设备改为中继/信令/接入网关，在不中断正常通信的基础上，实现由第一种模式向纯软交换模式的平滑过渡。
五、结论
新一代的IP软交换，符合通信技术的发展趋势，能为城市轨道交通行业提供更简洁的组网，更方便的布放，更稳定的特性，更多的新业务功能，更低的建设维护成本。必将逐步取代TDM传统电路交换，成为城市轨道交通专用通信网的主流。
参考文献：
[1] 韦乐平．把握网络的演进性-实现转型的高效性[J]．人民邮电报，2008．
[2]徐培文，王鹰，尹宁旻．软交换及其管理技术[M]．机械工业出版社，2006．
[3] 唐黎，谷祥麟，刘伟．Coral Sea 软交换系统管理手册[M]．北京理工大学出版社，2009．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。