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摘 要：通过北京铁路局核心网MSC改造工程，分析GSM-R系统中端局、汇接局合设的弊端，并结合最新的软交换技术，提出由现网端局、汇接局合设向端局、汇接局独立建设的发展趋势。
关键词：GSM-R系统 端局 汇接局 软交换
中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（c）-0022-02
目前铁路GSM-R系统中核心网端局、汇接局以合设的方式建设，不利于运营维护以及业务扩展，而传统的交换技术只能做到冷备份，使得核心网的安全性大打折扣。本文以北京铁路局核心网MSC改造工程为例，以软交换作技术支撑，论证端局、汇接局分设的发展趋势。
1 GSM-R系统及核心网介绍
GSM-R系统是专为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统，是在GSMPhase2+的规范协议的高级语音呼叫功能，如组呼、广播呼叫、多优先级抢占、强拆等基础上，加入基于位置寻址、功能寻址等功能，以适用铁路通信特别是铁路专用调度通信的需要。主要提供无线列调、编组调车通信、区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等语音通信功能，可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道，并可提供列车自动寻址和旅客服务。
GSM-R系统包括网络子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、运行和业务支撑子系统（OSS/BSS）和终端设备等四个部分。其中，网络子系统包括移动交换子系统（SSS）、移动智能网（IN）子系统和通用分组无线业务（GPRS）子系统。
交换子系统（SSS）主要完成用户的业务交换功能以及用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。SSS由一系列功能实体构成，包括移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AuC）、互连功能单元（IWF）、组呼寄存器（GCR）、确认中心（AC）等。
2 GSM-R核心网汇接局现状概述
目前GSM-R移动交换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3个汇接移动交换中心（TMSC）组成，分别设置于北京、武汉、西安。
根据网络规划，全路GSM-R核心网（MSC）计划建设19个节点，设置地点为18个铁路局所在地及拉萨。在北京、武汉2个节点分别设置1套全路共享基础设备，包括HLRi、智能网（SCP/SMP）、SMSC、GPRS（DNS、Radius）、信令转接点（STP）、GROS等，2个节点之间设备采用地理冗余方式进行组网，面向全路提供服务。
全路划分为3个汇接区，在北京、武汉、西安设置TMSC，负责转接大区之间的长途话务，各MSC与1个主用TMSC及1个备用TMSC相连，相邻路局的核心网节点设置直达路由。其中北京节点在京津城际铁路工程建成，设置一套移动交换机（TMSC/MSC/VLR/SSP/STP），该交换机集成了移动汇接交换中心（TMSC）、移动交换中心（MSC）、智能网业务交换点（SSP）、信令转接点（STP）等功能，物理上采用1套设备。武汉节点在武广客运专线工程建成，设备配置与北京基本相同。
3 端局、汇接局合设的弊端
建网初期，北京、武汉TMSC与本地MSC采用合设方式。端、汇接局合设，不但网络结构不清晰，而且不便于维护人员进行故障定位。一方面，后续新建的其它路局MSC接入北京、武汉的TMSC时，对这两地的本地MSC产生影响，干扰了现有网络正常的运营和维护；另一方面，北京、武汉本地MSC的数据更改、系统升级、作业检修也对汇接业务造成影响。
以北京铁路局为例，京津城际铁路、石太客运专线、京沪高速铁路、京九线（含津霸线）、津秦客运专线等的无线网已经接入北京GSM-R核心节点，京石（石武）客运专线和津保铁路等在建无线网即将接入北京GSM-R核心节点，京张城际、京承沈、张呼客专拟建无线网未来接入北京交换节点。随着客运专线、城际铁路、高速铁路的大规模建设，业务量越来越大，电路连接和网络结构也会将变得越来越复杂，端局和汇接局合设组网方式的弊端将日益突显。
4 软交换介绍
软交换通过MSC SERVER信令层面1+1主备技术和MGW承载层面MINI-A- Flex技术实现MSC的实时热备份。
MSC SERVER 1+1主备技术：每个MGW可归属两个MSC Server，当任意一个MSC Server故障，另一个MSC Server立刻接管MGW的控制权，完全承担故障MSC Server的业务，保证主用MSC Server故障不影响业务。
A接口MINI-A-Flex技术：每个BSC接入到多个MGW，多个MGW是负荷分担方式工作，当任何一个MGW故障，BSC可以通过另外的MGW进行业务，保证网络能够正常运行。
5 软交换技术组建核心网
图1为软交换技术组建独立核心网网络组网图。图中LAN Switch 为MSC Server与MGW、MSC Server与MSC Server之间通信用交换机，用于IP信令的转发及心跳信息传递。备用Server检测到主用Server心跳丢失，或者网关检测到主用Server连接断开，则备用Server激活，业务由备用Server接管（见图1）。
主备两套软交换MSC与既有FAS系统连接，调度终端、车站终端等固定终端通过FAS系统接入GSM-R网络。
主备两套软交换MSC与无线闭塞中心RBC节点设备连接，实现GSM-R系统为CTCS-3列控系统提供透明传输通道。
主备两套软交换MSC兼关口局GMSC与铁通交换机相连，实现与铁路专用PSTN通信，并通过该网与局管内、管外其他PSTN本地网互联互通。
采用软交换MSC 1+1冗余技术，独立建设端局、汇接局，可实现GSM-R网络核心网网元级备份，提高整网安全性。
6 GSM-R系统端局、汇接局的分设方案
GSM-R系统中端局与汇接局的分设可以采用新设汇接局、既有交换机作为端局使用的方案；也可以采用新设端局、即有交换机作为汇接局使用的方案。两个方案的优缺点对比见表1。
7 结语
在铁路GSM-R系统中核心网为重中之重，是整个GSM-R系统的心脏，其安全关系到整个系统的正常运行以至整个铁路的安全正常运营。现网TMSC与MSC的合设在网络结构、运营维护、业务拓展、系统扩容及冗余备份机制等方面存在隐患。利用日渐成熟的软交换技术独立组建汇接局与端局将成为GSM-R系统核心网的发展趋势。
参考文献
[1] 铁道部工程设计鉴定中心，北京全路通信信号研究设计院.中国铁路GSM-R移动通信系统设计指南[M].北京：中国铁道出版社，2011.
[2] 钟章队.铁路综合数字移动通信系统（GSM-R）[M].北京：中国铁道出版社，2003.
[3] 赵学军，陆立，等.软交换技术与应用[M].人民邮电出版社，2004.
关键词：GSM-R系统 端局 汇接局 软交换
中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（c）-0022-02
目前铁路GSM-R系统中核心网端局、汇接局以合设的方式建设，不利于运营维护以及业务扩展，而传统的交换技术只能做到冷备份，使得核心网的安全性大打折扣。本文以北京铁路局核心网MSC改造工程为例，以软交换作技术支撑，论证端局、汇接局分设的发展趋势。
1 GSM-R系统及核心网介绍
GSM-R系统是专为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统，是在GSMPhase2+的规范协议的高级语音呼叫功能，如组呼、广播呼叫、多优先级抢占、强拆等基础上，加入基于位置寻址、功能寻址等功能，以适用铁路通信特别是铁路专用调度通信的需要。主要提供无线列调、编组调车通信、区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等语音通信功能，可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道，并可提供列车自动寻址和旅客服务。
GSM-R系统包括网络子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、运行和业务支撑子系统（OSS/BSS）和终端设备等四个部分。其中，网络子系统包括移动交换子系统（SSS）、移动智能网（IN）子系统和通用分组无线业务（GPRS）子系统。
交换子系统（SSS）主要完成用户的业务交换功能以及用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。SSS由一系列功能实体构成，包括移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AuC）、互连功能单元（IWF）、组呼寄存器（GCR）、确认中心（AC）等。
2 GSM-R核心网汇接局现状概述
目前GSM-R移动交换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3个汇接移动交换中心（TMSC）组成，分别设置于北京、武汉、西安。
根据网络规划，全路GSM-R核心网（MSC）计划建设19个节点，设置地点为18个铁路局所在地及拉萨。在北京、武汉2个节点分别设置1套全路共享基础设备，包括HLRi、智能网（SCP/SMP）、SMSC、GPRS（DNS、Radius）、信令转接点（STP）、GROS等，2个节点之间设备采用地理冗余方式进行组网，面向全路提供服务。
全路划分为3个汇接区，在北京、武汉、西安设置TMSC，负责转接大区之间的长途话务，各MSC与1个主用TMSC及1个备用TMSC相连，相邻路局的核心网节点设置直达路由。其中北京节点在京津城际铁路工程建成，设置一套移动交换机（TMSC/MSC/VLR/SSP/STP），该交换机集成了移动汇接交换中心（TMSC）、移动交换中心（MSC）、智能网业务交换点（SSP）、信令转接点（STP）等功能，物理上采用1套设备。武汉节点在武广客运专线工程建成，设备配置与北京基本相同。
3 端局、汇接局合设的弊端
建网初期，北京、武汉TMSC与本地MSC采用合设方式。端、汇接局合设，不但网络结构不清晰，而且不便于维护人员进行故障定位。一方面，后续新建的其它路局MSC接入北京、武汉的TMSC时，对这两地的本地MSC产生影响，干扰了现有网络正常的运营和维护；另一方面，北京、武汉本地MSC的数据更改、系统升级、作业检修也对汇接业务造成影响。
以北京铁路局为例，京津城际铁路、石太客运专线、京沪高速铁路、京九线（含津霸线）、津秦客运专线等的无线网已经接入北京GSM-R核心节点，京石（石武）客运专线和津保铁路等在建无线网即将接入北京GSM-R核心节点，京张城际、京承沈、张呼客专拟建无线网未来接入北京交换节点。随着客运专线、城际铁路、高速铁路的大规模建设，业务量越来越大，电路连接和网络结构也会将变得越来越复杂，端局和汇接局合设组网方式的弊端将日益突显。
4 软交换介绍
软交换通过MSC SERVER信令层面1+1主备技术和MGW承载层面MINI-A- Flex技术实现MSC的实时热备份。
MSC SERVER 1+1主备技术：每个MGW可归属两个MSC Server，当任意一个MSC Server故障，另一个MSC Server立刻接管MGW的控制权，完全承担故障MSC Server的业务，保证主用MSC Server故障不影响业务。
A接口MINI-A-Flex技术：每个BSC接入到多个MGW，多个MGW是负荷分担方式工作，当任何一个MGW故障，BSC可以通过另外的MGW进行业务，保证网络能够正常运行。
5 软交换技术组建核心网
图1为软交换技术组建独立核心网网络组网图。图中LAN Switch 为MSC Server与MGW、MSC Server与MSC Server之间通信用交换机，用于IP信令的转发及心跳信息传递。备用Server检测到主用Server心跳丢失，或者网关检测到主用Server连接断开，则备用Server激活，业务由备用Server接管（见图1）。
主备两套软交换MSC与既有FAS系统连接，调度终端、车站终端等固定终端通过FAS系统接入GSM-R网络。
主备两套软交换MSC与无线闭塞中心RBC节点设备连接，实现GSM-R系统为CTCS-3列控系统提供透明传输通道。
主备两套软交换MSC兼关口局GMSC与铁通交换机相连，实现与铁路专用PSTN通信，并通过该网与局管内、管外其他PSTN本地网互联互通。
采用软交换MSC 1+1冗余技术，独立建设端局、汇接局，可实现GSM-R网络核心网网元级备份，提高整网安全性。
6 GSM-R系统端局、汇接局的分设方案
GSM-R系统中端局与汇接局的分设可以采用新设汇接局、既有交换机作为端局使用的方案；也可以采用新设端局、即有交换机作为汇接局使用的方案。两个方案的优缺点对比见表1。
7 结语
在铁路GSM-R系统中核心网为重中之重，是整个GSM-R系统的心脏，其安全关系到整个系统的正常运行以至整个铁路的安全正常运营。现网TMSC与MSC的合设在网络结构、运营维护、业务拓展、系统扩容及冗余备份机制等方面存在隐患。利用日渐成熟的软交换技术独立组建汇接局与端局将成为GSM-R系统核心网的发展趋势。
参考文献
[1] 铁道部工程设计鉴定中心，北京全路通信信号研究设计院.中国铁路GSM-R移动通信系统设计指南[M].北京：中国铁道出版社，2011.
[2] 钟章队.铁路综合数字移动通信系统（GSM-R）[M].北京：中国铁道出版社，2003.
[3] 赵学军，陆立，等.软交换技术与应用[M].人民邮电出版社，2004.