GSM-R核心网网络规划优化研究

魏 炼

（北京全路通信信号研究设计院，北京 100073）

随着客运专线、城际铁路、高速铁路的大规模建设，GSM-R完成了全国主要节点核心网的建设，解决了北京、武汉、西安、广州、济南等节点GSM-R核心网的互联互通，为实现中国铁路GSM-R网络的网状运营和全面建设奠定了基础。

GSM-R网络是铁路运输中强有力的技术支撑和保障的手段，在铁路快速发展和信息化建设中处于十分重要的位置。为了满足不断增长的运输需求，提高全国铁路网的整体运输能力，需进一步完善GSM-R网络结构，优化布局，提高网络的安全和可靠性，加快网络的建设步伐。

1 GSM-R核心网现状分析

1.1 GSM-R核心网现状

GSM-R核心网采用二级网络结构：移动汇接网和移动本地网。

移动汇接网由北京、武汉、西安3个TMSC通过网状网连接构成；移动本地网由移动交换中心连接构成。

全网GSM-R核心网节点（移动交换中心）共计19个，即18个铁路局所在地和拉萨。目前北京、太原、济南、西宁、拉萨、武汉、广州、西安和南昌、成都、上海11个核心网节点已建成；其余8个节点兰州、乌鲁木齐、哈尔滨、沈阳、昆明、郑州、南宁和呼和浩特核心网工程已经立项，目前还未建设、实施。

H LR、SCP和SM SC等核心设备已建成，而且设立了容灾备份机制，北京、武汉分别设置1套H LR、SCP和SM SC设备，并互为异地冗余备份，但MSC网络尚未建立冗余备份机制。

目前，京津城际、石太、合宁、合武客运专线、胶济线、大秦线、青藏线等GSM-R线路已正式运营，其中京津城际、石太客运专线接入北京核心网节点；合宁、合武客运专线以及胶济线接入济南核心网节点；青藏线分别接入西宁和拉萨核心网节点。上述GSM-R线路中，京津城际、胶济线、大秦线及青藏线等GSM-R线路分别接入北京、济南、太原、西宁、拉萨等所辖核心网节点，完全符合GSM-R网络技术规划要求，符合区域化接入、网络区域化管理等方式。但石太、合宁、合武客运专线GSM-R线路所接入的核心网节点不符合要求，主要存在以下问题。

（1）石太客运专线GSM-R系统工程

石太客运专线跨北京、太原2个铁路局，相应线路应分别接入北京、太原核心网节点。由于北京、太原M SC没有进行互联互通，石太客运专线全线只能先接入北京核心网节点，既属太原局所辖线路，也接入了北京核心网节点，这种接入方式既不符合GSM-R网络区域化管理要求，又容易引起用户数据、编号等混乱，造成长途资源的浪费。因为属于太原管辖区域的GSM-R用户不仅占用北京核心网的资源，而且占用太原至北京的长途传输通道。太原区域GSM-R无线网与核心网的网络由不同运维单位进行管理，徒增运维工作复杂度和工作量，不利于提高生产效率。

（2）合宁、合武客运专线GSM-R系统工程

合宁客运专线为上海局管辖区域，合武客运专线跨武汉、上海2个铁路局所辖区域，由于武汉、上海节点核心网的建设滞后于合宁、合武客运专线的建设，为了保证合宁、合武客运专线的顺利开通运行，暂将合宁、合武客运专线GSM-R线路接入济南核心网作为过渡。这种跨局接入造成以下问题：合宁、合武客运专线GSM-R用户均占用济南核心网的资源，不仅容易引起用户数据、编号的混乱和长途传输资源的浪费，更是增加了跨局指挥和协调的难度，给跨局业务的正常运行造成不良影响；属于济南局管辖的胶济线和合宁、合武客运专线均接入济南核心网节点，如果合宁客运专线GSM-R网络进行测试、检修，需要上海和济南2个路局同时要点；如果合武客运专线GSM-R网络进行测试、检修，则需要武汉、上海和济南3个路局同时要点，大大增加了实施难度，影响跨局的运输业务和行车指挥。

为了解决上述问题，减少工程过渡，节约资金，建议尽快统一建设未建的核心网节点，迅速建立完善、互通的GSM-R核心网络，为GSM-R线路的大规模接入奠定基础。

1.2 网络现状分析

结合GSM-R网络实际运营状况，对核心网的可用性、经济性及可靠性进行分析。1.2.1 可用性分析

全路19个GSM-R核心网节点均设置在铁路局及路局调度中心所在地，核心网网络结构简单、合理。各路局所在地建设核心网具有GSM-R线路接入及业务量比较集中、便于接入GSM-R无线子系统和数字调度系统、传输资源丰富、供电可靠、便于网络组织和升级、便于调度指挥和维护管理等优势。已建GSM-R核心网节点的实际运营和维护情况也充分印证了上述优势。如果取消任意1个核心网节点，都会造成GSM-R线路跨局接入，从而增加跨局指挥、协调的工作量。因此， 19个核心网节点的设置方案避免了GSM-R线路的跨局接入，是减少跨局工作量，提高运输效率的有效途径之一，网络的可用性也较好。1.2.2 经济性分析

根据《中长期铁路网规划（2008年调整）》，铁道部计划建设快速客运网络、建设新线、增建二线及既有线电气化建设总规模达13.5万km。各核心网节点覆盖主要线路总里程约为北京0.91万km、武汉0.89万km、上海1.14万km、广州1.53万km、西安0.43万km、成都0.7万km、南昌0.73万km、哈尔滨0.55万km、济南0.57万km、太原0.5万km、郑州0.26万km、兰州0.76万km、乌鲁木齐0.8万km、沈阳0.77万km、昆明0.72万km、南宁0.4万km、呼和浩特0.24万km、西宁0.1万km、拉萨0.5万km。

上述统计结果表明，每个核心网节点均覆盖若干里程的GSM-R线路。若取消任何1个核心网节点，本应接入该节点的GSM-R线路及数字调度交换机，需要接到其他节点M SC，造成A接口及MSC与数字调度交换机的传输距离增加，增加了长途电路数量和运营维护成本，不利于网络维护管理和运输调度指挥。

根据已签订的框架协议，M SC均由供货厂家支援，由此可以节省占总投资比例很大的M SC设备购置费。另外，由于路局所在地传输资源丰富，供电可靠，机房大多可利旧，降低了相关配套设备的工程投资，有效提高了核心网建设的综合经济效益，随着GSM-R网络大规模建设，其良好的经济性将发挥更大作用。

综上所述，现有19个核心网节点设置地点优势集中、数量适中、网络经济性较好。1.2.3 可靠性分析

由于每个核心网节点均接入多条GSM-R线路，若取消任何1个节点，应接入该节点的线路需要接到其他节点。一旦该M SC宕机，不仅影响本局GSM-R线路的接入及业务，还影响其他局线路的接入和业务。因此，GSM-R核心网网络结构和19个节点的设置方案，是有效实现区域化管理，提高运输效率，降低风险的基本保障。

目前，GSM-R核心网的容灾备份机制主要考虑的是HLR、SCP、SMSC等核心设备的容灾，关键设备M SC尚未建立冗余备份机制，只是通过M SC设备本身的可靠性措施，即通过设备的单板备份和端口备份来保证M SC设备的安全，这种机制不能从根本上解决问题。另外，BSC与M SC的网络结构是一种树形结构，多个BSC只能被1个M SC控制。如果M SC发生故障，其管理的BSC就不能正常工作，将造成该服务区内业务的中断，影响GSM-R网络的安全、可靠性，影响网络运维服务质量、行车调度指挥和运输安全。

由于新建GSM-R线路的接入、系统升级、各种作业、检修等都需要启用备份核心网。为保证各种业务顺利可靠地实施，进一步完善GSM-R网络冗余备份结构，提高网络的安全和可靠性是非常必要和紧迫的。

1.3 分析结论

通过上述分析，得出结论：维持GSM-R核心网19个节点的设置及网络结构规划方案，同时建立核心网冗余备份机制。

2 冗余备份方案比选

考虑到GSM-R核心网网络结构、移动汇接中心及本地交换中心的设置地点，MSC的冗余备份方案采用2种方式。

方式1：全网设置1个备份MSC节点（19：1）。方式2：全网设置多个备份MSC节点（19：N）。经分析，方式1较方式2存在加大冗余备份机制无法实现的风险，实施难度大，节省投资优势不明显等问题，具体表现如下。

2.1 加大备份机制实现的风险

方式1的冗余备份形式为19∶1，即1个备份M SC要对全网19个M SC进行冗余备份。而N∶1备份模式无法对2个以上主用M SC同时退网进行备份。如果主用设备的数量N值较大，增加了2个或多个主用MSC同时出现故障甚至瘫痪的可能性，因此该方案加大了备份机制无法真正实现的风险。

2.2 数据配置复杂，实施难度大

1个备份M SC要对全网19个M SC进行冗余备份，这种方式需要将19个M SC的数据在1个备份M SC设备上进行加载，应急数据配置复杂，工作量大，操作流程繁多，实施难度大。

2.3 节省投资优势不明显

方式1可以减少M SC设备的费用。但由于部分节点M SC设备是由厂家赠送，减少了节省工程投资的优势；如果减少M SC的数量，造成长途传输距离增加，加大了长途线路的投资。其他配套设施由于利旧或改造，工程投资并不能减少很多，故方式1节省投资的优势并不明显。

综上所述，建议采用方式2：全网设置多个备份MSC方式。

3 MSC冗余备份方案

目前已建和在建线路无线网网络结构各不相同，如针对某条线路或从单个工程的角度考虑核心网的冗余，不仅加大工程建设投资，还容易造成管理混乱，难以达到良好效果。因此，对全路核心网的冗余方案，应统一规划，合理设置。

根据GSM-R核心网的网络结构、汇接移动中心的设置地点及大秦货运重载专线GSM-R网单交换机、同站址双层无线网络覆盖方式，考虑充分利用汇接移动交换中心便于网络组织和升级、便于调度指挥和维护管理等优势，确定全网在北京、武汉、西安和太原设置备份M SC，备份模式为N∶1方式。

3.1 网络结构

北京、武汉、西安和太原4个节点各增建1个MSC作为全网MSC的冗余备份，分别为TMSC及其所汇接的M SC作备份，即北京增建M SC为北京TM SC/MSC、沈阳MSC、哈尔滨MSC、济南M SC和呼和浩特M SC备用，形成5∶1备份模式；武汉增建M SC为武汉TM SC/M SC、南宁M SC、广州MSC、南昌MSC、上海MSC和郑州MSC备用，形成6∶1备份模式；西安增建M SC为西安TMSC/MSC、成都MSC、昆明MSC、兰州MSC、乌鲁木齐M SC、西宁M SC和拉萨M SC备用，形成7∶1备份模式；太原增建M SC为太原M SC备份，形成1∶1备份模式。具体内容详见图1。

3.2 备份MSC规模容量

北京备份M SC取北京、沈阳、哈尔滨、济南和呼和浩特5个主用M SC容量最大者；武汉备份MSC取武汉、南宁、广州、南昌、上海和郑州6个主用M SC规模容量最大者；西安备份M SC取西安、成都、昆明、兰州、乌鲁木齐、西宁和拉萨7个主用MSC规模容量最大者；太原备份MSC与主用MSC的规模容量完全相同。

根据上述要求，确定备份M SC的用户容量：北京8.3万用户、武汉4.2万用户、西安4万用户、太原3.6万用户。

3.3 与应用系统的连接

备份MSC与所备份地RBC连接，实现GSM-R系统为列控系统提供透明传输通道。

备份M SC与所备份地A N地面节点设备连接，实现GSM-R系统为同步操控系统提供透明传输通道。

3.4 与铁路数字调度通信网的连接

MSC备份网络与铁路数字调度通信网之间的长途路由由GSM-R网负责组织。备份M SC与所备份地数字调度交换机连接，实现GSM-R网络与铁路数字调度通信网之间的互联互通。

3.5 与铁路固定电话交换网（PSTN）的互联互通

M SC备份网络与铁路PSTN之间的路由组织采取发端入网方式。备份M SC兼关口局GM SC与本地铁路固定电话交换机连接，实现GSM-R网络与铁路固定电话交换网的互联互通。

3.6 HLR的冗余备份

大秦线、胶济线和青藏线GSM-R系统工程先于北京、武汉核心网的建设，为了保证上述工程的顺利实施，太原、济南和西宁3个节点设置了H LR设备，主要用于大秦线、胶济线和青藏线GSM-R移动用户的数据管理。目前北京、武汉已设置H LR设备，为全网GSM-R移动用户服务，并互为异地冗余备份。

鉴于太原、济南和西宁H LR设备已投入运营，为了充分利用现有设备，保护工程投资，进一步提高大秦线、胶济线和青藏线GSM-R系统的可靠性，建议保留太原、济南和西宁H LR设备，作为北京、武汉H LR设备的冗余备份，建立大秦线、胶济线和青藏线GSM-R移动用户数据的多重备份。

3.7 SSP的冗余备份

SSP与所在地的M SC合设，其设置地点及备份方案同MSC。

4 结束语

随着GSM-R网络的大规模、快速发展与建设，进行GSM-R核心网网络优化，建立核心网的冗余备份机制非常必要。GSM-R是加快新建网络开通，方便网络维护管理，缓解运输压力，提高运输生产能力的有效措施,是实现列车控制和机车同步操控信息传送的前提和保证。