基于B-TrunC寬帶集群通信系統的調度臺研究與實現

王 霄 黃 威

(1．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

1 概述

目前在城市軌道交通領域，調度通信大多數采用Tetra窄帶集群系統。隨著軌道交通領域信息化、智能化發展，對多媒體調度業務、PIS業務等需求日益增長，Tetra體現出承載業務能力不足的缺陷，窄帶變寬帶在軌道交通行業成為必然的選擇和發展方向。

寬帶集群通信（Broadband Trunking Communication，B-TrunC）是基于TD-LTE標準的，專為集群調度業務發展而來的通信制式，Release 1版本由B-TrunC產業聯盟于2014年發布，在保證兼容LTE數據業務的基礎上，增強了語音集群基本業務和補充業務，以及多媒體集群調度等寬帶集群業務功能，具有靈活帶寬、高頻譜效率、低時延、高可靠性的特征，能夠滿足專業用戶對語音集群、寬帶數據、應急指揮調度等需求。

2 寬帶集群調度通信系統

本系統是一套完整的適用于軌道交通的寬帶集群調度通信系統，基于B-TrunC標準開發，滿足Release1版本的功能要求。

系統包含承載網絡（核心網、BBU、RRU、天線等）及調度通信產品（調度臺、調度服務器、車載臺、手持終端、固定臺和網管設備）。其中調度臺、調度服務器、固定臺和網管設備通過以太網接入核心網，移動設備車載臺與手持終端通過空中接口接入核心網，各調度通信設備互相配合完成調度通信業務。

寬帶集群調度通信系統架構如圖1所示。

圖1 寬帶集群調度通信系統結構圖Fig.1 Structure diagram of broadband cluster dispatching communication system

3 B-TrunC發展趨勢

自2014年B-TrunC產業聯盟發布release1以來，B-TrunC產業不斷推進，取得了令人矚目的成就，被國際電信聯盟推薦成為首個公共安全和減災（PPDR）國際標準。2017年，聯盟完成5項國際標準、12項行業標準和33項聯盟標準的制定；B-TrunC第一階段標準獲得中國通信標準化協會科學技術獎一等獎；成功將1.4 GHz頻率納入到ITU-R M.2015建議書，成為國際專網頻率；在聯盟的積極推動下，B-TrunC實現廣泛應用，在我國軌道交通領域中已被多家廠商推行并商用，2017年國內建網數量突破400張，用戶數量超過20萬戶。目前B-TrunC標準進入第二階段的研究，面對大規模組網漫游等場景的需求，提出新的技術標準。

4 調度臺需求

4.1 調度臺類別

調度臺是調度通信系統的核心產品，是用戶進行運行指揮調度的主要操作平臺，用戶可以通過它對系統內的其他調度員、列車司機、車站值班員以及手持臺移動用戶發起呼叫，接收呼叫，建立與各個用戶之間的語音和數據通信，或者對各個終端之間的呼叫進行管理。

調度臺可以應用于地鐵運營調度通信、大鐵站場調度通信、輕軌系統調度通信，在不同的行業和應用場景中形成不同類別，例如：總調度臺、行車調度臺、維修調度臺、環控調度臺、車輛段調度臺等。

總調度臺在調度中心對在線列車、車站及相關設備進行監控和指揮，處理隨機發生的問題，保障運營安全；行車調度臺負責在線列車的行車調度，根據功能號或列車運行圖進行調度通信；維修調度臺在故障情況下負責各線機電設備的維修管理中的通信，對維修組人員進行調度指揮；環控調度臺放置于環境監控中心，用于環境監控事務的日常通信；車輛段調度臺放置于車輛段調度中心，處理車輛段范圍內的行車調度。

4.2 調度臺功能需求

不同的調度臺在應用需求上略有不同，但共有的功能特性歸納如下。

集群語音功能：單呼、組呼、列車廣播、業務身份呼叫、一鍵呼叫。

集群多媒體功能：可視單呼、可視組呼、視頻推送、視頻上拉、視頻回傳、組呼疊加視頻轉發。

集群數據功能：實時短數據、組播短消息、廣播短消息、彩信。

集群補充功能：緊急呼叫、動態重組、遙暈/遙斃/復活、調度臺訂閱、環境監聽/監視、強插/強拆。

信息管理功能：行車圖、權限管理、手動轉組、通話記錄、用戶信息管理、通訊錄管理。

系統管理功能：快捷鍵設置、日志管理、中英雙語切換、文件管理、接口管理。

4.3 調度臺硬件

調度臺采用通用PC機加視頻輸入設備和音頻輸入輸出設備構成。

PC機為支持音視頻編解碼和通話記錄存儲功能，需采用4核2 GHz以上處理器，1 TB以上硬盤。另外，為更清晰地顯示列車運行圖，應采用多屏技術，一臺主機連接2個顯示屏，分別顯示列車運行圖和呼叫調度主界面。

視頻輸入設備采用高清USB接口高分辨率攝像頭。

音頻輸入輸出設備包括MIC設備和揚聲器。

4.4 調度臺技術指標

調度臺將在城市軌道交通與大鐵等不同場景使用，現場情況復雜，不僅需要滿足語音、視頻和混合數據傳輸和編解碼等基本功能，還需滿足RAMS技術指標，主要包括以下：

可靠性：平均注冊登錄失敗等待時長＜15 s；語音呼叫消息延遲＜1 s；語音呼叫聲音延時＜3 s；視頻業務消息延遲＜1 s；視頻業務畫面延時＜5 s；

可用性：平均故障間隔時間（MTBF）＞43 800 h（5年）；支持管理用戶數＞200個，系統容量可隨工程規模配置擴展；支持B-TrunC R1的A類功能要求；

可維修性：平均修復時間（MTTF）＜30 min；

安全性：發生故障時，數據庫數據丟失率為0。

5 調度臺設計

調度臺系統分為UI操作界面與業務邏輯兩部分。UI操作界面分為8個功能模塊；業務邏輯層分為兩部分，分別是調度服務器接口及集群業務模塊。

5.1 UI操作界面

UI操作界面按業務功能劃分共8個模塊，登錄注冊、人員信息、在線狀態、呼叫業務、視頻業務、廣播、數據業務和位置信息模塊。

登錄注冊：調度臺向集群核心網驗證身份并登錄；向調度服務器注冊業務身份。

人員信息：調度臺可通過訂閱功能從核心網獲取到人員和組信息，并對組進行動態重組管理。

在線狀態：在調度臺界面可直觀顯示用戶在線狀態以及正在進行的通話狀態。

呼叫業務：調度臺可對手持終端、車載臺等設備進行語音單呼、組呼，視頻單呼、組呼業務，同時可對終端進行搖暈搖斃復活操作。

廣播：調度臺可對列車組或區域內用戶進行發起單工的廣播業務。

數據業務：調度臺可發送短消息到終端，保存聊天記錄并可查看管理。

位置信息：調度臺可通過行車圖直觀了解列車實時運行位置。

5.2 業務邏輯層

調度臺系統對外連接到兩個系統，調度服務器和B-Trunc集群業務核心網。

5.2.1 調度服務器

調度臺與調度服務器主要交互業務身份、通話短信記錄、列車位置等數據并保存文件信息。調度臺在登錄時向調度服務器注冊業務身份，便于調度服務器統一管理并獲取用戶在線狀態；通話記錄，短信記錄通過Json數據封裝和解析，儲存在服務器上，便于備份和查看；調度服務器外接至列車控制系統ATS模塊，獲取列車實時運行位置，并將位置信息傳給調度臺，以便在調度臺上查看行車圖，并在行車圖上對列車上車載臺及車站固定臺發起集群業務；可在調度服務器上保存文件日志信息。

DCS接口是集群調度臺與調度服務器之間的接口，基于socket UDP（TCP/IP協議）進行數據傳輸。數據結構和數據類型由調度臺和調度服務器自行定義。

調度臺通過DCS接口獲取調度服務器中用戶信息、車輛和位置信息等列車運行基礎數據。調度臺獲取用戶信息，通過調度臺和用戶主動進行業務注冊和調度服務器業務數據推動來實現。列車位置信息通過調度服務器對外接入信號ATS系統獲取，可獲得列車車次號、車組號、位置信息等數據，調度服務器收到數據后進行分析，抽取，封裝，通過DCS接口發送至調度臺，調度臺解析后在上層UI行車圖中顯示。

5.2.2 集群業務核心網

調度臺與B-Trunc集群業務核心網交互主要實現調度通信業務。集群業務部分封裝了B-TrunC集群系統中D接口的各項功能，如登錄、呼叫、多媒體業務、廣播、終端遙暈遙斃等。上層模塊通過調用集群接業務口封裝的方法，向D接口接收、發送數據，實現了集群業務。

D接口由B-TrunC標準協議定義，分為控制面和用戶面。其上承載了調度臺與集群核心網間的控制、媒體業務，是實現調度臺功能的主要接口。

D接口控制面協議棧采用SIP協議，SIP協議廣泛應用于電路交換、下一代網絡以及IP多媒體子系統的網絡中，可以支持并應用于語音、視頻、數據等多媒體業務。在本系統調度臺中SIP協議主要用于實現以下功能：集群呼叫控制；集群業務調度，包括動態重組、遙暈遙斃復活、強插強拆；調度臺登錄管理等。控制面協議棧架構如圖2所示。

圖2 控制面協議棧Fig.2 Protocol stack of control plane

D接口用戶面采用實時傳輸協議（RTP）， RTP是一個傳輸層子層協議，主要用于在單播或多播網絡中傳輸實時數據，如音視頻會議。在本系統調度臺中RTP協議用于傳輸集群網絡的單呼、組呼語音、視頻、圖像等數據業務，并建立在UDP之上。集群業務數據流自上而下（通過RTP、UDP傳輸層、IP網絡層、L2數據鏈路層及L1物理層）和自下而上的傳輸，實現集群業務功能。用戶面協議棧架構如圖3所示。

圖3 用戶面協議棧Fig.3 Protocol stack of user plane

6 總結展望

未來軌道交通集群通信將向更大帶寬，更高傳輸能力，更豐富的應用發展，在后續版本中將會有一系列的變化，例如在共線場景下，實現跨核心網和基站共享模式；跨線運行時，調度信息服務器能夠實現位置數據的及時獲取和更新；實現與地鐵系統現有的專用電話用戶語音單呼業務互聯互通；支持一些新的集群調度功能，如站管呼叫、調度臺位置呼叫、全呼等。

本文介紹的基于B-TrunC網絡的無線集群的調度臺，很好的替代了現有Tetra窄帶集群調度臺，能夠滿足在軌道交通各應用場景下實現調度功能，并且可以隨著軌道交通通信技術的發展而發展，很好服務于軌道交通行業，為廣大人民出行提供了安全保障。