作者：代赤
来源：《中国新通信》 2018年第19期
【摘要】 近年来，随着我国铁路运输行业的飞速发展，导致铁路线路的增多及其分散性给铁路通信工作带来很多棘手问题，造成铁路调度系统的准确性降低。作为下一代网络核心技术的IMS（IP 多媒体子系统）提供IP 多媒体业务，可用于支持固网移动融合（FMC）的发展。本文论述了基于IMS 的铁路多媒体调度技术，并在此基础结构上介绍了铁路调度系统的发展思路，主要研究基于IMS 的铁路多媒体调度系统的服务平台、通信协议、接口技术和安全方案。 【关键词】 IP 多媒体子系统（IMS） 调度通信系统 铁路通信 高速铁路
调度通信系统是铁路通信网中一种非常重要的专用通信系统。建立安全可靠、技术先进、功能强大、运行高效的铁路调度通信网络是铁路安全正常运行的重要保障和必要手段。近年来，随着铁路提速改造、高速铁路和客运专线的大规模建设，铁路调度指挥工作人员也对通信系统的科技提升和持续创新提出了新的要求。此外，基于IP 的服务网络这一大趋势促使传统铁路通信系统面临新的技术发展和网络演进。
一、IMS 概述
IMS 最初是由无线标准体第三代合作伙伴计划（3GPP）定义的，用于作为演进GSM 网络之外的移动网络版本的一部分。IMS 旨在为无线和有线终端接入多媒体和语音提供通道，换言之，就是创建固网移动融合（FMC）的形式。固网移动融合是通过具有接入网络与服务层隔离的水平控制层来实现的，从逻辑体系结构的角度来看，服务层不需要有自身的控制功能，因为控制层是一个共享的水平层。IMS 的主要特点如下：
1.1 业务与控制
IMS 增强了GPRS 的呼叫控制能力，实现了端到端的实时性。例如，基于分组域的语音和视频、基于SIP 的可扩展统一业务控制增强了管理用户的业务能力。
1.2 多媒体融合
IMS 可以通过单个或多个选择与组合类型不同的多媒体流会话，可提供处理实时语音、视频和数据的功能。
1.3 开放接口和访问独立性
IMS 具有开放的接口，支持移动性和漫游。IMS 是最初由3GPP 定义的移动网络，所以充分考虑了移动终端的漫游支持。IMS 可提供基于IP 的服务，而且依赖于底层接入技术。
二、基于IMS 的多媒体调度系统
调度系统由三部分组成：主系统、分系统以及网络管理系统，可以说这三部分都是至关重要的，缺一不可[1]，基于IMS 的铁路多媒体调度通信系统是基于调度通信技术，同时满足单触接入、基于优先级的呼叫、呼、单呼、满足调度的业务需求。另外，IMS 将数据调度、视频调度、宽带话音调度作为一个整体，形成了基于语音交换平台、业务平台、终端平台、语音、传真、SMS、E-MA 等网络管理平台的多方交互和协同调度的通信系统。多媒体调度通信系统大大提高了用户对铁路应急的响应速度和处理效率，是实现铁路运输信息化、数字化、现代化的有效手段。
2.1 多媒体调度业务平台
基于IMS 的铁路多媒体调度平台拥有有线和无线方式，如传统的电话服务、车站电话服务、站内电话服务和其他专用电话业务，可以实现紧急情况的通信，防灾、视频监控、TDCS 等。实现了语音域和IP 域的多种通信方式的集成。铁路通信系统中，专用通信系统承担着至关重要的任务，其中包括及时播报客运情况、车辆运行情况以及维护通话系统等，而组成专用通信系统的主要是站场通信与专用电话、站内用户以及调度电话，它们之间紧密联系，从而保证了对铁路车辆运行情况的实时监控和管
理[2]。
一个完整的系统包括五个子系统：核心网、业务网络、接入网、管理网络和终端。这些子系统构成系统的域，如图1 所示。
其中，核心网络主要包括CSC（呼叫会话控制）、HSS（家庭用户服务器）、MRS（媒体实时服务）等，完成了修补系统管理、用户注册、呼叫控制、会话和资源管理等功能。
业务网络主要实现传输控制补丁业务，包括DPS（调度分组服务）、WBS（白板服务）、DSS（桌面和应用共享服务）等服务。
接入网主要由CS（电路交换域）接入网关、PS（分组交换域）接入网关和物联网交互网关组成。它实现了与视频会议、视频监控、语音调度、对讲等通信系统的互联，并作为物联网数据采集平台的接口。
管理网络为所有服务模块提供NM（网络管理）功能、系统、具有数据配置功能的用户。而终端作为调度业务接入点，可以支持对各种终端的访问。
基于IMS 的铁路多媒体调度平台的主要特点为“一个联盟，两个分布，三个分离”，具体如下：（1）企业与管理的统一。该平台可同时处理语音、数据、视频等多媒体业务，NMS（网络管理系统）可实
现对整个网络调度终端、业务平台、交换平台、IP 网关、监控终端、会议终端等设备的统一管理及其相关服务。（2）分布式接入和服务。支持固定、移动、有线、无线等多种普遍接入方式，该平台可以与GSM-R、无线集通信和无线互连。该平台既可以调用移动终端，又可以接入移动视频，也可以为铁路、铁路局、铁路、客运专线调度站、车站不同业务终端提供分布式接入和服务。（3）三种分离机理。用户和终端是分开的，调度系统的用户可以通过任何终端接入系统后进行用户身份认证。用户将终端设备替换为安全控制主体，从而提高了安全性和可控性。核心网络和业务网络分离，使得业务独立于网络，使得各种固定、无线和IP 网络接入共享相同的多媒体业务，为减少新业务开发周期提供了良好的条件。将信号和媒体分开，从媒体网关分离呼叫信号控制功能。这使得信号控制功能和托管网络之间没有太多的关系，这为铁路多网共存条件下的托管网络集成提供了优势。
2.2 SIP 的设计
SIP（会话发起协议）是IETF 的MMUSIC（多方多媒体会话控制）组在1997 年7 月提出的一种应用层控制协议，用于在IP 网络中建立、调整和终止多媒体呼叫或会话，以建立完整的通信服务系统。SIP 主要支持用户定位、用户可用性确定、媒体类型和媒体参数的确定、会话设置、会话管理等功能。
IMS 采用SIP 控制端到端呼叫，支持铁路固定和移动网络融合的技术基础。以“呼叫和被叫方家庭网络”为例，设计了铁路多媒体调度平台用户的SIP 过程。
三、安全分析与解决方案
IMS 作为一种能够实现网络全IP 的技术，具有简单、灵活、独立于接入网络、开放标准等优点，但IMS 网络也具有先天性脆弱的IP 网络，因为在网络体系结构、协议等方面存在潜在的安全问题。IMS 可分为接入安全和网络域安全。
3.1 访问安全性
3.1 访问安全性
通道包括用户认证、网络认证和IMS 终端和网络之间的业务保护，接入安全策略随着接入网络的变化而变化。当移动分组网络接入IMS 时，仍然采用SIM 卡认证和信令保护。此外，IMS 系统还提供端到端策略。
3.2 网络域安全
网络域安全涉及节点之间的业务保护，在IMS 核心网络中采用IP 比较安全。
四、结论与展望
与传统的TDM 信号调度业务的实现方式相比，基于IMS 的多媒体调度系统具有信息多样化、方便性、灵活性、速度和通用性等优点。铁路定线调度与无线调度相结合，可实现承载层、控制层、业务层和运营管理的综合统一。当然，我们必须充分认识到，基于IMS 架构实现真正的铁路多媒体调度系统提升是一个渐进的过程。在未来的发展中，我们应致力于使铁路调度通信系统逐步走向数字化，网络化、集成化、智能化、线缆一体化，以保证铁路运营的便捷高效，实现列车运行调度指挥系统的合理化和现代化。
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