互聯互通技術在地鐵TETRA集群通信中的應用

徐剛

摘 要：文章主要分析了互聯互通技術在地鐵TETRA集群通信中的應用，主要與南京地鐵的應用需求相結合，重點研究了TETRA系統交換中心互聯的規劃實施，介紹了互聯方案、安全性和調度管理等涉及的問題和方案。通過增強關鍵業務的互聯互通能力，以滿足未來線網中心的建設需求。

關鍵詞：TETRA;線網中心;地鐵;互聯互通

中圖分類號：U231.7 文獻標識碼：A

在現今軌道交通行業中，不同線路之間的無線通信大部分是相互獨立的。發展初期，由于新建線路較少，在設計建設時并沒有過多預想線路間的無線通話需求。但是，隨著地鐵設施的不斷完善以及線網的形成，就不得不考慮全線網管理模式下的通信需求[1]。結合實際，TETRA系統互聯通信需求主要有以下幾類。

跨線作業：不同線路車輛因為生產需要，通過聯絡軌道跨線路運行作業，要求不同線路間能夠實現車地間調度指揮通訊;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：網絡化運營后，線路交錯換乘站增多。各條線路間換乘站站務管理人員存在業務上的交流，如換乘通道聯合疏散作業、出入口聯合引導管理、應急事件聯合處置等等。需要利用各線路配發的移動臺互相通訊。

TCC調度：為了提高地鐵全線網的指揮能力，實現統一調度、協調地鐵各線路的運營，并提高應急響應能力，構建一座具有線網中央協調能力的TCC指揮中心非常重要。因此，會產生大量線網層的通信要求，包括統一調度功能。

1 系統互聯互通功能

1.1 互聯規劃

依照城市軌道交通網對無線通信功能的需求，軌道交通無線系統組網采用數字集群TETRA制式多基站小區制，并在技術條件允許的前提下，使各線路集群交換中心實現互聯互通和資源共享。以南京為例，地鐵采用“一線一建”的模式設計建設，因此對于線路間設備資源的共享考慮甚少，初期TETRA系統的功能僅限于達到自身線路的需求。后期線路的逐步增加，促使地鐵線網快速成型，網絡化運營對設備功能提出了新需求。為實現線路間TETRA系統資源共享和高效利用，在近幾年的TETRA系統工程前期設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接口方面的預留。南京地鐵3號線MOTOROLA集群中心配置了兩套互聯網關路由設備（S6000路由器）作為互聯的核心硬件，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備加強互聯，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了有限的呼叫功能。未來TCC調度指揮中心建立后，各線集群交換中心無線調度系統將實現最大化的互通。結合改造出的新工程，后期將實現所有線路的調度終端、手持終端、車載終端在集群設備覆蓋范圍內的自由無縫漫游，甚至還可以實現集群的所有功能[2]。

目前，南京地鐵已經建立了基于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）。按照遠期規劃，3號線和7號線將作為TETRA集群匯聚的核心節點，陸續接入已建、在建和待建的線路，未來將建成雙星型拓撲組網結構，具體拓撲系統結構圖如圖1所示。

1.2 方案實施

TETRA集群交換中心之間實現互聯功能，對現有線路的運營影響較小，通過建設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，逐步滿足互聯互通規劃功能要求。互聯后的系統實現了跨集群交換中心的通信管理，同時原有系統也保持相互獨立，中心交換設備、基站設備、終端設備、路由網絡、數據庫等各自獨立進行管理，每個網絡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 聯絡階段

由地鐵建設方和設備商共同制定新建交換中心的詳細實施目標、進度計劃。各線路按照規劃確保網絡各項參數統一完整，編號規則正確，網絡邊界、漫游方式、系統資源、頻率規劃、用戶漫游功能、切換規則等達成共識，并形成文件作為依據。

1.2.2 準備階段

設備商對新建系統的所有軟硬件調試完成;既有線路系統需擴容的硬件設備、升級軟件需提前到位或預安裝;完成系統健康檢查，保證互聯后的線網系統版本、參數、功能保持兼容或一致;做好割接失敗的回退預想和準備。

1.2.3 實施階段

考慮對運營可能產生的影響，既有線路系統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、數據備份、數據優化、數據修改等，做好割接準備。

完成新建系統互聯軟硬件的功能調試，并做好功能測試，做好割接準備。

實施具體操作，如數據庫上載更新生效、系統版本更新生效、新硬件重啟生效等。測試獨立系統功能和跨線漫游語音、數據等互聯業務。

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

2 關鍵問題及方案

2.1 TETRA系統互聯方式

現今，城市軌道交通行業已探索實踐出了多種方案來實現TETRA系統功能的互聯互通，主要分為以下幾種。

2.1.1 同品牌集群設備互聯

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;全線網的網絡及終端需要進一步規劃與調整。一般既有線系統需要通過升級改造來兼容新業務功能[3]。

2.1.2 不同品牌車站終端層面互聯

利用互聯網關控制器實現跨品牌互聯，是行業采用較多的方案，該方式利用空中接口與E1線實現系統少量通話組的互聯互通。南京地鐵3號線采用MOTOROLA Dimetra IP系統的調度臺，對本系統內的通話組與1號線的EADS系統的重要通話組進行派接，派接利用互聯網關控制器提供的4線音頻中繼接口接入EADS固定臺的終端信號，設定好的漫游通話組（均配置在EADS、MOTOROLA系統內），通過派接的方式可實現系統間漫游通話。

2.1.3 不同品牌集群交換中心互聯

可考慮采用交換機層面的電信級SIP網關解決。SIP互聯網關采用的是基于TETRA語音（個呼、組呼）、數據（識別、短數據）接口的標準工業轉換協議。RFC3261語音呼叫信令和RFC3428短數據信令作為SIP協議的控制信令，其組呼語音格式為“30ms PCMA”;個呼語音格式為“20ms PCMA”;短數據格式為“SDP/Plain Text”。該方式不會改變集群系統結構，只需要在系統軟件中進行配置、設置、修改即可，這需要設備商之間的接口技術和標準相兼容，難度較大。

2.2 互聯安全性

南京地鐵集群交換中心MOTOROLA TETRA系統基于多個ZONE（區域）管理構架，對應線路規劃細分IP。ZONE管理區域有各自獨立的網段，之間的互聯通過EXIT ROUT路由器、網關等設備過濾轉發完成跨接，實現集群中心的數據交換，安全性較高。

2.3 調度管理

實現互聯互通后，各交換中心、線路系統間要想實現集中和分線管理，就要借助VPN虛擬專網技術來實現設備、用戶、調度、數據等多方面的統籌管理。其可以使多個用戶單位共享數字集群網絡資源，網絡中的所有服務和功能都可以按要求合理地分配。

2.3.1 同一虛擬專網下可獨立調度和用戶管理

網絡中的調度臺和用戶可以在各自的虛擬網中進行通信和工作調度，互不干涉。用戶具備高度的通信保密性以及對虛擬專網用戶的高度控制性，虛擬專網之間的通信不會相互干擾。系統可以定義每個調度臺在各自虛擬專網中的通信和管理的范圍、權限。

2.3.2 不同虛擬專網允許可控方式下的相互通信

多個虛擬專網有分配公共通話組的功能，并可設置高級別的調度員權限，該權限能管理多個不同虛擬專網用戶，并與之通信。如創建一個包含來自不同虛擬專網的多個用戶的臨時通話組，并且允許在緊急狀況下，利用被授權的調度臺將不同虛擬專網的用戶進行動態重組，共同處理某個突發事件，實現不同部門間的協同工作。

3 結語

目前，數字集群技術已成為軌道交通調度指揮、搶險救災及運營維修、移動通信的首選制式，TETRA技術因多項專網適用技術而被國內外軌道交通領域廣泛采用。TETRA系統互聯互通功能的實現，提升了城市軌道通信效率，符合網絡化運營的發展需求。受不同品牌集群設備互聯技術與標準不夠成熟的限制，軌道交通TETRA系統之間的互聯互通基本限制于終端級的互聯應用，還需要不斷地探索研究。

參考文獻

[1] 何方.地鐵TETRA集群無線通信系統與政務網互聯方案研討[J].科技創新與應用，2014（21）：32-33.

[2] 李三江，蔣國華.城市軌道交通線網中心TETRA系統設計[J].計算機與網絡，2017，43（13）：69-72.

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