GSM—R系統端局、匯接局的發展趨勢

韓曉麗

摘 要：通過北京鐵路局核心網MSC改造工程，分析GSM-R系統中端局、匯接局合設的弊端，并結合最新的軟交換技術，提出由現網端局、匯接局合設向端局、匯接局獨立建設的發展趨勢。

關鍵詞：GSM-R系統 端局 匯接局 軟交換

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（c）-0022-02

目前鐵路GSM-R系統中核心網端局、匯接局以合設的方式建設，不利于運營維護以及業務擴展，而傳統的交換技術只能做到冷備份，使得核心網的安全性大打折扣。本文以北京鐵路局核心網MSC改造工程為例，以軟交換作技術支撐，論證端局、匯接局分設的發展趨勢。

1 GSM-R系統及核心網介紹

GSM-R系統是專為鐵路通信設計的綜合專用數字移動通信系統，是在GSMPhase2+的規范協議的高級語音呼叫功能，如組呼、廣播呼叫、多優先級搶占、強拆等基礎上，加入基于位置尋址、功能尋址等功能，以適用鐵路通信特別是鐵路專用調度通信的需要。主要提供無線列調、編組調車通信、區段養護維修作業通信、應急通信、隧道通信等語音通信功能，可為列車自動控制與檢測信息提供數據傳輸通道，并可提供列車自動尋址和旅客服務。

GSM-R系統包括網絡子系統（NSS）、基站子系統（BSS）、運行和業務支撐子系統（OSS/BSS）和終端設備等四個部分。其中，網絡子系統包括移動交換子系統（SSS）、移動智能網（IN）子系統和通用分組無線業務（GPRS）子系統。

交換子系統（SSS）主要完成用戶的業務交換功能以及用戶數據與移動性管理、安全性管理所需的數據庫功能。SSS由一系列功能實體構成，包括移動業務交換中心（MSC）、拜訪位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權中心（AuC）、互連功能單元（IWF）、組呼寄存器（GCR）、確認中心（AC）等。

2 GSM-R核心網匯接局現狀概述

目前GSM-R移動交換網采用二級網絡結構：移動匯接網和移動本地網。移動匯接網由3個匯接移動交換中心（TMSC）組成，分別設置于北京、武漢、西安。

根據網絡規劃，全路GSM-R核心網（MSC）計劃建設19個節點，設置地點為18個鐵路局所在地及拉薩。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HLRi、智能網（SCP/SMP）、SMSC、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。

全路劃分為3個匯接區，在北京、武漢、西安設置TMSC，負責轉接大區之間的長途話務，各MSC與1個主用TMSC及1個備用TMSC相連，相鄰路局的核心網節點設置直達路由。其中北京節點在京津城際鐵路工程建成，設置一套移動交換機（TMSC/MSC/VLR/SSP/STP），該交換機集成了移動匯接交換中心（TMSC）、移動交換中心（MSC）、智能網業務交換點（SSP）、信令轉接點（STP）等功能，物理上采用1套設備。武漢節點在武廣客運專線工程建成，設備配置與北京基本相同。

3 端局、匯接局合設的弊端

建網初期，北京、武漢TMSC與本地MSC采用合設方式。端、匯接局合設，不但網絡結構不清晰，而且不便于維護人員進行故障定位。一方面，后續新建的其它路局MSC接入北京、武漢的TMSC時，對這兩地的本地MSC產生影響，干擾了現有網絡正常的運營和維護；另一方面，北京、武漢本地MSC的數據更改、系統升級、作業檢修也對匯接業務造成影響。

以北京鐵路局為例，京津城際鐵路、石太客運專線、京滬高速鐵路、京九線（含津霸線）、津秦客運專線等的無線網已經接入北京GSM-R核心節點，京石（石武）客運專線和津保鐵路等在建無線網即將接入北京GSM-R核心節點，京張城際、京承沈、張呼客專擬建無線網未來接入北京交換節點。隨著客運專線、城際鐵路、高速鐵路的大規模建設，業務量越來越大，電路連接和網絡結構也會將變得越來越復雜，端局和匯接局合設組網方式的弊端將日益突顯。

4 軟交換介紹

軟交換通過MSC SERVER信令層面1+1主備技術和MGW承載層面MINI-A- Flex技術實現MSC的實時熱備份。

MSC SERVER 1+1主備技術：每個MGW可歸屬兩個MSC Server，當任意一個MSC Server故障，另一個MSC Server立刻接管MGW的控制權，完全承擔故障MSC Server的業務，保證主用MSC Server故障不影響業務。

A接口MINI-A-Flex技術：每個BSC接入到多個MGW，多個MGW是負荷分擔方式工作，當任何一個MGW故障，BSC可以通過另外的MGW進行業務，保證網絡能夠正常運行。

5 軟交換技術組建核心網

圖1為軟交換技術組建獨立核心網網絡組網圖。圖中LAN Switch 為MSC Server與MGW、MSC Server與MSC Server之間通信用交換機，用于IP信令的轉發及心跳信息傳遞。備用Server檢測到主用Server心跳丟失，或者網關檢測到主用Server連接斷開，則備用Server激活，業務由備用Server接管（見圖1）。

主備兩套軟交換MSC與既有FAS系統連接，調度終端、車站終端等固定終端通過FAS系統接入GSM-R網絡。

主備兩套軟交換MSC與無線閉塞中心RBC節點設備連接，實現GSM-R系統為CTCS-3列控系統提供透明傳輸通道。

主備兩套軟交換MSC兼關口局GMSC與鐵通交換機相連，實現與鐵路專用PSTN通信，并通過該網與局管內、管外其他PSTN本地網互聯互通。

采用軟交換MSC 1+1冗余技術，獨立建設端局、匯接局，可實現GSM-R網絡核心網網元級備份，提高整網安全性。

6 GSM-R系統端局、匯接局的分設方案

GSM-R系統中端局與匯接局的分設可以采用新設匯接局、既有交換機作為端局使用的方案；也可以采用新設端局、即有交換機作為匯接局使用的方案。兩個方案的優缺點對比見表1。

7 結語

在鐵路GSM-R系統中核心網為重中之重，是整個GSM-R系統的心臟，其安全關系到整個系統的正常運行以至整個鐵路的安全正常運營。現網TMSC與MSC的合設在網絡結構、運營維護、業務拓展、系統擴容及冗余備份機制等方面存在隱患。利用日漸成熟的軟交換技術獨立組建匯接局與端局將成為GSM-R系統核心網的發展趨勢。

參考文獻

[1] 鐵道部工程設計鑒定中心，北京全路通信信號研究設計院.中國鐵路GSM-R移動通信系統設計指南[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

[2] 鐘章隊.鐵路綜合數字移動通信系統（GSM-R）[M].北京：中國鐵道出版社，2003.

[3] 趙學軍，陸立，等.軟交換技術與應用[M].人民郵電出版社，2004.endprint

摘 要：通過北京鐵路局核心網MSC改造工程，分析GSM-R系統中端局、匯接局合設的弊端，并結合最新的軟交換技術，提出由現網端局、匯接局合設向端局、匯接局獨立建設的發展趨勢。

關鍵詞：GSM-R系統 端局 匯接局 軟交換

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（c）-0022-02

目前鐵路GSM-R系統中核心網端局、匯接局以合設的方式建設，不利于運營維護以及業務擴展，而傳統的交換技術只能做到冷備份，使得核心網的安全性大打折扣。本文以北京鐵路局核心網MSC改造工程為例，以軟交換作技術支撐，論證端局、匯接局分設的發展趨勢。

1 GSM-R系統及核心網介紹

GSM-R系統是專為鐵路通信設計的綜合專用數字移動通信系統，是在GSMPhase2+的規范協議的高級語音呼叫功能，如組呼、廣播呼叫、多優先級搶占、強拆等基礎上，加入基于位置尋址、功能尋址等功能，以適用鐵路通信特別是鐵路專用調度通信的需要。主要提供無線列調、編組調車通信、區段養護維修作業通信、應急通信、隧道通信等語音通信功能，可為列車自動控制與檢測信息提供數據傳輸通道，并可提供列車自動尋址和旅客服務。

GSM-R系統包括網絡子系統（NSS）、基站子系統（BSS）、運行和業務支撐子系統（OSS/BSS）和終端設備等四個部分。其中，網絡子系統包括移動交換子系統（SSS）、移動智能網（IN）子系統和通用分組無線業務（GPRS）子系統。

交換子系統（SSS）主要完成用戶的業務交換功能以及用戶數據與移動性管理、安全性管理所需的數據庫功能。SSS由一系列功能實體構成，包括移動業務交換中心（MSC）、拜訪位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權中心（AuC）、互連功能單元（IWF）、組呼寄存器（GCR）、確認中心（AC）等。

2 GSM-R核心網匯接局現狀概述

目前GSM-R移動交換網采用二級網絡結構：移動匯接網和移動本地網。移動匯接網由3個匯接移動交換中心（TMSC）組成，分別設置于北京、武漢、西安。

根據網絡規劃，全路GSM-R核心網（MSC）計劃建設19個節點，設置地點為18個鐵路局所在地及拉薩。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HLRi、智能網（SCP/SMP）、SMSC、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。

全路劃分為3個匯接區，在北京、武漢、西安設置TMSC，負責轉接大區之間的長途話務，各MSC與1個主用TMSC及1個備用TMSC相連，相鄰路局的核心網節點設置直達路由。其中北京節點在京津城際鐵路工程建成，設置一套移動交換機（TMSC/MSC/VLR/SSP/STP），該交換機集成了移動匯接交換中心（TMSC）、移動交換中心（MSC）、智能網業務交換點（SSP）、信令轉接點（STP）等功能，物理上采用1套設備。武漢節點在武廣客運專線工程建成，設備配置與北京基本相同。

3 端局、匯接局合設的弊端

建網初期，北京、武漢TMSC與本地MSC采用合設方式。端、匯接局合設，不但網絡結構不清晰，而且不便于維護人員進行故障定位。一方面，后續新建的其它路局MSC接入北京、武漢的TMSC時，對這兩地的本地MSC產生影響，干擾了現有網絡正常的運營和維護；另一方面，北京、武漢本地MSC的數據更改、系統升級、作業檢修也對匯接業務造成影響。

以北京鐵路局為例，京津城際鐵路、石太客運專線、京滬高速鐵路、京九線（含津霸線）、津秦客運專線等的無線網已經接入北京GSM-R核心節點，京石（石武）客運專線和津保鐵路等在建無線網即將接入北京GSM-R核心節點，京張城際、京承沈、張呼客專擬建無線網未來接入北京交換節點。隨著客運專線、城際鐵路、高速鐵路的大規模建設，業務量越來越大，電路連接和網絡結構也會將變得越來越復雜，端局和匯接局合設組網方式的弊端將日益突顯。

4 軟交換介紹

軟交換通過MSC SERVER信令層面1+1主備技術和MGW承載層面MINI-A- Flex技術實現MSC的實時熱備份。

MSC SERVER 1+1主備技術：每個MGW可歸屬兩個MSC Server，當任意一個MSC Server故障，另一個MSC Server立刻接管MGW的控制權，完全承擔故障MSC Server的業務，保證主用MSC Server故障不影響業務。

A接口MINI-A-Flex技術：每個BSC接入到多個MGW，多個MGW是負荷分擔方式工作，當任何一個MGW故障，BSC可以通過另外的MGW進行業務，保證網絡能夠正常運行。

5 軟交換技術組建核心網

圖1為軟交換技術組建獨立核心網網絡組網圖。圖中LAN Switch 為MSC Server與MGW、MSC Server與MSC Server之間通信用交換機，用于IP信令的轉發及心跳信息傳遞。備用Server檢測到主用Server心跳丟失，或者網關檢測到主用Server連接斷開，則備用Server激活，業務由備用Server接管（見圖1）。

主備兩套軟交換MSC與既有FAS系統連接，調度終端、車站終端等固定終端通過FAS系統接入GSM-R網絡。

主備兩套軟交換MSC與無線閉塞中心RBC節點設備連接，實現GSM-R系統為CTCS-3列控系統提供透明傳輸通道。

主備兩套軟交換MSC兼關口局GMSC與鐵通交換機相連，實現與鐵路專用PSTN通信，并通過該網與局管內、管外其他PSTN本地網互聯互通。

采用軟交換MSC 1+1冗余技術，獨立建設端局、匯接局，可實現GSM-R網絡核心網網元級備份，提高整網安全性。

6 GSM-R系統端局、匯接局的分設方案

GSM-R系統中端局與匯接局的分設可以采用新設匯接局、既有交換機作為端局使用的方案；也可以采用新設端局、即有交換機作為匯接局使用的方案。兩個方案的優缺點對比見表1。

7 結語

在鐵路GSM-R系統中核心網為重中之重，是整個GSM-R系統的心臟，其安全關系到整個系統的正常運行以至整個鐵路的安全正常運營。現網TMSC與MSC的合設在網絡結構、運營維護、業務拓展、系統擴容及冗余備份機制等方面存在隱患。利用日漸成熟的軟交換技術獨立組建匯接局與端局將成為GSM-R系統核心網的發展趨勢。

參考文獻

[1] 鐵道部工程設計鑒定中心，北京全路通信信號研究設計院.中國鐵路GSM-R移動通信系統設計指南[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

[2] 鐘章隊.鐵路綜合數字移動通信系統（GSM-R）[M].北京：中國鐵道出版社，2003.

[3] 趙學軍，陸立，等.軟交換技術與應用[M].人民郵電出版社，2004.endprint

摘 要：通過北京鐵路局核心網MSC改造工程，分析GSM-R系統中端局、匯接局合設的弊端，并結合最新的軟交換技術，提出由現網端局、匯接局合設向端局、匯接局獨立建設的發展趨勢。

關鍵詞：GSM-R系統 端局 匯接局 軟交換

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（c）-0022-02

目前鐵路GSM-R系統中核心網端局、匯接局以合設的方式建設，不利于運營維護以及業務擴展，而傳統的交換技術只能做到冷備份，使得核心網的安全性大打折扣。本文以北京鐵路局核心網MSC改造工程為例，以軟交換作技術支撐，論證端局、匯接局分設的發展趨勢。

1 GSM-R系統及核心網介紹

GSM-R系統是專為鐵路通信設計的綜合專用數字移動通信系統，是在GSMPhase2+的規范協議的高級語音呼叫功能，如組呼、廣播呼叫、多優先級搶占、強拆等基礎上，加入基于位置尋址、功能尋址等功能，以適用鐵路通信特別是鐵路專用調度通信的需要。主要提供無線列調、編組調車通信、區段養護維修作業通信、應急通信、隧道通信等語音通信功能，可為列車自動控制與檢測信息提供數據傳輸通道，并可提供列車自動尋址和旅客服務。

GSM-R系統包括網絡子系統（NSS）、基站子系統（BSS）、運行和業務支撐子系統（OSS/BSS）和終端設備等四個部分。其中，網絡子系統包括移動交換子系統（SSS）、移動智能網（IN）子系統和通用分組無線業務（GPRS）子系統。

交換子系統（SSS）主要完成用戶的業務交換功能以及用戶數據與移動性管理、安全性管理所需的數據庫功能。SSS由一系列功能實體構成，包括移動業務交換中心（MSC）、拜訪位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權中心（AuC）、互連功能單元（IWF）、組呼寄存器（GCR）、確認中心（AC）等。

2 GSM-R核心網匯接局現狀概述

目前GSM-R移動交換網采用二級網絡結構：移動匯接網和移動本地網。移動匯接網由3個匯接移動交換中心（TMSC）組成，分別設置于北京、武漢、西安。

根據網絡規劃，全路GSM-R核心網（MSC）計劃建設19個節點，設置地點為18個鐵路局所在地及拉薩。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HLRi、智能網（SCP/SMP）、SMSC、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。

全路劃分為3個匯接區，在北京、武漢、西安設置TMSC，負責轉接大區之間的長途話務，各MSC與1個主用TMSC及1個備用TMSC相連，相鄰路局的核心網節點設置直達路由。其中北京節點在京津城際鐵路工程建成，設置一套移動交換機（TMSC/MSC/VLR/SSP/STP），該交換機集成了移動匯接交換中心（TMSC）、移動交換中心（MSC）、智能網業務交換點（SSP）、信令轉接點（STP）等功能，物理上采用1套設備。武漢節點在武廣客運專線工程建成，設備配置與北京基本相同。

3 端局、匯接局合設的弊端

建網初期，北京、武漢TMSC與本地MSC采用合設方式。端、匯接局合設，不但網絡結構不清晰，而且不便于維護人員進行故障定位。一方面，后續新建的其它路局MSC接入北京、武漢的TMSC時，對這兩地的本地MSC產生影響，干擾了現有網絡正常的運營和維護；另一方面，北京、武漢本地MSC的數據更改、系統升級、作業檢修也對匯接業務造成影響。

以北京鐵路局為例，京津城際鐵路、石太客運專線、京滬高速鐵路、京九線（含津霸線）、津秦客運專線等的無線網已經接入北京GSM-R核心節點，京石（石武）客運專線和津保鐵路等在建無線網即將接入北京GSM-R核心節點，京張城際、京承沈、張呼客專擬建無線網未來接入北京交換節點。隨著客運專線、城際鐵路、高速鐵路的大規模建設，業務量越來越大，電路連接和網絡結構也會將變得越來越復雜，端局和匯接局合設組網方式的弊端將日益突顯。

4 軟交換介紹

軟交換通過MSC SERVER信令層面1+1主備技術和MGW承載層面MINI-A- Flex技術實現MSC的實時熱備份。

MSC SERVER 1+1主備技術：每個MGW可歸屬兩個MSC Server，當任意一個MSC Server故障，另一個MSC Server立刻接管MGW的控制權，完全承擔故障MSC Server的業務，保證主用MSC Server故障不影響業務。

A接口MINI-A-Flex技術：每個BSC接入到多個MGW，多個MGW是負荷分擔方式工作，當任何一個MGW故障，BSC可以通過另外的MGW進行業務，保證網絡能夠正常運行。

5 軟交換技術組建核心網

圖1為軟交換技術組建獨立核心網網絡組網圖。圖中LAN Switch 為MSC Server與MGW、MSC Server與MSC Server之間通信用交換機，用于IP信令的轉發及心跳信息傳遞。備用Server檢測到主用Server心跳丟失，或者網關檢測到主用Server連接斷開，則備用Server激活，業務由備用Server接管（見圖1）。

主備兩套軟交換MSC與既有FAS系統連接，調度終端、車站終端等固定終端通過FAS系統接入GSM-R網絡。

主備兩套軟交換MSC與無線閉塞中心RBC節點設備連接，實現GSM-R系統為CTCS-3列控系統提供透明傳輸通道。

主備兩套軟交換MSC兼關口局GMSC與鐵通交換機相連，實現與鐵路專用PSTN通信，并通過該網與局管內、管外其他PSTN本地網互聯互通。

采用軟交換MSC 1+1冗余技術，獨立建設端局、匯接局，可實現GSM-R網絡核心網網元級備份，提高整網安全性。

6 GSM-R系統端局、匯接局的分設方案

GSM-R系統中端局與匯接局的分設可以采用新設匯接局、既有交換機作為端局使用的方案；也可以采用新設端局、即有交換機作為匯接局使用的方案。兩個方案的優缺點對比見表1。

7 結語

在鐵路GSM-R系統中核心網為重中之重，是整個GSM-R系統的心臟，其安全關系到整個系統的正常運行以至整個鐵路的安全正常運營。現網TMSC與MSC的合設在網絡結構、運營維護、業務拓展、系統擴容及冗余備份機制等方面存在隱患。利用日漸成熟的軟交換技術獨立組建匯接局與端局將成為GSM-R系統核心網的發展趨勢。

參考文獻

[1] 鐵道部工程設計鑒定中心，北京全路通信信號研究設計院.中國鐵路GSM-R移動通信系統設計指南[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

[2] 鐘章隊.鐵路綜合數字移動通信系統（GSM-R）[M].北京：中國鐵道出版社，2003.

[3] 趙學軍，陸立，等.軟交換技術與應用[M].人民郵電出版社，2004.endprint