互联互通技术在地铁TETRA集群通信中的应用

徐刚

摘 要：文章主要分析了互联互通技术在地铁TETRA集群通信中的应用，主要与南京地铁的应用需求相结合，重点研究了TETRA系统交换中心互联的规划实施，介绍了互联方案、安全性和调度管理等涉及的问题和方案。通过增强关键业务的互联互通能力，以满足未来线网中心的建设需求。

关键词：TETRA;线网中心;地铁;互联互通

中图分类号：U231.7 文献标识码：A

在现今轨道交通行业中，不同线路之间的无线通信大部分是相互独立的。发展初期，由于新建线路较少，在设计建设时并没有过多预想线路间的无线通话需求。但是，随着地铁设施的不断完善以及线网的形成，就不得不考虑全线网管理模式下的通信需求[1]。结合实际，TETRA系统互联通信需求主要有以下几类。

跨线作业：不同线路车辆因为生产需要，通过联络轨道跨线路运行作业，要求不同线路间能够实现车地间调度指挥通讯;检修维保人员工作存在交集，需要跨线路、漫游通讯。

换乘车站管理：网络化运营后，线路交错换乘站增多。各条线路间换乘站站务管理人员存在业务上的交流，如换乘通道联合疏散作业、出入口联合引导管理、应急事件联合处置等等。需要利用各线路配发的移动台互相通讯。

TCC调度：为了提高地铁全线网的指挥能力，实现统一调度、协调地铁各线路的运营，并提高应急响应能力，构建一座具有线网中央协调能力的TCC指挥中心非常重要。因此，会产生大量线网层的通信要求，包括统一调度功能。

1 系统互联互通功能

1.1 互联规划

依照城市轨道交通网对无线通信功能的需求，轨道交通无线系统组网采用数字集群TETRA制式多基站小区制，并在技术条件允许的前提下，使各线路集群交换中心实现互联互通和资源共享。以南京为例，地铁采用“一线一建”的模式设计建设，因此对于线路间设备资源的共享考虑甚少，初期TETRA系统的功能仅限于达到自身线路的需求。后期线路的逐步增加，促使地铁线网快速成型，网络化运营对设备功能提出了新需求。为实现线路间TETRA系统资源共享和高效利用，在近几年的TETRA系统工程前期设计及后期实施过程中，新建集群交换中心着重考虑到了互联接口方面的预留。南京地铁3号线MOTOROLA集群中心配置了两套互联网关路由设备（S6000路由器）作为互联的核心硬件，已汇聚引入了2号线、S1号线、S7号线。另一方面，对不同品牌的集群设备加强互联，如南京地铁1号线（EADS）与3号线（MOTOROLA）在重点换乘站（南京南站），利用映射派接组的方式实现了有限的呼叫功能。未来TCC调度指挥中心建立后，各线集群交换中心无线调度系统将实现最大化的互通。結合改造出的新工程，后期将实现所有线路的调度终端、手持终端、车载终端在集群设备覆盖范围内的自由无缝漫游，甚至还可以实现集群的所有功能[2]。

目前，南京地铁已经建立了基于1、2、3、4、S3、S8、S9号线的7座集群交换中心（其中MOTOROLA集群交换中心6座，EADS集群交换中心1座）。按照远期规划，3号线和7号线将作为TETRA集群汇聚的核心节点，陆续接入已建、在建和待建的线路，未来将建成双星型拓扑组网结构，具体拓扑系统结构图如图1所示。

1.2 方案实施

TETRA集群交换中心之间实现互联功能，对现有线路的运营影响较小，通过建设新线路集群交换中心，可以完成一系列软硬件扩容升级项目，逐步满足互联互通规划功能要求。互联后的系统实现了跨集群交换中心的通信管理，同时原有系统也保持相互独立，中心交换设备、基站设备、终端设备、路由网络、数据库等各自独立进行管理，每个网络可以独自管理自己的资源而互不影响。工程流程可分为以下几个阶段。

1.2.1 联络阶段

由地铁建设方和设备商共同制定新建交换中心的详细实施目标、进度计划。各线路按照规划确保网络各项参数统一完整，编号规则正确，网络边界、漫游方式、系统资源、频率规划、用户漫游功能、切换规则等达成共识，并形成文件作为依据。

1.2.2 准备阶段

设备商对新建系统的所有软硬件调试完成;既有线路系统需扩容的硬件设备、升级软件需提前到位或预安装;完成系统健康检查，保证互联后的线网系统版本、参数、功能保持兼容或一致;做好割接失败的回退预想和准备。

1.2.3 实施阶段

考虑对运营可能产生的影响，既有线路系统的扩容升级需停运后实施，并分模块阶段性完成改造升级，如硬件增设、数据备份、数据优化、数据修改等，做好割接准备。

完成新建系统互联软硬件的功能调试，并做好功能测试，做好割接准备。

实施具体操作，如数据库上载更新生效、系统版本更新生效、新硬件重启生效等。测试独立系统功能和跨线漫游语音、数据等互联业务。

功能监测观察，集群交换中心完成互联互通后，需要一定周期观察运行的稳定性，一般周期为30天。运营单位配合设备商完成日常检测及周边功能测试保障。

2 关键问题及方案

2.1 TETRA系统互联方式

现今，城市轨道交通行业已探索实践出了多种方案来实现TETRA系统功能的互联互通，主要分为以下几种。

2.1.1 同品牌集群设备互联

操作较为容易，集群交换中心之间需要保证软硬件版本一致，同时基站可升级且软硬件兼容;全线网的网络及终端需要进一步规划与调整。一般既有线系统需要通过升级改造来兼容新业务功能[3]。

2.1.2 不同品牌车站终端层面互联

利用互联网关控制器实现跨品牌互联，是行业采用较多的方案，该方式利用空中接口与E1线实现系统少量通话组的互联互通。南京地铁3号线采用MOTOROLA Dimetra IP系统的调度台，对本系统内的通话组与1号线的EADS系统的重要通话组进行派接，派接利用互联网关控制器提供的4线音频中继接口接入EADS固定台的终端信号，设定好的漫游通话组（均配置在EADS、MOTOROLA系统内），通过派接的方式可实现系统间漫游通话。

2.1.3 不同品牌集群交换中心互联

可考虑采用交换机层面的电信级SIP网关解决。SIP互联网关采用的是基于TETRA语音（个呼、组呼）、数据（识别、短数据）接口的标准工业转换协议。RFC3261语音呼叫信令和RFC3428短数据信令作为SIP协议的控制信令，其组呼语音格式为“30ms PCMA”;个呼语音格式为“20ms PCMA”;短数据格式为“SDP/Plain Text”。該方式不会改变集群系统结构，只需要在系统软件中进行配置、设置、修改即可，这需要设备商之间的接口技术和标准相兼容，难度较大。

2.2 互联安全性

南京地铁集群交换中心MOTOROLA TETRA系统基于多个ZONE（区域）管理构架，对应线路规划细分IP。ZONE管理区域有各自独立的网段，之间的互联通过EXIT ROUT路由器、网关等设备过滤转发完成跨接，实现集群中心的数据交换，安全性较高。

2.3 调度管理

实现互联互通后，各交换中心、线路系统间要想实现集中和分线管理，就要借助VPN虚拟专网技术来实现设备、用户、调度、数据等多方面的统筹管理。其可以使多个用户单位共享数字集群网络资源，网络中的所有服务和功能都可以按要求合理地分配。

2.3.1 同一虚拟专网下可独立调度和用户管理

网络中的调度台和用户可以在各自的虚拟网中进行通信和工作调度，互不干涉。用户具备高度的通信保密性以及对虚拟专网用户的高度控制性，虚拟专网之间的通信不会相互干扰。系统可以定义每个调度台在各自虚拟专网中的通信和管理的范围、权限。

2.3.2 不同虚拟专网允许可控方式下的相互通信

多个虚拟专网有分配公共通话组的功能，并可设置高级别的调度员权限，该权限能管理多个不同虚拟专网用户，并与之通信。如创建一个包含来自不同虚拟专网的多个用户的临时通话组，并且允许在紧急状况下，利用被授权的调度台将不同虚拟专网的用户进行动态重组，共同处理某个突发事件，实现不同部门间的协同工作。

3 结语

目前，数字集群技术已成为轨道交通调度指挥、抢险救灾及运营维修、移动通信的首选制式，TETRA技术因多项专网适用技术而被国内外轨道交通领域广泛采用。TETRA系统互联互通功能的实现，提升了城市轨道通信效率，符合网络化运营的发展需求。受不同品牌集群设备互联技术与标准不够成熟的限制，轨道交通TETRA系统之间的互联互通基本限制于终端级的互联应用，还需要不断地探索研究。

参考文献

[1] 何方.地铁TETRA集群无线通信系统与政务网互联方案研讨[J].科技创新与应用，2014（21）：32-33.

[2] 李三江，蒋国华.城市轨道交通线网中心TETRA系统设计[J].计算机与网络，2017，43（13）：69-72.

[3] 周承吴.广州地铁无线集群系统互联互通解决方案[J].铁道通信信号，2014，50（04）：67-69.