鐵路5G專網組網方案研究

毛若羽

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

經過多年的應用發展與技術積累，我國鐵路行業在通信技術體系構建與完善方面得到了明顯加強，如從原本的無線列調逐漸過渡到G網通信發展過程，并構建出全球最大的鐵路專用數字移動通信系統網絡。其中，隨著3G、4G以及5G等技術的更迭變換，鐵路通信技術體系內容得到了進一步健全與發展。隨著5G公網的成功商用，國鐵集團決定采用5G制式建設打造下一代無線專網。結合當前發展情況來看，為滿足我國高速鐵路發展需求，鐵路專網方面借助5G技術構建專網集群通信技術體系實現對列車運行過程的有效控制。根據相關數據表明，截至2019年年底，全國范圍內的鐵路專用數字移動通信系統網絡在覆蓋里程方面已經高達7萬千米。鐵路領域通過引入5G技術基本上可有效支撐鐵路事業發展，具有重要的應用價值。

1 鐵路數字移動通信系統功能分析

1.1 鐵路調度通信

鐵路調度通信基本上可以視為鐵路數字移動通信系統的重要功能表現。在業務領域方面，鐵路調度通信業務主要圍繞列車調度、貨運調度以及動車調度的工作內容進行統籌規劃與合理部署。其中，各項業務的應用需要涉及移動終端以及固定終端等平臺系統，完成個呼與組呼過程。要求車務以及機務等行車相關人員應主動借助鐵路專用移動通信設備實現對行車過程的集中管控。

如相關人員可以按照規定要求進行語音聯絡，并重點針對行車安全信息進行提示，保障行車要求得以滿足。結合當前發展情況來看，我國鐵路調度通信從原來無線列車調度系統逐步發展成為當前所應用的鐵路數字移動通信系統，即GMS-R系統。但無論是應用哪種通信系統，都需要利用車機聯控模式進行操作應用。對于鐵路數字移動通信系統而言，該網絡體系可根據調度通信業務呼叫場景以及用戶使用習慣的情況，從智能網設備方面入手，針對調度通信業務進行統籌規劃與合理部署，并提供接入矩陣以及位置尋址等功能。

1.2 鐵路列車控制

我國于2009年正式啟用基于鐵路數字移動通信系統網絡的列控系統，該系統的推廣與應用為我國高鐵安全運營提供了良好的系統保障。其中，GSM-R網絡通過借助電路交換數據業務功能，實現對列車控制系統安全數據的自主獲取。并根據數據反饋情況對當前調度通信過程進行合理管控。與調度通信相同，GSM-R網絡也可以視為電路域業務的領域范疇。電路域主要是針對電路交換技術而言，不同用戶所涉及的時隙問題不同，通常表現為數據量小且時延低的特點。

而基于GSM-R網絡的電路域技術在一定程度上可以實現對鐵路調度通訊的集成管控，同時，也可以滿足列車控制業務需求。目前，為進一步增強鐵路數字移動通信系統的運行功能，行業內部人員主動利用5G網絡的分組域架構形式，保障業務資源可以實現共享。需要注意的是，面對網絡承載技術的變化發展，無論是鐵路調度、通信還是列車控制業務，都需要在原有技術的基礎上不斷演化與發展，才能夠真正適應5G網絡運營發展。

2 系統架構分析

從客觀角度上來講，鐵路5G專網通信技術在系統架構方面主要可以圍繞5G核心網、無線網、終端系統等部署內容進行統籌規劃與合理實踐。其中，核心網系統可主動與鐵路多媒體調度系統之間構建互聯關系。這樣做的主要目的在于保障調度固定用戶與5G移動用戶之間可以構建良好的多媒體通信關系。其中，鐵路多媒體調度系統應具備良好的兼容功能，能夠有效兼容5G核心網主要接口與協議。為了保證專網與公網共建共用的可能，須充分了解公網5G組網規劃。以中國移動5G核心網絡為例，分為公眾業務網和企業服務網采用統一的云硬件平臺，云資源統一調配，核心網功能獨立設置；其中公眾5G核心網按照各省設置核心網邏輯功能，企業服務網絡按照8個大區設置核心網邏輯功能；公眾業務網和企業服務網根據業務應用需要、地市等就近部署邊緣計算平臺（MEC）。

3 鐵路5G專網集群通信技術方案研究

目前，我國已建成全球最大的鐵路專用數字移動通信系統網絡。根據相關數據表明，截至2019年年底，全國范圍內的鐵路專用數字移動通信系統網絡在覆蓋里程方面已經高達7萬千米。但是，從客觀角度上來講，隨著智能鐵路等新理念的提出與實施，傳統鐵路專用數字移動通信系統所存在的技術局限性問題越來越明顯，甚至無法滿足鐵路行車以及運營維護需求。為及時克服這一技術難題，鐵路行業內部重點針對5G技術的應用發展問題進行了深度研究。從整體角度上看，鐵路領域通過引入5G技術基本上可以有效支撐智能鐵路發展，具有重要的應用價值。

3.1 基于服務功能的網絡架構

5G網絡采用了基于云的服務化架構，控制面與用戶面網元分離，控制面網元可集中部署，用戶面網元（UPF）與業務系統就近部署。5G核心網相對GSM-R核心網由獨立的網元設備組網演進為基于云架構的邏輯網元組網，并可根據業務需要進行切片管理。5G核心網基于服務化架構，對計算、存儲、資源調用有其特殊性，對平臺性能要求高，需采用電信級云硬件平臺獨立建設，不宜與其他云平臺混合部署。建議采用控制面集中管理，按大區制設置鐵路專用5G核心網方案，基于5G開放式服務架構，控制面集中管理，每個大區可提供多個路局5G核心網控制面功能，路局設置MEC與多個大區互聯實現控制面功能冗余，大區模式可實現控制面的系統統一管理，按照大區模式建設核心網成本較低，集中管理模式可為行業應用提供更可靠的業務保障。

3.2 調度通信業務實現方案

鐵路專網與公眾網絡存在明顯不同，既沒有龐大的用戶數量支撐，同時，也沒有相關產業鏈的支撐，因此在鐵路部署5G專網方案后，建議研究人員應采用多模終端轉換網絡制式方法，減少網絡復雜性問題并減少建設成本。與此同時，對于鐵路調度通信業務而言，研究人員應主動結合5G專網MC系統移動終端，實現語音業務之間的互通。并借助多媒體調度系統的固定終端，完成對列車行進過程的控制管理。對于5G網絡而言，MC系統中的語音、視頻以及數據等業務內容均可以視為MC系統的關鍵數據內容。具體實現方法可以從下述兩個方面進行研究分析。

5G專網移動用戶與GSM-R網絡實現語音業務互通的方案措施。業務互通方案可以結合鐵路5G專網MC系統運行情況，主動與GMS-R系統完成設備關聯過程。同時，GSM-R與5G專網移動用戶可針對用戶號碼問題進行協調優化，如采用不同號段的用戶號碼進行操作應用。舉例而言，號碼段“149”可以設置為GSM-R用戶、號碼段“148”可以設置為5G用戶。

基于5G專網移動用戶的調度通信系統固定用戶實現語音業務互通過程的方案措施。關于這一方案實現問題，建議研究人員可以主動從多媒體調度臺發起呼叫與FAS調度臺發起呼叫兩個方面進行實現與分析。其中，對于多媒體調度臺發起呼叫而言，目前所采取的雙發方式可以主動將車次功能號準確反饋到5G網絡以及GMS-R網絡中。移動通信網中的智能網設備可主動識別被叫功能號注冊情況完成對相關任務的識別與管理。一般來說，如果同時返回呼叫接續，系統會自動選擇5G網絡。對于多媒體調度系統而言，可主動利用LMF流程實現對5G移動用戶位置的自主獲取，并根據數據反饋情況，對用戶所屬移動通信網絡流程問題進行自動梳理與優化。

除此之外，對于FAS調度臺發起呼叫而言，系統可根據5G網絡建設需求構建多媒體調度系統。在這一過程中，不僅可以實現鐵路數字移動通信系統網絡覆蓋區段調度功能，同時，也可以實現對FAS調度臺的有效處理。舉例而言，在鐵路數字移動通信系統網絡覆蓋區段的作用下，調度員可使用FAS調度臺完成相關通信任務。對于特殊情況下的呼叫需求而言，研究人員可對當前FAS系統進行功能升級，并將相關信息反饋到多媒體調度系統中，完成呼叫接續過程。

4 結語

總而言之，鐵路5G專網集群通信技術正處于不斷健全與完善的狀態中，為我國鐵路建設事業的發展奠定了良好通信保障。因此，在未來的發展中，行業內部人員應加快推進鐵路5G專網建設進程，通過不斷創新優化鐵路技術裝備，促使我國鐵路5G專用集群通信技術方案得以良好應用推廣。