城市軌道交通跨線運營集群調(diào)度系統(tǒng)互通方案

占三毛，鄭儆醒，陳馳騁

（1.北京中興高達通信技術(shù)有限公司，南京 210012；2.溫州市鐵路于軌道交通投資集團有限公司，浙江溫州 325000）

1 引言

集群調(diào)度系統(tǒng)是在城市軌道交通行車安全類業(yè)務(wù)中，為調(diào)度員、車站值班員等與列車司機、站務(wù)、防災(zāi)、維修等移動用戶之間提供迅速、有效的通信手段。在城市軌道交通建設(shè)早期，列車調(diào)度業(yè)務(wù)基本采用歐州標(biāo)準(zhǔn)的陸上集群無線TETRA（Terrestrial Trunked Radio）系統(tǒng)，但TETRA 系統(tǒng)存在造價貴、需求響應(yīng)慢以及不開放互聯(lián)接口等問題。2014年8 月，溫州市域S1 線一期工程開始采用TD-LTE（TD-SCDMA Long Term Evolution）技術(shù)替代TETRA實現(xiàn)寬帶集群調(diào)度系統(tǒng)。2016 年，城市軌道交通LTE-M（Long Term Evolution-Metro）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)明確采用我國自主知識產(chǎn)權(quán)的B-TrunC（Broadband Trunking Communication）標(biāo)準(zhǔn)寬帶集群實現(xiàn)列調(diào)業(yè)務(wù)[1]，到目前為止B-TrunC 寬帶集群系統(tǒng)已是各城市軌道交通的新建新路和老線改造優(yōu)先選項。隨著我國城市軌道交通智能化發(fā)展，跨線運營，互聯(lián)互通需求日益增加，因此，目前新建線路和老線改造時在跨線運營場景下如何實現(xiàn)集群系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通是目前城軌建設(shè)迫切需要解決的問題。

2 集群調(diào)度系統(tǒng)互聯(lián)需求

綜合目前國內(nèi)城市軌道交通列車調(diào)度集群系統(tǒng)的建設(shè)情況，目前主流制式有LTE-M 集群和TETRA集群系統(tǒng)，新建線路逐步采用LTE-M 集群。以新建項目跨線運營互通需求為出發(fā)點，探討在工程建設(shè)方案設(shè)計中跨線運營場景下集群系統(tǒng)跨線的互通方案，在線路之間均采用LTE-M 集群系統(tǒng)的情況下，需要實現(xiàn)LTE-M 和LTE-M 系統(tǒng)之間互通，即LTE-M_LTE-M 場景；在對接線路采用TETRA制式無線集群調(diào)度系統(tǒng)時需要實現(xiàn)LTE-M 和TETRA系統(tǒng)集群業(yè)務(wù)之間倒切，即LTE-M_TETRA場景；TETRA集群系統(tǒng)之間的互通方案[2]已有相關(guān)的研究成功，本文不再贅述。

3 LTE-M_LTE-M場景集群互聯(lián)互通方案

LTE-M 集群功能遵從國內(nèi)寬帶集群B-TrunC 標(biāo)準(zhǔn)，B-TrunC 標(biāo)準(zhǔn)從2012 年立項以來，發(fā)展到目前的互聯(lián)互通成熟應(yīng)用階段，B-TrunC 標(biāo)準(zhǔn)定義了集群業(yè)務(wù)跨系統(tǒng)漫游互通的架構(gòu)、功能和接口?？赏ㄟ^集群核心網(wǎng)之間接口互通、終端和基站空口互通以及終端和核心網(wǎng)之間接口互通實現(xiàn)跨線的集群和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的連續(xù)性。相對于TETRA系統(tǒng)接口不開放，互聯(lián)互通困難，這是B-TrunC 集群的絕對優(yōu)勢。

B-TrunC 集群系統(tǒng)包括核心網(wǎng)、基站和集群終端等部分，根據(jù)B-TrunC 協(xié)議跨核心網(wǎng)的組網(wǎng)架構(gòu)[3]實現(xiàn)跨線集群業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通，滿足跨線運營的實施方案如下：

1）通過集群空口對接實現(xiàn)集群終端接入互通線路的無線基站；

2）通過集群終端和核心網(wǎng)之間接口對接實現(xiàn)終端接入互通線路LTE-M 系統(tǒng)的核心網(wǎng)

3）拉通互通線路之間的核心網(wǎng)物理鏈路，實現(xiàn)核心網(wǎng)接口S10/S5/S6a/Tc2 邏輯接口對接調(diào)試；

4）線路無線系統(tǒng)覆蓋要求線路間無線網(wǎng)絡(luò)在切換區(qū)的重疊覆蓋（如在聯(lián)絡(luò)線附近）滿足集群業(yè)務(wù)跨系統(tǒng)的切換可靠性要求；

5）集群功能要實現(xiàn)跨系統(tǒng)編組，線路1 的群組能配置線路2 系統(tǒng)用戶作為組成員；

6）調(diào)度的二次開發(fā)系統(tǒng)和信號列車自動監(jiān)控ATS（Automatic Train Supervision）系統(tǒng)對接，實現(xiàn)跨線的自動轉(zhuǎn)組；

7）終端和系統(tǒng)的IP 地址的規(guī)劃避免重復(fù)。

4 LTE-M_TETRA場景集群互聯(lián)互通方案

TETRA和LTE 通信制式完全不同，不能實現(xiàn)空口的互通，且多數(shù)場景下TETRA系統(tǒng)交換中心互聯(lián)互通接口開放不夠，也無法實現(xiàn)集群交換中心和異系統(tǒng)互聯(lián)對接?？缇€運營場景下，跨線移動的集群終端主要是車載臺，下面主要介紹采用不同模式雙模車載臺實現(xiàn)不同制式集群系統(tǒng)跨線運營場景下集群業(yè)務(wù)實現(xiàn)跨線倒切解決方案。

按城市軌道交通的集群調(diào)度系統(tǒng)行業(yè)建設(shè)習(xí)慣，無論是TETRA系統(tǒng)還是LTE-M 系統(tǒng)，對于車載臺終端都是由相應(yīng)的通信模塊和二次開發(fā)部分組成，調(diào)度臺部分是集群通信系統(tǒng)提供二次開發(fā)接口由二次開發(fā)廠家按調(diào)度使用進行二次開發(fā)，本文下面的方案也基于此模式展開描述。

4.1 B-Tr unC+TETRA雙模車載臺方案

跨線運營場景存在B-TrunC 和TETRA兩種制式集群系統(tǒng)互通需求時，可通過B-TrunC+TETRA 雙模車臺的方式實現(xiàn)車地集群業(yè)務(wù)的跨線的倒切，相關(guān)組網(wǎng)架構(gòu)示意圖如圖1所示，具體方案如下。

圖1 B-Tr unC+TETRA雙模車載臺跨線組網(wǎng)示意圖

圖2 專網(wǎng)集群+VoI P 集群對講雙模組網(wǎng)示意圖

1）跨線運營的各線路車輛的車載臺均需要安裝B-TrunC+TETRA的雙模車載臺，車載天線和合路器要支持兩種制式，和既有開通運營線路互通時需要完成對運營車輛的改造。

2）雙模車載臺的集群應(yīng)用二次開發(fā)的App 實現(xiàn)B-TrunC和TETRA兩種制式模塊的業(yè)務(wù)兼容，使得人機操作界面對通信模塊工作的無線網(wǎng)絡(luò)的切換無感知。

3）在線路間的聯(lián)絡(luò)線處實現(xiàn)TETRA和LTE-M 網(wǎng)絡(luò)采用交疊覆蓋，保障車輛上下行行車在轉(zhuǎn)換調(diào)度權(quán)時相應(yīng)制式的模塊能充分入網(wǎng)，此時車載臺的TETRA通信模塊注冊在TETRA集群系統(tǒng)，B-TrunC 集群模塊注冊到B-TrunC 集群系統(tǒng)。

4）列車行駛在交疊區(qū)，二次開發(fā)的調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)列車自動監(jiān)控ATS 系統(tǒng)提供的位置和行車的方向等因素實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)組功能，轉(zhuǎn)換到目標(biāo)線路的工作組中。

4.2 專網(wǎng)集群+VoI P 集群對講雙模車載臺方案

既有運營線路B-TrunC+TETRA 雙模車臺方案車輛改造比較大，工程實施難度較高，車輛的改造主要困難還是車載天線等天饋部分的改造，而車臺主機部分可以按既有尺寸和接口開發(fā)，整機替換相對比較容易實施。在解決了車地?zé)o線數(shù)據(jù)跨線互通的前提下，本文提出車載臺借道車地?zé)o線的數(shù)據(jù)通道實現(xiàn)專網(wǎng)集群+VoIP 集群對講雙模方案，組網(wǎng)架構(gòu)示意圖如2 所示，具體方案如下。

1）車載臺集群二次開發(fā)App 在對接B-TrunC 或TETRA 的同時，實現(xiàn)VoIP 集群對講應(yīng)用。

2）線路的控制中心部署VoIP 集群對講應(yīng)用服務(wù)器，VoIP集群對講應(yīng)用服務(wù)器提供二次開發(fā)接口供二次開發(fā)；VoIP 集群不受限于終端設(shè)備和地面應(yīng)用服務(wù)器之間的無線通信管道的通信制式，可以是WLAN、2/3/4/5G 移公眾網(wǎng)絡(luò)或LTE-M分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等。本方案采用車地?zé)o線數(shù)據(jù)通道，將車載臺主機通過以太網(wǎng)口接入車載數(shù)據(jù)終端，通過車載數(shù)據(jù)終端和地面的數(shù)據(jù)通道實現(xiàn)車載臺和控制中心應(yīng)用服務(wù)器之間通信。

3）二次開發(fā)的調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）提供的位置和行車的方向等因素實現(xiàn)跨線專網(wǎng)集群應(yīng)用的切換，某列車從TETRA 網(wǎng)絡(luò)切換到LTE 網(wǎng)絡(luò)下實現(xiàn)從TETRA 集群切換為VoIP 集群，該車回到TETRA 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，要從VoIP 集群切換為TETRA 集群模式，同時實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)組功能。

4）二次開發(fā)的調(diào)度系統(tǒng)通過TETRA 系統(tǒng)開放的調(diào)度接口實現(xiàn)可同時調(diào)度TETRA 和VoIP 集群用戶，通過在二開調(diào)度臺實現(xiàn)群組派接，從而實現(xiàn)TETRA 和VoIP 用戶的混合編組呼叫。

5）二次開發(fā)的調(diào)度系統(tǒng)通過LTE-M 的B-TrunC 系統(tǒng)開放的調(diào)度接口實現(xiàn)可同時調(diào)度B-TrunC 和VoIP 集群用戶，通過在二開調(diào)度臺或著B-TrunC 系統(tǒng)實現(xiàn)組派接，從而實現(xiàn)B-TrunC 和VoIP 用戶的混合編組呼叫。

此外，本方案解決跨線運營的同時，可以考慮在本線路下，啟用VoIP 對講作為專網(wǎng)集群對講的備份模式，提升集群對講的可靠性。

4.3 方案對比分析

兩個方案有較大的相通之處，也存在車輛改造需求和地面系統(tǒng)改造的不同，優(yōu)劣勢如表1 所示。

表1 LTE-M_TETRA場景互通方案對比分析表

5 結(jié)語

城市軌道交通跨線運營集群調(diào)度系統(tǒng)互聯(lián)互通的方案的選擇，除了技術(shù)因素外，還涉及管理模式、運營模式和建設(shè)條件等不同的因素，解決互通技術(shù)問題是互通的前提和基礎(chǔ)，單一通信制式下的互聯(lián)互通相對復(fù)雜度要低，不同制式的互聯(lián)互通難度較大，但從保護既有投資的角度出發(fā)，兼顧考慮降低對既有運營線路的改造工程對線路運營和安全的影響，實現(xiàn)跨制式的集群系統(tǒng)互通意義重大，值得深入研究和實踐摸索。