GSM-R核心網網絡規劃優化研究

魏 煉

（北京全路通信信號研究設計院，北京 100073）

隨著客運專線、城際鐵路、高速鐵路的大規模建設，GSM-R完成了全國主要節點核心網的建設，解決了北京、武漢、西安、廣州、濟南等節點GSM-R核心網的互聯互通，為實現中國鐵路GSM-R網絡的網狀運營和全面建設奠定了基礎。

GSM-R網絡是鐵路運輸中強有力的技術支撐和保障的手段，在鐵路快速發展和信息化建設中處于十分重要的位置。為了滿足不斷增長的運輸需求，提高全國鐵路網的整體運輸能力，需進一步完善GSM-R網絡結構，優化布局，提高網絡的安全和可靠性，加快網絡的建設步伐。

1 GSM-R核心網現狀分析

1.1 GSM-R核心網現狀

GSM-R核心網采用二級網絡結構：移動匯接網和移動本地網。

移動匯接網由北京、武漢、西安3個TMSC通過網狀網連接構成；移動本地網由移動交換中心連接構成。

全網GSM-R核心網節點（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、濟南、西寧、拉薩、武漢、廣州、西安和南昌、成都、上海11個核心網節點已建成；其余8個節點蘭州、烏魯木齊、哈爾濱、沈陽、昆明、鄭州、南寧和呼和浩特核心網工程已經立項，目前還未建設、實施。

H LR、SCP和SM SC等核心設備已建成，而且設立了容災備份機制，北京、武漢分別設置1套H LR、SCP和SM SC設備，并互為異地冗余備份，但MSC網絡尚未建立冗余備份機制。

目前，京津城際、石太、合寧、合武客運專線、膠濟線、大秦線、青藏線等GSM-R線路已正式運營，其中京津城際、石太客運專線接入北京核心網節點；合寧、合武客運專線以及膠濟線接入濟南核心網節點；青藏線分別接入西寧和拉薩核心網節點。上述GSM-R線路中，京津城際、膠濟線、大秦線及青藏線等GSM-R線路分別接入北京、濟南、太原、西寧、拉薩等所轄核心網節點，完全符合GSM-R網絡技術規劃要求，符合區域化接入、網絡區域化管理等方式。但石太、合寧、合武客運專線GSM-R線路所接入的核心網節點不符合要求，主要存在以下問題。

（1）石太客運專線GSM-R系統工程

石太客運專線跨北京、太原2個鐵路局，相應線路應分別接入北京、太原核心網節點。由于北京、太原M SC沒有進行互聯互通，石太客運專線全線只能先接入北京核心網節點，既屬太原局所轄線路，也接入了北京核心網節點，這種接入方式既不符合GSM-R網絡區域化管理要求，又容易引起用戶數據、編號等混亂，造成長途資源的浪費。因為屬于太原管轄區域的GSM-R用戶不僅占用北京核心網的資源，而且占用太原至北京的長途傳輸通道。太原區域GSM-R無線網與核心網的網絡由不同運維單位進行管理，徒增運維工作復雜度和工作量，不利于提高生產效率。

（2）合寧、合武客運專線GSM-R系統工程

合寧客運專線為上海局管轄區域，合武客運專線跨武漢、上海2個鐵路局所轄區域，由于武漢、上海節點核心網的建設滯后于合寧、合武客運專線的建設，為了保證合寧、合武客運專線的順利開通運行，暫將合寧、合武客運專線GSM-R線路接入濟南核心網作為過渡。這種跨局接入造成以下問題：合寧、合武客運專線GSM-R用戶均占用濟南核心網的資源，不僅容易引起用戶數據、編號的混亂和長途傳輸資源的浪費，更是增加了跨局指揮和協調的難度，給跨局業務的正常運行造成不良影響；屬于濟南局管轄的膠濟線和合寧、合武客運專線均接入濟南核心網節點，如果合寧客運專線GSM-R網絡進行測試、檢修，需要上海和濟南2個路局同時要點；如果合武客運專線GSM-R網絡進行測試、檢修，則需要武漢、上海和濟南3個路局同時要點，大大增加了實施難度，影響跨局的運輸業務和行車指揮。

為了解決上述問題，減少工程過渡，節約資金，建議盡快統一建設未建的核心網節點，迅速建立完善、互通的GSM-R核心網絡，為GSM-R線路的大規模接入奠定基礎。

1.2 網絡現狀分析

結合GSM-R網絡實際運營狀況，對核心網的可用性、經濟性及可靠性進行分析。1.2.1 可用性分析

全路19個GSM-R核心網節點均設置在鐵路局及路局調度中心所在地，核心網網絡結構簡單、合理。各路局所在地建設核心網具有GSM-R線路接入及業務量比較集中、便于接入GSM-R無線子系統和數字調度系統、傳輸資源豐富、供電可靠、便于網絡組織和升級、便于調度指揮和維護管理等優勢。已建GSM-R核心網節點的實際運營和維護情況也充分印證了上述優勢。如果取消任意1個核心網節點，都會造成GSM-R線路跨局接入，從而增加跨局指揮、協調的工作量。因此， 19個核心網節點的設置方案避免了GSM-R線路的跨局接入，是減少跨局工作量，提高運輸效率的有效途徑之一，網絡的可用性也較好。1.2.2 經濟性分析

根據《中長期鐵路網規劃（2008年調整）》，鐵道部計劃建設快速客運網絡、建設新線、增建二線及既有線電氣化建設總規模達13.5萬km。各核心網節點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。

上述統計結果表明，每個核心網節點均覆蓋若干里程的GSM-R線路。若取消任何1個核心網節點，本應接入該節點的GSM-R線路及數字調度交換機，需要接到其他節點M SC，造成A接口及MSC與數字調度交換機的傳輸距離增加，增加了長途電路數量和運營維護成本，不利于網絡維護管理和運輸調度指揮。

根據已簽訂的框架協議，M SC均由供貨廠家支援，由此可以節省占總投資比例很大的M SC設備購置費。另外，由于路局所在地傳輸資源豐富，供電可靠，機房大多可利舊，降低了相關配套設備的工程投資，有效提高了核心網建設的綜合經濟效益，隨著GSM-R網絡大規模建設，其良好的經濟性將發揮更大作用。

綜上所述，現有19個核心網節點設置地點優勢集中、數量適中、網絡經濟性較好。1.2.3 可靠性分析

由于每個核心網節點均接入多條GSM-R線路，若取消任何1個節點，應接入該節點的線路需要接到其他節點。一旦該M SC宕機，不僅影響本局GSM-R線路的接入及業務，還影響其他局線路的接入和業務。因此，GSM-R核心網網絡結構和19個節點的設置方案，是有效實現區域化管理，提高運輸效率，降低風險的基本保障。

目前，GSM-R核心網的容災備份機制主要考慮的是HLR、SCP、SMSC等核心設備的容災，關鍵設備M SC尚未建立冗余備份機制，只是通過M SC設備本身的可靠性措施，即通過設備的單板備份和端口備份來保證M SC設備的安全，這種機制不能從根本上解決問題。另外，BSC與M SC的網絡結構是一種樹形結構，多個BSC只能被1個M SC控制。如果M SC發生故障，其管理的BSC就不能正常工作，將造成該服務區內業務的中斷，影響GSM-R網絡的安全、可靠性，影響網絡運維服務質量、行車調度指揮和運輸安全。

由于新建GSM-R線路的接入、系統升級、各種作業、檢修等都需要啟用備份核心網。為保證各種業務順利可靠地實施，進一步完善GSM-R網絡冗余備份結構，提高網絡的安全和可靠性是非常必要和緊迫的。

1.3 分析結論

通過上述分析，得出結論：維持GSM-R核心網19個節點的設置及網絡結構規劃方案，同時建立核心網冗余備份機制。

2 冗余備份方案比選

考慮到GSM-R核心網網絡結構、移動匯接中心及本地交換中心的設置地點，MSC的冗余備份方案采用2種方式。

方式1：全網設置1個備份MSC節點（19：1）。方式2：全網設置多個備份MSC節點（19：N）。經分析，方式1較方式2存在加大冗余備份機制無法實現的風險，實施難度大，節省投資優勢不明顯等問題，具體表現如下。

2.1 加大備份機制實現的風險

方式1的冗余備份形式為19∶1，即1個備份M SC要對全網19個M SC進行冗余備份。而N∶1備份模式無法對2個以上主用M SC同時退網進行備份。如果主用設備的數量N值較大，增加了2個或多個主用MSC同時出現故障甚至癱瘓的可能性，因此該方案加大了備份機制無法真正實現的風險。

2.2 數據配置復雜，實施難度大

1個備份M SC要對全網19個M SC進行冗余備份，這種方式需要將19個M SC的數據在1個備份M SC設備上進行加載，應急數據配置復雜，工作量大，操作流程繁多，實施難度大。

2.3 節省投資優勢不明顯

方式1可以減少M SC設備的費用。但由于部分節點M SC設備是由廠家贈送，減少了節省工程投資的優勢；如果減少M SC的數量，造成長途傳輸距離增加，加大了長途線路的投資。其他配套設施由于利舊或改造，工程投資并不能減少很多，故方式1節省投資的優勢并不明顯。

綜上所述，建議采用方式2：全網設置多個備份MSC方式。

3 MSC冗余備份方案

目前已建和在建線路無線網網絡結構各不相同，如針對某條線路或從單個工程的角度考慮核心網的冗余，不僅加大工程建設投資，還容易造成管理混亂，難以達到良好效果。因此，對全路核心網的冗余方案，應統一規劃，合理設置。

根據GSM-R核心網的網絡結構、匯接移動中心的設置地點及大秦貨運重載專線GSM-R網單交換機、同站址雙層無線網絡覆蓋方式，考慮充分利用匯接移動交換中心便于網絡組織和升級、便于調度指揮和維護管理等優勢，確定全網在北京、武漢、西安和太原設置備份M SC，備份模式為N∶1方式。

3.1 網絡結構

北京、武漢、西安和太原4個節點各增建1個MSC作為全網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。具體內容詳見圖1。

3.2 備份MSC規模容量

北京備份M SC取北京、沈陽、哈爾濱、濟南和呼和浩特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規模容量最大者；太原備份MSC與主用MSC的規模容量完全相同。

根據上述要求，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 與應用系統的連接

備份MSC與所備份地RBC連接，實現GSM-R系統為列控系統提供透明傳輸通道。

備份M SC與所備份地A N地面節點設備連接，實現GSM-R系統為同步操控系統提供透明傳輸通道。

3.4 與鐵路數字調度通信網的連接

MSC備份網絡與鐵路數字調度通信網之間的長途路由由GSM-R網負責組織。備份M SC與所備份地數字調度交換機連接，實現GSM-R網絡與鐵路數字調度通信網之間的互聯互通。

3.5 與鐵路固定電話交換網（PSTN）的互聯互通

M SC備份網絡與鐵路PSTN之間的路由組織采取發端入網方式。備份M SC兼關口局GM SC與本地鐵路固定電話交換機連接，實現GSM-R網絡與鐵路固定電話交換網的互聯互通。

3.6 HLR的冗余備份

大秦線、膠濟線和青藏線GSM-R系統工程先于北京、武漢核心網的建設，為了保證上述工程的順利實施，太原、濟南和西寧3個節點設置了H LR設備，主要用于大秦線、膠濟線和青藏線GSM-R移動用戶的數據管理。目前北京、武漢已設置H LR設備，為全網GSM-R移動用戶服務，并互為異地冗余備份。

鑒于太原、濟南和西寧H LR設備已投入運營，為了充分利用現有設備，保護工程投資，進一步提高大秦線、膠濟線和青藏線GSM-R系統的可靠性，建議保留太原、濟南和西寧H LR設備，作為北京、武漢H LR設備的冗余備份，建立大秦線、膠濟線和青藏線GSM-R移動用戶數據的多重備份。

3.7 SSP的冗余備份

SSP與所在地的M SC合設，其設置地點及備份方案同MSC。

4 結束語

隨著GSM-R網絡的大規模、快速發展與建設，進行GSM-R核心網網絡優化，建立核心網的冗余備份機制非常必要。GSM-R是加快新建網絡開通，方便網絡維護管理，緩解運輸壓力，提高運輸生產能力的有效措施,是實現列車控制和機車同步操控信息傳送的前提和保證。