DRTD系統固定電臺控制設備管控模塊設計與實現

張恩碩，周天庶，高 皋，師 進，張 馳

（1.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2.中國鐵路上海局集團有限公司，上海 200080）

1 系統總體概述

1.1 背景

國內鐵路無線列調通信技術和列車通信設備的發展，原有450 MHz 頻段業務逐漸轉移到公眾對講機頻點或其他符合規劃的對講機頻點，鐵路無線列調系統中的450 MHz 無線通信將逐步從模擬制式向數字制式演進，即列車數字無線調度通信系統（Digital Radio Communication System for Train Dispatching，DRTD）。DRTD 具有語音與數據同傳、支持個呼和組呼、頻譜利用率較高、抗干擾能力較強等優勢。本文主要對DRTD 中的固定電臺控制設備的管控模塊進行設計與開發。

1.2 系統結構

數字無線調度通信系統包括數字列調接口服務器、固定電臺控制設備（中心設備）、固定電臺（車站電臺）、調度操作臺、車站操作臺、網絡管理設備、數據管理設備、管控設備、出入庫檢測設備和維修工裝等設備。系統構成如圖 1 所示。

圖1 系統構成示意Fig.1 System structure diagram

其中，數字列調接口服務器主要負責存儲固定電臺控制設備上報的CIR 位置信息，接收固定電臺控制設備的呼叫請求，進行呼叫轉發等功能。固定電臺控制設備主要進行呼叫管理、數據業務管理、位置管理和呼叫路由等功能。固定電臺主要支持位置管理、呼叫路由、呼叫管理等功能。

本文主要討論固定電臺控制設備中的固定電臺管控模塊，通過各子模塊設計，用于實現DRTD 系統中的業務管理以及位置管理功能。

2 模塊設計

2.1 模塊設計概述

固定電臺控制設備的管控模塊主要分為4 個部分：主控模塊、注冊模塊、心跳模塊以及業務模塊，如圖2 所示。其中，主控模塊負責整個系統的數據接收功能，主要負責接收調度操作臺、固定電臺以及數字列調接口服務器的數據，并對其進行初步解析分類，將其發送給對應模塊處理。注冊模塊負責注冊數據的解析與存儲，包括調度操作臺、固定電臺及其所屬設備的注冊、注銷等注冊數據。心跳模塊負責管理固定電臺控制設備與調度操作臺、固定電臺、數字列調接口服務器以及其他固定電臺控制設備的心跳，監管網絡連接狀況。業務模塊負責調度命令、進路預告、車次號校核等數據的轉發與存儲。

圖2 固定電臺控制設備管控模塊結構Fig.2 Control module structure of fixed station control equipment

2.2 主控模塊設計

固定電臺控制設備需要與調度操作臺、固定電臺以及數字列調接口服務器進行數據交互。固定電臺控制設備收到數據之后，通過判斷數據的業務類型，將數據發送給相應模塊進行處理：若數據是心跳數據，則將數據發送到心跳模塊進行處理；若是調度命令或進路預告業務數據，則將數據發送到業務模塊處理；若收到的數據是終端注冊數據，則需要判斷是單一終端注冊數據還是批量注冊同步數據，對于單一終端的注冊數據，直接將數據發送到注冊模塊處理，對于批量注冊同步數據，由于數據量比較大，采用分包傳輸發送到注冊模塊處理。

固定電臺控制模塊在收到注冊同步數據后，會判斷當前注冊數據是否完整。如果數據完整，且對比本地數據庫有更新內容，則將數據放入緩存，認為本條注冊同步數據是可靠的，但是為了避免數據庫頻繁變化導致數據的不可靠，需要判斷本次同步數據與上一次存儲的同步數據是否相同，若相同，則將同步數據發送到注冊模塊；若不相同，則將上一次注冊同步數據從緩存刪除，將本次注冊同步數據放入緩存，作為下一次注冊同步數據的比對基準。

2.3 注冊模塊設計

注冊模塊用于處理調度操作臺、固定電臺、數字列調接口服務器以及其他固定電臺控制設備的注冊數據。

注冊模塊收到主控模塊的注冊數據之后，通過判斷數據中的業務數據類型，區分注冊數據是單一終端注冊數據還是車站的注冊同步數據。單一終端注冊通知數據又分為注冊、注銷和越區數據。對于越區數據，固定電臺控制設備收到車站越區數據后，會通知原車站所屬固定電臺將終端數據進行注銷，然后通知數字列調接口服務器，向數字列調接口服務器發送注冊與注銷通知。對于注冊同步數據，固定電臺會定期向固定電臺控制設備發送注冊同步數據，固定電臺控制設備通過建立一個固定電臺的線程池，管理所有車站的注冊同步數據，通過解析注冊同步數據，獲取注冊數據中所有列車CIR、操作臺和手臺的注冊數據，將注冊數據寫入數據庫表。

2.4 心跳模塊設計

固定電臺控制設備要維護與其連接的所有調度操作臺、固定電臺、數字列調接口服務器以及調度區段其他固定電臺控制設備的心跳。固定電臺控制設備與固定電臺、調度操作臺維持單向心跳，單向心跳遵循向上行發送心跳的原則，固定電臺控制設備啟動后會創建相應的調度操作臺和固定電臺的線程池，等待接收固定電臺以及調度操作臺的心跳，并開啟超時機制。若30 s 內沒有收到相應調度操作臺或固定電臺的心跳，則將連接狀態判定為斷開連接狀態，并持續等待接收對端心跳，直到收到調度操作臺或固定電臺的心跳，將連接狀態置為已連接狀態。對于數字列調接口服務器與其他固定電臺控制設備，需采用雙向心跳進行連接，固定電臺控制設備啟動之后，需要與每個固定電臺控制設備或數字列調接口服務器建立兩個線程：一個線程主動向對方發送心跳數據，并等待接收心跳回執數據，另一個線程開啟后等待接收對端的心跳數據，兩個線程同時開啟超時判定，當某一個線程出現數據接收超時之后，即判定為連接斷開。

2.5 業務模塊設計

業務數據主要包括車次號校核數據、調度命令、調度命令自動簽收數據、調度命令手動簽收數據、進路預告數據等。業務模塊收到主控模塊的數據之后，判斷業務類型，若是調度命令或進路預告數據，根據數據中的機車功能號，找到機車所屬固定電臺，將數據下發。若是車次號校核或者是簽收數據，則將數據發送到數字列調接口服務器，同時對進路預告、調度命令和無線車次號校核數據進行存儲。

2.6 數據重傳機制

由于本系統中數據均采用UDP 進行數據傳輸，為了確保數據的可靠傳輸，本系統中采用數據確認重傳機制，每次系統發送注冊數據或業務數據之后，將數據放入重傳緩存池，重傳數據內容包含數據的目的地址、序列號以及數據本身。數據放入緩存的同時，對每個重傳數據設定一個定時器，并開啟定時任務。本系統中設定300 ms 未收到確認數據則判定為數據超時，此時將數據進行重傳；若300 ms 內收到對端的確認數據，則將對應定時任務取消，并將重傳數據從緩存池中刪除。

3 軟件實現與應用

目前，本文介紹的模塊及相關系統已經完成樣機開發，并在某鐵路試驗線上進行了測試與應用。在現場試驗中，系統能夠保持長時間正常運行。如圖3 所示，主控模塊收到固定電臺發送的注冊同步數據，經判斷數據正確且滿足發送條件后，將同步數據發送到注冊模塊。如圖4 所示，注冊模塊收到固定電臺的同步請求，固定電臺在啟動后會向固定電臺控制設備請求本站終端注冊數據，固定電臺控制設備收到同步請求后向該固定電臺發送兩次注冊同步數據。如圖5 所示，固定電臺控制設備與調度操作臺、固定電臺以及數字列調接口服務器的心跳連接情況，并及時反饋與對端是否斷開連接。

圖3 主控模塊運行Fig.3 Operation of main control module

圖4 注冊模塊運行Fig.4 Operation of registration module

圖5 心跳模塊運行Fig.5 Operation of heartbeat module

4 總結

本文介紹固定電臺控制設備管控模塊的組成部分，并詳細介紹每個模塊的工作流程。通過固定電臺控制設備對固定電臺、調度操作臺的管理控制及數據處理，實現注冊數據和業務數據的正常存儲與轉發，支持DRTD 系統中固定電臺、調度操作臺以及數字列調接口服務器能夠高效可靠地進行數據交互，保障鐵路列調系統通信的穩定性。