既有RBC與GSM－R系統間通信通道冗余保護方案的優化分析

梁 爽 李 堅 李 雷 吳 宇

CTCS－3級列控系統中，無線閉塞中心 （RBC）根據軌道電路、聯鎖進路等信息生成行車許可，并通過GSM－R系統將行車許可、線路參數、臨時限速傳輸給CTCS－3級車載安全計算機 （On－board computer，OBC）；同時通過 GSM－R系統接收OBC發送的位置和列車數據等信息。因此，GSMR系統對CTCS－3級列控系統具有重要意義，其中RBC和GSM－R系統的移動交換中心 （Mobile switching center，MSC）之間通信通道的可靠性和安全性，是決定CTCS－3級列控系統通信可靠性的重要一環。為此，結合北京鐵路局設備運用現狀，從運用維護的角度，研究RBC與MSC之間的通信通道冗余保護方案，以達到提高通信通道安全性和可靠性的目的。

1 RBC與MSC間PRI接口運用現狀

1.1 RBC對PRI接口的要求

CTCS－3級列控系統包括地面設備和車載設備，GSM－R系統為地面設備和車載設備提供車－地雙向數據傳輸通道，如圖1所示，其中地面設備與GSM－R系統之間的IFIX接口為PRI接口，接口速率2048kb/s，也就是通常所說的2Mb/s鏈路。

RBC通過ISDN通信服務器與MSC進行通信，RBC的ISDN通信服務器與MSC之間的2Mb/s鏈路稱做ISDN PRI線路，如圖2所示。單個RBC應能同時處理至少30列已注冊的列車，與GSM－R系統之間的接口應能同時連接至少2條ISDN PRI線路。每條ISDN PRI線路可提供30個數據傳輸通道，同時為30列已注冊的列車提供通信通道（1條ISDN PRI線路包括30個64kb/s通道，每列CTCS－3運行的機車車載OBC和地面RBC之間的信息傳遞均需要占用1個64kb/s通道）。1套RBC中所有ISDN通信服務器應采用相同的ISDN號碼，RBC的無線閉塞單元 （RBU）和ISDN通信服務器之間通過VLAN雙交換機連接，采用TCP/IP通信方式。

圖1 CTCS－3級列控系統傳輸通道示意圖

圖2 RBC與MSC間通信連接示意圖

1.2 ISDN PRI線路運用現狀

為了描述方便，結合北京鐵路局RBC運用現狀，以1臺RBC與MSC之間的ISDN PRI線路運用情況為例說明。

該RBC能夠同時處理30列已注冊列車的CTCS－3級列控業務；其 GSM－R接口單元中有4臺ISDN通信服務器，每臺ISDN服務器各有1條ISDN PRI線路與MSC進行通信，即ISDN PRI線路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ；4臺ISDN通信服務器以負荷分擔的形式工作，任何1臺ISDN通信服務器故障或與MSC之間通信中斷，不影響其他ISDN通信服務器的正常工作；對于動車組的每一次CTCS－3列控業務來說，MSC與RBC之間只能選擇4條ISDN PRI線路中的1條與之通信。

高速鐵路通常有2套獨立的SDH傳輸系統，暫記為A系統和B系統。ISDN PRI線路Ⅰ和Ⅱ使用A系統中的2個2Mb/s鏈路；Ⅲ和Ⅳ使用B系統中的2個2Mb/s鏈路。A系統和B系統的設備獨立，且傳輸物理徑路不同。

另外，設計中又為RBC冷備了一條ISDN PRI線路V，其使用的是A系統中的一個2Mb/s鏈路。也就是說，RBC與 MSC之間的ISDN PRI線路是采用了4條冗余分擔外加1條冷備用的冗余配置方案 （以下簡稱 “4＋1”冗余配置方案）。既有ISDN PRI線路均采用此方案。

2 “4＋1”冗余配置方案分析

CTCS－3級列控業務均由動車組OBC發起、RBC響應進行的，即OBC自動發起與RBC的呼叫連接。因此對于GSM－R系統來說，OBC與RBC之間每一次CTCS－3級列控業務的整個通信流程，相當于一次移動用戶與固定用戶的CSD數據通信流程。為了方便描述，以1列動車組OBC與RBC之間進行CTCS－3級列控業務為例，從容量、安全性、設備維護等3方面，分析ISDN PRI線路 “4＋1”冗余配置方案。為突出重點，假設CTCS－3級列控系統中其他設備均正常工作。

2.1 容量

RBC的4臺ISDN通信服務器以負荷分擔的方式進行工作；每臺ISDN通信服務器均由1條ISDN PRI線路與MSC進行通信，每條ISDN PRI線路有30條通信信道可供CTCS－3級列控業務使用。因此，只要有1條ISDN PRI線路工作正常，就可以保證RBC的滿容量運用。4臺ISDN通信服務器利用4條ISDN PRI線路，可以為RBC提供120條通信信道供CTCS－3級列控業務使用，其容量設計是RBC設定處理能力的4倍。

2.2 安全性

2.2.1 ISDN PRI線路負荷分擔冗余保護方式

由于RBC的4臺ISDN通信服務器以負荷分擔的方式進行工作，可以為RBC提供120條通信信道供CTCS－3級列控業務使用。因此，只要有1條ISDN PRI線路工作正常，就可以滿足RBC的需求。同時，由于A系統和B系統采用了獨立的設備，并且傳輸物理徑路不同，這就使得ISDN PRI線路Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ、Ⅳ之間也構成了業務負荷分擔、傳輸徑路1＋1保護的冗余保護機制。因此，“4＋1”冗余配置方案中的4條ISDN PRI線路負荷分擔冗余保護方式已經具備很高的可靠性。

2.2.2 冷備用ISDN PRI線路的啟用條件

只要RBC有1條ISDN PRI線路工作正常，就可以滿足需求。因此，只有當ISDN PRI線路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ均故障時，ISDN PRI線路V才能發揮其備用的作用。

由于鐵路SDH系統均采用電信級設備，實際運用中，一臺RBC所使用的4條ISDN PRI線路同時出現故障的可能性極小。通常只有在A和B系統某個核心節點同時掉站、2套系統的傳輸光纜均被割斷，且冗余保護通道失效的情況下才會發生，且此時ISDN PRI線路V能夠正常工作的可能性極小，因此備用電路所起的作用可能微乎其微。通常，這種情況發生時，其影響范圍不僅是CTCS－3列控系統，同時會伴隨著對CTC/TDCS系統的影響，此時仍舊采用CTCS－3級列控系統控制列車運行的意義就不是很大了。

2.3 設備維護

ISDN PRI線路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ一直處于使用狀態，其運用狀態可以通過傳輸網管實時監測，通信質量也在運用中不斷進行業務驗證。對于冷備用ISDN PRI線路V，由于沒有與ISDN通信服務器連接，如不作處理，在傳輸網管上會觸發很多無效告警，因此，從通信維護的角度，為了避免無效告警對日常維護構成的影響，通常采用打環的方式。然而，打環方式有可能帶來一個嚴重的安全隱患。正常情況下，如ISDN PRI線路V處于打環狀態，MSC會判斷該線路狀態異常，因此當OBC發起CTCS－3連接請求時，不使用ISDN PRI線路V與RBC進行通信。但是，當重啟MSC后，MSC可能會誤判ISDN PRI線路V工作狀態正常，進而試圖使用ISDN PRI線路V與RBC進行通信，導致CTCS－3連接請求失敗的情況發生。值得注意的是這個問題確實發生過。

3 優化配置方案建議

既有ISDN PRI線路所采用的 “4＋1”冗余配置方案的特點：①容量設計是實際需求量的4倍，滿足需求，可靠性高；②冷備用ISDN PRI線路的存在意義不大；③一定條件下，會發生因MSC使用冷備用ISDN PRI線路，導致CTCS－3級連接請求失敗的情況。

綜合考慮容量、安全性、設備維護等3方面的需求，建議MSC與1臺RBC之間的ISDN PRI線路配置方案：4條ISDN PRI線路結合4臺ISDN通信服務器，構成負荷分擔的冗余保護；4條ISDN PRI線路分作2組，每組由2套獨立的傳輸系統承擔。該優化配置方案的優點：①容量設計是實際需求量的4倍，滿足需求；②只要有1臺ISDN通信服務器和1條ISDN PRI線路工作正常，就不會影響CTCS－3級列控業務，或可以短時間內通過鏈路倒接的方式恢復工作；③消除了因MSC使用冷備用ISDN PRI線路導致CTCS－3連接請求失敗的情況發生；④較 “4＋1”冗余配置方案，每1臺RBC所需ISDN PRI線路數量減少了20%，節省了資源，相應的維護工作量減小了20%。

［1］ 中華人民共和國鐵道部.科技運﹝2008﹞168號.CTCS－3級列控系統 GSM－R網絡需求規范（V1.0）.［S］.2014.

［2］ 中華人民共和國鐵道部.TJ/DW140－2012.無線閉塞中心技術規范（暫行）［S］.2012.

［3］ 中國鐵路總公司.TJ/DW084－2013.GSM－R數字移動通信網編號計劃 （V3.0）［S］.2013.