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        地鐵專用無線通信降級備用系統(tǒng)的應用

        2012-07-05 02:58:04陳東伐
        城市軌道交通研究 2012年3期
        關鍵詞:降級集群基站

        陳東伐

        (蘇州軌道交通有限公司,215006,蘇州//工程師)

        地鐵運行控制設備一般位于地鐵公司控制中心大樓。在地鐵控制中心遭遇恐怖襲擊、災害等突發(fā)情況下,有可能影響包括無線通信在內(nèi)的設備系統(tǒng)的運行,進而影響整個地鐵線路的運行。因此,有必要設置備用設施以減少突發(fā)情況對地鐵運營系統(tǒng)的影響。

        近年來,業(yè)內(nèi)提出了相對于控制中心大樓(主用)而言的備用中心的概念。備用中心一般設置于車輛段,對一些事關列車運行的重要中心控制設備進行備用。在控制中心(主用)發(fā)生突發(fā)情況之下,啟用備用中心設備,以確保列車的正常運行,最大限度地減少對運營線路的影響。

        地鐵專用無線通信系統(tǒng)是地鐵運營調(diào)度指揮及維護管理的重要設施,是地鐵運行列車與車下運營管理機構之間唯一的通信手段,擔負著提高運營效率和管理水平、保證行車安全及地鐵乘客生命安全的重要使命。鑒于地鐵專用無線通信系統(tǒng)的重要作用,有必要對其采用備用方案,因此地鐵專用無線通信系統(tǒng)一般是備用中心考慮的系統(tǒng)之一。本文以中國電子科技集團第54研究所研制開發(fā)的降級備用系統(tǒng)產(chǎn)品為例,著重闡述地鐵專用無線通信降級備用系統(tǒng)的原理、構建與實現(xiàn)。

        1 地鐵專用無線通信系統(tǒng)概述

        目前,地鐵專用無線通信系統(tǒng)普遍采用800 MHz TETRA(陸地數(shù)字集群無線系統(tǒng))通信方式。系統(tǒng)主要由交換控制中心設備、調(diào)度臺、集中網(wǎng)管系統(tǒng)、調(diào)度管理服務器等設備,以及基站、直放站、列車車載臺、固定電臺、便攜臺、天饋系統(tǒng)(包括漏泄同軸電纜、天線、射頻電纜、功分器、耦合器等)和傳輸通道等構成,以實現(xiàn)對地鐵線路的統(tǒng)一無線調(diào)度通信和管理。

        地鐵專用無線通信系統(tǒng)一般采用單中心控制交換機加多基站小區(qū)制組網(wǎng)方案。在控制中心設置集群交換機,在地鐵沿線各車站、車輛段和控制中心設置集群基站。各基站通過有線傳輸通道與控制中心集群交換機相連,采用星型方式組網(wǎng),一般設置行車調(diào)度臺、防災環(huán)控調(diào)度臺等。

        地鐵專用TETRA無線通信系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能:通話服務,數(shù)據(jù)服務,調(diào)度臺功能及管理等。此外,TETRA無線通信系統(tǒng)還設計故障弱化的功能,即單站集群功能、直通模式功能。

        2 專用無線通信系統(tǒng)備用模式的比較

        迄今,國內(nèi)外對于專用無線通信系統(tǒng)的備用方案,存在三種模式。

        1)完全備份模式:即對主用系統(tǒng)完全備份。其優(yōu)點是系統(tǒng)可靠性很高,缺點是建設成本較高。這種模式采用較少。

        2)故障弱化模式:即利用TETRA無線通信系統(tǒng)的故障弱化功能,包括單站集群功能、直通模式功能。其優(yōu)點是,不用增加投資,可實現(xiàn)單基站下的呼叫功能和短距離對講功能;缺點是,無法實現(xiàn)中心調(diào)度功能,不能進行統(tǒng)一調(diào)度。

        3)降級備用系統(tǒng)模式:即基于TETRA無線通信系統(tǒng),在備用中心通過一套備用控制設備和備用調(diào)度臺終端,以一種遠程控制基站接入電臺(Site Access Radio,以下簡為SAR)的方式接入到TETRA基站,實現(xiàn)備用情況下對各基站下用戶的呼叫、指揮。其優(yōu)點是:相對于第一種模式,可以節(jié)約很多建設成本;相對于第二種模式,既可以建設功能弱化的備用集群中心系統(tǒng),又增強了單站集群功能,可以實現(xiàn)中心調(diào)度員對各基站下用戶的統(tǒng)一調(diào)度指揮。

        通過以上比較分析不難看出,降級備用系統(tǒng)具有一定的經(jīng)濟、技術優(yōu)勢,因此其應用亦越來越多。目前,該系統(tǒng)在北京地鐵5號線、10號線得到成功應用。

        3 降級備用系統(tǒng)的實現(xiàn)原理

        在主用系統(tǒng)條件下,各個TETRA集群基站均通過有線傳輸鏈路連接到集群交換控制中心。在降級備用系統(tǒng)條件下,不存在集群交換控制中心,所有集群基站都工作在單站集群模式下;若要接入TETRA基站,常見的方式是通過有線方式直接連接和控制基站,但是控制中心與基站通信采用的協(xié)議為私有協(xié)議,不向第三方公開的。因此,有線接入方式在降級備用系統(tǒng)設計時不可行。降級備用系統(tǒng)通過SAR接入基站,降級備用中心設備通過有線傳輸鏈路連接到SAR,然后通過SAR以無線方式接入基站,進而建立各基站下移動臺的通信(如圖1所示)。

        在降級備用系統(tǒng)中,SAR是降級備用中心與各基站下的車載臺,以及手持臺通信的中繼轉(zhuǎn)發(fā)設備。物理連接方面,SAR通過RS422數(shù)據(jù)接口及4線音頻接口,經(jīng)傳輸系統(tǒng)連接到降級備用中心的設備;在編組方面,SAR內(nèi)部需編入降級備用系統(tǒng)專用通話組,并啟動通話組掃描;在接收外部控制管理方面,下行方向接收備用控制中心的控制命令完成轉(zhuǎn)組、開關掃描、PTT(一按就通話)鍵操作等動作,上行方向?qū)⒔邮盏降耐鞠掠脩艉艚行畔l(fā)送給備用控制中心。

        圖1 降級備用系統(tǒng)接入基站原理示意圖

        SAR接入集群基站方式避開了分析基站接口私有協(xié)議的大量工作,直接通過空中接口接入TETRA集群基站,而該空中接口是符合TETRA標準的,也是TETRA的內(nèi)部接口。

        SAR需要在降級備用系統(tǒng)的控制下才能完成中繼轉(zhuǎn)發(fā)工作。為了接收命令,SAR是在集群標準電臺(設置于車控室的固定電臺)上開發(fā)實現(xiàn)的。在電臺上,集群廠家向第三方開放了一種稱為SB 9600的接口和協(xié)議。通過該接口可以實現(xiàn)對電臺的多種操作和控制。SAR通過一套固件程序與SB9600接口進行通信。

        4 降級備用系統(tǒng)的構成與實現(xiàn)

        4.1 降級備用系統(tǒng)的構成

        降級備用系統(tǒng)由備用中心設備和若干套SAR、車載臺(含備用功能)、手持臺,以及若干個單站集群模式下的MTS基站等組成。其中,備用中心設備包括:中心控制機,服務器(包括軟、硬件),備用調(diào)度臺(包括軟、硬件),音頻接口設備,RS422接口轉(zhuǎn)換設備,網(wǎng)絡設備等。降級備用系統(tǒng)的組網(wǎng)結構如圖2所示。其中主要設備的功能如下。

        1)中心控制機功能:話音接續(xù),接收服務器控制命令并處理。

        2)服務器功能:對SAR、中心控制機進行控制,監(jiān)視設備狀態(tài),為備用調(diào)度臺提供信息服務。

        3)SAR功能:在服務器人工遠程操作控制下轉(zhuǎn)入備用通話組,啟動通話組掃描;接收和處理調(diào)度臺指令,并對調(diào)度臺指令作出回應;向調(diào)度臺發(fā)送所屬基站下手持臺、車載臺的呼叫信息;接收調(diào)度臺語音,并通過無線鏈路發(fā)送給基站下的手持臺、車載臺;通過無線鏈路接收基站下手持臺、車載臺的語音,并傳送給相應調(diào)度臺。

        圖2 地鐵專用無線通信降級備用系統(tǒng)組網(wǎng)結構示意圖

        4)音頻接口設備功能:采用插卡方式安裝在調(diào)度臺計算機主機內(nèi),提供調(diào)度員操作接口;通過MIC(話筒)接收調(diào)度員話音,并發(fā)送給中心控制機;接收中心控制機的上行話音,并通過選中(或非選中)喇叭播放給調(diào)度員;提供錄音輸出接口,將MIC輸入音頻,選中喇叭音頻輸出給錄音設備;向調(diào)度臺計算機發(fā)送PTT按鍵信息。

        5)調(diào)度臺設備功能:為備用系統(tǒng)調(diào)度員提供人機界面,供調(diào)度員完成對列車、移動作業(yè)人員的基本調(diào)度指揮。

        4.2 降級備用系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

        降級備用系統(tǒng)在主用中心集群交換設備癱瘓或控制中心不能按時投入使用時啟用。

        主用控制中心與備用控制中心采用人工切換。正常情況下,備用控制中心處于關閉狀態(tài)。當主用控制中心設備出現(xiàn)故障無法使用時,可人工開啟備用系統(tǒng),啟用備用控制中心;當主用控制中心恢復正常后,可人工關閉備用系統(tǒng),重新開啟主用控制中心系統(tǒng)。地鐵專用無線通信系統(tǒng)中的車載臺、手持臺在人工控制下完成主、備模式切換,SAR在備用系統(tǒng)服務器人工遠程操作控制下完成主、備模式切換。下面重點闡述降級備用呼叫功能的實現(xiàn)過程。

        1)上行呼叫(移動臺呼叫調(diào)度臺)過程:在移動臺上直接按下PTT鍵,將移動臺呼叫使用的通話組、移動臺ID首先通過無線鏈路發(fā)送給所屬基站下的SAR;SAR獲取這些信息后進行協(xié)議轉(zhuǎn)換再轉(zhuǎn)發(fā)給服務器;服務器分析上行呼叫信息,然后同時將信息下發(fā)給中心控制機和相關調(diào)度臺;中心控制機立即建立相關SAR到調(diào)度臺的話音通道,調(diào)度臺收到服務器的信息后在界面上顯示出主叫方信息。在移動臺上按下PTT鍵后無需等待系統(tǒng)確認信息即可通話,產(chǎn)生話音流,話音首先通過無線鏈路發(fā)給所屬基站下的SAR;SAR再通過中心控制機已經(jīng)建立的話音通道傳送給相關調(diào)度臺。上行呼叫過程示意圖見圖3所示。

        圖3 上行呼叫過程示意圖

        2)下行呼叫(調(diào)度臺呼叫移動臺)過程(見圖4):調(diào)度臺首先發(fā)送下行呼叫指令給服務器,服務器進行指令解析后同時將指令下達給中心控制機及所有SAR;中心控制機負責完成調(diào)度臺到所有SAR的音頻通道建立,所有SAR根據(jù)指令中的通話組信息轉(zhuǎn)組到該通話組,關閉組掃描,中心控制機和所有SAR完成指令要求的工作后,回復確認信息給服務器;服務器進而將信息轉(zhuǎn)給調(diào)度臺,然后調(diào)度臺即可按下PTT鍵講話,產(chǎn)生話音流,調(diào)度臺話音首先傳送給中心控制機;中心控制機通過前面已建立的話音通道將調(diào)度臺話音轉(zhuǎn)發(fā)給所有SAR;然后SAR即可將話音下發(fā)給指定移動臺。

        圖4 下行呼叫過程示意圖

        值得一提的是,與主用系統(tǒng)相比較,備用系統(tǒng)不提供派接呼叫功能、多選呼叫功能、私密呼叫功能、有線電話互聯(lián)功能,以及與短數(shù)據(jù)通信相關的功能等。

        5 結語

        降級備用系統(tǒng)通過遠程控制SAR接入集群基站的方式,使技術實現(xiàn)上相對簡單,以較少的代價有效彌補了TETRA故障弱化功能的不足,提高了地鐵無線調(diào)度指揮的可靠性;同時也為地鐵運營單位應對危機突發(fā)情況、反恐、防災等提供了重要技術保證。因此,降級備用系統(tǒng)具有較高的實際應用價值。

        [1]GB 15539—1995集群移動通信系統(tǒng)技術體制[S].

        [2]SJ/T 11228—2000數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)體制[S].

        [3]GB 50157—2003地鐵設計規(guī)范[S].

        [4]沙學軍,譚學治,陳娟.數(shù)字集群網(wǎng)系統(tǒng)總體方案的探討[J].移動通信,2001(4):19.

        [5]鄭祖輝,陸錦華,鄭嵐.數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

        [6]樊昌信,曹麗娜.通信原理[M].北京:國防工業(yè)出版社,2008.

        [7]國剛,周峰,孫更新.軟件工程統(tǒng)一建模原理與實踐教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.

        [8]李保田.地鐵無線通信降級備用系統(tǒng)呼叫控制子系統(tǒng)的實現(xiàn)[D].西安:西安電子科技大學,2009.

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