互聯(lián)互通技術(shù)在地鐵TETRA集群通信中的應(yīng)用

徐剛

摘 要：文章主要分析了互聯(lián)互通技術(shù)在地鐵TETRA集群通信中的應(yīng)用，主要與南京地鐵的應(yīng)用需求相結(jié)合，重點研究了TETRA系統(tǒng)交換中心互聯(lián)的規(guī)劃實施，介紹了互聯(lián)方案、安全性和調(diào)度管理等涉及的問題和方案。通過增強關(guān)鍵業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通能力，以滿足未來線網(wǎng)中心的建設(shè)需求。

關(guān)鍵詞：TETRA;線網(wǎng)中心;地鐵;互聯(lián)互通

中圖分類號：U231.7 文獻標(biāo)識碼：A

在現(xiàn)今軌道交通行業(yè)中，不同線路之間的無線通信大部分是相互獨立的。發(fā)展初期，由于新建線路較少，在設(shè)計建設(shè)時并沒有過多預(yù)想線路間的無線通話需求。但是，隨著地鐵設(shè)施的不斷完善以及線網(wǎng)的形成，就不得不考慮全線網(wǎng)管理模式下的通信需求[1]。結(jié)合實際，TETRA系統(tǒng)互聯(lián)通信需求主要有以下幾類。

跨線作業(yè)：不同線路車輛因為生產(chǎn)需要，通過聯(lián)絡(luò)軌道跨線路運行作業(yè)，要求不同線路間能夠?qū)崿F(xiàn)車地間調(diào)度指揮通訊;檢修維保人員工作存在交集，需要跨線路、漫游通訊。

換乘車站管理：網(wǎng)絡(luò)化運營后，線路交錯換乘站增多。各條線路間換乘站站務(wù)管理人員存在業(yè)務(wù)上的交流，如換乘通道聯(lián)合疏散作業(yè)、出入口聯(lián)合引導(dǎo)管理、應(yīng)急事件聯(lián)合處置等等。需要利用各線路配發(fā)的移動臺互相通訊。

TCC調(diào)度：為了提高地鐵全線網(wǎng)的指揮能力，實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度、協(xié)調(diào)地鐵各線路的運營，并提高應(yīng)急響應(yīng)能力，構(gòu)建一座具有線網(wǎng)中央?yún)f(xié)調(diào)能力的TCC指揮中心非常重要。因此，會產(chǎn)生大量線網(wǎng)層的通信要求，包括統(tǒng)一調(diào)度功能。

1 系統(tǒng)互聯(lián)互通功能

1.1 互聯(lián)規(guī)劃

依照城市軌道交通網(wǎng)對無線通信功能的需求，軌道交通無線系統(tǒng)組網(wǎng)采用數(shù)字集群TETRA制式多基站小區(qū)制，并在技術(shù)條件允許的前提下，使各線路集群交換中心實現(xiàn)互聯(lián)互通和資源共享。以南京為例，地鐵采用“一線一建”的模式設(shè)計建設(shè)，因此對于線路間設(shè)備資源的共享考慮甚少，初期TETRA系統(tǒng)的功能僅限于達到自身線路的需求。后期線路的逐步增加，促使地鐵線網(wǎng)快速成型，網(wǎng)絡(luò)化運營對設(shè)備功能提出了新需求。為實現(xiàn)線路間TETRA系統(tǒng)資源共享和高效利用，在近幾年的TETRA系統(tǒng)工程前期設(shè)計及后期實施過程中，新建集群交換中心著重考慮到了互聯(lián)接口方面的預(yù)留。南京地鐵3號線MOTOROLA集群中心配置了兩套互聯(lián)網(wǎng)關(guān)路由設(shè)備（S6000路由器）作為互聯(lián)的核心硬件，已匯聚引入了2號線、S1號線、S7號線。另一方面，對不同品牌的集群設(shè)備加強互聯(lián)，如南京地鐵1號線（EADS）與3號線（MOTOROLA）在重點換乘站（南京南站），利用映射派接組的方式實現(xiàn)了有限的呼叫功能。未來TCC調(diào)度指揮中心建立后，各線集群交換中心無線調(diào)度系統(tǒng)將實現(xiàn)最大化的互通。結(jié)合改造出的新工程，后期將實現(xiàn)所有線路的調(diào)度終端、手持終端、車載終端在集群設(shè)備覆蓋范圍內(nèi)的自由無縫漫游，甚至還可以實現(xiàn)集群的所有功能[2]。

目前，南京地鐵已經(jīng)建立了基于1、2、3、4、S3、S8、S9號線的7座集群交換中心（其中MOTOROLA集群交換中心6座，EADS集群交換中心1座）。按照遠期規(guī)劃，3號線和7號線將作為TETRA集群匯聚的核心節(jié)點，陸續(xù)接入已建、在建和待建的線路，未來將建成雙星型拓撲組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，具體拓撲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.2 方案實施

TETRA集群交換中心之間實現(xiàn)互聯(lián)功能，對現(xiàn)有線路的運營影響較小，通過建設(shè)新線路集群交換中心，可以完成一系列軟硬件擴容升級項目，逐步滿足互聯(lián)互通規(guī)劃功能要求?；ヂ?lián)后的系統(tǒng)實現(xiàn)了跨集群交換中心的通信管理，同時原有系統(tǒng)也保持相互獨立，中心交換設(shè)備、基站設(shè)備、終端設(shè)備、路由網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等各自獨立進行管理，每個網(wǎng)絡(luò)可以獨自管理自己的資源而互不影響。工程流程可分為以下幾個階段。

1.2.1 聯(lián)絡(luò)階段

由地鐵建設(shè)方和設(shè)備商共同制定新建交換中心的詳細實施目標(biāo)、進度計劃。各線路按照規(guī)劃確保網(wǎng)絡(luò)各項參數(shù)統(tǒng)一完整，編號規(guī)則正確，網(wǎng)絡(luò)邊界、漫游方式、系統(tǒng)資源、頻率規(guī)劃、用戶漫游功能、切換規(guī)則等達成共識，并形成文件作為依據(jù)。

1.2.2 準(zhǔn)備階段

設(shè)備商對新建系統(tǒng)的所有軟硬件調(diào)試完成;既有線路系統(tǒng)需擴容的硬件設(shè)備、升級軟件需提前到位或預(yù)安裝;完成系統(tǒng)健康檢查，保證互聯(lián)后的線網(wǎng)系統(tǒng)版本、參數(shù)、功能保持兼容或一致;做好割接失敗的回退預(yù)想和準(zhǔn)備。

1.2.3 實施階段

考慮對運營可能產(chǎn)生的影響，既有線路系統(tǒng)的擴容升級需停運后實施，并分模塊階段性完成改造升級，如硬件增設(shè)、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)優(yōu)化、數(shù)據(jù)修改等，做好割接準(zhǔn)備。

完成新建系統(tǒng)互聯(lián)軟硬件的功能調(diào)試，并做好功能測試，做好割接準(zhǔn)備。

實施具體操作，如數(shù)據(jù)庫上載更新生效、系統(tǒng)版本更新生效、新硬件重啟生效等。測試獨立系統(tǒng)功能和跨線漫游語音、數(shù)據(jù)等互聯(lián)業(yè)務(wù)。

功能監(jiān)測觀察，集群交換中心完成互聯(lián)互通后，需要一定周期觀察運行的穩(wěn)定性，一般周期為30天。運營單位配合設(shè)備商完成日常檢測及周邊功能測試保障。

2 關(guān)鍵問題及方案

2.1 TETRA系統(tǒng)互聯(lián)方式

現(xiàn)今，城市軌道交通行業(yè)已探索實踐出了多種方案來實現(xiàn)TETRA系統(tǒng)功能的互聯(lián)互通，主要分為以下幾種。

2.1.1 同品牌集群設(shè)備互聯(lián)

操作較為容易，集群交換中心之間需要保證軟硬件版本一致，同時基站可升級且軟硬件兼容;全線網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)及終端需要進一步規(guī)劃與調(diào)整。一般既有線系統(tǒng)需要通過升級改造來兼容新業(yè)務(wù)功能[3]。

2.1.2 不同品牌車站終端層面互聯(lián)

利用互聯(lián)網(wǎng)關(guān)控制器實現(xiàn)跨品牌互聯(lián)，是行業(yè)采用較多的方案，該方式利用空中接口與E1線實現(xiàn)系統(tǒng)少量通話組的互聯(lián)互通。南京地鐵3號線采用MOTOROLA Dimetra IP系統(tǒng)的調(diào)度臺，對本系統(tǒng)內(nèi)的通話組與1號線的EADS系統(tǒng)的重要通話組進行派接，派接利用互聯(lián)網(wǎng)關(guān)控制器提供的4線音頻中繼接口接入EADS固定臺的終端信號，設(shè)定好的漫游通話組（均配置在EADS、MOTOROLA系統(tǒng)內(nèi)），通過派接的方式可實現(xiàn)系統(tǒng)間漫游通話。

2.1.3 不同品牌集群交換中心互聯(lián)

可考慮采用交換機層面的電信級SIP網(wǎng)關(guān)解決。SIP互聯(lián)網(wǎng)關(guān)采用的是基于TETRA語音（個呼、組呼）、數(shù)據(jù)（識別、短數(shù)據(jù)）接口的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)轉(zhuǎn)換協(xié)議。RFC3261語音呼叫信令和RFC3428短數(shù)據(jù)信令作為SIP協(xié)議的控制信令，其組呼語音格式為“30ms PCMA”;個呼語音格式為“20ms PCMA”;短數(shù)據(jù)格式為“SDP/Plain Text”。該方式不會改變集群系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，只需要在系統(tǒng)軟件中進行配置、設(shè)置、修改即可，這需要設(shè)備商之間的接口技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)相兼容，難度較大。

2.2 互聯(lián)安全性

南京地鐵集群交換中心MOTOROLA TETRA系統(tǒng)基于多個ZONE（區(qū)域）管理構(gòu)架，對應(yīng)線路規(guī)劃細分IP。ZONE管理區(qū)域有各自獨立的網(wǎng)段，之間的互聯(lián)通過EXIT ROUT路由器、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備過濾轉(zhuǎn)發(fā)完成跨接，實現(xiàn)集群中心的數(shù)據(jù)交換，安全性較高。

2.3 調(diào)度管理

實現(xiàn)互聯(lián)互通后，各交換中心、線路系統(tǒng)間要想實現(xiàn)集中和分線管理，就要借助VPN虛擬專網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)設(shè)備、用戶、調(diào)度、數(shù)據(jù)等多方面的統(tǒng)籌管理。其可以使多個用戶單位共享數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)資源，網(wǎng)絡(luò)中的所有服務(wù)和功能都可以按要求合理地分配。

2.3.1 同一虛擬專網(wǎng)下可獨立調(diào)度和用戶管理

網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)度臺和用戶可以在各自的虛擬網(wǎng)中進行通信和工作調(diào)度，互不干涉。用戶具備高度的通信保密性以及對虛擬專網(wǎng)用戶的高度控制性，虛擬專網(wǎng)之間的通信不會相互干擾。系統(tǒng)可以定義每個調(diào)度臺在各自虛擬專網(wǎng)中的通信和管理的范圍、權(quán)限。

2.3.2 不同虛擬專網(wǎng)允許可控方式下的相互通信

多個虛擬專網(wǎng)有分配公共通話組的功能，并可設(shè)置高級別的調(diào)度員權(quán)限，該權(quán)限能管理多個不同虛擬專網(wǎng)用戶，并與之通信。如創(chuàng)建一個包含來自不同虛擬專網(wǎng)的多個用戶的臨時通話組，并且允許在緊急狀況下，利用被授權(quán)的調(diào)度臺將不同虛擬專網(wǎng)的用戶進行動態(tài)重組，共同處理某個突發(fā)事件，實現(xiàn)不同部門間的協(xié)同工作。

3 結(jié)語

目前，數(shù)字集群技術(shù)已成為軌道交通調(diào)度指揮、搶險救災(zāi)及運營維修、移動通信的首選制式，TETRA技術(shù)因多項專網(wǎng)適用技術(shù)而被國內(nèi)外軌道交通領(lǐng)域廣泛采用。TETRA系統(tǒng)互聯(lián)互通功能的實現(xiàn)，提升了城市軌道通信效率，符合網(wǎng)絡(luò)化運營的發(fā)展需求。受不同品牌集群設(shè)備互聯(lián)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)不夠成熟的限制，軌道交通TETRA系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通基本限制于終端級的互聯(lián)應(yīng)用，還需要不斷地探索研究。

參考文獻

[1] 何方.地鐵TETRA集群無線通信系統(tǒng)與政務(wù)網(wǎng)互聯(lián)方案研討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（21）：32-33.

[2] 李三江，蔣國華.城市軌道交通線網(wǎng)中心TETRA系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機與網(wǎng)絡(luò)，2017，43（13）：69-72.

[3] 周承吳.廣州地鐵無線集群系統(tǒng)互聯(lián)互通解決方案[J].鐵道通信信號，2014，50（04）：67-69.