上海局集團(tuán)公司GSM-R核心網(wǎng)改造工程研究與實(shí)施

任啟軍 李 竑 徐德龍 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司電務(wù)部

上海局GSM-R核心網(wǎng)系統(tǒng)于2009年建設(shè)并投入運(yùn)營(yíng)，存在性能下降、故障率升高等問題，隨著上海局GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，既有GSM-R核心網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能匹配現(xiàn)代化鐵路業(yè)務(wù)的革新與發(fā)展，需要完善和優(yōu)化GSM-R核心網(wǎng)絡(luò)，建立冗余備份機(jī)制，形成一個(gè)技術(shù)互通、安全可靠的GSM-R核心網(wǎng)絡(luò)，使其更好地滿足鐵路移動(dòng)信息化和列車自動(dòng)控制的需要，滿足高速及貨運(yùn)列車不間斷運(yùn)行的高可靠要求，為上海局大規(guī)模建設(shè)GSM-R無線網(wǎng)提供基礎(chǔ)平臺(tái)。

1 整體改造方案概述

為了充分發(fā)揮新建MSC的冗余功能，上海局核心網(wǎng)改造工程采用了基于R4架構(gòu)的控制和承載分離的新一代核心網(wǎng)，經(jīng)過技術(shù)方案比選，電路域（CS域）采用1+1熱備組網(wǎng)，即每個(gè)MGW同時(shí)歸屬于2個(gè)MSC Server，2個(gè)MSC Server設(shè)置為主備方式（當(dāng)主用Server故障，備用Server可立刻接管MGW的控制權(quán)，完全承擔(dān)故障Server的業(yè)務(wù)）；每個(gè)BSC（基站控制器）接入到2個(gè)MGW，2個(gè)MGW負(fù)荷分擔(dān)方式工作（當(dāng)一個(gè)MGW故障，BSC可以通過另一個(gè)MGW接入網(wǎng)絡(luò)，確保能正常提供業(yè)務(wù)）；對(duì)于分組域（PS域）部分，GGSN設(shè)備采用熱備工作方式，SGSN設(shè)備采用冷備份和熱備份共存的混合組網(wǎng)方式，將新建無線子系統(tǒng)和既有無線子系統(tǒng)區(qū)別對(duì)待，對(duì)新建無線子系統(tǒng)的接入，采用熱備份方案；對(duì)于既有無線子系統(tǒng)的割接，暫時(shí)采用冷備份方案（若采用SGSN冗余熱備份方式，無線側(cè)設(shè)備的Gb接口需要IP化，這就需要對(duì)既有無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行IP化改造，包括既有BSC/PCU（分組控制單元）、網(wǎng)管及MS（移動(dòng)臺(tái)）設(shè)備等均需相應(yīng)改造，這對(duì)已建成的GSM-R網(wǎng)絡(luò)來說，實(shí)現(xiàn)的難度及投資均較大）。

2 新建核心網(wǎng)設(shè)備入網(wǎng)概述

上海新建GSM-R核心網(wǎng)設(shè)備（含shMSC2、shSGSN2、shGGSN2三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)）于2018年1月2日到貨并開始施工，于2018年1月27日將新建核心網(wǎng)設(shè)備正式接入全路GSMR網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與北京、武漢、濟(jì)南等核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)。

為了確保新建設(shè)備的安全穩(wěn)定，我們于2018年1月4日至3月26日，組織第三方檢測(cè)單位對(duì)新建核心網(wǎng)進(jìn)行了包括MSC Server性能、MGW性能、GGSN性能、SGSN性能、MSC功能、VLR功能、GCR功能、AC功能、IWF功能、SGSN功能、GGSN功能、系統(tǒng)功能、接口性能、GPRS功能、GPRS性能、網(wǎng)管功能等內(nèi)容的全面測(cè)試，并就測(cè)試發(fā)現(xiàn)的問題組織相關(guān)設(shè)備廠家、施工單位分析整改，確保檢測(cè)結(jié)果符合相關(guān)技術(shù)文件及標(biāo)準(zhǔn)要求。

為了按時(shí)按質(zhì)的完成設(shè)備檢測(cè)工作，我們組織相關(guān)技術(shù)人員，反復(fù)修改完善設(shè)備性能測(cè)試和業(yè)務(wù)驗(yàn)證方案，并抽調(diào)80余名專業(yè)技術(shù)骨干成立8個(gè)小組，與其他17個(gè)路局進(jìn)行108次撥測(cè)試驗(yàn)、21次機(jī)車GPRS業(yè)務(wù)驗(yàn)證，順利完成與其他路局間核心網(wǎng)設(shè)備互聯(lián)測(cè)試。同時(shí)，結(jié)合連鹽鐵路新建BSC的接入，對(duì)新建MSC性能進(jìn)行了全面動(dòng)態(tài)測(cè)試和參數(shù)調(diào)整，并進(jìn)行了多次冗余切換等功能試驗(yàn)，驗(yàn)證了新建GSM-R核心網(wǎng)的可靠性和可用性，使之具備了接入GSM-R無線網(wǎng)的工作條件。

3 業(yè)務(wù)網(wǎng)割接概述

主要是將管內(nèi)全部GSM-R無線子系統(tǒng)、鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)（FAS）、RBC、PSTN系統(tǒng)及GPRS業(yè)務(wù)等割接至新建核心網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)新建GSM-R核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)所有的功能和業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)割接直接面對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)用，是整個(gè)核心網(wǎng)改造工程能否成功的關(guān)鍵所在，需要在執(zhí)行過程中高度重視。

上海局管內(nèi)既有GSM-R覆蓋線路已達(dá)23條，其中C3高鐵線路9條、C2高鐵及普鐵線路14條，既有業(yè)務(wù)網(wǎng)割接共涉及 15套 BSC、15套 TRAU、9套 FAS主系統(tǒng)、1套 PSTN、1套GRIS以及9套R(shí)BC等設(shè)備，施工難度大，風(fēng)險(xiǎn)因素多，并涉及跨局施工協(xié)調(diào)組織。為此，我們及時(shí)組織運(yùn)輸部、機(jī)務(wù)部、調(diào)度所、通信段及相關(guān)設(shè)備廠家，召開專題會(huì)議研究既有GSM-R無線網(wǎng)割接方案和施工計(jì)劃。經(jīng)反復(fù)研討，我們確定了“先普鐵后高鐵、先C2后C3”的GSM-R無線網(wǎng)割接原則，制定了既有GSM-R無線網(wǎng)割接計(jì)劃，確定了在2018年內(nèi)完成全部GSM-R業(yè)務(wù)網(wǎng)割接工作的目標(biāo)。

自2018年5月25日割接符夾線無線網(wǎng)，至2019年1月11日實(shí)施APN業(yè)務(wù)的遷移，在八個(gè)月的時(shí)間里，我們組織通信段、華為公司、諾基亞公司、電務(wù)公司等單位利用18個(gè)施工計(jì)劃，將管內(nèi)3套新建BSC以及既有的15套BSC、9套FAS系統(tǒng)、1套PSTN和、9套R(shí)BC以及1套GRIS系統(tǒng)割接至新建核心網(wǎng)，為了節(jié)約投資，還同步利舊搬遷了15套TRAU，并利用施工天窗進(jìn)行了新建核心網(wǎng)雙套電源冗余驗(yàn)證。割接工作共計(jì)調(diào)整18個(gè)BSC至MSC、SGSN間2 M電路247條，調(diào)整MSC至FAS間2 M電路22條；新增局內(nèi)2 M電路42條，跨局2 M電路30條。

為確保每一次割接工作無差錯(cuò)、施工作業(yè)不延點(diǎn)，按照鐵路營(yíng)業(yè)線施工安全管理有關(guān)規(guī)定，我們精心組織施工方案審查，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)施工力量，嚴(yán)格施工作業(yè)流程，主要做了以下五個(gè)方面的工作。

一是組織相關(guān)部門和站段對(duì)每次施工方案進(jìn)行嚴(yán)格審查，向相關(guān)部門和站段提前通報(bào)施工過程中可能出現(xiàn)的通信不暢問題，并請(qǐng)相關(guān)使用單位參與、配合業(yè)務(wù)功能驗(yàn)證；二是積極協(xié)調(diào)運(yùn)輸部門調(diào)整行車指揮方式并開行業(yè)務(wù)確認(rèn)列車進(jìn)行GSM-R網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)測(cè)試和業(yè)務(wù)驗(yàn)證；三是發(fā)動(dòng)全員參與，在整個(gè)施工割接過程中，共計(jì)投入人力400余人次，組織沿線各通信車間利用汽車進(jìn)行跨BSC切換驗(yàn)證，沿線各工區(qū)進(jìn)行每個(gè)基站環(huán)內(nèi)基站切換驗(yàn)證和應(yīng)用業(yè)務(wù)驗(yàn)證；四是在每一次施工結(jié)束后，均及時(shí)進(jìn)行總結(jié)點(diǎn)評(píng)，并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)修改完善后續(xù)的施工方案，不斷優(yōu)化施工作業(yè)流程，力爭(zhēng)將每一步數(shù)據(jù)制作、每一次硬件操作的時(shí)間細(xì)化到分鐘；五是割接施工結(jié)束后，安排專人24 h盯控網(wǎng)管和C3接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以便于發(fā)現(xiàn)問題立即報(bào)告并組織處理，確保GSM-R網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行。

4 割接過程中解決的典型問題

考慮到核心網(wǎng)改造可借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少，實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)較多，在工程實(shí)施前，我們便組織赴武漢、北京局學(xué)習(xí)兄弟局好的做法，并對(duì)施工過程中可能遇到的困難和風(fēng)險(xiǎn)也進(jìn)行了認(rèn)真的分析和研判，順利完成了整個(gè)核心網(wǎng)改造工作。

2018年8月10日，徐蘭高鐵上海段BSC割接完成后，靜態(tài)測(cè)試、地面驗(yàn)證、動(dòng)檢車動(dòng)態(tài)測(cè)試均正常，但值守人員在盯控分析C3接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)過程中發(fā)現(xiàn)多趟列車在徐州東站至銅山線路所區(qū)間發(fā)生了C3降級(jí)。

問題發(fā)生后，第一時(shí)間趕赴網(wǎng)管中心召開降級(jí)問題分析及處置方案研討會(huì)，對(duì)問題現(xiàn)象、可能的原因和已有的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析判斷，在分析確認(rèn)安全風(fēng)險(xiǎn)可控、運(yùn)輸影響有限的前提下，決定暫不實(shí)施BSC倒回，立即成立了徐蘭高鐵C3降級(jí)技術(shù)攻關(guān)小組，抽調(diào)精兵強(qiáng)將，全力攻克難題。

一是及時(shí)走訪集團(tuán)公司調(diào)度所、機(jī)務(wù)、安監(jiān)等部門，通報(bào)徐蘭高鐵C3降級(jí)問題，說明可能對(duì)運(yùn)輸秩序帶來的影響以及后續(xù)擬采取的處置方案，尋求運(yùn)輸、機(jī)務(wù)等部門的理解支持，并向集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)作了匯報(bào)，為最終解決問題贏取時(shí)間。同時(shí)，主動(dòng)向總公司匯報(bào)了有關(guān)情況，積極協(xié)調(diào)北京通信技術(shù)中心和濟(jì)南、北京、武漢局電務(wù)部門，請(qǐng)求在問題排查、處置方面給予技術(shù)支持和配合。

二是迎難而上，不放過任何一個(gè)疑點(diǎn)，組織有關(guān)單位夜以繼日、全力排查攻關(guān)。通過組織通信段及相關(guān)設(shè)備廠家全面梳理排查，先后排除了現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境干擾、設(shè)備硬件、連接纜線、傳輸通道及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的可能性，問題逐步聚焦在設(shè)備參數(shù)設(shè)置方面。隨后又組織技術(shù)人員對(duì)8月10-12日連續(xù)3天徐蘭高鐵共86趟動(dòng)車C3降級(jí)情況及相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并協(xié)調(diào)組織相關(guān)單位對(duì)上海、濟(jì)南、北京、武漢四個(gè)局MSC的數(shù)十條信令鏈路進(jìn)行了連續(xù)3天的掛表監(jiān)測(cè)。經(jīng)過持續(xù)多日的監(jiān)測(cè)和分析，技術(shù)攻關(guān)小組于8月14日初步查明了發(fā)生C3降級(jí)的原因，發(fā)現(xiàn)當(dāng)上海華為MSC自收到濟(jì)南MSC切換請(qǐng)求，到向濟(jì)南MSC發(fā)送切換響應(yīng)消息耗時(shí)在1.5 s以上時(shí)，均發(fā)生C3降級(jí)，而該消息耗時(shí)受設(shè)備處理、傳輸鏈路等因素影響。據(jù)此分析判斷可能是由于濟(jì)南局BSC的T7定時(shí)器參數(shù)設(shè)置較短，而徐蘭高鐵上海段BSC割接后新增了上海華為MSC，切換消息處理過程相應(yīng)增加了消息處理和傳輸時(shí)間，時(shí)間上的不匹配造成了C3無線鏈接超時(shí)，從而概率性地出現(xiàn)ATP切換失敗。

分析結(jié)果得出后，我們及時(shí)與濟(jì)南局電務(wù)部進(jìn)行了溝通，并得到了濟(jì)南局電務(wù)部、濟(jì)南通信段的大力支持，濟(jì)南通信段于8月16日天窗點(diǎn)內(nèi)將濟(jì)南BSC的T7定時(shí)器參數(shù)由2 s調(diào)整為3.5 s。該參數(shù)調(diào)整后，至今徐蘭高鐵未發(fā)生該原因引起的C3降級(jí)，歷經(jīng)5天5夜，疑難雜癥得以攻克。

5 結(jié)束語

在長(zhǎng)達(dá)兩年的GSM-R核心網(wǎng)改造工程中，我們本著“以我為主、立足長(zhǎng)遠(yuǎn)”的原則，舉全局之力，精心組織工程配合，全面部署設(shè)備接管維護(hù)工作，為圓滿完成GSM-R核心網(wǎng)改造工程奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

通過GSM-R核心網(wǎng)改造項(xiàng)目的實(shí)施，上海局集團(tuán)公司建立了具備冗余備份機(jī)制的GSM-R核心網(wǎng)絡(luò)，不僅提高了全局GSM-R系統(tǒng)的安全性、可靠性，更好地滿足鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)需要，也為全局大規(guī)模建設(shè)GSM-R無線網(wǎng)提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。同時(shí)，通過核心網(wǎng)改造工程，鍛煉了隊(duì)伍，培養(yǎng)了人才，為做好GSM-R系統(tǒng)維護(hù)管理工作奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。