上海局集團公司GSM-R核心網改造工程研究與實施

任啟軍 李 竑 徐德龍 中國鐵路上海局集團有限公司電務部

上海局GSM-R核心網系統于2009年建設并投入運營，存在性能下降、故障率升高等問題，隨著上海局GSM-R網絡規模的不斷擴大，既有GSM-R核心網系統已經越來越不能匹配現代化鐵路業務的革新與發展，需要完善和優化GSM-R核心網絡，建立冗余備份機制，形成一個技術互通、安全可靠的GSM-R核心網絡，使其更好地滿足鐵路移動信息化和列車自動控制的需要，滿足高速及貨運列車不間斷運行的高可靠要求，為上海局大規模建設GSM-R無線網提供基礎平臺。

1 整體改造方案概述

為了充分發揮新建MSC的冗余功能，上海局核心網改造工程采用了基于R4架構的控制和承載分離的新一代核心網，經過技術方案比選，電路域（CS域）采用1+1熱備組網，即每個MGW同時歸屬于2個MSC Server，2個MSC Server設置為主備方式（當主用Server故障，備用Server可立刻接管MGW的控制權，完全承擔故障Server的業務）；每個BSC（基站控制器）接入到2個MGW，2個MGW負荷分擔方式工作（當一個MGW故障，BSC可以通過另一個MGW接入網絡，確保能正常提供業務）；對于分組域（PS域）部分，GGSN設備采用熱備工作方式，SGSN設備采用冷備份和熱備份共存的混合組網方式，將新建無線子系統和既有無線子系統區別對待，對新建無線子系統的接入，采用熱備份方案；對于既有無線子系統的割接，暫時采用冷備份方案（若采用SGSN冗余熱備份方式，無線側設備的Gb接口需要IP化，這就需要對既有無線網絡進行IP化改造，包括既有BSC/PCU（分組控制單元）、網管及MS（移動臺）設備等均需相應改造，這對已建成的GSM-R網絡來說，實現的難度及投資均較大）。

2 新建核心網設備入網概述

上海新建GSM-R核心網設備（含shMSC2、shSGSN2、shGGSN2三個子網絡）于2018年1月2日到貨并開始施工，于2018年1月27日將新建核心網設備正式接入全路GSMR網絡，實現與北京、武漢、濟南等核心網節點的互聯。

為了確保新建設備的安全穩定，我們于2018年1月4日至3月26日，組織第三方檢測單位對新建核心網進行了包括MSC Server性能、MGW性能、GGSN性能、SGSN性能、MSC功能、VLR功能、GCR功能、AC功能、IWF功能、SGSN功能、GGSN功能、系統功能、接口性能、GPRS功能、GPRS性能、網管功能等內容的全面測試，并就測試發現的問題組織相關設備廠家、施工單位分析整改，確保檢測結果符合相關技術文件及標準要求。

為了按時按質的完成設備檢測工作，我們組織相關技術人員，反復修改完善設備性能測試和業務驗證方案，并抽調80余名專業技術骨干成立8個小組，與其他17個路局進行108次撥測試驗、21次機車GPRS業務驗證，順利完成與其他路局間核心網設備互聯測試。同時，結合連鹽鐵路新建BSC的接入，對新建MSC性能進行了全面動態測試和參數調整，并進行了多次冗余切換等功能試驗，驗證了新建GSM-R核心網的可靠性和可用性，使之具備了接入GSM-R無線網的工作條件。

3 業務網割接概述

主要是將管內全部GSM-R無線子系統、鐵路調度通信系統（FAS）、RBC、PSTN系統及GPRS業務等割接至新建核心網，以實現新建GSM-R核心網節點所有的功能和業務。業務割接直接面對業務應用，是整個核心網改造工程能否成功的關鍵所在，需要在執行過程中高度重視。

上海局管內既有GSM-R覆蓋線路已達23條，其中C3高鐵線路9條、C2高鐵及普鐵線路14條，既有業務網割接共涉及 15套 BSC、15套 TRAU、9套 FAS主系統、1套 PSTN、1套GRIS以及9套RBC等設備，施工難度大，風險因素多，并涉及跨局施工協調組織。為此，我們及時組織運輸部、機務部、調度所、通信段及相關設備廠家，召開專題會議研究既有GSM-R無線網割接方案和施工計劃。經反復研討，我們確定了“先普鐵后高鐵、先C2后C3”的GSM-R無線網割接原則，制定了既有GSM-R無線網割接計劃，確定了在2018年內完成全部GSM-R業務網割接工作的目標。

自2018年5月25日割接符夾線無線網，至2019年1月11日實施APN業務的遷移，在八個月的時間里，我們組織通信段、華為公司、諾基亞公司、電務公司等單位利用18個施工計劃，將管內3套新建BSC以及既有的15套BSC、9套FAS系統、1套PSTN和、9套RBC以及1套GRIS系統割接至新建核心網，為了節約投資，還同步利舊搬遷了15套TRAU，并利用施工天窗進行了新建核心網雙套電源冗余驗證。割接工作共計調整18個BSC至MSC、SGSN間2 M電路247條，調整MSC至FAS間2 M電路22條；新增局內2 M電路42條，跨局2 M電路30條。

為確保每一次割接工作無差錯、施工作業不延點，按照鐵路營業線施工安全管理有關規定，我們精心組織施工方案審查，統籌協調施工力量，嚴格施工作業流程，主要做了以下五個方面的工作。

一是組織相關部門和站段對每次施工方案進行嚴格審查，向相關部門和站段提前通報施工過程中可能出現的通信不暢問題，并請相關使用單位參與、配合業務功能驗證；二是積極協調運輸部門調整行車指揮方式并開行業務確認列車進行GSM-R網絡指標測試和業務驗證；三是發動全員參與，在整個施工割接過程中，共計投入人力400余人次，組織沿線各通信車間利用汽車進行跨BSC切換驗證，沿線各工區進行每個基站環內基站切換驗證和應用業務驗證；四是在每一次施工結束后，均及時進行總結點評，并總結經驗修改完善后續的施工方案，不斷優化施工作業流程，力爭將每一步數據制作、每一次硬件操作的時間細化到分鐘；五是割接施工結束后，安排專人24 h盯控網管和C3接口監測數據，以便于發現問題立即報告并組織處理，確保GSM-R網絡的安全運行。

4 割接過程中解決的典型問題

考慮到核心網改造可借鑒的經驗較少，實施風險較多，在工程實施前，我們便組織赴武漢、北京局學習兄弟局好的做法，并對施工過程中可能遇到的困難和風險也進行了認真的分析和研判，順利完成了整個核心網改造工作。

2018年8月10日，徐蘭高鐵上海段BSC割接完成后，靜態測試、地面驗證、動檢車動態測試均正常，但值守人員在盯控分析C3接口監測數據過程中發現多趟列車在徐州東站至銅山線路所區間發生了C3降級。

問題發生后，第一時間趕赴網管中心召開降級問題分析及處置方案研討會，對問題現象、可能的原因和已有的監測數據進行綜合分析判斷，在分析確認安全風險可控、運輸影響有限的前提下，決定暫不實施BSC倒回，立即成立了徐蘭高鐵C3降級技術攻關小組，抽調精兵強將，全力攻克難題。

一是及時走訪集團公司調度所、機務、安監等部門，通報徐蘭高鐵C3降級問題，說明可能對運輸秩序帶來的影響以及后續擬采取的處置方案，尋求運輸、機務等部門的理解支持，并向集團公司領導作了匯報，為最終解決問題贏取時間。同時，主動向總公司匯報了有關情況，積極協調北京通信技術中心和濟南、北京、武漢局電務部門，請求在問題排查、處置方面給予技術支持和配合。

二是迎難而上，不放過任何一個疑點，組織有關單位夜以繼日、全力排查攻關。通過組織通信段及相關設備廠家全面梳理排查，先后排除了現場電磁環境干擾、設備硬件、連接纜線、傳輸通道及網絡數據錯誤的可能性，問題逐步聚焦在設備參數設置方面。隨后又組織技術人員對8月10-12日連續3天徐蘭高鐵共86趟動車C3降級情況及相關監測數據進行統計分析，并協調組織相關單位對上海、濟南、北京、武漢四個局MSC的數十條信令鏈路進行了連續3天的掛表監測。經過持續多日的監測和分析，技術攻關小組于8月14日初步查明了發生C3降級的原因，發現當上海華為MSC自收到濟南MSC切換請求，到向濟南MSC發送切換響應消息耗時在1.5 s以上時，均發生C3降級，而該消息耗時受設備處理、傳輸鏈路等因素影響。據此分析判斷可能是由于濟南局BSC的T7定時器參數設置較短，而徐蘭高鐵上海段BSC割接后新增了上海華為MSC，切換消息處理過程相應增加了消息處理和傳輸時間，時間上的不匹配造成了C3無線鏈接超時，從而概率性地出現ATP切換失敗。

分析結果得出后，我們及時與濟南局電務部進行了溝通，并得到了濟南局電務部、濟南通信段的大力支持，濟南通信段于8月16日天窗點內將濟南BSC的T7定時器參數由2 s調整為3.5 s。該參數調整后，至今徐蘭高鐵未發生該原因引起的C3降級，歷經5天5夜，疑難雜癥得以攻克。

5 結束語

在長達兩年的GSM-R核心網改造工程中，我們本著“以我為主、立足長遠”的原則，舉全局之力，精心組織工程配合，全面部署設備接管維護工作，為圓滿完成GSM-R核心網改造工程奠定了堅實的基礎。

通過GSM-R核心網改造項目的實施，上海局集團公司建立了具備冗余備份機制的GSM-R核心網絡，不僅提高了全局GSM-R系統的安全性、可靠性，更好地滿足鐵路運輸生產需要，也為全局大規模建設GSM-R無線網提供了網絡基礎。同時，通過核心網改造工程，鍛煉了隊伍，培養了人才，為做好GSM-R系統維護管理工作奠定了扎實的基礎。