西安GSM-R核心網(wǎng)接入北京、武漢中繼電路研究

漢繼軍

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043）

隨著中國鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)，北京、武漢、西安3個(gè)全路核心網(wǎng)匯接節(jié)點(diǎn)已相繼建成，其中北京節(jié)點(diǎn)已正式投入使用，武漢、西安節(jié)點(diǎn)已完成單機(jī)調(diào)測。為滿足全路不斷建成的GSM-R網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求，更好為鐵路運(yùn)輸服務(wù)，各核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的互聯(lián)互通已迫在眉睫。本文針對西安核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)與北京、武漢核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)互通，結(jié)合全路GSM-R核心網(wǎng)匯接節(jié)點(diǎn)現(xiàn)狀和鄭西客運(yùn)專線工程的需要，通過分析業(yè)務(wù)需求、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)與功能等，重點(diǎn)對中繼和信令通道數(shù)量的計(jì)算方法和配置方案做深入研究。

1 全路GSM-R核心網(wǎng)匯接節(jié)點(diǎn)現(xiàn)狀

全路劃分為3個(gè)匯接區(qū)，在北京、武漢、西安設(shè)置移動(dòng)匯接交換中心（TMSC），負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)接大區(qū)之間的長途話務(wù)。在北京、武漢2個(gè)節(jié)點(diǎn)分別設(shè)置1套全路共享基礎(chǔ)設(shè)備，包括歸屬位置寄存器（HLR）、智能網(wǎng)、GPRS（DNS、Radius）、信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)（STP）、GROS等，2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間設(shè)備采用地理冗余方式進(jìn)行組網(wǎng)，面向全路提供服務(wù)。

西安節(jié)點(diǎn)設(shè)置1套移動(dòng)交換機(jī)（TMSC/MSC/VLR/SSP），該交換機(jī)集成了移動(dòng)匯接交換機(jī)（TMSC）、智能網(wǎng)業(yè)務(wù)交換點(diǎn)（SSP）等功能，物理上采用1套設(shè)備；設(shè)置1套GPRS設(shè)備，包括GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）、GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)（GGSN）等；并設(shè)置1套GRIS設(shè)備。

2 互聯(lián)互通業(yè)務(wù)需求

根據(jù)《GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)技術(shù)體制（暫行）》和全路GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，結(jié)合鄭西客運(yùn)專線工程的需要，西安GSM-R核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和鄭西客運(yùn)專線GSM-R系統(tǒng)需要提供話音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、與呼叫相關(guān)的業(yè)務(wù)和鐵路特定業(yè)務(wù)。

西安核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)與北京、武漢核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)互通需要實(shí)現(xiàn)上述業(yè)務(wù)，并滿足跨局語音呼叫、數(shù)據(jù)通信以及移動(dòng)臺(tái)跨局漫游通信業(yè)務(wù)的互通，并為其他MSC提供電路域通信業(yè)務(wù)的匯接服務(wù)。

為鐵路提供的主要應(yīng)用服務(wù)包括以下方面。

（1）提供鐵路運(yùn)輸指揮話音通信業(yè)務(wù)，包括列車、客運(yùn)、牽引變電等調(diào)度通信和站場、應(yīng)急、施工養(yǎng)護(hù)等專用通信。

（2）采用GSM-R電路域連接方式，為CTCS-3級(jí)及以上列控系統(tǒng)提供車-地安全數(shù)據(jù)傳輸通道。

（3）采用GPRS方式，為鐵路運(yùn)輸指揮提供調(diào)度命令傳送、無線車次號(hào)傳送等業(yè)務(wù)。

3 互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

西安核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)作為全路GSM-R網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，本方案將西安核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)與北京、武漢核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，完成西安MSC/TMSC/SSP與北京和武漢MSC/TMSC/STP、HLR、SCP、SMSC、SGSN、GGSN、DNS、Radius、GROS的互聯(lián)，以便實(shí)現(xiàn)西安核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)所有的功能和業(yè)務(wù)。西安核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)各網(wǎng)元與北京、武漢核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)各網(wǎng)元的連接關(guān)系如圖1所示。

3.1 電路域互聯(lián)互通

電路域互聯(lián)包括西安MSC與北京HLR、SCP、TMSC/MSC/STP、SMSC和武漢HLR、SCP、TMSC/MSC/STP、SMSC的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)語音、智能網(wǎng)和短消息業(yè)務(wù)。

3.1.1 移動(dòng)交換網(wǎng)絡(luò)

（1）西安MSC與北京、武漢HLR/AuC準(zhǔn)直聯(lián)。

（2）西安TMSC與北京、武漢TMSC互聯(lián)。

（3）西安MSC與北京、武漢MSC互聯(lián)。

3.1.2 短消息業(yè)務(wù)

西安MSC與北京、武漢SMSC準(zhǔn)直聯(lián)。

3.1.3 智能網(wǎng)業(yè)務(wù)

西安MSC/SSP與北京、武漢SCP準(zhǔn)直聯(lián)。

3.1.4 信令網(wǎng)互聯(lián)

西安SP與北京、武漢STP互聯(lián)。

本方案SP至STP之間的信令鏈路如下。

（1）西安MSC/VLR與北京、武漢HLR之間設(shè)置準(zhǔn)直聯(lián)信令鏈路。

（2）西安MSC/SSP與北京、武漢SCP之間設(shè)置準(zhǔn)直聯(lián)信令鏈路。

（3）西安MSC與北京、武漢SMSC之間設(shè)置準(zhǔn)直聯(lián)信令鏈路。

（4）西安SGSN與北京、武漢HLR之間設(shè)置準(zhǔn)直聯(lián)信令鏈路。

3.2 分組域互聯(lián)互通

西安GPRS設(shè)備通過本地局域網(wǎng)進(jìn)行連接，西安核心路由器分別接入北京、武漢核心路由器。

3.2.1 Gn接口

（1）西安SGSN與北京、武漢DNS的互聯(lián)。

（2）西安SGSN/GGSN與北京、武漢GGSN/SGSN的互聯(lián)。

3.2.2 Gr接口

西安SGSN與北京、武漢HLR的互聯(lián)。

3.2.3 Gi接口

（1）西安、鄭州GRIS與北京、武漢GROS之間的互聯(lián)。

（2）西安GGSN與北京、武漢Radius之間的互聯(lián)。

（3）西安、鄭州GRIS與北京、武漢DNS之間的互聯(lián)。

4 信令和中繼通道計(jì)算

從電路域和分組域2個(gè)方面，分別計(jì)算信令和中繼通道數(shù)量。

4.1 電路域信令和中繼通道計(jì)算

4.1.1 西安MSC/VLR與北京、武漢STP之間的信令

（1）西安MSC/VLR與北京、武漢HLR之間的信令

鄭西線2 000用戶，按照“MAP信令接口1條No.7信令鏈路能支持10 000用戶原則”近似估計(jì)，MSC與HLR之間需要的信令鏈路數(shù)為：

西安MSC/VLR與北京HLR之間信令鏈路同上， 共計(jì)0.2×2=0.4條。

西安MSC/VLR與武漢HLR之間的信令鏈路同上，也為0.4條。

（2）西安MSC與北京、武漢SCP之間的信令

鄭西線2 000用戶，按照功能尋址（FA）80%，位置尋址（LDA）30%，位置尋址BHCA為1，功能尋址BHCA為3，數(shù)據(jù)長度為150 byte，信令負(fù)荷利用率為20%，計(jì)算西安MSC與北京SCP之間信令鏈路數(shù)為：

西安MSC與北京SCP之間信令鏈路為0.14條。同理，西安MSC與武漢SCP之間信令鏈路為0.14條。

（3）西安MSC與北京、武漢SMSC之間的信令

鄭西線2 000用戶，忙時(shí)每用戶發(fā)起短消息3條，每條短消息占用SS7信令帶寬250 byte。計(jì)算西安MSC與北京、武漢SMSC之間的信令鏈路數(shù)為：

西安MSC與北京、武漢SMSC之間信令鏈路為0.26條。（4）西安MSC與北京、武漢MSC之間的信令西安MSC與北京MSC之間信令鏈路承載著切換相關(guān)MAP信令以及與話路相關(guān)的ISUP信令。

鄭西線動(dòng)車數(shù)量為30列，同時(shí)有網(wǎng)跨局動(dòng)車10列，每列動(dòng)車上有5個(gè)移動(dòng)用戶，按照“MAP信令接口1條No.7信令鏈路能支持10 000用戶”原則近似估計(jì)，西安MSC與北京MSC的MAP信令鏈路數(shù)為：

鄭西線用戶2 000，其他線用戶1 000，按照每用戶話務(wù)量為0.035 Erl考慮，總話務(wù)量為105 Erl，基于“ISUP信令接口1條No.7信令鏈路能支持50 Erl”考慮，西安MSC與北京MSC的ISUP信令鏈路數(shù)為：

西安MSC與北京MSC之間的信令鏈路為0.02+2.1=2.12（條）。

同理，西安MSC與武漢MSC之間的信令鏈路為2.12條。

綜上所述，西安MSC與北京STP的信令鏈路為0.4+0.14+0.26+2.12=2.92（條）。

西安MSC與武漢STP的信令鏈路同上，為2.92條。

考慮到冗余備份， 各配置6條No.7信令鏈路。

4.1.2 西安MSC與北京、武漢TMSC之間的話音通道

傳輸帶寬考慮西安至北京、武漢的漫游業(yè)務(wù)需求和西安TMSC的轉(zhuǎn)接話務(wù)。

（1）西安到北京的漫游業(yè)務(wù)

西安漫游用戶:按30列動(dòng)車考慮，每列動(dòng)車上有5個(gè)用戶，移動(dòng)終端的漫游按西安交換機(jī)容量33 000用戶的1%估算。按照阻塞率為0.005考慮，實(shí)際移動(dòng)用戶平均忙時(shí)每用戶話務(wù)量為0.035 Erl，業(yè)務(wù)負(fù)荷利用率按70%考慮，西安到北京的漫游業(yè)務(wù)所需通道為：El=ErlangB_N(0.005,480×0.035)/29/70%=1.38（條）

（2）北京到西安的漫游業(yè)務(wù)

北京漫游用戶：按50列動(dòng)車考慮，每列動(dòng)車上有5個(gè)用戶；移動(dòng)終端的漫游按北京交換機(jī)容量61 000用戶的1%估算。按照阻塞率為0.005考慮，實(shí)際移動(dòng)用戶平均忙時(shí)每用戶話務(wù)量為0.035 Erl，業(yè)務(wù)負(fù)荷利用率按70%考慮，北京到西安的漫游業(yè)務(wù)所需通道為：El=ErlangB_N(0.005,860×0.035)/29/70%=2.17（條）

（3）西安TMSC到北京TMSC的話音轉(zhuǎn)接業(yè)務(wù)

轉(zhuǎn)接用戶1 000，轉(zhuǎn)接率為10%，阻塞率為0.005考慮，實(shí)際移動(dòng)用戶平均忙時(shí)每用戶話務(wù)量為0.035 Erl，業(yè)務(wù)負(fù)荷利用率按70%考慮，西安TMSC到北京TMSC的話音轉(zhuǎn)接業(yè)務(wù)所需通道為：

El=ErlangB_N(0.005,100×0.035)/29/70%=0.34（條）

（4）西安到武漢的漫游業(yè)務(wù)

西安漫游用戶:按30列動(dòng)車考慮，每列動(dòng)車上有5個(gè)用戶，移動(dòng)終端的漫游按西安交換機(jī)容量33 000用戶的1%估算。按照阻塞率為0.005考慮，實(shí)際移動(dòng)用戶平均忙時(shí)每用戶話務(wù)量為0.035 Erl，業(yè)務(wù)負(fù)荷利用率按70%考慮，西安到武漢漫游業(yè)務(wù)所需通道為：El=ErlangB_N(0.005,480×0.035)/29/70%=1.38（條）

（5）武漢到西安的漫游業(yè)務(wù)

武漢漫游用戶：按60列動(dòng)車考慮，每列動(dòng)車上有5個(gè)用戶；移動(dòng)終端的漫游按武漢交換機(jī)容量30 000用戶的1%估算。按照阻塞率為0.005考慮，實(shí)際移動(dòng)用戶平均忙時(shí)每用戶話務(wù)量為0.035 Erl，業(yè)務(wù)負(fù)荷利用率按70%考慮，武漢到西安漫游業(yè)務(wù)所需通道為：El=ErlangB_N(0.005,600×0.035)/29/70%=1.62（條）

（6）西安TMSC到武漢TMSC的話音轉(zhuǎn)接業(yè)務(wù)

轉(zhuǎn)接用戶1 000，轉(zhuǎn)接率為10%，阻塞率為0.005考慮，實(shí)際移動(dòng)用戶平均忙時(shí)每用戶話務(wù)量為0.035 Erl，業(yè)務(wù)負(fù)荷利用率按70%考慮，西安TMSC到武漢TMSC的話音轉(zhuǎn)接業(yè)務(wù)所需通道為：El=ErlangB_N(0.005,100×0.035)/29/70%=0.34（條）

西安MSC到北京TMSC的2 M鏈路為1.38+2.17+0.34=3.89（條）

西安MSC到武漢TMSC的2 M鏈路為1.38+1.62+0.34=3.34（條）

西安與北京、武漢MSC互聯(lián)總業(yè)務(wù)所需的2 M鏈路總數(shù)各為4條。

由于北京TMSC與STP合設(shè)， 所以，No.7信令與話音通道可以承載在同一條E1上。

綜上所述，西安MSC與北京、武漢在電路域方面各配置4條E1， 6條No.7信令。

4.2 分組域信令和中繼通道計(jì)算

4.2.1 西安SGSN與北京、武漢STP之間的信令

西安SGSN與北京STP之間需承載Gr接口信令（西安SGSN與北京HLR的信令）。Gr信令主要為位置更新和鑒權(quán)信令，參數(shù)取定如下。

（1）忙時(shí)附著用戶數(shù)量：1 000 用戶。

（2）忙時(shí)鑒權(quán)次數(shù)：2。

（3）需要向HLR取鑒權(quán)的比例：25%。

（4）平均消息長度：150 byte。

（5）忙時(shí)用戶attach次數(shù)：0.5 次。

（6）忙時(shí)用戶SGSN間路由區(qū)更新次數(shù)：1 次。

（7）SGSN間路由區(qū)更新比例：20%。

（8）忙時(shí)用戶detach次數(shù)：0.5 次。計(jì)算方法：

忙時(shí)Gr信令流量＝忙時(shí)附著用戶數(shù)量×（忙時(shí)用戶鑒權(quán)次數(shù)×平均消息長度+忙時(shí)用戶attach次數(shù)×平均消息長度+忙時(shí)用戶SGSN間路由區(qū)更新次數(shù)×平均消息長度+忙時(shí)用戶detach次數(shù)×平均消息長度+HLR插入刪除用戶數(shù)據(jù)×平均消息長度）。

信令鏈路數(shù)＝忙時(shí)信令流量×8/（3 600×64 000×0.4）=0.05（條）。

考慮到安全性，西安SGSN到北京STP之間需要2條信令，分別承載在2條E1上。

同理，西安SGSN到武漢STP之間也需要2條信令，分別承載在2條E1上。

4.2.2 西安GPRS核心網(wǎng)與北京GPRS核心網(wǎng)之間的帶寬

（1）西安GRIS到北京GROS的查詢業(yè)務(wù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：1）忙時(shí)平均每用戶吞吐量為200 bit/s；2）GPRSPDP用戶數(shù)為1 000；3）Gi接口IP頭開銷因子為1.17；4）上行鏈路數(shù)據(jù)與全部雙向鏈路數(shù)據(jù)比例為1∶7。西安GRIS到北京GROS的查詢業(yè)務(wù)所需帶寬為：

（2）西安SGSN到北京DNS的查詢業(yè)務(wù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù): 1）用戶數(shù)為1 000；2）用戶忙時(shí)訪問DNS次數(shù)為20次；3) 每次數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量（含開銷）為200 byte，西安SGSN到北京DNS的查詢業(yè)務(wù)所需帶寬為：

（3）西安GRIS到北京DNS的查詢業(yè)務(wù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù):1）用戶數(shù)為1 000；2）用戶忙時(shí)訪問DNS次數(shù)為20次；3）每次數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量（含開銷）為200 byte，西安GRIS到北京DNS的查詢業(yè)務(wù)所需帶寬為:

（4）西安GGSN到北京Radius的鑒權(quán)業(yè)務(wù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù):1）用戶數(shù)為1 000；2）每用戶吞吐量為110 bit/s，西安GGSN到北京Radius所需帶寬為:

（5）西安GPRS與外局GRPS的漫游業(yè)務(wù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：1）用戶數(shù)為1 000；2）忙時(shí)平均每用戶吞吐量為420 bit/s；3）GPRS漫游用戶數(shù)為200；4）Gn接口IP頭開銷因子為1.41；5）上行鏈路數(shù)據(jù)與全部雙向鏈路數(shù)據(jù)比例為1∶7，西安GPRS與外局GRPS的漫游業(yè)務(wù)所需帶寬為：

上面5項(xiàng)共需帶寬0.42 Mbit/s，為了冗余配置，各配置2條2 M的IP通道。

4.2.3 傳輸通道需求

綜上所述，西安與北京、武漢核心網(wǎng)各需配置6條E1，8條No.7信令和2條2 M的IP傳輸通道。

5 結(jié)束語

由于越來越多的核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)即將投入使用，為使GSM-R網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮應(yīng)有的作用，具備條件時(shí)應(yīng)盡快完成各節(jié)點(diǎn)之間的互聯(lián)互通。本著安全可靠的原則，應(yīng)對互聯(lián)互通方案進(jìn)行深入論證，中繼電路的配置既要滿足本工程的需要，也要兼顧其他工程需要，并為遠(yuǎn)期發(fā)展預(yù)留條件。