基于城市軌道交通公安消防系統(tǒng)方案研究

張毅

摘要：地鐵是改善城市公共交通的狀況的有效途徑。隨著地鐵的快速建設(shè)，軌道交通推動城市的發(fā)展同時城市交通的安全問題越被重視。該文介紹南京地鐵工程中公安無線系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求、實施方案、特點和優(yōu)勢，最后結(jié)合南京地鐵寧句線工程實例，提出了現(xiàn)階段地鐵工程建設(shè)的無線系統(tǒng)發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;無線系統(tǒng);集群;基站

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）36-0052-02

1 概述

地鐵公安集群無線通信指揮調(diào)度系統(tǒng)為公安（消防）調(diào)度員和車站值班民警等之間建立通信手段。該系統(tǒng)是一個相對獨立的無線通信網(wǎng)，使用350MHz公安無線頻點，與公安地面350MHz集群網(wǎng)有機銜接，整合為一個完整、統(tǒng)一的通信調(diào)度網(wǎng)。句容段地鐵線路PDT系統(tǒng)與地面公安無線系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通，也可以和地下其他PDT系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通，實現(xiàn)全線地下車站之間、車站與地面之間的無線通信。

2 系統(tǒng)構(gòu)成和功能

地鐵公安無線系統(tǒng)包含以下兩個部分。

無線分基站的本基站電臺呼叫是由無線分基站的控制信道完成。 跨基站呼叫通過交換控制設(shè)備和2個基站的控制信道協(xié)作完成。地鐵公安系統(tǒng)基站范圍內(nèi)的通話不占用地面主基站信道。信道機全部為獨立模塊，每個基站均采用 PDT 數(shù)字信道，并具有系統(tǒng)擴展能力，話音信道滿足公安部 200 對頻點范圍內(nèi)可以任意自適應(yīng)工作。

2.1 公安無線系統(tǒng)

作為公安集群無線通信指揮調(diào)度系統(tǒng)在寧句城際軌道交通工程中的延伸，為公安調(diào)度員和車站值班民警之間建立通信提供手段。

2.2 消防無線系統(tǒng)

消防無線系統(tǒng)采用數(shù)字（PDT）方式，車站共用公安同播信道，參與公安的統(tǒng)一調(diào)度指揮作為消防系統(tǒng)無線調(diào)度系統(tǒng)在句城際軌道交通工程中的延伸，為消防調(diào)度員和現(xiàn)場人員建立通信提供手段。

2.3 公安無線通信需求

基于城市的發(fā)展，交通越來越便利，城市集中化，城市與城市間通信應(yīng)更加便捷，公安無線通信跨市溝通便成為軌道交通的發(fā)展必然趨勢。

本工程在地鐵公安分局指揮中心設(shè)置匯接交換中心，以點對點方式連接無線分基站，無線基站通過公安傳輸系統(tǒng)提供的IP通道與交換中心相連，完成基站之間通信和用戶的移動性管理。同時，本工程新設(shè)的匯接交換中心與句容匯接交換平臺實現(xiàn)互聯(lián)互通，可實現(xiàn)與省廳或市局地面PDT系統(tǒng)與南京公安無線實現(xiàn)互聯(lián)互通。

2.4 安全發(fā)展需求

跨省市互聯(lián)互通、信號穩(wěn)定、抗干擾強、安全可靠。

本系統(tǒng)交換控制中心選用高安全、高穩(wěn)定、高性能，以及多用戶、多任務(wù)的系統(tǒng)平臺。此外項目還配置了數(shù)字匯接交換機，具備較強的容錯能力，采用全數(shù)字交換方式，分散控制，避免了網(wǎng)絡(luò)病毒影響，提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

可靠性主要通過鑒權(quán)加密實現(xiàn)。

鑒權(quán)：身份認證，鑒權(quán)需要UE、核心網(wǎng)實現(xiàn)雙向鑒權(quán)，任何一方失敗則UE無法完成接入流程。

加密：防止數(shù)據(jù)被竊取，對數(shù)據(jù)流、控制面（RRC信令、NAS信令）進行加密處理。

完保：防止數(shù)據(jù)被篡改，黑客可能不需要獲取你的數(shù)據(jù)、但是會惡意破壞你的數(shù)據(jù)，完保只會對控制面進行，因為完保是對已有數(shù)據(jù)通過完保算法生成另外一個數(shù)據(jù)，會影響通信流量，如果對數(shù)據(jù)流也進行完包，對管道帶寬影響很大。

鑒權(quán)詳細流程：

MME--> HSS：imsi、sn-id、sn-type

HSS --> MME：鑒權(quán)向量AV = { RAND、AUTH-HSS、XRES、K-ASME }

MME --> UE：RAND、AUTH-HSS（MAC）

UE處理流程：{ RAND、AUTH }- 通過EPS AKA算法（RRC接口？）計算出--> （ RES、AUTH-UE、K-ASME ），

如果計算出的AUTH-UE等于MME通知的AUTH-HSS（即對核心網(wǎng)進行鑒權(quán)），則鑒權(quán)成功，回復(fù)RES。

UE--> MME：RES

MME處理流程：如果RES等于XRES，則鑒權(quán)通過。

如果雙方均鑒權(quán)成功，則UE、MME則共享了相同的K-ASME（盡管 K-ASME 沒有在UE、MME之間傳輸）。

安全流程：

MME：

（1）選擇UE能支持的加密算法和完整性算法。

（2）使用{算法ID、安全算法分辨器} --> K nas-inc、K nas-enc。

（3）EIA算法+參數(shù)--> NAS MAC （NAS消息鑒權(quán)碼）。

（4）發(fā)送Security Command Complete（包含K nas-inc、K nas-enc、MAC）到UE，（此消息只是經(jīng)過完保，沒有加密，因為UE此時并不知道加密算法）。

UE：

（1）根據(jù)KSI-ASME獲取Kasme。

（2）使用{算法ID、安全算法分辨器}-->Knas-inc、Knas-enc。

（3）根據(jù)NAS-MAC檢查消息的完整性。

術(shù)語：

RAND：Random Challenge，網(wǎng)絡(luò)提供給UE的不可預(yù)知的隨即數(shù)，長度為16 octets。

AUTH：Authentication Token， 用于向UE提供網(wǎng)絡(luò)信息，以使UE對網(wǎng)絡(luò)進行鑒權(quán)，長度為17 octets。

MAC（message authentication code）：鑒權(quán)消息碼; NAS MAC，即NAS消息鑒權(quán)碼。

XRES：Expected Response， 用于和UE的RES進行比較，相同則表示鑒權(quán)通過，長度為4 ～16 octets。

ASME：接入安全管理實體。

Kasme：由CK＼IK以及ASME（MME）的PLMN ID計算出來的根密鑰，長度為32 octets。

AMF：authentication management filed。

AV：鑒權(quán)向量。

KSI： key set identity，即UE、MME指示Kasme的值。

KDF：key derivation function 密鑰派生函數(shù)。

警用鑒權(quán)和加密采用符合公安部要求的硬件和軟件。

3 結(jié)束語

通過對公安無線通信系統(tǒng)所遇到的問題及方案考慮，在滿足通信的需求還應(yīng)考慮造價、設(shè)備現(xiàn)狀、后期延伸線對接情況、以及對運營日常影響、公安系統(tǒng)風(fēng)險因素，因地制宜設(shè)計出一套符合現(xiàn)場情況最優(yōu)方案。在此，對上述方案闡述之后還會對無線通信系統(tǒng)進行深度學(xué)習(xí)與探討。

參考文獻：

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