印尼鐵路項目GSM-R 系統(tǒng)核心網建設及互聯(lián)互通研究

王敬源

在“一帶一路”國家戰(zhàn)略政策的推動下，中國在國外負責修建的鐵路項目也逐漸增多。不同于中國國鐵集團統(tǒng)一管理各地大型鐵路的模式，境外鐵路項目存在著私人公司單獨修建，并與其他鐵路互聯(lián)運營的可能性，相應的鐵路項目中的GSM-R 系統(tǒng)也存在著多個核心網并存，相互間互聯(lián)互通的建設方式。本文以印尼鐵路項目為例，研究境外鐵路項目中可能出現(xiàn)的通信網絡建設模式，以及主要鐵路業(yè)務系統(tǒng)與GSM-R 系統(tǒng)的互聯(lián)互通方式。

1 印尼高速鐵路GSM-R 系統(tǒng)核心網建設方案分析

印尼高速鐵路的建設、運營及維護均參考中國標準，結合印尼當?shù)氐膶嶋H情況，未來印尼高速鐵路GSM-R 系統(tǒng)核心網建設可能存在以下2 種方案。

1）國家統(tǒng)一規(guī)劃建設GSM-R 網絡，由國家鐵路公司投資建設中心網絡系統(tǒng)和匯接系統(tǒng)，其他鐵路公司只建設運營業(yè)務系統(tǒng)，并將各自的運營業(yè)務系統(tǒng)接入國家的主系統(tǒng)，全國共用一張通信網絡［1］。

2） 各鐵路公司獨立建設各自完整的GSM-R系統(tǒng)核心網，再根據(jù)業(yè)務需求決定是否與其他公司的核心網絡相連接。

1.1 國家統(tǒng)一規(guī)劃建設GSM-R 核心網

由印尼國家政府成立一個國立鐵路公司，仿照中國國鐵集團的模式。該國立鐵路公司可在首都雅加達設置1 套具有完整功能的GSM-R 核心網絡系統(tǒng)設備，具體如下。

1）在雅加達國立鐵路公司的核心網機房設置2 套互為熱備的歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權中心（AUC）、設備寄存器（EIR）等中心設備，用于管理全國鐵路通信網絡中的移動用戶信息、位置信息、簽約業(yè)務等數(shù)據(jù)，負責對用戶的IMSI 號進行鑒權，對無線通信內容進行統(tǒng)一加密，以及存儲移動設備的設備識別號碼（IMEI）。在雅加達和萬隆設置TMSC，作為匯接區(qū)域節(jié)點，用于連接附近其他公司的MSC，實現(xiàn)全國網絡的互通。

2） 在雅加達設置1 套移動智能網子系統(tǒng)（IN），將網絡交換功能和業(yè)務控制功能相分離，實現(xiàn)對呼叫的智能控制。其他接入國立核心網的鐵路公司可共同使用此移動智能網子系統(tǒng)。

3）其他私營鐵路公司可以根據(jù)各自的運營維護需求，在公司屬地的核心網機房設置電路域或分組域業(yè)務系統(tǒng)，并將這些系統(tǒng)通過本地MSC 分別接入雅加達或萬隆的TMSC，從而實現(xiàn)全國各鐵路公司間的GSM-R網絡互聯(lián)互通，方便鐵路線路間套跑運營。

1.2 各鐵路公司獨立建設GSM-R 核心網

印尼國內各私營鐵路公司將自身管轄范圍內的鐵路按照獨立區(qū)域進行運營，各公司在所屬的核心網機房分別建設具有完整功能的GSM-R 核心網絡系統(tǒng)設備，具體如下。

1）移動交換子系統(tǒng)（SSS）。包括移動業(yè)務交換中心（MSC）、訪問用戶位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權中心（AUC）、設備寄存器（EIR）等中心設備，用于完成用戶業(yè)務交換、用戶數(shù)據(jù)與移動性、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能。

2）移動智能網子系統(tǒng)（IN）。包括GSM 業(yè)務交換點（gsmSSP）、GPRS 業(yè)務交換點（gprsSSP）、智能外設（IP）、業(yè)務控制點（SCP）、業(yè)務管理點（SMP）、業(yè)務管理接入點（SMPA）和業(yè)務生成環(huán)境點（SCEP）等設備，用于將網絡交換功能和業(yè)務控制功能相分離，實現(xiàn)對呼叫業(yè)務的智能控制。

3）通用分組無線業(yè)務子系統(tǒng)（GPRS）。包括服務GPRS 支持節(jié)點（SGSN）、網關GPRS 支持節(jié)點（GGSN）、域名服務器（DNS）和認證服務器（RADIUS）等設備，用于為無線用戶提供分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務。

各私營鐵路公司再根據(jù)各自運營維護范圍內的線路情況，在沿線布置相應的基站進行GSM-R 網絡無線覆蓋，并將相應基站接入各自的核心網，在各自的運營管轄范圍內封閉使用。

2 印尼高速鐵路GSM-R系統(tǒng)核心網漫游方案

2.1 通信漫游機制

當移動臺開機或更換到另一個MSC 時，移動臺發(fā)現(xiàn)當前的位置區(qū)號碼和SIM 卡中存儲的位置區(qū)號碼不一致，就向漫游位置的BSC（基站控制器）發(fā)送位置更新請求，漫游位置的BSC 再向所屬MSC 發(fā)送一個位置更新請求。該MSC/VLR 接到位置更新請求后，發(fā)現(xiàn)當前MSC 中不存在該用戶信息，即向HLR 詢問，HLR 負責向該用戶的當前MSC/VLR 發(fā)送一個位置更新證實消息，并將此用戶的一些數(shù)據(jù)傳送給這個MSC/VLR；同時，HLR負責向用戶原來的MSC/VLR 發(fā)消息，通知原VLR 將該用戶的數(shù)據(jù)刪除。該用戶當前MSC/VLR 通過當前BSC 向移動臺發(fā)一個位置更新證實消息，移動臺接收后，將SIM 卡中位置區(qū)號碼改成當前的位置區(qū)號碼。

若該用戶發(fā)起呼叫，呼叫漫游所在地MSC 下號碼，則通過用戶當前所在小區(qū)路由到當前BSC和MSC，當前MSC/VLR 接收到呼叫請求后，經過鑒權、加密模式設置、呼叫開始、TCH 指配、用戶提示、直至呼叫被接受；若該用戶發(fā)起呼叫，呼叫原所在地MSC 下號碼，則通過兩MSC 之間互聯(lián)通道建立呼叫關系。

若該漫游用戶被叫，其歸屬HLR 查詢該用戶的當前位置信息，并向漫游所在地VLR 請求漫游號碼，漫游所在地VLR 回送該用戶的漫游號碼、HLR 向MSC 回送被叫用戶的路由信息（MSRN），MSC 收到路由信息后，對被叫用戶的路由信息進行分析，得到被叫用戶的局向，然后進行話路接續(xù)［2-6］。

2.2 統(tǒng)一規(guī)劃建設GSM-R 核心網的漫游方案

若印尼參考中國的統(tǒng)一管理模式，則建設1 套具有完整功能的GSM-R 主備核心網絡，其他私營鐵路公司將各自的電路域和分組域業(yè)務系統(tǒng)接入此核心網，以實現(xiàn)網絡資源共享。

參考中國的GSM-R 移動交換網絡結構，印尼高速鐵路可按屬地或鐵路公司管理權限，將全國分屬不同鐵路公司的高速鐵路統(tǒng)一規(guī)劃成若干片區(qū)，各鐵路公司可按照中國鐵路局的模式建設獨立的MSC/VLR，按遠期用戶規(guī)劃各片區(qū)的MSC 容量，然后實現(xiàn)各MSC 之間互聯(lián)互通。

在印尼國內異地建設2 套互為熱備的歸屬位置寄 存 器（HLR）、 智 能 網（IN）、 鑒 權 中 心（AUC）、設備寄存器（EIR）等中心設備，寫入所有接入網絡的機車臺及手持終端信息，總體協(xié)調全國高速鐵路網內各鐵路公司MSC 間的互聯(lián)及移動臺跨局切換。該方案的印尼GSM-R 移動交換子系統(tǒng)構成見圖1。

圖1 參考中國模式的印尼GMS-R 移動交換子系統(tǒng)構成

1）語音通信。由于使用了統(tǒng)一的核心網，各鐵路公司的所有移動用戶信息均存儲在統(tǒng)一的核心網HLR 內。當發(fā)起語音呼叫用戶的請求時，HLR可通過呼叫號碼找到被呼叫用戶存儲在本地的信息，完成雙方的語音通信。

2）數(shù)據(jù)通信。由于使用了統(tǒng)一的核心網，各公司的數(shù)據(jù)業(yè)務可通過統(tǒng)一核心網的TMSC，從一個公司傳輸?shù)搅硪粋€公司，從而完成雙方的數(shù)據(jù)通信。

2.3 各鐵路公司獨立建設GSM-R核心網的漫游方案

2.3.1 各鐵路公司間機車互不套跑

各鐵路公司間機車互不套跑的情況下，核心網間無互聯(lián)互通需求，其語音通信和數(shù)據(jù)通信情況如下。

1）語音通信。各個鐵路公司間通信系統(tǒng)不互通，不同公司的移動終端之間也不需要互相通信，各公司管轄下的列車和運營維護人員只能在自身轄區(qū)內使用正常的語音通信調度業(yè)務。

2）數(shù)據(jù)通信。各個鐵路公司間通信系統(tǒng)不互通，不同公司的移動終端之間也不需要互相通信，各公司管轄下的鐵路相關的電路域和分組域業(yè)務只能在其管轄區(qū)域內進行正常的數(shù)據(jù)傳輸。

2.3.2 各鐵路公司間機車互相套跑

各鐵路公司間機車互相套跑的情況下，核心網間有互聯(lián)互通需求，則各鐵路公司的核心網內可分別設置TMSC 設備，通過TMSC 設備間的連接完成核心網的互聯(lián)互通。

不同于公網移動通信運作模式的不確定性，鐵路運輸具有較強的計劃性和重復性。因此，對于有機車互相套跑及互聯(lián)互通需求的鐵路公司間，雙方可通過協(xié)商確定好每年需要進行跨區(qū)域運營的列車數(shù)量和班次號碼，將相應的列車終端SIM 卡數(shù)據(jù)在對方的HLR 設備中備份，作為特殊的漫游用戶進行管理，以便發(fā)生漫游情況時，可以平穩(wěn)切換業(yè)務。

當某公司的鐵路移動用戶進入其他鐵路公司的區(qū)域時，被訪問網絡的MSC 會經過其所屬的HLR確定訪問者的身份。當被訪問網絡的HLR 發(fā)現(xiàn)訪問者為特殊漫游用戶時，被訪問網絡的VLR 啟用預先存儲好的特殊漫游用戶檔案，雙方MSC 通過呼叫檔案中預先設定好的用戶移動臺漫游號碼來完成語音通信業(yè)務，并為漫游用戶開啟相應的數(shù)據(jù)通信業(yè)務權限。跨區(qū)域運營列車使用被訪問網絡內的電路域和分組域設備來實現(xiàn)運營所需的業(yè)務功能。

兩個鐵路公司的無線系統(tǒng)覆蓋規(guī)劃時，在切換點進行交叉覆蓋，保證機車有足夠的切換區(qū)。當注冊車輛進行跨公司區(qū)域運營時，可以通過兩公司基站間交疊區(qū)切換至對方網絡中。當漫游建立成功后，跨區(qū)域運營車輛則斷開與原調度區(qū)域的連接，服從新網絡所在調度區(qū)域的調度管轄繼續(xù)運行。

3 印尼高速鐵路GSM-R 系統(tǒng)與其他系統(tǒng)間的互聯(lián)互通

3.1 統(tǒng)一規(guī)劃建設GSM-R 核心網方案

若印尼高速鐵路GSM-R 核心網建設采取統(tǒng)一規(guī)劃方案，則印尼國內只需建設1 套統(tǒng)一的GSM-R核心網設備即可，其他鐵路公司可將其他業(yè)務應用系統(tǒng)設備接入核心網絡［7］。GSM-R 核心網網絡連接示意見圖2。

GSM-R 系統(tǒng)包括網絡子系統(tǒng)（NSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、運行和業(yè)務支撐子系統(tǒng)（OSS/BSS）和終端設備等4 個部分。其中，網絡子系統(tǒng)包括移動交換子系統(tǒng)（SSS）、移動智能網（IN）子系統(tǒng)和通用分組無線業(yè)務（GPRS）子系統(tǒng)。從圖2 可以看出，GSM-R 網絡內部可以通過MSC 的接口進行GSM-R 系統(tǒng)與其他系統(tǒng)間的互聯(lián)互通，而其他通信網絡則可以通過GMSC 的接口與GSM-R 網絡進行互聯(lián)互通［8］。

圖2 GSM-R 核心網網絡連接示意圖

在鐵路工程項目中，還有一些與調度運輸相關的系統(tǒng)需要利用到GSM-R 移動通信網絡，包括鐵路專用電話交換網絡、列控系統(tǒng)無線閉塞中心RBC、鐵路數(shù)字調度系統(tǒng)FAS 和CTC/TDCS 系統(tǒng)等。調度運輸相關系統(tǒng)與GSM-R 核心網連接示意見圖3。

圖3 調度運輸相關系統(tǒng)與GSM-R 核心網連接示意圖

1） GSM-R 與鐵路專用電話交換網交換機之間采用E1 接口、優(yōu)選七號信令互聯(lián)，以滿足少量被授權的GSM-R 無線用戶與鐵路專用電話交換用戶之間的語音通信需求。具體互聯(lián)通道數(shù)量需根據(jù)無線/有線用戶數(shù)量及其話務量要求計算，但一般不 小于2 個E1 的 主備通道［2］。

2） GSM-R 與列控無線閉塞中心RBC 采用PRI（30B+D）接口、DSS1 信令方式互聯(lián)，完成列控信號的無線承載功能。一般每個RBC 需要5 個2 Mb/s 通道［2］。

3） GSM-R 與調度通信主交換機采用PRI（30B+D）接口、DSS1 信令方式互聯(lián)，實現(xiàn)調度通信車站臺與機車臺之間的語音通信功能。每套調度通信主交換機系統(tǒng)需要2 個30B+D 的通道［2］。

3.2 各鐵路公司獨立建設GSM-R 核心網方案

若印尼高速鐵路GSM-R 核心網建設采取各鐵路公司獨立建設GSM-R 核心網的方案，則其互聯(lián)示意如圖4 所示。

各鐵路公司獨立的GSM-R 核心網均應包含移動交換子系統(tǒng)（SSS）、移動智能網（IN）子系統(tǒng)和通用分組無線業(yè)務（GPRS）子系統(tǒng)、基站子系統(tǒng)（BSS）終端設備等，以及鐵路專用電話交換網絡、列控系統(tǒng)無線閉塞中心RBC、鐵路數(shù)字調度系統(tǒng)等其他與調度運輸相關的需要利用到GSM-R移動通信網絡的系統(tǒng)［9-10］。

鐵路專用電話交換網絡、列控系統(tǒng)無線閉塞中心RBC、鐵路數(shù)字調度系統(tǒng)與GSM-R 核心網互聯(lián)接口與“統(tǒng)一規(guī)劃建設GSM-R 核心網方案下的接口互聯(lián)互通”方案中的接口連接方式相同。同時，根據(jù)業(yè)務需要，有機車套跑需求的鐵路公司的GSM-R 核心網間可通過GMSC 與其他鐵路公司的GSM-R 網絡采用E1 接口、七號信令互聯(lián)。兩個鐵路公司間的業(yè)務數(shù)據(jù)可以通過GSM-R 網絡進行相互傳輸［11］。

圖4 各鐵路公司獨立GSM-R 核心網的網絡互聯(lián)示意圖

4 總結

本文針對印尼鐵路可能出現(xiàn)的運營體制，提出了國家統(tǒng)一規(guī)劃建設鐵路通信網絡和各鐵路公司各自獨立建設鐵路通信網絡的方案，分別提出了相應的GSM-R 系統(tǒng)核心網建設方案及其漫游措施，以及與其他業(yè)務系統(tǒng)間的互聯(lián)互通方案。面對未來多樣化的國際鐵路工程市場，可根據(jù)當?shù)貒业恼谓洕w制和業(yè)主的實際需求進行相應的選擇。