長大干線合資鐵路GSM-R系統核心網建設方案研究

安麗婧

（中國鐵路設計集團有限公司，天津 300142）

1 長大干線合資鐵路GSM-R系統設計背景

某長大干線合資鐵路跨越7個省，與多條國鐵干支線設有聯絡線，與多條鐵路交叉或并線。根據鐵路無線通信的特點，本線與國鐵無線通信制式統一才能保證跨線列車無線通信業務的正常使用。目前，國鐵主要使用無線列調和GSM-R兩種制式的無線通信系統。根據《關于調整鐵路專用無線通信業務和頻率有關工作的通知》（鐵總運函〔2014〕31號），由于國家對450 MHz無線列調頻率使用調整，新建、改建鐵路不再安排450 MHz無線列調系統的設計，全面采用GSM-R系統，故本線只能使用GSM-R系統。

2 GSM-R系統概況

GSM-R數字移動通信系統作為鐵路數字移動通信平臺，不但提供鐵路運輸指揮話音通信業務，包括列車、貨運、牽引變電等調度通信，以及站場、應急、施工養護、道口等專用通信；還為鐵路運輸指揮提供數據通信業務，包括調度命令、無線車次號和列尾信息等。根據《關于調整鐵路專用無線通信業務和頻率有關工作的通知》（鐵總運函[2014]31號），新建、改建鐵路無線通信系統全面采用GSM-R系統。

GSM-R數字移動通信系統由核心網、無線子系統、無線終端和運行維護與支撐子系統等組成。GSM-R核心網包括移動交換子系統設備、移動智能網子系統設備和通用分組無線業務子系統核心設備等。

中國鐵路總公司GSM-R核心網計劃建設19個核心網節點，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HLR、智能網、SMSC、GPRS（DNS、Radius）、信令轉接點（STP）、GROS等，2個節點之間設備采用異地冗余方式進行組網，面向全路提供服務。

中國鐵路總公司GSM-R網絡劃分為3個話務匯接區，在北京、武漢、西安設置移動匯接交換中心（TMSC），負責轉接各GSM-R核心網節點之間的長途話務，各路局核心網節點與一個TMSC相連作為主用路由，與另一個TMSC相連作為備用路由，相鄰路局的核心網節點設置直達路由，鐵路總公司GSM-R移動交換網網絡結構示意如圖1所示。

3 長大干線合資鐵路GSM-R核心網建設方案

3.1 建設原則

GSM-R核心網除交換子系統、GPRS子系統、網管子系統、接口監測系統外，還有HLR、SCP、STP、GROS和SMSC等設備。根據中國鐵路GSM-R網絡規劃，各路局設交換子系統、GPRS子系統、網管子系統、接口監測系統外，HLR、SCP、STP、GROS和SMSC等設備僅在北京和武漢設置。如果在長大干線合資鐵路的設計過程中新設 HLR、SCP、STP、GROS和 SMSC等 共 用 設備，需要做大量的數據，會從基礎上改變中國鐵路GSM-R網絡的架構。

因此，本方案長大干線合資鐵路原則上應利用鐵路總公司在北京和武漢設置的HLR、SCP、STP、GROS和SMSC等設備。

3.2 新建GSM-R核心網方案

本方案新設GSM-R交換中心，包含交換子系統、GPRS子系統、網管子系統、接口監測系統和測試基站等設備，利用鐵路總公司在北京和武漢設置的HLR、SCP、STP、GROS和SMSC等設備。

假設本項目分別屬于A、B、C、D、E、F、G 7個鐵路局管轄地域，全線新建4個維護機構。根據長大干線合資鐵路與其他既有線設置聯絡線及交叉、并線情況，本方案新設的GSM-R核心網需要與A、B、C、D、E、F、G鐵路局GSM-R核心網節點通過2個2 M鏈路直連。如圖2所示。

根據長大干線合資鐵路維護機構設置情況，相應新設4套BSC/PCU/OMC-R和TRAU。

本方案車地間電路域業務流程為：列車終端→基站→BSC→MSC→FAS主系統→FAS車站分系統。

本方案車地間分組域業務流程為：列車終端→基站→PCU→SGSN→GGSN→GRIS→調度所CTC。

本方案主要工程內容如表1所示。

表1 長大干線合資鐵路新設核心網主要工程內容Tab.1 Main projects of new core network for a long joint investment railway

3.3 按省界利用鐵路總公司既有路局核心網方案

由于暫無局界位置，新建鐵路一般按省界確定為局界。為避免本局地理范圍內的基站接入其他路局的核心網，影響既有線GSM-R網絡改造及新建鐵路GSM-R網絡的建設，按省界新設7套BSC/PCU/OMC-R和TRAU，分別接入沿線鐵路局既有GSM-R核 心 網， 即 A、B、C、D、E、F、G共 7個鐵路局GSM-R核心網，并對各鐵路局既有核心網MSC、SGSN、接口監測系統等設備必要的擴容。

為滿足本方案調度命令發送和車次號校核等分組域業務的需求，本方案在長大干線合資鐵路固定設備管理中心新設GGSN、GRIS和SIM卡二級管理中心等設備；新設接口監測數據處理中心，對無線網絡A接口、Abis接口、Gb接口和PRI接口進行監測。本方案在長大干線合資鐵路維護機構相應設置OMC-R復示終端。

本方案長大干線合資鐵路固定設備管理中心設置在C鐵路局，FAS主系統與C路局MSC直連。設備連接方式如圖3所示。

本方案車地間電路域業務流程為：列車終端→基站→BSC→相應路局的MSC→FAS主系統→FAS車站分系統。

為保證車地間鏈路的可靠性與實時性，本方案需要將A、B、C、D、E、F、G各鐵路局MSC分別與鐵總TMSC之間直連。

本方案車地間分組域業務流程為：列車終端→基站→PCU→相應路局的SGSN→GGSN →GRIS→調度所CTC。

本方案主要工程內容如表2所示。

3.4 按維護機構位置利用鐵路總公司的4個路局核心網方案

本方案按4個維護機構設置BSC/PCU/OMC-R和TRAU，并相應接入維護機構所在A、B、C、D各路局的GSM-R核心網，并對核心網MSC、SGSN、接口監測系統等設備必要的擴容。

表2 長大干線合資鐵路按省界利用既有路局核心網主要工程數量表Tab.2 Quantity sheet of main projects when using the existing core networks of Railway Administrations according to provinces

為滿足本方案調度命令發送和車次號校核等分組域業務的需求，本方案在長大干線合資鐵路固定設備管理中心新設GGSN、GRIS和SIM卡二級管理中心等設備；新設接口監測數據處理中心，對無線網絡A接口、Abis接口、Gb接口和PRI接口進行監測。本方案在長大干線合資鐵路4個維護機構相應設置OMC-R復示終端。

本方案長大干線合資鐵路固定設備管理中心設置在C鐵路局，FAS主系統與C路局MSC直連。設備連接方式如圖4所示。

本方案車地間電路域業務流程為：列車終端→基站→BSC→相應路局的MSC→FAS主系統→FAS車站分系統。

本方案車地間分組域業務流程為：列車終端→基站→PCU→相應路局的SGSN→GGSN →GRIS→調度所CTC。

本方案主要工程數量如表3所示。

表3 長大干線合資鐵路按維修段設置利用4個路局核心網主要工程數量表Tab.3 Quantity sheet of main projects when using the core networks of 4 Railway Administrations according to maintenance deports

4 方案比較

根據以上分析，從投資、規劃、業務實現、建設和維護的便利性，以及對鐵路交叉并線區域GSM-R系統建設的影響等方面比較如表4所示。

通過表4可以看出，在新建GSM-R核心網時，GSM-R核心網不符合鐵總GSM-R核心節點網絡規劃，而且存在樞紐、聯絡線與既有鐵路并線、交叉區域無線規劃困難等問題。而在利用既有GSM-R核心網建設鐵路無線通信系統時，按照維維護機構管轄范圍對應設置BSC設備雖然投資較低，但存在部分樞紐、聯絡線與既有鐵路并線、交叉區域無線規劃困難問題，對今后相關線路建設GSM-R影響較大。

為減少后期鐵路GSM-R無線網絡規劃等困難，保證中國鐵路GSM-R網絡的整體性和統一性，為與長大干線合資鐵路并線的既有線或新建線充分預留GSM-R網絡的建設條件，建議采用“按省界利用7個路局核心網”方案。

表4 長大干線合資鐵路GSM-R核心網建設方案對比表Tab.4 Comparison among the schemes of setting GSM-R core networks according to different setting principles