城市軌道交通TETRA專用無線通信網絡管理系統的設計

郭霄彬，魏 奇，費漢明，鐘宜順，郭長青，付 思

（中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

城市軌道交通TETRA專用無線通信網絡管理系統的設計

郭霄彬，魏 奇，費漢明，鐘宜順，郭長青，付 思

（中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

根據城市軌道交通無線通信需求，在基于IP的TETRA專用無線通信系統的可行性及其優勢基礎上提出了專用無線通信網絡管理系統設計方案，闡述了其系統結構及相關軟件的設計，對城市軌道交通的安全、高密度、高效運營具有很大的幫助。

城市軌道交通；專用無線通信；陸地集群無線通信；網絡管理系統

城市軌道交通專用無線通信系統是專門用于城市軌道交通指揮調度和緊急通信的專用移動通信系統，是為了保證軌道交通安全、高密度、高效運營而建設的語音、數據無線通信系統。它為軌道交通運營的固定用戶（控制中心及車輛段調度員、車站值班員等）和移動用戶（列車司機、防災人員、維修人員）之間的語音和數據信息交換提供可靠的通信手段，對行車安全、提高運輸效率和管理水平、改善服務質量提供了重要保證。同時，在軌道交通運營出現異常情況和有線通信出現故障時，亦能迅速提供防災救援和事故處理等指揮所需要的通信手段。

在基于IP的陸地集群無線通信（TETRA）數字集群網絡中，最重要的就是TETRA交換機，其承擔著TETRA基礎設施以及其他網絡間的數據交換工作，是數字集群系統中的核心部分。TETRA基礎設施、調度系統、網絡管理（簡稱：網管）系統、PABX/ PSTN網關均通過IP路由器和網絡交換機連接到局域網中。基于同一個IP的TETRA數字集群網絡無需集中式數據交換，數據和語音都在IP網絡上傳輸，只需要網關就可以實現與其他TETRA網絡互聯互通，網絡擴展方便，網絡設備設置靈活。

由交換機、基站、傳輸鏈路、數據庫等組成的傳統TETRA無線網絡核心是交換和管理基礎設施（SwMI，Switch and Manage Infrastructure），其他網元（調度系統、網絡管理系統、IP網關、PABX/ PSTN網關等）都是連接到SwMI上，SwMI承載了整個系統數據處理操作。這樣的網絡連接和數據集中處理方式存在的弊端：（1）其降低了TETRA網絡性能；（2）當SwMI故障時，整個系統都會癱瘓；（3）SwMI接口非TETRA規定的標準接口，難以實現與其他TETRA網絡的互聯互通。

基于上述背景，提出一種采用基于IP的城市軌道交通TETRA專用無線通信網絡管理系統設計方案：由TETRA交換機實現TETRA設備與網管服務器之間的數據交換，網管服務器既作為TETRA數字集群系統與網管客戶端通信的橋梁，又是與外部系統通信的接口。

1 基于IP的TETRA專用無線網絡管理系統結構

1.1 TETRA系統組成

城市軌道交通TETRA專用無線通信系統是由多基站的TETRA數字集群系統形成的一個無線和有線通信相結合的網絡，主要由TETRA交換設備、調度系統、網管系統、基站、固定臺、車載臺、天饋系統以及傳輸通道等構成，天饋系統包括漏泄同軸電纜、射頻電纜、天線、耦合器、功分器等。系統采用800 MHz的TETRA數字集群通信方式，其網絡構架如圖1所示。

圖1 基于IP的TETRA專用無線通信系統組成

系統在控制中心設置TETRA交換機，在城軌沿線各站、車輛段和停車場設置雙載頻的集群基站，各基站通過有線IP傳輸通道，采用環形或星型組網方式與集群交換機相連；同時，控制中心設置調度系統和網管系統，實現軌道交通全線統一的無線調度和網絡管理。

1.2 網絡管理系統結構

網管系統基于IP網絡，采用以 C/S架構為主，B/S架構為輔的設計，分為網管服務器和網管客戶端，如圖2所示。服務器是網管系統的核心和數據傳輸的“網關”，負責向TETRA系統下發基礎設施參數，并接收和分發TETRA系統設備狀態和告警信息。根據城市軌道交通運營指揮場景以及移動設備智能化發展的不同需要，網管系統中設有3種網管客戶端。

（1）網管客戶端（C）：基于C/S架構的網管客戶端軟件，應具有TETRA系統設備狀態和告警監視、調度系統資源配置兩大主要功能以及設備告警屏蔽、過濾、確認、前轉操作規則配置功能；

（2）網管客戶端（B）：基于B/S架構的網管客戶端，方便網絡管理員在遠端通過瀏覽器訪問網管，應具有的功能和網管客戶端（C）相同；

（3）網管APP：網管移動APP客戶端，應具有TETRA系統設備狀態和告警監視以及接收網管服務器推送的設備告警信息功能。

圖2 網絡管理系統設計圖

2 網絡管理服務器設計

2.1 功能描述

在本方案中，網管服務器即要與網管客戶端進行通信，又要與TETRA交換機進行數據交互，還是網管系統與其他子系統的接口。其實現的功能包括：

（1）向TETRA交換機下發TETRA系統基礎設施參數；（2）從TETRA交換機獲取TETRA系統設備狀態和告警信息并持久化；（3）與調度服務器交互獲取時鐘同步信息以及調度系統設備狀態和告警信息；（4）分發整個系統設備告警信息給不同接口；（5）根據告警操作規則對告警信息執行自動屏蔽、過濾、確認、前轉操作，前轉即通過短信設備以短信的形式通知接收人；（6）向TETRA交換機和網管客戶端下發時鐘同步信息并從網管客戶端獲取基礎設施參數、告警操作規則。

2.2 軟件架構設計

網管服務器軟件由業務處理層、數據處理層和數據接口層共3層組成，其中，業務處理層負責設備狀態和告警信息以及時鐘同步的業務處理；數據處理層負責時鐘同步信息、基礎設施參數的數據轉發以及設備狀態和告警信息的持久化、瞬間化處理；數據接口層負責網管服務器與其他接口的數據交互。網管服務器軟件的體系結構如圖3所示。

圖3 網絡管理服務器軟件架構設計圖

（1）業務處理層：負責設備狀態和設備告警信息之間的轉化，同時根據不同的分發規則將設備告警信息分類處理，并執行時鐘同步操作；

（2）數據處理層：負責將時鐘同步信息、基礎設施參數做轉發處理，持久化設備狀態和告警信息，根據接口需求加載不同分類的告警信息；

（3）數據接口層：負責與調度服務器交互獲取時鐘同步信息以及調度系統設備狀態和告警信息。與TETRA交換機交互下發時鐘同步信息、基礎設施參數并獲取TETRA系統設備狀態和告警信息。與網管客戶端交互獲取基礎設施參數、告警操作規則并下發時鐘同步信息，與短信設備和集中告警系統連接分類發送設備告警信息。

2.3 接口描述

網管服務器負責收集TETRA系統和調度系統設備狀態和告警信息并分發這些告警信息給不同的接口，它還是網管系統與調度系統時鐘同步的關鍵設備。相關外部接口包括：

（1）網管客戶端接口：時鐘同步信息傳輸，接口形式為RS422或者NTP。設備狀態和告警信息、基礎設施參數、告警操作規則傳輸，接口形式為TCP/ IP；（2）TETRA通信接口：基礎設施參數、TETRA系統設備狀態和告警信息傳輸，接口形式為SNMP。時鐘同步信息傳輸，接口形式為RS422或者NTP； （3）調度服務器接口：調度系統設備狀態和告警信息傳輸，接口形式：TCP/IP。時鐘同步信息傳輸，接口形式為RS422或者NTP；（4）短信設備接口：設備告警信息傳輸給短信設備客戶端，接口形式為TCP/ IP；（5）集中告警系統：設備告警信息傳輸給外部集中告警系統，接口形式為TCP/IP。

3 網絡管理客戶端設計

網管客戶端軟件架構設計如圖4所示。

（1）視圖層提供友好的操作界面供網絡管理員執行調度資源配置、基礎參數配置、設備告警規則配置操作，并可對整個系統設備狀態和告警信息以及系統間各個接口狀態進行實時監視，可對設備歷史狀態和歷史告警信息進行查看，另外還提供網管客戶端軟件操作日志查看等功能。

（2）業務層負責整個系統設備狀態、告警信息和系統間各個接口狀態實時監控更新功能，負責時鐘同步操作和網管客戶端軟件操作日志記錄等功能。

（3）接口層負責與調度數據庫交互來配置管理調度資源。與網管服務器交互來進行基礎設施參數、告警操作規則下發并從網管服務器獲取整個系統設備狀態和告警以及時鐘同步信息。

圖4 網絡管理客戶端軟件架構設計圖

4 數據傳輸控制設計

為滿足城市軌道交通運營調度安全可靠的需要，在進行TETRA專用無線通信系統的總體設計時應保證網管系統數據傳輸的可靠性和時效性。

4.1 數據時效性

網管服務器在收集TETRA系統與調度系統設備狀態和告警信息時均可采用周期輪詢的方式進行，周期可根據不同場景下的系統設備承載自行設定。由于網管服務器與TETRA交換機交互接口使用SNMP協議，在獲取設備狀態和告警信息時也可以采用被動接收的方式進行收集。網管數據庫作為網管客戶端、網管服務器設備狀態和告警信息傳輸的接口，結合網管客戶端軟件開發語言，可在數據庫數據改變時觸發軟件自動加載更新數據。網管系統還提供了多種方式來呈現系統設備狀態和告警信息。

4.2 數據可靠性

在數據時效性的基礎上網管系統對與各個子系統間接口進行了實時監控，最大程度保障網管系統與各個子系統間數據傳輸節點連接暢通。整個系統設備狀態和告警信息一一對應，網管服務器可根據告警操作規則對無效的、著重關心的、已確認的、需轉發的設備告警信息分別進行自動屏蔽、自動過濾、自動確認、自動前轉操作。

4.3 數據劃分優先等級

為有效提高系統關鍵數據傳輸的可靠性，網管系統將整個系統設備狀態和告警信息進行了優先等級劃分，優先等級高的數據優先顯示。

5 結束語

專用無線通信系統是城市軌道交通安全運行的關鍵系統。采用基于IP的方式實現系統設計可增強系統的可靠性、靈活性和可擴展性，其中，網絡管理系統對城市軌道交通保障運行安全、調度業務暢通、故障定位時效等方面具有重要的意義。

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責任編輯 徐侃春

TETRA based Dedicated Radio Network Management System for Urban Transit

GUO Xiaobin,WEI Qi,FEI Hanming,ZHONG Yishun,GUO Changqing,FU Si
( Institute of Computing Technologies,China Academy of Railway Sciences,Beijing 100081,China)

According to the radio communication needs of Urban Transit,this article based on the feasibility and advantage of the IP-based TETRA Dedicated Radio Communication System,proposed a design of TETRA based Dedicated Radio Network Management System,introduced the system architecture and related software design.The System is helpful for safe,high density and high effcient operation of Urban Transit.

Urban Transit;dedicated radio communication;Terrestrial Trunked Radio( TETRA);Network Management System

U231.7∶TP39

A

1005-8451（2016）11-0046-04

2016-03-25

郭霄彬，工程師；魏 奇，副研究員。