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城市轨道交通线网中心TETRA系统设计
[摘 要] 结合城市轨道交通线网中心项目需求,提出了一种基于陆地集群无线电（TETRA）数字集群无线通信技术的设计方案.描述了线网中心项目TETRA 系统的系统架构,实现了线网中心TETRA 系统与各线路TETRA 系统的互联互通和统一调度指挥.重点介绍了网络安全性、调度融合和互联互通等关键问题及解决方案,增强了系统网络安全性,提高了关键业务互联互通能力,满足城市线网中心建设需求.
[关键词] TETRA；线网中心；互联互通；网络安全
中图分类号：TP391.4 文献标志码：A 文章编号：1008-1739（2017）13-69-4
1 引言
进入21 世纪以来,我国轨道交通项目建设进入了高速发展阶段,已经开通或者正在建设的轨道交通线路超过100 多条,其中,绝大部分项目都采用了TETRA 数字集群无线通信系统作为专用无线指挥调度通信平台.目前,国内一些大中城市已经建设、规划了十多条轨道交通线路.越来越多的城市已经启动和规划了城市线网中心项目,充分利用各线路TETRA系统资源,实现整个城市的统一指挥调度,提高应急通信保障能力.
由于TETRA 标准中没有详细定义TETRA 系统间的ISI接口,不同厂家TETRA 系统设备之间不能通过ISI 接口实现互联互通[1-2],严重限制了跨线路的业务互联互通,阻碍了城市轨道交通线网中心项目TETRA 系统建设工作.本文结合成都市线网中心项目建设情况,归纳了城市轨道交通领域线网中心项目的TETRA 系统需求,提出了一种基于互联互通的设计方案.
2 线网中心TETRA 需求
线网中心项目TETRA 系统的需求主要可以分为2 类：① 线网中心对于各线路的调度通信需求,包括组呼、个呼、短信、列车广播及监听等各种通用和的调度功能.线网中心设置TETRA 调度席位提供上述指挥调度功能,可以灵活选择接入其中某一条或多条线路TETRA 系统,监视对应线路的调度作业情况.必要情况下,线网中心调度席位完全可以代替对应线路的调度台,接管该线路的调度指挥任务；② 通过线网中心实现不同线路、不同厂家TETRA 设备之间的调度通信需求,包括组呼、个呼和短信等业务互通,线网中心设置TETRA互联网关作为后台运行的“网关”设备,在不同TETRA 系统之间进行语音和数据转发.
3 总体设计
线网中心TETRA 系统一般不单独建设TETRA 系统设备和基站设备,主要建设调度服务器和调度台等应用设备,通过各线路的TETRA 系统提供的接口实现各种线网中心调度指挥功能[3].线网中心TETRA 系统主要包含了调度服务器、调度台、接口服务器、汇聚交换机及接入交换机等设备.
成都市共设置崔家店、世纪城和新苗等3 个控制中心,近期规划15 条线路、远期规划23 条线路和各线路的TETRA 交换中心设备分别部署在这些控制中心.线网中心TETRA 调度服务器、调度台和汇聚交换机等主要设备设置在崔家店,而与各线路直接接口的接口服务器和接入交换机则就近设置在各线路对应的控制中心.3 个控制中心的汇聚交换机和接入交换机之间通过传输网络互联,实现线网中心内部各设备、以及线网中心与各线路设备之间的网络通信,如图1 所示.
线网中心TETRA 系统的所有设备全部采用IP 链路组网,组网灵活,扩容方便.该系统架构下,需要增加线网中心调度席位时,只需要在汇聚交换机上增设调度台设备；新线路TETRA 系统接入时,只需要增加接口服务器设备,并把新线路的TETRA 交换中心连接到接入交换机上.当接入交换机端口不够用时,新增接入交换机连接到汇聚交换机.线网中心汇聚交换机和接入交换机网络接口可以根据工程需要配置光口和电口形式[4].
4 关键问题及解决方案
根据线网中心项目TETRA 系统需求和轨道交通领域TETRA 系统设备现状,线网中心项目设计方案需要面临和解决以下关键问题.
4.1 网络安全性设计
线网中心TETRA 系统是一个跨越多条线路、多个厂家的复杂IP 网络,所有内外网通信全部通过以太网承载,在充分利用IP 组网便利性的同时,也要充分考虑网络安全性问题,以避免由于线网中心项目建设引入网络风险,影响某条线路或整个网络的运营安全.成都市线网中心TETRA 系统网络主要存在广播风暴和网络冲突等安全风险,通过合理的网络设计和网络设备配置可以有效防范和规避这些风险项.
成都市线网中心配置的汇聚交换机和接入交换机全部是3 层网络交换机设备,完全支持虚拟局域网（VLAN）、IP 路由、端口聚合（Trunk）、网络地址转换（NAT）和访问列表控制等高级网络标准和协议.线网中心的所有调度服务器、调度台和接口服务器设备专门规划到一个指定的局域网段,与各线路的TETRA 系统完全独立,这些设备完全由同一个厂家研制供货,它们之间采用内部协议进行局域网通信,线网中心设备与各线路TETRA 系统之间的所有通信全部由接入交换机转发.
此外,在系统架构设计上,线网中心调度设备与各线路TETRA 系统设备之间并不直接通信,而是全部通过接口服务器转发.
在接入交换机上划分不同的VLAN,分别连接线网中心设备和各线路系统设备,并且通过访问列表配置功能,实现接口服务器与对应线路TETRA 系统设备的点对点网络通信,此外,在汇聚交换机和接入交换机之间还配置有防火墙设备,进一步监测和审查汇聚交换机与接入交换机之间的所有网络数据包.上述设计方案可以最大程度地限制网络通信范围,过滤不必要的数据业务在线网中心和各线路TETRA 系统之间的转发,有效缩小网络广播域范围,降低网络风暴风险,确保线网中心与各线路TETRA 网络的高度隔离,如图2 所示.
成都市线网中心组网方案充分考虑了既有线路、在建线路以及后续线路的网络规划,确保了整个系统网络设计的一致性.
4.2 调度席位融合设计
线网中心调度台是用户进行各种调度作业的主要操作设备,负责向用户提供各种语音和数据通信操作界面[4].调度台的典型硬件构成主要包括计算机、音频处理卡、麦克风（MIC）和扬声器等,其中,语音处理模块是插入到计算机的专用PCI或PCI-E 板卡,负责与TETRA 交换中心连接,实现各种语音和呼叫控制信令的分析处理.
线网中心调度台需要具备同时接入多条线路、多个TETRA 系统的能力.当多条线路采用了同一厂家的TETRA系统设备时,同一个厂家的多个TETRA 系统可以实现ISI 互联,线网中心调度台只需要接入其中一个线路的TETRA 系统,即可实现对该厂家所有TETRA 线路的调度通信.当多条线路分别采用了不同厂家的TETRA 系统设备时,需要开发调度系统软件,并整合调度台的硬件设备,特别是音频附件设备,使用户能够通过同一套音频附件完成通话语音的输入和输出,实现对不同TETRA 线路的调度通信,如图3 所示.
目前,各国产品牌TETRA 系统的调度台配置更为简单,不需要特殊的硬件板卡,只需要计算机、声卡、扬声器及麦克风等通用计算机设备即可,这种情况下,调度席位的融合将更为方便,完全可以通过调度软件设计解决.
4.3 跨TETRA 系统互联互通设计
由于TETRA 标准没有详细定义TETRA 系统间的ISI 接口,各TETRA 厂家特别是国外厂家基于商务策略考虑不愿意开放ISI 接口,不愿意配合实现与其他厂家TETRA 系统的互联互通.这种情况下,通过ISI 接口实现不同厂家TETRA 系统互联互通完全没有可能.
成都市线网中心项目探索和设计了多种互联方案,从不同角度实现了不同线路TETRA 系统的语音呼叫和数据呼叫等典型调度业务的互联互通.
（1）终端级互联网关设计方案
该方案的基本思路是利用TETRA 电台研发互联网关,采用公开、标准的TETRA 空中接口分别成对接入到不同厂家的TETRA 系统网络[5],守候在互联通话组.互联网关的一对TETRA 电台之间在内部采用有线方式互联,实现语音和信令通信,当其中一侧的TETRA 电台接收到语音组呼时,将把语音转发给另一侧的TETRA 电台,另一侧的TETRA 电台将自动模拟PTT 按下操作发出通话语音,另一个TETRA 网络内工作在互联通话组的无线用户将接收到组呼语音,实现跨系统的组呼语音通信.
该设计方案的优点是实现简单,互联网关设备与TETRA系统之间采用标准的空中接口互联,互操作性和兼容性好；缺点是一对TETRA 电台只能支持一路跨线的组呼语音通信,互联能力有限,扩展能力较差.
（2）基站级互联网关设计方案
针对终端级互联网关方案的局限性,提出了基站级互联网关设计方案.基站级互联网关设计方案的基本思路仍是利用TETRA 标准定义和开放的空中接口开发基站级互联网关设备,该网关同时接入到2 个不同的TETRA 系统,在2 个TETRA 系统之间实现各种语音和数据转发通信[6].与终端级互联网关方案不同的是,基站级互联网关将完全监控和转发整个TETRA 基站的所有互联通信.
基站级互联网关的主要组成部分是收发信机和控制器：① 收发信机与TETRA 系统的互联基站通过射频电缆相连,负责接收和解析互联基站发送的所有空口数据,恢复为控制器能够识别的业务信息和信令信息；② 控制器存储有互联网关的所有配置数据,负责模拟若干个TETRA 终端用户的注册、转组、语音呼叫及数据呼叫等各种网络操作,并负责在两侧的收发信机之间进行业务信息和信令信息转发[7].互联基站是专门为实现跨系统互联而配置的基站设备,不再提供无线区域覆盖,其软硬件组成与系统内的其他TETRA 基站完全相同.
该设计方案的优点是支持个呼、组呼、紧急呼叫、广播呼叫、短信及状态消息等各种TETRA 空中接口定义的标准功能,互联网关支持的注册用户数目、语音和数据呼叫数目与基站相当,可以根据语音和数据呼叫业务动态分配信道资源,资源利用率高；其主要缺点是各种跨TETRA 系统的业务需要2 次经过空中接口,处理延时较长.
（3）短信互联网关设计方案
短信传输是TETRA 系统的主要数据通信服务,本方案主要用来实现2 个TETRA 系统的无线用户之间的短信传输需求.
TETRA 标准定义的短数据传输服务支持“存储转发”功能,短数据报文格式中定义了源地址、目的地址和转发地址3 个寻址号码,其中,转发地址用来标记短数据报文的真正目的地址或源地址[8].当启用“存储转发”时,上行报文中的目的地址是“转发中心”地址,而转发地址是短数据报文的真正目的地址；下行报文中的源地址是“转发中心”地址,目的地址是短数据报文的真正目的地址,而转发地址是短数据报文的真正源地址.本设计方案的基本思路是利用TETRA 标准的短数据传输“存储”功能开发短信互联网关软件,该软件同时注册到2 个TETRA 系统,在2 个TETRA 系统之间进行短信数据的转发.
上述设计方案可以比较好地实现跨TETRA 系统的短数据通信功能,但是不能实现跨TETRA 系统的状态消息和语音通信.
5 结束语
成都市线网中心TETRA 系统整体设计方案已经通过前期试验和工程应用得到了实际验证,跨TETRA 系统互联互通设计方案已经完成方案设计和专题测试,后续将根据项目需要逐步推广和应用到线网中心项目.总体来说,成都市轨道交通线网中心项目需求和设计方案具有较高的普遍适应性,解决了线网中心项目TETRA 系统建设的关键问题,对于其他城市线网中心项目的TETRA 系统建设工作,特别是对于同时存在不同厂家TETRA 系统设备的城市来说,具有非常好的借鉴意义.
轨道交通论文范文结:
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