GSM-R核心網改造綜合技術研究與應用

摘" 要：目前中國鐵路行業無線通信系統主要采用GSM-R移動通信系統，該系統主要為無線接入網和核心網兩部分。其中核心網部分主要負責該無線網絡系統的核心數據交換和處理，其可靠性和安全性至關重要。該文對探討核心網改造過程中核心網設備組網模式、割接業務系統內容、測試及保護模式進行研究，通過研究提高既有線路割接效率，減少施工過程中對既有設備的影響，降低行車安全風險，為今后同類型的施工提供寶貴的經驗。

關鍵詞：核心網；電路域割接；分組域割接；無線通信系統；GSM-R移動通信系統

中圖分類號：U285" " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）11-0011-04

Abstract： China's railway wireless communication system adopts the GSM-R mobile communication system， which includes two parts： wireless access network and core network. The GSM-R core network is the core of the entire network system， and its reliability and security are crucial. This paper studies the core network equipment networking mode， cutover business system content， testing and protected mode in the process of core network transformation. The research improves the cutover efficiency of existing lines， reduces the impact on existing equipment during construction， and decreases traffic safety risks， so as to provide valuable experience for similar construction in the later stage.

Keywords： core network; circuit domain cutover; packet domain cutover; wireless communication system; GSM-R mobile communication system

我國鐵路無線通信系統的發展目標是建立一張能夠覆蓋固定設施和移動設施的移動通信網絡，能夠滿足列車高速行駛過程中信息傳遞的平穩、高效。目前，國鐵集團移動通信主要采用的是900 MHz制式的 GSM-R 移動通信系統[1]，該系統主要由無線接入網和核心網兩部分構成[2]。全路GSM-R移動交換網網絡主要劃分為3個匯接區，在北京、西安、武漢設置TMSC（匯接移動交換中心），主要負責各大區之間轉接長途話務。全路GSM-R核心網設置19個網絡節點，位于全路18個路局所在地及拉薩。目前，19個核心網節點已全部建成并投入使用。在北京、武漢2個節點分別設置1套全路共用設備，包括GROS、HLR、SMSC、智能網、DNS、RADIUS、STP等，北京、武漢2個節點使用地理冗余方式組網，提供全路服務。

濟南局既有核心網節點采用諾西設備，配置1套核心網設備（MSC/VLR/SSP），該設備集成了SSP（智能網業務交換點）等功能；配置一套GPRS設備，包括SGSN、GGSN等；配置一套GRIS設備。該設備承載全局各高鐵客專、普速鐵路的語音及數據業務。

1" 關鍵技術

1.1" 核心網網絡架構

濟南局既有GSM-R核心網采用的是R99版本網絡架構。R99版本的核心網[3]，MSC負責呼叫控制建立和承載交換，MSC之間的信令和話務傳輸使用時分多路復用（TDM）承載。對于每一條話務鏈接，必須建立一條獨立的電路（時隙），而該條電路只能用于信令或話務中的一種，如圖1所示。

為解決濟南局核心網設備冗余及后期升級問題計劃引進新的R4版本核心網網絡架構，如圖2所示。

與R99版本的網絡架構不同，R4版本承載獨立的電路交換核心網絡，將R99版本中的MSC分解成MGW和MSC-S兩個關聯網絡設備，進而實現呼叫控制與話務承載的分離。新版本的GSM-R核心網能夠依據實際需求擴充承載容量或網絡的控制。同時骨干網采用IP交換機制，從而推動面向全IP的網絡架構的核心網演進。

1.2" 軟交換雙歸屬技術

雙歸屬是在軟交換架構[4]下采用的MSC冗余備份技術，設置一套主用MSC server和一套備用MSC server，同一個MGW（媒體網關）歸屬于兩個MSC server，一般情況下，MGW只注冊到主用MSC server 上，而當該MSC server發生故障時，此MGW可切換注冊至備用MSC server上，進而保護該MGW下管理的用戶業務。

2" 設備綜合改造技術

設備入網和業務割接是直接面對業務應用，是本項目實施成敗的關鍵步驟，稍有不慎會給正常的運輸生產帶來不可挽回的損失。

2.1" 設備互聯

2.1.1" 傳輸設備入網

本工程新設2套SDH10Gb/s傳輸設備，分別接入濟南傳輸環網內，用于提供核心網設備數據通道。在實施過程中施工要點期間，遠程連接服務器將網管備份，濟南通信中心樞紐環、調度工區濟南樞紐環破環，現場中斷光路連接，新設傳輸設備鏈路分別指向樞紐環兩端，現場跳線連接傳輸端口，網管測試收發光正常后，更改新設傳輸配置信息，刪除并重新制作此環復用段保護，配置完成后網管側中斷激光器進行倒換測試。設備入網后現場施工人員根據網管指示調整光功率（收光側加光衰）。完成破環入網施工。

2.1.2" 核心網設備入網

新建核心網設備通過傳輸通道與武漢、北京、上海、鄭州核心網節點互聯，完成濟南節點與北京、武漢、上海、鄭州節點業務平面和信令平面的互聯，包括與北京TMSC、HLR、GGSN、DNS、STP、SCP、RADIUS、SGSN、GROS的互聯，與武漢TMSC、SGSN、GGSN、DNS、SCP、RADIUS、STP、GROS、HLR的互聯，與上海、鄭州、北京MSC的互聯，以及與本局GSM-R無線子系統、鐵路有線調度通信系統[5]、CTCS-3級列控系統[6]、PSTN網的連接[7]，以便實現濟南核心網節點承載的所有的業務和功能。

2.2" 業務互聯

濟南局GSM-R核心節點需完成局外、局內2類設備互聯，互聯類型可分為電路域互聯和分組域互聯。

2.2.1" 電路域互聯

電路域互聯包括濟南MSC與北京TMSC/STP、HLR、SCP、SMSC，武漢TMSC/STP、HLR、SCP、SMSC，上海、鄭州、北京MSC/SSP的互聯，實現語音、短消息及智能網業務。其中北京TMSC為主用，武漢TMSC為備用。

2.2.2" 分組域互聯

濟南GPRS子系統信令點與武漢、北京STP之間通過長途傳輸通道進行連接，并通過STP訪問武漢、北京HLR設備；濟南GPRS子系統與北京、武漢的RADIUS、GROS、DNS之間通過數據網進行連接。

2.3" 業務割接

由于GSM-R核心網設備涉及整個濟南局的GSM-R業務[8]，工程實施的影響范圍廣，安全壓力大，需申請全局統一的施工時間進行入網割接施工，在天窗點外可進行設備的安裝、單機調試、數據制作的調試等工作。

2.3.1" 施工準備

在濟南新建MSC/SSP上，完成濟南新建MSC/SSP與武漢、北京STP/TMSC的信令、中繼數據加載，完成濟南新建MSC/SSP與上海、鄭州MSC的中繼數據加載，完成濟南新建MSC/SSP與濟南鐵通PSTN的信令、中繼數據加載。

2.3.2" 電路域割接

1）施工前設備運行情況檢查，組織設備入網驗收。

2）通過新建核心網設備網管，檢查觀察網元的設備運行狀態，如有異常及時處理，確認狀態正常方可繼續下一步操作。

3）對現網基本業務進行測試，包含以下測試項：CSD、手機呼叫FAS、調度命令、功能號、手機間呼叫等。

4）施工前進行相關設備數據備份。

5）施工前互聯電路調測檢查：檢查濟南至北京、武漢、鄭州、上海之間的互聯電路開通、調測情況。

6）割接入網，包括與北京、武漢、上海、鄭州等核心網的互聯，以及既有系統的接入。

電路域割接主要實施步驟見表1。

業務割接過程中，原有MSC設備組網維持既有網絡，新建MSC與既有MSC設置4條轉接電路，首先進行PSTN的割接，其次進行BSC、RBC的割接。FAS設備隨著BSC割接，或待無線子系統割接完成后一次性全部割接至新建MSC。

2.3.3" 分組域割接

分組域互聯與電路域互連同一個天窗實施，不影響現網業務，設備驗收及數據備份工作與電路域一致，主要實施步驟見表2。

在業務實施割接的過程中，既有分組域設備組網保持原有網絡布局，新建SGSN、GGSN通過新設的CE設備接入既有鐵路數據網。業務割接過程中，原有SGSN、GGSN設備組網維持既有網絡，隨著各線BSC的割接，將PCU同時割接到新建SGSN設備。

2.4" 業務驗證

根據鐵路運營管理要求，對GSM-R核心網電路域、分組域各項功能進行驗證。

2.4.1" CTC通信服務器連接狀態確認

在GRIS應用服務器1（主用）軟件日志界面或GRIS監控管理軟件日志界面查看所有互連CTC通信服務器連接狀態、活動性檢測狀態是否正常。日志窗口顯示所有4套CTC通信服務器與GRIS連接建立，活動性檢測正常。CTC中心接口服務器IP地址見表3。

2.4.2" GRIS與外局GROS、DNS、GGSN等設備互通驗證

在GRIS設備割接完畢后，應與外局GROS、DNS、GGSN設備進行ping測試，觀察數據包得到達成功率和到達時間，具體測試順序見表4。

在GRIS應用服務器（主用）上進行ping測試，確認GRIS與外局GROS、DNS、GGSN等互通正常，外局GROS、DNS、GGSN的IP地址見表4。

2.4.3" 車次號校核信息

在GRIS應用服務器軟件日志界面或GRIS監控管理軟件日志界面觀察在運行車次和測試CIR的車次號校核信息業務流程，確認正常。

2.4.4" 調度命令

在GRIS應用服務器軟件日志界面或GRIS監控管理軟件日志界面觀察在運行車次和測試CIR的車次號校核信息業務流程，確認調度命令下發、自動確認、手動簽收業務流程正常。調度命令對應的正常流程包括調度命令下發、自動確認（兩條）上傳、手動簽收（兩條）上傳。

2.4.5" 越界GRIS IP地址更新

在GRIS管轄范圍配置表中，刪除測試CIR當前所在小區數據（模擬CIR越界），測試CIR發送車次號校核信息，觀察GRIS是否觸發越界GRIS IP地址查詢，確認越界GRIS IP地址更新流程正常。

3" 業務割接保護預案

業務割接過程中嚴格按照相關施工方案及計劃安排，既有業務數據倒接時嚴格按照點內數據割接“一人操作、一人復核”原則實施。在割接前，做好線纜、接口測試、業務代碼復核等施工準備工作，割接完成后經設備管理單位進行測試、驗收后方可離場。

為確保運輸安全，需在各項業務割接前制定保護預案，防止因割接失敗影響正常運輸效率，主要采取既有設備持續運行和數據業務應急倒回的預案進行保護。

3.1" 既有設備持續運行，保護數據穩定

以GGSNamp;GRIS割接為例，在割接完成后原有GGSNamp;GRIS設備退網不斷電。在新系統測試穩定前，持續運行，對數據穩定性進行保護。

3.2" 數據業務應急倒回，確保業務正常

以GGSNamp;GRIS割接為例，在割接施工前，保護備份割接設備業務數據，為應急倒回做好技術準備。割接完畢后在呼叫測試過程中，業務發現異常現象，無法解決且距離要點結束40分鐘之前無法解決，則進行倒回操作保護。

倒回操作步驟如下。

1）GGSN割接失敗：（若GGSN割接失敗當晚GRIS停止割接計劃）。

核心網刪除添加的數據。

北京DNS修改解析地址，重新指向原有設備，通知北京數據工程師回退業務，進行數據保護。

路由恢復。

數據倒回后，組織進行業務撥測驗證。

華為SGSN清除DNS緩存。

2）GGSN割接成功，GRIS割接失敗場景。

則只需要執行GRIS回退操作，恢復舊的GRIS連線，拔掉連接到CE01，CE02的網線。

4" 結束語

新核心網（R4版本架構）設備能為濟南局提供更高效、更可靠的通信服務，有效地保障鐵路的行車安全。隨著新型業務系統的不斷開發，還可以利用GSM-R系統資源進一步開展運輸業務，如貨物運輸查詢、旅客多功能服務等，極大地提高鐵路運輸服務水平，提高社會效益。

參考文獻：

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