關于中老鐵路GSM-R增設核心網的研究

楊 志，張 進

(1.通號國際控股有限公司，北京 100070；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司通信信號研究所，北京 100081)

新建中老鐵路（磨丁至萬象）線位于老撾境內，北接中國境內在建的玉溪至磨憨線，南聯泰國境內規劃的曼谷至廊開線。線路全長414 km，新建橋梁 167 座，隧道 75 座，共設分布車站 32 個，初期共開放 20 個車站，其中會讓站 9 個、中間站 8 個、客運站 1 個（萬象）、貨運站 1 個（萬象南）、口岸站 1 個（磨丁）；項目計劃于2021 年底開通。中老鐵路無線通信GSM-R 組網方式大別于國內項目組網模式，對此做如下研究和探討。

1 GSM-R系統組成

GSM-R 系統包括網絡子系統(NSS)、無線子系統（BSS）、運行和業務支撐子系統（OSS）和終端設備4 個部分。其中NSS 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。

如圖1 中藍色區域標注所示，核心網包括SSS、IN 子系統、GPRS 子系統以及GPRS 歸屬服務器（GROS）和GPRS 接口服務器（GRIS）。其中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）和歸屬位置寄存器（HLR）等。IN 子系統是在SSS 中引入的智能網功能實體，將網絡交換功能和業務控制功能相分離，實現對呼叫的智能控制。IN 包括智能網業務控制點（SCP）、業務交換點（SSP）等設備。GPRS子系統負責為無線用戶提供分組數據承載業務，主要由服務GPRS 支持節點（SGSN）、網關支持節點（GGSN）等功能實體組成。

圖1 GSM-R系統核心網組成示意圖Fig.1 Schematic diagram for core network composition of GSM-R system

2 局級核心網方案

中老鐵路初步設計采用GSM-R 無線通信系統組網，按互聯互通考慮，在萬象新設核心網節點設備，組建局級核心網，接入北京、武漢核心匯接網并與昆明核心網節點互聯，中老鐵路的用戶及設備信息均可存儲在北京、武漢。利用北京、武漢的既有HLR/AuC/SCP/STP/GROS/DNS/Raduis 等核心網設備構成完整的GSM-R 網絡，如圖2 所示。

圖2 GSM-R系統交換網絡結構示意圖Fig.2 Schematic diagram for switching network structure of GSM-R system

核心網設備清單配置如表1 所示。

表1 初步設計批復核心網設備配置清單Tab.1 Equipment configuration list for core network of preliminary design approval

因此，中老鐵路設置的GSM-R 設備不是完整獨立的GSM-R 系統，需要與國內網絡進行互聯互通，與北京、武漢建立2M 中繼通道以及NO.7 信令鏈路，無法獨立對數據進行存儲及交換。

3 中老鐵路GSM-R增設核心網必要性

3.1 增設核心網必要性分析

核心網是 GSM-R 系統中的重要組成部分，負責完成呼叫處理、移動性管理及業務控制等核心功能，中國 GSM-R 系統核心網包括局級設備（GMSC/MSC/VLR/IWF/GCR/AC、SSP、SGSN/GGSN/GRIS）和全路共用設備（HLR/AuC、SCP/SMP/SMAP/SCEP、DNS/RADIUS、GROS、SMSC、STP）兩部分，這種設置方案充分考慮了中國鐵路運營的需要。中老鐵路初步設計方案以接入中國昆明核心網，利用中國北京、武漢全路共用設備為前提，在中老鐵路僅設置 GSM-R 無線子系統，從而實現 GSM-R 系統功能。這種設置方式可節省投資，且在昆明核心網設備運行正常的情況下，不會影響中老鐵路的業務。可是一旦昆明核心網及北京、武漢的共用設備需要檢修、擴容、升級、更新換代，或發生故障時，中老鐵路的 GSM-R 業務將受到影響。

因此，若要保障中老鐵路獨立運營，不受中國 GSM-R 系統的影響， 增設完整的核心網是必要的。

3.2 核心網冗余設置必要性分析

中國 GSM-R 系統核心網在建設初期就考慮了全路共用設備（HLR/AuC、 SCP/SMP/SMAP /SCEP、DNS/RADIUS、GROS、SMSC、STP）的核心網所有網元的冗余設置，可以大大提高核心網的安全可靠性，這也是中國 GSM-R 系統核心網設備更新改造時普遍采用的建設方案。中老鐵路運營初期，客貨運量小，為了兼顧投資和系統安全，可以考慮增設HLR 或者HLR 冗余，剩余設備單套設置，該方案的優點是既保障了中老鐵路GSM-R 系統獨立運營和自主掌握網絡用戶數據，同時還能夠自行進行技術升級，不受鄰國中國或泰國技術政策的影響，自主性好。

4 方案比選

要建成完整的GSM-R 核心網，則需要增加核心網設備，即在萬象增設SCP/STP/SMP/HLR/ AuC /Raduis/DNS/GROS 等設備，實現獨立的用戶信息注冊、驗證、存儲，域名解析，呼叫的智能控制等功能。經研究提出以下3 種可行性方案，方案一如表2 所示。

表2 HLR配置表Tab.2 table for HLR (home location register) configuration

方案一：配備HLR，滿足系統及數據獨立運營功能。

該方案的優點是能夠滿足用戶數據和系統獨立運營，投資最低。缺點是大量網元沒有冗余配置，系統可靠性差。

方案二：HLR 采用1+1 主備冗余配置，剩余核心網設備單配，如表3 所示。

表3 HLR1+1冗余配置表Tab.3 Table for HLR (home location register) 1+1 redundant confi guration

該方案的優點是不但能夠滿足系統和數據獨立運營，不受中國和泰國GSM-R 業務升級影響，而且投資較低。缺點是大量網元沒有冗余配置，系統可靠性不高。

方案三：核心網設備均采用1+1 主備冗余配置,如表4 所示。

該方案的優點是所有GSM-R 核心網配置均采用1+1 主備冗余，系統可靠性更高。缺點是投資較高。

5 結論

在完全互聯互通的條件下，按原初步設計方案可不增設；在兩國通信不互聯情況下，要保障中老鐵路在萬象進行獨立運營管理，必須在初步設計批復基礎之上增設核心網設備。否則，GSM-R 網絡將不能正常運行和滿足行車調度的需求。

表4 核心網設備均1+1主備冗余配置表Tab.4 Table for 1+1 host and backup redundant confi guration of core network equipment

原初步設計批復在萬象設立局級GSM-R 核心網節點,是不完整的核心網。如組建完整的GSM-R核心網，并考慮中老鐵路實際運營狀況，推薦采用方案二，以保障未來中老鐵路及延長線數據和網絡獨立運營管理。