基于鐵路專(zhuān)用寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)(LTE-R)完整統(tǒng)一的鐵路調(diào)度通信模式的特點(diǎn)分析

巢晉杰

(朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，062350，河北肅寧∥高級(jí)工程師)

隨著鐵路信息化快速推進(jìn)，其對(duì)通信網(wǎng)的承載能力有了更高的要求。在鐵路調(diào)度通信網(wǎng)絡(luò)方面，LTE-R(鐵路專(zhuān)用寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng))與GSM-R(鐵路專(zhuān)用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng))技術(shù)相比，在端到端傳輸時(shí)延、數(shù)據(jù)傳輸速率等方面有突出優(yōu)勢(shì)。

此外，LTE-R系統(tǒng)采用ALL-IN-IP組網(wǎng)，在整體架構(gòu)上基于分組交換，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化，更有利于承載網(wǎng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的分離，能更好地支持基于LTE-R網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度業(yè)務(wù)以及更豐富的鐵路信息化應(yīng)用。

隨著更高的通信要求以及信息化需求的提出，GSM-R系統(tǒng)在很多方面存在局限性。目前，從GSM-R向LTE-R的演進(jìn)已成為業(yè)界的主流思路。在此演進(jìn)中，應(yīng)建立基于LTE-R網(wǎng)絡(luò)的IP(網(wǎng)絡(luò)間互連協(xié)議)化的統(tǒng)一調(diào)度通信平臺(tái)，提供IP化的有線調(diào)度臺(tái)/值班臺(tái)和移動(dòng)手持臺(tái)/機(jī)車(chē)臺(tái)，以滿足鐵路調(diào)度業(yè)務(wù)需要，同時(shí)提供靈活擴(kuò)展性。

1 現(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)的鐵路調(diào)度通信

1.1 現(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用模式

目前，國(guó)內(nèi)已建成的GSM-R系統(tǒng)采用GSM-R+FAS(固定用戶接入系統(tǒng))互通的方式，以實(shí)現(xiàn)有線與無(wú)線調(diào)度通信。調(diào)度臺(tái)和值班臺(tái)等有線終端屬于FAS側(cè)，OPH(移動(dòng)手持臺(tái))和 CIR(機(jī)車(chē)臺(tái))等屬于移動(dòng)側(cè)。在MSC(移動(dòng)交換中心)與FAS之間采用相應(yīng)的協(xié)議接口，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線系統(tǒng)與有線系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。具體組網(wǎng)見(jiàn)圖1。

由圖1可見(jiàn)，調(diào)度臺(tái)、車(chē)站值班臺(tái)及其他固定終端接入FAS，CIR和OPH通過(guò)空口接入MSC，F(xiàn)AS與MSC之間通過(guò)DSS1信令互聯(lián)互通。

現(xiàn)有MSC+FAS組網(wǎng)模式，能夠滿足MS(移動(dòng)臺(tái))與FT(固定終端)之間的語(yǔ)音調(diào)度業(yè)務(wù)。

1.2 現(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)的局限性

現(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)的局限性主要體現(xiàn)在以下方面:

(1)無(wú)線調(diào)度通信系統(tǒng)、FAS系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立。從系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行管理維護(hù)上看，兩個(gè)系統(tǒng)均由相對(duì)獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)承擔(dān)，給系統(tǒng)維護(hù)管理的各個(gè)環(huán)節(jié)帶來(lái)一定的復(fù)雜性。

(2)有線系統(tǒng)與無(wú)線系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，各有交換和業(yè)務(wù)控制核心。針對(duì)新業(yè)務(wù)的規(guī)劃和實(shí)施，需要協(xié)調(diào)有線、無(wú)線系統(tǒng)的相關(guān)環(huán)節(jié)，從規(guī)劃、實(shí)施到成熟應(yīng)用的周期較長(zhǎng)。

(3)FAS部分采用電路域的程控交換技術(shù)。在傳統(tǒng)語(yǔ)音通信領(lǐng)域內(nèi)有固有優(yōu)勢(shì)，但在視頻應(yīng)用方面有很大限制。

2 基于LTE-R的有線與無(wú)線完全統(tǒng)一的鐵路調(diào)度通信

LTE-R系統(tǒng)采用ALL－IN－IP組網(wǎng)，基于分組交換。在LTE-R承載網(wǎng)之上，可以建立LTE-R PoC Server，實(shí)現(xiàn)調(diào)度通信業(yè)務(wù)。對(duì)于移動(dòng)終端，采用空口接入LTE-R網(wǎng)絡(luò);移動(dòng)終端采用智能終端，加載調(diào)度通信業(yè)務(wù)終端軟件。對(duì)于固定終端，通過(guò)以太網(wǎng)接入系統(tǒng);加載調(diào)度通信業(yè)務(wù)終端軟件。LTE-R組網(wǎng)見(jiàn)圖2?；赑oC(移動(dòng)一鍵通)技術(shù)及LTE網(wǎng)絡(luò)，可提供鐵路列車(chē)調(diào)度業(yè)務(wù)。

圖2 LTE-R方式組網(wǎng)圖

相對(duì)GSM-R系統(tǒng)，本方案對(duì)于業(yè)務(wù)系統(tǒng)而言的最大特點(diǎn)在于:①固定終端(調(diào)度臺(tái)、車(chē)站值班臺(tái)、其他固定終端)均采用IP方式接入，提供基于SIP(會(huì)話發(fā)起協(xié)議)的職能終端;②業(yè)務(wù)平臺(tái)與承載網(wǎng)徹底分離，有利于系統(tǒng)維護(hù)及業(yè)務(wù)擴(kuò)展要求。

3 LTE-R PoC方案的優(yōu)勢(shì)

在LTE-R方案中，采用PoC作為語(yǔ)音集群方案。采用此方案的優(yōu)勢(shì)在于:

(1)由于承載網(wǎng)與業(yè)務(wù)網(wǎng)徹底分離，LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)需定制化即可滿足業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建立，可大大減低LTE-R網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本。另外，此種模式也有利于鐵路業(yè)務(wù)定制化和擴(kuò)展性要求的快速實(shí)現(xiàn)。

(2)相對(duì)于GSM-R網(wǎng)絡(luò)中所采用的統(tǒng)一組呼和廣播信道，PoC集群方案能為每個(gè)用戶分配獨(dú)立的資源，可針對(duì)單個(gè)用戶作更精細(xì)化的控制和狀態(tài)信息類(lèi)業(yè)務(wù)，并在此基礎(chǔ)上提供更豐富的增值業(yè)務(wù)。這些功能在GSM-R機(jī)制下是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

(3)從整個(gè)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展角度來(lái)看，基于IMS架構(gòu)的多媒體通信系統(tǒng)的成熟和完善，各相關(guān)廠家產(chǎn)品鏈條的完善，基于標(biāo)準(zhǔn)SIP協(xié)議的IP終端、媒體處理設(shè)備，這些都為此方案的商用打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

(4)有線、無(wú)線系統(tǒng)的主要控制處理功能單元不再是兩套獨(dú)立系統(tǒng)，而是合并歸一，故無(wú)論從系統(tǒng)實(shí)施、維護(hù)管理、系統(tǒng)新業(yè)務(wù)的擴(kuò)展應(yīng)用，還是從管理及技術(shù)層面，都有其明顯的優(yōu)勢(shì)。

4 鐵路通信系統(tǒng)IP化后帶來(lái)的挑戰(zhàn)

4.1 系統(tǒng)可靠性

可通過(guò)兩個(gè)層面來(lái)加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性:

(1)LTE承載網(wǎng):采用雙網(wǎng)備份的方式;

(2)PoC業(yè)務(wù)系統(tǒng):采用冗余備用機(jī)制，主要包括服務(wù)單元的主備(集群)、存儲(chǔ)單元的冗余等。相應(yīng)的組網(wǎng)如圖3。

圖3 LTE可靠組網(wǎng)圖

4.2 安全性

安全性包括數(shù)據(jù)安全性、業(yè)務(wù)系統(tǒng)安全性兩方面。

(1)數(shù)據(jù)加密:基于分組交換網(wǎng)絡(luò)，有豐富的數(shù)據(jù)加密手段，通過(guò)對(duì)信令數(shù)據(jù)、媒體數(shù)據(jù)的加密傳輸和存儲(chǔ)，能夠確保業(yè)務(wù)內(nèi)容本身的安全性。

(2)訪問(wèn)控制:調(diào)度系統(tǒng)建立專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，可以通過(guò)身份認(rèn)證的方式對(duì)終端進(jìn)行訪問(wèn)控制;當(dāng)系統(tǒng)需要接入公網(wǎng)系統(tǒng)或多系統(tǒng)組網(wǎng)應(yīng)用時(shí)，在系統(tǒng)中部署SBC(會(huì)話控制)，隱藏內(nèi)部拓?fù)洌瑫r(shí)能提供訪問(wèn)控制。

4.3 服務(wù)質(zhì)量

相對(duì)于電路域交換系統(tǒng)，分組域(PS)基于IP網(wǎng)絡(luò)，采用包交換技術(shù)，采用“為某一用戶建立虛鏈路”的方式，系統(tǒng)內(nèi)所有用戶復(fù)用物理連路，無(wú)法做到資源保障。

為解決分組域中的服務(wù)質(zhì)量(QoS)問(wèn)題，IETF及相關(guān)設(shè)備廠家提出了相應(yīng)的規(guī)范和方案。在路由設(shè)備中主要提供如下機(jī)制:

(1)DSCP(差分服務(wù)代碼點(diǎn)):差分服務(wù)，針對(duì)不同的業(yè)務(wù)，根據(jù)服務(wù)保障的級(jí)別，為其響應(yīng)數(shù)據(jù)分配不同的DSCP值，路由器設(shè)備可根據(jù)DSCP為不同數(shù)據(jù)提供不同的QoS保障;

(2)RSVP(資源預(yù)留協(xié)議):為鏈路上數(shù)據(jù)所流經(jīng)路徑預(yù)留資源，提供相應(yīng)的QoS保障。

其中，DSCP是一種靈活、簡(jiǎn)便、支持廣泛的模式。LTE-R系統(tǒng)中，路由設(shè)備提供DSCP機(jī)制，可滿足調(diào)度業(yè)務(wù)對(duì)QoS的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展及鐵路通信信息化需求的快速推進(jìn)，GSM-R向LTE-R的演進(jìn)是必然趨勢(shì)。在這一背景下，鐵路調(diào)度通信從基于GSM-R的MSC+FAS無(wú)線有線互聯(lián)互通模式到無(wú)線有線統(tǒng)一也是大勢(shì)所趨。

針對(duì)IP化所引入的問(wèn)題，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以及相應(yīng)解決方案的不斷完善和成熟，將能夠滿足IP網(wǎng)絡(luò)上建立鐵路統(tǒng)一調(diào)度通信系統(tǒng)的要求。

在這一過(guò)程中，基于LTE-R系統(tǒng)扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、ALL-IN-IP的架構(gòu)、高帶寬/高速率等突出特性，結(jié)合終端智能化，系統(tǒng)所能承載的業(yè)務(wù)將更加豐富。系統(tǒng)業(yè)務(wù)擴(kuò)展能力以及隨之帶來(lái)的更好的體驗(yàn)是其核心競(jìng)爭(zhēng)力的要素。

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