基于B-TrunC宽带集群通信系统的调度台研究与实现

王 霄 黄 威

(1．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2．北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070)

1 概述

目前在城市轨道交通领域，调度通信大多数采用Tetra窄带集群系统。随着轨道交通领域信息化、智能化发展，对多媒体调度业务、PIS业务等需求日益增长，Tetra体现出承载业务能力不足的缺陷，窄带变宽带在轨道交通行业成为必然的选择和发展方向。

宽带集群通信（Broadband Trunking Communication，B-TrunC）是基于TD-LTE标准的，专为集群调度业务发展而来的通信制式，Release 1版本由B-TrunC产业联盟于2014年发布，在保证兼容LTE数据业务的基础上，增强了语音集群基本业务和补充业务，以及多媒体集群调度等宽带集群业务功能，具有灵活带宽、高频谱效率、低时延、高可靠性的特征，能够满足专业用户对语音集群、宽带数据、应急指挥调度等需求。

2 宽带集群调度通信系统

本系统是一套完整的适用于轨道交通的宽带集群调度通信系统，基于B-TrunC标准开发，满足Release1版本的功能要求。

系统包含承载网络（核心网、BBU、RRU、天线等）及调度通信产品（调度台、调度服务器、车载台、手持终端、固定台和网管设备）。其中调度台、调度服务器、固定台和网管设备通过以太网接入核心网，移动设备车载台与手持终端通过空中接口接入核心网，各调度通信设备互相配合完成调度通信业务。

宽带集群调度通信系统架构如图1所示。

图1 宽带集群调度通信系统结构图Fig.1 Structure diagram of broadband cluster dispatching communication system

3 B-TrunC发展趋势

自2014年B-TrunC产业联盟发布release1以来，B-TrunC产业不断推进，取得了令人瞩目的成就，被国际电信联盟推荐成为首个公共安全和减灾（PPDR）国际标准。2017年，联盟完成5项国际标准、12项行业标准和33项联盟标准的制定；B-TrunC第一阶段标准获得中国通信标准化协会科学技术奖一等奖；成功将1.4 GHz频率纳入到ITU-R M.2015建议书，成为国际专网频率；在联盟的积极推动下，B-TrunC实现广泛应用，在我国轨道交通领域中已被多家厂商推行并商用，2017年国内建网数量突破400张，用户数量超过20万户。目前B-TrunC标准进入第二阶段的研究，面对大规模组网漫游等场景的需求，提出新的技术标准。

4 调度台需求

4.1 调度台类别

调度台是调度通信系统的核心产品，是用户进行运行指挥调度的主要操作平台，用户可以通过它对系统内的其他调度员、列车司机、车站值班员以及手持台移动用户发起呼叫，接收呼叫，建立与各个用户之间的语音和数据通信，或者对各个终端之间的呼叫进行管理。

调度台可以应用于地铁运营调度通信、大铁站场调度通信、轻轨系统调度通信，在不同的行业和应用场景中形成不同类别，例如：总调度台、行车调度台、维修调度台、环控调度台、车辆段调度台等。

总调度台在调度中心对在线列车、车站及相关设备进行监控和指挥，处理随机发生的问题，保障运营安全；行车调度台负责在线列车的行车调度，根据功能号或列车运行图进行调度通信；维修调度台在故障情况下负责各线机电设备的维修管理中的通信，对维修组人员进行调度指挥；环控调度台放置于环境监控中心，用于环境监控事务的日常通信；车辆段调度台放置于车辆段调度中心，处理车辆段范围内的行车调度。

4.2 调度台功能需求

不同的调度台在应用需求上略有不同，但共有的功能特性归纳如下。

集群语音功能：单呼、组呼、列车广播、业务身份呼叫、一键呼叫。

集群多媒体功能：可视单呼、可视组呼、视频推送、视频上拉、视频回传、组呼叠加视频转发。

集群数据功能：实时短数据、组播短消息、广播短消息、彩信。

集群补充功能：紧急呼叫、动态重组、遥晕/遥毙/复活、调度台订阅、环境监听/监视、强插/强拆。

信息管理功能：行车图、权限管理、手动转组、通话记录、用户信息管理、通讯录管理。

系统管理功能：快捷键设置、日志管理、中英双语切换、文件管理、接口管理。

4.3 调度台硬件

调度台采用通用PC机加视频输入设备和音频输入输出设备构成。

PC机为支持音视频编解码和通话记录存储功能，需采用4核2 GHz以上处理器，1 TB以上硬盘。另外，为更清晰地显示列车运行图，应采用多屏技术，一台主机连接2个显示屏，分别显示列车运行图和呼叫调度主界面。

视频输入设备采用高清USB接口高分辨率摄像头。

音频输入输出设备包括MIC设备和扬声器。

4.4 调度台技术指标

调度台将在城市轨道交通与大铁等不同场景使用，现场情况复杂，不仅需要满足语音、视频和混合数据传输和编解码等基本功能，还需满足RAMS技术指标，主要包括以下：

可靠性：平均注册登录失败等待时长＜15 s；语音呼叫消息延迟＜1 s；语音呼叫声音延时＜3 s；视频业务消息延迟＜1 s；视频业务画面延时＜5 s；

可用性：平均故障间隔时间（MTBF）＞43 800 h（5年）；支持管理用户数＞200个，系统容量可随工程规模配置扩展；支持B-TrunC R1的A类功能要求；

可维修性：平均修复时间（MTTF）＜30 min；

安全性：发生故障时，数据库数据丢失率为0。

5 调度台设计

调度台系统分为UI操作界面与业务逻辑两部分。UI操作界面分为8个功能模块；业务逻辑层分为两部分，分别是调度服务器接口及集群业务模块。

5.1 UI操作界面

UI操作界面按业务功能划分共8个模块，登录注册、人员信息、在线状态、呼叫业务、视频业务、广播、数据业务和位置信息模块。

登录注册：调度台向集群核心网验证身份并登录；向调度服务器注册业务身份。

人员信息：调度台可通过订阅功能从核心网获取到人员和组信息，并对组进行动态重组管理。

在线状态：在调度台界面可直观显示用户在线状态以及正在进行的通话状态。

呼叫业务：调度台可对手持终端、车载台等设备进行语音单呼、组呼，视频单呼、组呼业务，同时可对终端进行摇晕摇毙复活操作。

广播：调度台可对列车组或区域内用户进行发起单工的广播业务。

数据业务：调度台可发送短消息到终端，保存聊天记录并可查看管理。

位置信息：调度台可通过行车图直观了解列车实时运行位置。

5.2 业务逻辑层

调度台系统对外连接到两个系统，调度服务器和B-Trunc集群业务核心网。

5.2.1 调度服务器

调度台与调度服务器主要交互业务身份、通话短信记录、列车位置等数据并保存文件信息。调度台在登录时向调度服务器注册业务身份，便于调度服务器统一管理并获取用户在线状态；通话记录，短信记录通过Json数据封装和解析，储存在服务器上，便于备份和查看；调度服务器外接至列车控制系统ATS模块，获取列车实时运行位置，并将位置信息传给调度台，以便在调度台上查看行车图，并在行车图上对列车上车载台及车站固定台发起集群业务；可在调度服务器上保存文件日志信息。

DCS接口是集群调度台与调度服务器之间的接口，基于socket UDP（TCP/IP协议）进行数据传输。数据结构和数据类型由调度台和调度服务器自行定义。

调度台通过DCS接口获取调度服务器中用户信息、车辆和位置信息等列车运行基础数据。调度台获取用户信息，通过调度台和用户主动进行业务注册和调度服务器业务数据推动来实现。列车位置信息通过调度服务器对外接入信号ATS系统获取，可获得列车车次号、车组号、位置信息等数据，调度服务器收到数据后进行分析，抽取，封装，通过DCS接口发送至调度台，调度台解析后在上层UI行车图中显示。

5.2.2 集群业务核心网

调度台与B-Trunc集群业务核心网交互主要实现调度通信业务。集群业务部分封装了B-TrunC集群系统中D接口的各项功能，如登录、呼叫、多媒体业务、广播、终端遥晕遥毙等。上层模块通过调用集群接业务口封装的方法，向D接口接收、发送数据，实现了集群业务。

D接口由B-TrunC标准协议定义，分为控制面和用户面。其上承载了调度台与集群核心网间的控制、媒体业务，是实现调度台功能的主要接口。

D接口控制面协议栈采用SIP协议，SIP协议广泛应用于电路交换、下一代网络以及IP多媒体子系统的网络中，可以支持并应用于语音、视频、数据等多媒体业务。在本系统调度台中SIP协议主要用于实现以下功能：集群呼叫控制；集群业务调度，包括动态重组、遥晕遥毙复活、强插强拆；调度台登录管理等。控制面协议栈架构如图2所示。

图2 控制面协议栈Fig.2 Protocol stack of control plane

D接口用户面采用实时传输协议（RTP）， RTP是一个传输层子层协议，主要用于在单播或多播网络中传输实时数据，如音视频会议。在本系统调度台中RTP协议用于传输集群网络的单呼、组呼语音、视频、图像等数据业务，并建立在UDP之上。集群业务数据流自上而下（通过RTP、UDP传输层、IP网络层、L2数据链路层及L1物理层）和自下而上的传输，实现集群业务功能。用户面协议栈架构如图3所示。

图3 用户面协议栈Fig.3 Protocol stack of user plane

6 总结展望

未来轨道交通集群通信将向更大带宽，更高传输能力，更丰富的应用发展，在后续版本中将会有一系列的变化，例如在共线场景下，实现跨核心网和基站共享模式；跨线运行时，调度信息服务器能够实现位置数据的及时获取和更新；实现与地铁系统现有的专用电话用户语音单呼业务互联互通；支持一些新的集群调度功能，如站管呼叫、调度台位置呼叫、全呼等。

本文介绍的基于B-TrunC网络的无线集群的调度台，很好的替代了现有Tetra窄带集群调度台，能够满足在轨道交通各应用场景下实现调度功能，并且可以随着轨道交通通信技术的发展而发展，很好服务于轨道交通行业，为广大人民出行提供了安全保障。