淺析鐵路GSM-R系統(tǒng)互聯(lián)互通及測(cè)試

摘要　文章主要從工程角度探討了中國(guó)鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的重要性和必要性，在給出國(guó)外互聯(lián)互通測(cè)試進(jìn)展的基礎(chǔ)上，著重從我國(guó)GSM-R互聯(lián)互通測(cè)試的主要接口及測(cè)試內(nèi)容、測(cè)試環(huán)境搭建、測(cè)試實(shí)施步驟、實(shí)施效果等方面進(jìn)行了闡述。

1、前言

近年來，鐵道部已經(jīng)將GSM-R作為一項(xiàng)重要的技術(shù)裝備政策，相繼在青藏線、大秦線和膠濟(jì)線進(jìn)行GSM-R網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與試驗(yàn)，并且取得了很大的成功。根據(jù)鐵道部《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的安排，我國(guó)鐵路將擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模，完善路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，快速擴(kuò)充運(yùn)輸能力和提高鐵路裝備水平，并在未來幾年內(nèi)新建1．2萬公里的客運(yùn)專線�？瓦\(yùn)專線的高速性、安全性和應(yīng)用于客運(yùn)專線列車控制系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)及信息化系統(tǒng)等對(duì)鐵路通信系統(tǒng)提出了極高的要求。

GSM-R為調(diào)度通信、列車控制和信息化提供了綜合的平臺(tái)。GSM-R系統(tǒng)基于公網(wǎng)GSM系統(tǒng)演進(jìn)而來，GSM-R基于GSM，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備功能方面無太大差別，重要的改變是為了適應(yīng)鐵路需求，一方面在GSM標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上，通過在GSM Phase 2+標(biāo)準(zhǔn)中引入支持集群通信的高級(jí)語音呼叫項(xiàng)目（ASCI），包括語音組呼業(yè)務(wù)、語音廣播業(yè)務(wù)、增強(qiáng)多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆業(yè)務(wù)等，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)語音通信的業(yè)務(wù)；另一方面，通過引入智能網(wǎng)實(shí)現(xiàn)鐵路特定業(yè)務(wù)，包括功能尋址、基于位置的尋址、接入矩陣、基于位置的呼叫限制等�？紤]到通信協(xié)議的靈活性以及廠家對(duì)協(xié)議理解的差異性，各設(shè)備供貨商在實(shí)現(xiàn)同類產(chǎn)品的同一功能時(shí)，所采用的方式上有所不同，包括呼叫流程及其所包含的具體信元的編碼、消息的傳遞順序以及消息參數(shù)的設(shè)置等，因此，有可能造成在構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)不同廠家的設(shè)備之間不能進(jìn)行互聯(lián)互通。

國(guó)內(nèi)GSM-R系統(tǒng)設(shè)備的供應(yīng)商主要有西門子、北電和華為公司，在進(jìn)行GSM-R網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模建設(shè)時(shí)，為確保GSM-R更好地服務(wù)于中國(guó)鐵路，保護(hù)工程投資，首先應(yīng)考慮解決GSM-R系統(tǒng)的開放性和不同廠家設(shè)備之間的互聯(lián)互通測(cè)試（IOT，Interoperability testing）的問題。

2、互聯(lián)互通必要性及與工程建設(shè)的關(guān)系

2.1　互聯(lián)互通的必要性

GSM-R系統(tǒng)的互聯(lián)互通是不同廠家的設(shè)備接口按照統(tǒng)一協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行互聯(lián)，保證各項(xiàng)功能可在不同廠家設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通有利于設(shè)備供貨市場(chǎng)形成良好競(jìng)爭(zhēng)局面，節(jié)省投資，降低運(yùn)行成本，利于網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期發(fā)展，具體表現(xiàn)在以下方面：

（1）有利于形成良好競(jìng)爭(zhēng)局面，保護(hù)工程投資，降低風(fēng)險(xiǎn)。

設(shè)備之間的互聯(lián)互通是形成多廠商供貨局面的技術(shù)基礎(chǔ)，是各廠家市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主要決定因素。而我國(guó)GSM-R網(wǎng)絡(luò)具有規(guī)模大、投入高和技術(shù)復(fù)雜等特點(diǎn)，因此只有在完成設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試的前提下，才可能引入多廠商供貨，使設(shè)備供貨市場(chǎng)形成良好競(jìng)爭(zhēng)局面，從而節(jié)省網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資和運(yùn)行維護(hù)成本，充分保證廠家的售后服務(wù)支持力度。

（2）有利于形成全網(wǎng)解決方案，按照計(jì)劃進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)，最大限度發(fā)揮總體效益。

GSM-R網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的目標(biāo)是為全路運(yùn)輸指揮調(diào)度、列車控制、運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)中的移動(dòng)體提供綜合通信平臺(tái)。設(shè)備的互聯(lián)互通是全網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提基礎(chǔ)，只有在這樣的前提下，才可能保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)按照統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一資源原則進(jìn)行組網(wǎng)，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，共享基礎(chǔ)設(shè)施和資源，開展綜合應(yīng)用，最大限度發(fā)揮總體效益；才可能保證網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的合理性，使其既能滿足近期發(fā)展的需要，又符合網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，充分保證系統(tǒng)的一致性、可靠性和可維護(hù)性；才可能便于網(wǎng)絡(luò)后向平滑升級(jí)，減少不必要的升級(jí)次數(shù)，保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

（3）有利于網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，對(duì)GSM-R技術(shù)在中國(guó)推廣起到積極的推動(dòng)作用。

建設(shè)GSM-R是推進(jìn)鐵路信息化建設(shè)的重要組成部分，也是全面帶動(dòng)和提升鐵路通信技術(shù)裝備的有效途徑。GSM-R系統(tǒng)設(shè)備的互聯(lián)互通是關(guān)系到GSM-R技術(shù)發(fā)展的最重要的因素。只有充分保證設(shè)備之間的互聯(lián)互通，才能確保網(wǎng)絡(luò)健康持續(xù)發(fā)展，從而形成與鐵路網(wǎng)發(fā)展相適應(yīng)的數(shù)字化、綜合化的通信信息平臺(tái)，使之不斷與鐵路現(xiàn)代化日益發(fā)展目標(biāo)相適應(yīng)，全面滿足鐵路運(yùn)輸指揮和生產(chǎn)的需要，適應(yīng)鐵路信息化發(fā)展，為擴(kuò)充鐵路運(yùn)輸能力、提高鐵路綜合效益提供有力的技術(shù)支持和保障。

2.2　互聯(lián)互通測(cè)試與工程建設(shè)的關(guān)系

在我國(guó)，隨著客運(yùn)專線建設(shè)的逐步開展，GSM-R系統(tǒng)的建設(shè)也隨之進(jìn)行。客運(yùn)專線為了保護(hù)投資，可以采用不同廠商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，但前提是這些設(shè)備必須能夠互聯(lián)互通。中國(guó)鐵路GSM-R市場(chǎng)潛力大，各廠家對(duì)待互聯(lián)互通積極性高，因此實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通是可行的。具體實(shí)施時(shí)，可以將靜態(tài)實(shí)驗(yàn)室的互聯(lián)互通測(cè)試工作與GSM-R工程建設(shè)同步進(jìn)行，第二部分現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與工程建設(shè)相結(jié)合，驗(yàn)證和完善第一部分的測(cè)試結(jié)果。

3、國(guó)外GSM-R系統(tǒng)互聯(lián)互通及測(cè)試情況

在歐洲，GSM-R網(wǎng)絡(luò)建設(shè)基本上是一個(gè)國(guó)家由一個(gè)設(shè)備供應(yīng)商來集成，在一個(gè)國(guó)家內(nèi)部，基本上不需要考慮GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)互通。但隨著歐洲高速鐵路網(wǎng)的建設(shè)和列車跨國(guó)運(yùn)行的需要，要求GSM-R網(wǎng)絡(luò)跨國(guó)界使用，因此，隨著GSM-R網(wǎng)絡(luò)的普及，互聯(lián)互通問題日益突出。

在2002年1月的ERIG（European Radio Imple-mentation Group）會(huì)議上，互聯(lián)互通被提上議事日程，主要對(duì)西門子和北電公司的產(chǎn)品之間的接口進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試在兩個(gè)廠家的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。測(cè)試工作分為4個(gè)階段：

（1）第一階段：西門子和北電公司的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS-NSS）之間的互聯(lián)互通測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為雙方網(wǎng)絡(luò)覆蓋沒有接壤區(qū)域，主要驗(yàn)證漫游功能、用戶在非歸屬網(wǎng)絡(luò)中能夠建立呼叫等。該測(cè)試已經(jīng)完成。

（2）第二階段：西門子和北電公司的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS-NSS）之間的互聯(lián)互通測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為雙方網(wǎng)絡(luò)覆蓋接壤但沒有共享組呼區(qū)域，主要驗(yàn)證GSM-R功能（功能尋址，語音組呼、廣播、增強(qiáng)多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆）。該測(cè)試已經(jīng)完成。

（3）第三階段：西門子和北電公司的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS-NSS）之間的互聯(lián)互通測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為雙方網(wǎng)絡(luò)覆蓋接壤并有共享組呼區(qū)域，主要驗(yàn)證語音組呼跨不同廠商MSC時(shí)的實(shí)現(xiàn)和越區(qū)切換。該測(cè)試已經(jīng)完成。

（4）第四階段：西門子網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和北電無線網(wǎng)設(shè)備之間的互聯(lián)互通測(cè)試以及北電網(wǎng)子系統(tǒng)和西門子無線網(wǎng)設(shè)備之間的互聯(lián)互通測(cè)試。該測(cè)試已經(jīng)完成絕大部分工作。

4、我國(guó)鐵路GSM-R系統(tǒng)互聯(lián)互通

與歐洲所完成的互聯(lián)互通測(cè)試相比較，　我國(guó)鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)存在以下不同：

（1）我國(guó)GSM-R業(yè)務(wù)中基于位置的尋址、功能尋址和接入矩陣等業(yè)務(wù)是基于智能網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的，而且采用了CAMEL3協(xié)議，這方面歐洲各國(guó)鐵路尚未統(tǒng)一，因此，圍繞CAMEL3智能網(wǎng)的互聯(lián)互通測(cè)試必須進(jìn)行。

（2）我國(guó)在GSM-R網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中同步建設(shè)GPRS網(wǎng)絡(luò)，用于非安全數(shù)據(jù)傳輸，而歐洲尚未使用GPRS，GPRS在公網(wǎng)中已經(jīng)經(jīng)過一些互聯(lián)互通測(cè)試，為了保證鐵路業(yè)務(wù)的需要，有必要針對(duì)鐵路應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。

（3）我國(guó)鐵路的GSM-R編號(hào)方案與歐洲存在一些差異，編號(hào)方案直接與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)，因此，編號(hào)方案也與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)互通密切相關(guān)。

（4）歐洲參與GSM-R互聯(lián)互通測(cè)試只有兩家公司，而我國(guó)目前是三家公司。

因此，我國(guó)鐵路GSM-R互聯(lián)互通工作應(yīng)在歐洲鐵路GSM-R互聯(lián)互通工作的基礎(chǔ)之上，吸取公網(wǎng)互聯(lián)互通的經(jīng)驗(yàn)，把握鐵路新增業(yè)務(wù)，結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行。我國(guó)GSM-R互聯(lián)互通的主要內(nèi)容可以包括智能網(wǎng)設(shè)備與交換機(jī)之間的互聯(lián)互通測(cè)試、交換機(jī)之間的互聯(lián)互通測(cè)試、交換機(jī)與無線網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通測(cè)試、GPRS設(shè)備之間的互聯(lián)互通測(cè)試。

4.1　我國(guó)GSM-R互聯(lián)互通測(cè)試接口

根據(jù)我國(guó)GSM-R的核心網(wǎng)的規(guī)劃及建設(shè)情況，我國(guó)GSM-R互聯(lián)互通測(cè)試所涉及的接口及可能的測(cè)試內(nèi)容如下：

（1）C/D接口-歸屬位置寄存器（HLR）與移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心/拜訪位置寄存器（MSC/VLR）之間的接口：包括位置更新、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、用戶數(shù)據(jù)管理、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)呼叫處理、功能號(hào)注冊(cè)/注銷/查詢及接口健壯性測(cè)試等。

（2）A接口-移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）與基站子系統(tǒng)（BSS）之間的接口：包括位置更新、資源指配和釋放、話音越區(qū)切換、數(shù)據(jù)呼叫越區(qū)切換、語音組呼業(yè)務(wù)、語音廣播業(yè)務(wù)、增強(qiáng)多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆業(yè)務(wù)、功能號(hào)注冊(cè)/注銷/查詢、功能尋址、基于位置的尋址、補(bǔ)充業(yè)務(wù)及接口健壯性測(cè)試等。

（3）E接口-移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）與移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）之間的接口：包括跨MSC的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)呼叫測(cè)試、跨MSC的越區(qū)切換、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、跨MSC的語音組呼及廣播業(yè)務(wù)、多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆業(yè)務(wù)及接口健壯性測(cè)試等方面。

（4）L接口-智能網(wǎng)業(yè)務(wù)控制點(diǎn)（SCP）與業(yè)務(wù)交換點(diǎn)（SSP）之間的接口：包括功能尋址、基于位置的尋址、接入矩陣、基于位置的呼叫限制、基于MSISDN的呼叫限制、不唯一車次號(hào)呼叫等測(cè)試。

（5）Gr接口-歸屬位置寄存器（HLR）與服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）之間的接口：路由區(qū)更新、用戶數(shù)據(jù)管理、信令鏈路管理等測(cè)試。

（6）Gb接口-服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）與分組控制單元（PCU）之間的接口：包括GPRS附著/去附著、GPRS路由區(qū)更新、PDP上下文激活/去激活、GPRS上下行數(shù)據(jù)傳輸、GPRS業(yè)務(wù)掛起和恢復(fù)、復(fù)位等。

（7）Gn接口-服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）與服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）之間：包括SGSN間路由區(qū)更新、跨SGSN間的數(shù)據(jù)傳輸和健壯性測(cè)試等。

4.2　互聯(lián)互通測(cè)試環(huán)境

各廠商在各自的實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備好測(cè)試環(huán)境，具備將被測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接起來的傳輸電路。組網(wǎng)示意圖如圖1所示，其中分組域電路采用100M以太網(wǎng)接口連接，電路數(shù)量根據(jù)當(dāng)時(shí)實(shí)際需求確定，向電信運(yùn)營(yíng)商租用。

圖1　互聯(lián)互通測(cè)試組網(wǎng)示意圖

4.3　互聯(lián)互通測(cè)試時(shí)間及最新進(jìn)展

根據(jù)中國(guó)鐵路GSM-R建設(shè)進(jìn)度需求，我國(guó)鐵路GSM-R互聯(lián)互通測(cè)試分兩個(gè)大階段進(jìn)行：

第一階段：實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)測(cè)試，主要完成GSM-R匯接節(jié)點(diǎn)與本地節(jié)點(diǎn)之間、本地節(jié)點(diǎn)之間的互聯(lián)互通測(cè)試以及GSM-R本地節(jié)點(diǎn)與無線網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通測(cè)試。

第二階段：圍繞鐵路應(yīng)用對(duì)互聯(lián)互通現(xiàn)場(chǎng)綜合驗(yàn)證測(cè)試。

按照計(jì)劃進(jìn)度安排，目前靜態(tài)實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)互通測(cè)試已經(jīng)完成大部分的工作，在完成實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的基礎(chǔ)上，將根據(jù)測(cè)試結(jié)果和工程建設(shè)的情況開展現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的互聯(lián)互通驗(yàn)證。

4.4　互聯(lián)互通測(cè)試實(shí)施步驟

參考NV（Network Vendor）-IOT FORUMN的IOT工作流程，結(jié)合實(shí)際情況，我們?cè)趯?shí)施互聯(lián)互通測(cè)試時(shí)，遵循如下步驟，如圖2所示：

圖2　互聯(lián)互通測(cè)試流程

（1）各廠家提交各自參加互聯(lián)互通測(cè)試的設(shè)備所遵照的規(guī)范版本，測(cè)試工作組經(jīng)討論，確定各接口的規(guī)范版本。

（2）在確定接口規(guī)范版本的基礎(chǔ)上，測(cè)試工作組制定測(cè)試大綱，包括測(cè)試配置、測(cè)試項(xiàng)目等內(nèi)容，經(jīng)討論審議通過后實(shí)施。

（3）在測(cè)試大綱的基礎(chǔ)上，工作組制定測(cè)試案例和測(cè)試表格文檔，具體內(nèi)容應(yīng)包括測(cè)試方法、測(cè)試結(jié)構(gòu)、測(cè)試前提條件、測(cè)試數(shù)據(jù)預(yù)置、測(cè)試方案以及具體測(cè)試項(xiàng)目。

（4）各廠家在各自的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自測(cè)試。

（5）按照測(cè)試組網(wǎng)圖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)搭建，網(wǎng)絡(luò)調(diào)測(cè)正常后工作組進(jìn)行正式測(cè)試。

（6）階段測(cè)試項(xiàng)目完成后，工作組提交聯(lián)合測(cè)試報(bào)告，專家組審核。聯(lián)合測(cè)試報(bào)告內(nèi)容包含互聯(lián)互通測(cè)試中的主要事件（測(cè)試計(jì)劃、測(cè)試過程中取得的成果等）、測(cè)試項(xiàng)目的最終狀態(tài)。

（7）測(cè)試完成后，測(cè)試工作組提交各個(gè)接口的互聯(lián)互通測(cè)試規(guī)范。

（8）測(cè)試工作組保存整個(gè)測(cè)試過程中的工作記錄備查。

4.5　互聯(lián)互通測(cè)試實(shí)施效果

經(jīng)過測(cè)試，互聯(lián)互通測(cè)試工作取得了顯著效果，驗(yàn)證了各廠商設(shè)備對(duì)于3GPP規(guī)范、歐洲UIC規(guī)范和中國(guó)鐵路GSM-R相關(guān)技術(shù)條件的滿足程度，同時(shí)也對(duì)于技術(shù)規(guī)范的制訂和修改積累了豐富的數(shù)據(jù)。

5、展望

實(shí)施GSM-R互聯(lián)互通測(cè)試是GSM-R發(fā)展歷史上的一個(gè)重要里程碑，它既為工程建設(shè)中遇到的問題提供了良好的解決方案，又為相關(guān)技術(shù)條件的完善提供了技術(shù)保障，有利于中國(guó)GSM-R網(wǎng)絡(luò)的和諧發(fā)展。