GSM-R核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化研究

魏 煉

（北京全路通信信號研究設(shè)計院，北京 100073）

隨著客運(yùn)專線、城際鐵路、高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)，GSM-R完成了全國主要節(jié)點(diǎn)核心網(wǎng)的建設(shè)，解決了北京、武漢、西安、廣州、濟(jì)南等節(jié)點(diǎn)GSM-R核心網(wǎng)的互聯(lián)互通，為實(shí)現(xiàn)中國鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)狀運(yùn)營和全面建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

GSM-R網(wǎng)絡(luò)是鐵路運(yùn)輸中強(qiáng)有力的技術(shù)支撐和保障的手段，在鐵路快速發(fā)展和信息化建設(shè)中處于十分重要的位置。為了滿足不斷增長的運(yùn)輸需求，提高全國鐵路網(wǎng)的整體運(yùn)輸能力，需進(jìn)一步完善GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化布局，提高網(wǎng)絡(luò)的安全和可靠性，加快網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)步伐。

1 GSM-R核心網(wǎng)現(xiàn)狀分析

1.1 GSM-R核心網(wǎng)現(xiàn)狀

GSM-R核心網(wǎng)采用二級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：移動匯接網(wǎng)和移動本地網(wǎng)。

移動匯接網(wǎng)由北京、武漢、西安3個TMSC通過網(wǎng)狀網(wǎng)連接構(gòu)成；移動本地網(wǎng)由移動交換中心連接構(gòu)成。

全網(wǎng)GSM-R核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（移動交換中心）共計19個，即18個鐵路局所在地和拉薩。目前北京、太原、濟(jì)南、西寧、拉薩、武漢、廣州、西安和南昌、成都、上海11個核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)已建成；其余8個節(jié)點(diǎn)蘭州、烏魯木齊、哈爾濱、沈陽、昆明、鄭州、南寧和呼和浩特核心網(wǎng)工程已經(jīng)立項(xiàng)，目前還未建設(shè)、實(shí)施。

H LR、SCP和SM SC等核心設(shè)備已建成，而且設(shè)立了容災(zāi)備份機(jī)制，北京、武漢分別設(shè)置1套H LR、SCP和SM SC設(shè)備，并互為異地冗余備份，但MSC網(wǎng)絡(luò)尚未建立冗余備份機(jī)制。

目前，京津城際、石太、合寧、合武客運(yùn)專線、膠濟(jì)線、大秦線、青藏線等GSM-R線路已正式運(yùn)營，其中京津城際、石太客運(yùn)專線接入北京核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)；合寧、合武客運(yùn)專線以及膠濟(jì)線接入濟(jì)南核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)；青藏線分別接入西寧和拉薩核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。上述GSM-R線路中，京津城際、膠濟(jì)線、大秦線及青藏線等GSM-R線路分別接入北京、濟(jì)南、太原、西寧、拉薩等所轄核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，完全符合GSM-R網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)劃要求，符合區(qū)域化接入、網(wǎng)絡(luò)區(qū)域化管理等方式。但石太、合寧、合武客運(yùn)專線GSM-R線路所接入的核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)不符合要求，主要存在以下問題。

（1）石太客運(yùn)專線GSM-R系統(tǒng)工程

石太客運(yùn)專線跨北京、太原2個鐵路局，相應(yīng)線路應(yīng)分別接入北京、太原核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。由于北京、太原M SC沒有進(jìn)行互聯(lián)互通，石太客運(yùn)專線全線只能先接入北京核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，既屬太原局所轄線路，也接入了北京核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，這種接入方式既不符合GSM-R網(wǎng)絡(luò)區(qū)域化管理要求，又容易引起用戶數(shù)據(jù)、編號等混亂，造成長途資源的浪費(fèi)。因?yàn)閷儆谔茌爡^(qū)域的GSM-R用戶不僅占用北京核心網(wǎng)的資源，而且占用太原至北京的長途傳輸通道。太原區(qū)域GSM-R無線網(wǎng)與核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)由不同運(yùn)維單位進(jìn)行管理，徒增運(yùn)維工作復(fù)雜度和工作量，不利于提高生產(chǎn)效率。

（2）合寧、合武客運(yùn)專線GSM-R系統(tǒng)工程

合寧客運(yùn)專線為上海局管轄區(qū)域，合武客運(yùn)專線跨武漢、上海2個鐵路局所轄區(qū)域，由于武漢、上海節(jié)點(diǎn)核心網(wǎng)的建設(shè)滯后于合寧、合武客運(yùn)專線的建設(shè)，為了保證合寧、合武客運(yùn)專線的順利開通運(yùn)行，暫將合寧、合武客運(yùn)專線GSM-R線路接入濟(jì)南核心網(wǎng)作為過渡。這種跨局接入造成以下問題：合寧、合武客運(yùn)專線GSM-R用戶均占用濟(jì)南核心網(wǎng)的資源，不僅容易引起用戶數(shù)據(jù)、編號的混亂和長途傳輸資源的浪費(fèi)，更是增加了跨局指揮和協(xié)調(diào)的難度，給跨局業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行造成不良影響；屬于濟(jì)南局管轄的膠濟(jì)線和合寧、合武客運(yùn)專線均接入濟(jì)南核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，如果合寧客運(yùn)專線GSM-R網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試、檢修，需要上海和濟(jì)南2個路局同時要點(diǎn)；如果合武客運(yùn)專線GSM-R網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試、檢修，則需要武漢、上海和濟(jì)南3個路局同時要點(diǎn)，大大增加了實(shí)施難度，影響跨局的運(yùn)輸業(yè)務(wù)和行車指揮。

為了解決上述問題，減少工程過渡，節(jié)約資金，建議盡快統(tǒng)一建設(shè)未建的核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，迅速建立完善、互通的GSM-R核心網(wǎng)絡(luò)，為GSM-R線路的大規(guī)模接入奠定基礎(chǔ)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析

結(jié)合GSM-R網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)營狀況，對核心網(wǎng)的可用性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性進(jìn)行分析。1.2.1 可用性分析

全路19個GSM-R核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)均設(shè)置在鐵路局及路局調(diào)度中心所在地，核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、合理。各路局所在地建設(shè)核心網(wǎng)具有GSM-R線路接入及業(yè)務(wù)量比較集中、便于接入GSM-R無線子系統(tǒng)和數(shù)字調(diào)度系統(tǒng)、傳輸資源豐富、供電可靠、便于網(wǎng)絡(luò)組織和升級、便于調(diào)度指揮和維護(hù)管理等優(yōu)勢。已建GSM-R核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)營和維護(hù)情況也充分印證了上述優(yōu)勢。如果取消任意1個核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，都會造成GSM-R線路跨局接入，從而增加跨局指揮、協(xié)調(diào)的工作量。因此， 19個核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的設(shè)置方案避免了GSM-R線路的跨局接入，是減少跨局工作量，提高運(yùn)輸效率的有效途徑之一，網(wǎng)絡(luò)的可用性也較好。1.2.2 經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃（2008年調(diào)整）》，鐵道部計劃建設(shè)快速客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)、建設(shè)新線、增建二線及既有線電氣化建設(shè)總規(guī)模達(dá)13.5萬km。各核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)覆蓋主要線路總里程約為北京0.91萬km、武漢0.89萬km、上海1.14萬km、廣州1.53萬km、西安0.43萬km、成都0.7萬km、南昌0.73萬km、哈爾濱0.55萬km、濟(jì)南0.57萬km、太原0.5萬km、鄭州0.26萬km、蘭州0.76萬km、烏魯木齊0.8萬km、沈陽0.77萬km、昆明0.72萬km、南寧0.4萬km、呼和浩特0.24萬km、西寧0.1萬km、拉薩0.5萬km。

上述統(tǒng)計結(jié)果表明，每個核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)均覆蓋若干里程的GSM-R線路。若取消任何1個核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，本應(yīng)接入該節(jié)點(diǎn)的GSM-R線路及數(shù)字調(diào)度交換機(jī)，需要接到其他節(jié)點(diǎn)M SC，造成A接口及MSC與數(shù)字調(diào)度交換機(jī)的傳輸距離增加，增加了長途電路數(shù)量和運(yùn)營維護(hù)成本，不利于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理和運(yùn)輸調(diào)度指揮。

根據(jù)已簽訂的框架協(xié)議，M SC均由供貨廠家支援，由此可以節(jié)省占總投資比例很大的M SC設(shè)備購置費(fèi)。另外，由于路局所在地傳輸資源豐富，供電可靠，機(jī)房大多可利舊，降低了相關(guān)配套設(shè)備的工程投資，有效提高了核心網(wǎng)建設(shè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，隨著GSM-R網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模建設(shè)，其良好的經(jīng)濟(jì)性將發(fā)揮更大作用。

綜上所述，現(xiàn)有19個核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)置地點(diǎn)優(yōu)勢集中、數(shù)量適中、網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)性較好。1.2.3 可靠性分析

由于每個核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)均接入多條GSM-R線路，若取消任何1個節(jié)點(diǎn)，應(yīng)接入該節(jié)點(diǎn)的線路需要接到其他節(jié)點(diǎn)。一旦該M SC宕機(jī)，不僅影響本局GSM-R線路的接入及業(yè)務(wù)，還影響其他局線路的接入和業(yè)務(wù)。因此，GSM-R核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和19個節(jié)點(diǎn)的設(shè)置方案，是有效實(shí)現(xiàn)區(qū)域化管理，提高運(yùn)輸效率，降低風(fēng)險的基本保障。

目前，GSM-R核心網(wǎng)的容災(zāi)備份機(jī)制主要考慮的是HLR、SCP、SMSC等核心設(shè)備的容災(zāi)，關(guān)鍵設(shè)備M SC尚未建立冗余備份機(jī)制，只是通過M SC設(shè)備本身的可靠性措施，即通過設(shè)備的單板備份和端口備份來保證M SC設(shè)備的安全，這種機(jī)制不能從根本上解決問題。另外，BSC與M SC的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種樹形結(jié)構(gòu)，多個BSC只能被1個M SC控制。如果M SC發(fā)生故障，其管理的BSC就不能正常工作，將造成該服務(wù)區(qū)內(nèi)業(yè)務(wù)的中斷，影響GSM-R網(wǎng)絡(luò)的安全、可靠性，影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維服務(wù)質(zhì)量、行車調(diào)度指揮和運(yùn)輸安全。

由于新建GSM-R線路的接入、系統(tǒng)升級、各種作業(yè)、檢修等都需要啟用備份核心網(wǎng)。為保證各種業(yè)務(wù)順利可靠地實(shí)施，進(jìn)一步完善GSM-R網(wǎng)絡(luò)冗余備份結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)的安全和可靠性是非常必要和緊迫的。

1.3 分析結(jié)論

通過上述分析，得出結(jié)論：維持GSM-R核心網(wǎng)19個節(jié)點(diǎn)的設(shè)置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃方案，同時建立核心網(wǎng)冗余備份機(jī)制。

2 冗余備份方案比選

考慮到GSM-R核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、移動匯接中心及本地交換中心的設(shè)置地點(diǎn)，MSC的冗余備份方案采用2種方式。

方式1：全網(wǎng)設(shè)置1個備份MSC節(jié)點(diǎn)（19：1）。方式2：全網(wǎng)設(shè)置多個備份MSC節(jié)點(diǎn)（19：N）。經(jīng)分析，方式1較方式2存在加大冗余備份機(jī)制無法實(shí)現(xiàn)的風(fēng)險，實(shí)施難度大，節(jié)省投資優(yōu)勢不明顯等問題，具體表現(xiàn)如下。

2.1 加大備份機(jī)制實(shí)現(xiàn)的風(fēng)險

方式1的冗余備份形式為19∶1，即1個備份M SC要對全網(wǎng)19個M SC進(jìn)行冗余備份。而N∶1備份模式無法對2個以上主用M SC同時退網(wǎng)進(jìn)行備份。如果主用設(shè)備的數(shù)量N值較大，增加了2個或多個主用MSC同時出現(xiàn)故障甚至癱瘓的可能性，因此該方案加大了備份機(jī)制無法真正實(shí)現(xiàn)的風(fēng)險。

2.2 數(shù)據(jù)配置復(fù)雜，實(shí)施難度大

1個備份M SC要對全網(wǎng)19個M SC進(jìn)行冗余備份，這種方式需要將19個M SC的數(shù)據(jù)在1個備份M SC設(shè)備上進(jìn)行加載，應(yīng)急數(shù)據(jù)配置復(fù)雜，工作量大，操作流程繁多，實(shí)施難度大。

2.3 節(jié)省投資優(yōu)勢不明顯

方式1可以減少M(fèi) SC設(shè)備的費(fèi)用。但由于部分節(jié)點(diǎn)M SC設(shè)備是由廠家贈送，減少了節(jié)省工程投資的優(yōu)勢；如果減少M(fèi) SC的數(shù)量，造成長途傳輸距離增加，加大了長途線路的投資。其他配套設(shè)施由于利舊或改造，工程投資并不能減少很多，故方式1節(jié)省投資的優(yōu)勢并不明顯。

綜上所述，建議采用方式2：全網(wǎng)設(shè)置多個備份MSC方式。

3 MSC冗余備份方案

目前已建和在建線路無線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各不相同，如針對某條線路或從單個工程的角度考慮核心網(wǎng)的冗余，不僅加大工程建設(shè)投資，還容易造成管理混亂，難以達(dá)到良好效果。因此，對全路核心網(wǎng)的冗余方案，應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃，合理設(shè)置。

根據(jù)GSM-R核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、匯接移動中心的設(shè)置地點(diǎn)及大秦貨運(yùn)重載專線GSM-R網(wǎng)單交換機(jī)、同站址雙層無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式，考慮充分利用匯接移動交換中心便于網(wǎng)絡(luò)組織和升級、便于調(diào)度指揮和維護(hù)管理等優(yōu)勢，確定全網(wǎng)在北京、武漢、西安和太原設(shè)置備份M SC，備份模式為N∶1方式。

3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

北京、武漢、西安和太原4個節(jié)點(diǎn)各增建1個MSC作為全網(wǎng)MSC的冗余備份，分別為TMSC及其所匯接的M SC作備份，即北京增建M SC為北京TM SC/MSC、沈陽MSC、哈爾濱MSC、濟(jì)南M SC和呼和浩特M SC備用，形成5∶1備份模式；武漢增建M SC為武漢TM SC/M SC、南寧M SC、廣州MSC、南昌MSC、上海MSC和鄭州MSC備用，形成6∶1備份模式；西安增建M SC為西安TMSC/MSC、成都MSC、昆明MSC、蘭州MSC、烏魯木齊M SC、西寧M SC和拉薩M SC備用，形成7∶1備份模式；太原增建M SC為太原M SC備份，形成1∶1備份模式。具體內(nèi)容詳見圖1。

3.2 備份MSC規(guī)模容量

北京備份M SC取北京、沈陽、哈爾濱、濟(jì)南和呼和浩特5個主用M SC容量最大者；武漢備份MSC取武漢、南寧、廣州、南昌、上海和鄭州6個主用M SC規(guī)模容量最大者；西安備份M SC取西安、成都、昆明、蘭州、烏魯木齊、西寧和拉薩7個主用MSC規(guī)模容量最大者；太原備份MSC與主用MSC的規(guī)模容量完全相同。

根據(jù)上述要求，確定備份M SC的用戶容量：北京8.3萬用戶、武漢4.2萬用戶、西安4萬用戶、太原3.6萬用戶。

3.3 與應(yīng)用系統(tǒng)的連接

備份MSC與所備份地RBC連接，實(shí)現(xiàn)GSM-R系統(tǒng)為列控系統(tǒng)提供透明傳輸通道。

備份M SC與所備份地A N地面節(jié)點(diǎn)設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)GSM-R系統(tǒng)為同步操控系統(tǒng)提供透明傳輸通道。

3.4 與鐵路數(shù)字調(diào)度通信網(wǎng)的連接

MSC備份網(wǎng)絡(luò)與鐵路數(shù)字調(diào)度通信網(wǎng)之間的長途路由由GSM-R網(wǎng)負(fù)責(zé)組織。備份M SC與所備份地數(shù)字調(diào)度交換機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)GSM-R網(wǎng)絡(luò)與鐵路數(shù)字調(diào)度通信網(wǎng)之間的互聯(lián)互通。

3.5 與鐵路固定電話交換網(wǎng)（PSTN）的互聯(lián)互通

M SC備份網(wǎng)絡(luò)與鐵路PSTN之間的路由組織采取發(fā)端入網(wǎng)方式。備份M SC兼關(guān)口局GM SC與本地鐵路固定電話交換機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)GSM-R網(wǎng)絡(luò)與鐵路固定電話交換網(wǎng)的互聯(lián)互通。

3.6 HLR的冗余備份

大秦線、膠濟(jì)線和青藏線GSM-R系統(tǒng)工程先于北京、武漢核心網(wǎng)的建設(shè)，為了保證上述工程的順利實(shí)施，太原、濟(jì)南和西寧3個節(jié)點(diǎn)設(shè)置了H LR設(shè)備，主要用于大秦線、膠濟(jì)線和青藏線GSM-R移動用戶的數(shù)據(jù)管理。目前北京、武漢已設(shè)置H LR設(shè)備，為全網(wǎng)GSM-R移動用戶服務(wù)，并互為異地冗余備份。

鑒于太原、濟(jì)南和西寧H LR設(shè)備已投入運(yùn)營，為了充分利用現(xiàn)有設(shè)備，保護(hù)工程投資，進(jìn)一步提高大秦線、膠濟(jì)線和青藏線GSM-R系統(tǒng)的可靠性，建議保留太原、濟(jì)南和西寧H LR設(shè)備，作為北京、武漢H LR設(shè)備的冗余備份，建立大秦線、膠濟(jì)線和青藏線GSM-R移動用戶數(shù)據(jù)的多重備份。

3.7 SSP的冗余備份

SSP與所在地的M SC合設(shè)，其設(shè)置地點(diǎn)及備份方案同MSC。

4 結(jié)束語

隨著GSM-R網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模、快速發(fā)展與建設(shè)，進(jìn)行GSM-R核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，建立核心網(wǎng)的冗余備份機(jī)制非常必要。GSM-R是加快新建網(wǎng)絡(luò)開通，方便網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理，緩解運(yùn)輸壓力，提高運(yùn)輸生產(chǎn)能力的有效措施,是實(shí)現(xiàn)列車控制和機(jī)車同步操控信息傳送的前提和保證。