西安GSM-R核心網接入北京、武漢中繼電路研究

漢繼軍

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043）

隨著中國鐵路GSM-R數字移動通信網絡的大規模建設，北京、武漢、西安3個全路核心網匯接節點已相繼建成，其中北京節點已正式投入使用，武漢、西安節點已完成單機調測。為滿足全路不斷建成的GSM-R網絡的業務需求，更好為鐵路運輸服務，各核心網節點之間的互聯互通已迫在眉睫。本文針對西安核心網節點與北京、武漢核心網節點的互聯互通，結合全路GSM-R核心網匯接節點現狀和鄭西客運專線工程的需要，通過分析業務需求、網絡結構、實現的業務與功能等，重點對中繼和信令通道數量的計算方法和配置方案做深入研究。

1 全路GSM-R核心網匯接節點現狀

全路劃分為3個匯接區，在北京、武漢、西安設置移動匯接交換中心（TMSC），負責轉接大區之間的長途話務。在北京、武漢2個節點分別設置1套全路共享基礎設備，包括歸屬位置寄存器（HLR）、智能網、GPRS（DNS、Radius）、信令轉接點（STP）、GROS等，2個節點之間設備采用地理冗余方式進行組網，面向全路提供服務。

西安節點設置1套移動交換機（TMSC/MSC/VLR/SSP），該交換機集成了移動匯接交換機（TMSC）、智能網業務交換點（SSP）等功能，物理上采用1套設備；設置1套GPRS設備，包括GPRS業務支持節點（SGSN）、GPRS網關支持節點（GGSN）等；并設置1套GRIS設備。

2 互聯互通業務需求

根據《GSM-R數字移動通信網技術體制（暫行）》和全路GSM-R網絡規劃，結合鄭西客運專線工程的需要，西安GSM-R核心網節點和鄭西客運專線GSM-R系統需要提供話音業務、數據業務、與呼叫相關的業務和鐵路特定業務。

西安核心網節點與北京、武漢核心網節點互聯互通需要實現上述業務，并滿足跨局語音呼叫、數據通信以及移動臺跨局漫游通信業務的互通，并為其他MSC提供電路域通信業務的匯接服務。

為鐵路提供的主要應用服務包括以下方面。

（1）提供鐵路運輸指揮話音通信業務，包括列車、客運、牽引變電等調度通信和站場、應急、施工養護等專用通信。

（2）采用GSM-R電路域連接方式，為CTCS-3級及以上列控系統提供車-地安全數據傳輸通道。

（3）采用GPRS方式，為鐵路運輸指揮提供調度命令傳送、無線車次號傳送等業務。

3 互聯互通網絡結構

西安核心網節點作為全路GSM-R網絡中一個重要節點，本方案將西安核心網節點與北京、武漢核心網節點互聯，完成西安MSC/TMSC/SSP與北京和武漢MSC/TMSC/STP、HLR、SCP、SMSC、SGSN、GGSN、DNS、Radius、GROS的互聯，以便實現西安核心網節點所有的功能和業務。西安核心網節點各網元與北京、武漢核心網節點各網元的連接關系如圖1所示。

3.1 電路域互聯互通

電路域互聯包括西安MSC與北京HLR、SCP、TMSC/MSC/STP、SMSC和武漢HLR、SCP、TMSC/MSC/STP、SMSC的互聯，實現語音、智能網和短消息業務。

3.1.1 移動交換網絡

（1）西安MSC與北京、武漢HLR/AuC準直聯。

（2）西安TMSC與北京、武漢TMSC互聯。

（3）西安MSC與北京、武漢MSC互聯。

3.1.2 短消息業務

西安MSC與北京、武漢SMSC準直聯。

3.1.3 智能網業務

西安MSC/SSP與北京、武漢SCP準直聯。

3.1.4 信令網互聯

西安SP與北京、武漢STP互聯。

本方案SP至STP之間的信令鏈路如下。

（1）西安MSC/VLR與北京、武漢HLR之間設置準直聯信令鏈路。

（2）西安MSC/SSP與北京、武漢SCP之間設置準直聯信令鏈路。

（3）西安MSC與北京、武漢SMSC之間設置準直聯信令鏈路。

（4）西安SGSN與北京、武漢HLR之間設置準直聯信令鏈路。

3.2 分組域互聯互通

西安GPRS設備通過本地局域網進行連接，西安核心路由器分別接入北京、武漢核心路由器。

3.2.1 Gn接口

（1）西安SGSN與北京、武漢DNS的互聯。

（2）西安SGSN/GGSN與北京、武漢GGSN/SGSN的互聯。

3.2.2 Gr接口

西安SGSN與北京、武漢HLR的互聯。

3.2.3 Gi接口

（1）西安、鄭州GRIS與北京、武漢GROS之間的互聯。

（2）西安GGSN與北京、武漢Radius之間的互聯。

（3）西安、鄭州GRIS與北京、武漢DNS之間的互聯。

4 信令和中繼通道計算

從電路域和分組域2個方面，分別計算信令和中繼通道數量。

4.1 電路域信令和中繼通道計算

4.1.1 西安MSC/VLR與北京、武漢STP之間的信令

（1）西安MSC/VLR與北京、武漢HLR之間的信令

鄭西線2 000用戶，按照“MAP信令接口1條No.7信令鏈路能支持10 000用戶原則”近似估計，MSC與HLR之間需要的信令鏈路數為：

西安MSC/VLR與北京HLR之間信令鏈路同上， 共計0.2×2=0.4條。

西安MSC/VLR與武漢HLR之間的信令鏈路同上，也為0.4條。

（2）西安MSC與北京、武漢SCP之間的信令

鄭西線2 000用戶，按照功能尋址（FA）80%，位置尋址（LDA）30%，位置尋址BHCA為1，功能尋址BHCA為3，數據長度為150 byte，信令負荷利用率為20%，計算西安MSC與北京SCP之間信令鏈路數為：

西安MSC與北京SCP之間信令鏈路為0.14條。同理，西安MSC與武漢SCP之間信令鏈路為0.14條。

（3）西安MSC與北京、武漢SMSC之間的信令

鄭西線2 000用戶，忙時每用戶發起短消息3條，每條短消息占用SS7信令帶寬250 byte。計算西安MSC與北京、武漢SMSC之間的信令鏈路數為：

西安MSC與北京、武漢SMSC之間信令鏈路為0.26條。（4）西安MSC與北京、武漢MSC之間的信令西安MSC與北京MSC之間信令鏈路承載著切換相關MAP信令以及與話路相關的ISUP信令。

鄭西線動車數量為30列，同時有網跨局動車10列，每列動車上有5個移動用戶，按照“MAP信令接口1條No.7信令鏈路能支持10 000用戶”原則近似估計，西安MSC與北京MSC的MAP信令鏈路數為：

鄭西線用戶2 000，其他線用戶1 000，按照每用戶話務量為0.035 Erl考慮，總話務量為105 Erl，基于“ISUP信令接口1條No.7信令鏈路能支持50 Erl”考慮，西安MSC與北京MSC的ISUP信令鏈路數為：

西安MSC與北京MSC之間的信令鏈路為0.02+2.1=2.12（條）。

同理，西安MSC與武漢MSC之間的信令鏈路為2.12條。

綜上所述，西安MSC與北京STP的信令鏈路為0.4+0.14+0.26+2.12=2.92（條）。

西安MSC與武漢STP的信令鏈路同上，為2.92條。

考慮到冗余備份， 各配置6條No.7信令鏈路。

4.1.2 西安MSC與北京、武漢TMSC之間的話音通道

傳輸帶寬考慮西安至北京、武漢的漫游業務需求和西安TMSC的轉接話務。

（1）西安到北京的漫游業務

西安漫游用戶:按30列動車考慮，每列動車上有5個用戶，移動終端的漫游按西安交換機容量33 000用戶的1%估算。按照阻塞率為0.005考慮，實際移動用戶平均忙時每用戶話務量為0.035 Erl，業務負荷利用率按70%考慮，西安到北京的漫游業務所需通道為：El=ErlangB_N(0.005,480×0.035)/29/70%=1.38（條）

（2）北京到西安的漫游業務

北京漫游用戶：按50列動車考慮，每列動車上有5個用戶；移動終端的漫游按北京交換機容量61 000用戶的1%估算。按照阻塞率為0.005考慮，實際移動用戶平均忙時每用戶話務量為0.035 Erl，業務負荷利用率按70%考慮，北京到西安的漫游業務所需通道為：El=ErlangB_N(0.005,860×0.035)/29/70%=2.17（條）

（3）西安TMSC到北京TMSC的話音轉接業務

轉接用戶1 000，轉接率為10%，阻塞率為0.005考慮，實際移動用戶平均忙時每用戶話務量為0.035 Erl，業務負荷利用率按70%考慮，西安TMSC到北京TMSC的話音轉接業務所需通道為：

El=ErlangB_N(0.005,100×0.035)/29/70%=0.34（條）

（4）西安到武漢的漫游業務

西安漫游用戶:按30列動車考慮，每列動車上有5個用戶，移動終端的漫游按西安交換機容量33 000用戶的1%估算。按照阻塞率為0.005考慮，實際移動用戶平均忙時每用戶話務量為0.035 Erl，業務負荷利用率按70%考慮，西安到武漢漫游業務所需通道為：El=ErlangB_N(0.005,480×0.035)/29/70%=1.38（條）

（5）武漢到西安的漫游業務

武漢漫游用戶：按60列動車考慮，每列動車上有5個用戶；移動終端的漫游按武漢交換機容量30 000用戶的1%估算。按照阻塞率為0.005考慮，實際移動用戶平均忙時每用戶話務量為0.035 Erl，業務負荷利用率按70%考慮，武漢到西安漫游業務所需通道為：El=ErlangB_N(0.005,600×0.035)/29/70%=1.62（條）

（6）西安TMSC到武漢TMSC的話音轉接業務

轉接用戶1 000，轉接率為10%，阻塞率為0.005考慮，實際移動用戶平均忙時每用戶話務量為0.035 Erl，業務負荷利用率按70%考慮，西安TMSC到武漢TMSC的話音轉接業務所需通道為：El=ErlangB_N(0.005,100×0.035)/29/70%=0.34（條）

西安MSC到北京TMSC的2 M鏈路為1.38+2.17+0.34=3.89（條）

西安MSC到武漢TMSC的2 M鏈路為1.38+1.62+0.34=3.34（條）

西安與北京、武漢MSC互聯總業務所需的2 M鏈路總數各為4條。

由于北京TMSC與STP合設， 所以，No.7信令與話音通道可以承載在同一條E1上。

綜上所述，西安MSC與北京、武漢在電路域方面各配置4條E1， 6條No.7信令。

4.2 分組域信令和中繼通道計算

4.2.1 西安SGSN與北京、武漢STP之間的信令

西安SGSN與北京STP之間需承載Gr接口信令（西安SGSN與北京HLR的信令）。Gr信令主要為位置更新和鑒權信令，參數取定如下。

（1）忙時附著用戶數量：1 000 用戶。

（2）忙時鑒權次數：2。

（3）需要向HLR取鑒權的比例：25%。

（4）平均消息長度：150 byte。

（5）忙時用戶attach次數：0.5 次。

（6）忙時用戶SGSN間路由區更新次數：1 次。

（7）SGSN間路由區更新比例：20%。

（8）忙時用戶detach次數：0.5 次。計算方法：

忙時Gr信令流量＝忙時附著用戶數量×（忙時用戶鑒權次數×平均消息長度+忙時用戶attach次數×平均消息長度+忙時用戶SGSN間路由區更新次數×平均消息長度+忙時用戶detach次數×平均消息長度+HLR插入刪除用戶數據×平均消息長度）。

信令鏈路數＝忙時信令流量×8/（3 600×64 000×0.4）=0.05（條）。

考慮到安全性，西安SGSN到北京STP之間需要2條信令，分別承載在2條E1上。

同理，西安SGSN到武漢STP之間也需要2條信令，分別承載在2條E1上。

4.2.2 西安GPRS核心網與北京GPRS核心網之間的帶寬

（1）西安GRIS到北京GROS的查詢業務

基礎數據：1）忙時平均每用戶吞吐量為200 bit/s；2）GPRSPDP用戶數為1 000；3）Gi接口IP頭開銷因子為1.17；4）上行鏈路數據與全部雙向鏈路數據比例為1∶7。西安GRIS到北京GROS的查詢業務所需帶寬為：

（2）西安SGSN到北京DNS的查詢業務

基礎數據: 1）用戶數為1 000；2）用戶忙時訪問DNS次數為20次；3) 每次數據業務流量（含開銷）為200 byte，西安SGSN到北京DNS的查詢業務所需帶寬為：

（3）西安GRIS到北京DNS的查詢業務

基礎數據:1）用戶數為1 000；2）用戶忙時訪問DNS次數為20次；3）每次數據業務流量（含開銷）為200 byte，西安GRIS到北京DNS的查詢業務所需帶寬為:

（4）西安GGSN到北京Radius的鑒權業務

基礎數據:1）用戶數為1 000；2）每用戶吞吐量為110 bit/s，西安GGSN到北京Radius所需帶寬為:

（5）西安GPRS與外局GRPS的漫游業務

基礎數據：1）用戶數為1 000；2）忙時平均每用戶吞吐量為420 bit/s；3）GPRS漫游用戶數為200；4）Gn接口IP頭開銷因子為1.41；5）上行鏈路數據與全部雙向鏈路數據比例為1∶7，西安GPRS與外局GRPS的漫游業務所需帶寬為：

上面5項共需帶寬0.42 Mbit/s，為了冗余配置，各配置2條2 M的IP通道。

4.2.3 傳輸通道需求

綜上所述，西安與北京、武漢核心網各需配置6條E1，8條No.7信令和2條2 M的IP傳輸通道。

5 結束語

由于越來越多的核心網節點即將投入使用，為使GSM-R網絡發揮應有的作用，具備條件時應盡快完成各節點之間的互聯互通。本著安全可靠的原則，應對互聯互通方案進行深入論證，中繼電路的配置既要滿足本工程的需要，也要兼顧其他工程需要，并為遠期發展預留條件。