■ 余濤

1 概述

GSM-R核心網絡承載了全部鐵路無線通信業(yè)務，構建一個安全可靠和高性能的核心網是保證鐵路運輸安全的重要條件。在歐洲，以控制與承載分離的核心網（BICN）技術為基礎的新一代GSM-R核心網絡已經開始替代傳統(tǒng)的電路交換節(jié)點，逐步投入商用。2009年歐洲鐵路打通了第一個基于BICN核心網絡的GSM-R電話；2010年奧地利鐵路建成了全球第一個以BICN為基礎的全IP核心網絡；2011年7月，德國鐵路公司決定將原有的7臺移動交換機（M SC），2臺歸屬位置寄存器（HLR），2臺智能業(yè)務控制節(jié)點（SCP）升級為BICN核心網絡。歐洲鐵路不但擁有高性能、低能耗的交換平臺，并且正在采用新一代核心網絡的冗余技術，大大減少系統(tǒng)不可用時間，進一步加強網絡整體抵抗災害的能力。

目前，我國GSM-R交換節(jié)點設置在每個鐵路局所在地，每個節(jié)點設置1臺M SC處理電路交換業(yè)務，設置1臺SGSN和1臺GGSN處理分組交換業(yè)務，設置核心網絡網管服務器管理電路域和分組域設備。北京、武漢、西安3個節(jié)點為匯接局全網采用一對HLR，分別設置在北京和武漢，HLR之間采用1+1熱備份。全網采用一對SCP，處理智能網業(yè)務，分別設置在北京和武漢，SCP之間采用1+1熱備份。

原有核心網絡規(guī)劃受到電路交換技術的限制，基本上沒有考慮交換節(jié)點的冗余備份，隨著GSM-R覆蓋鐵路里程的增加，單個交換節(jié)點一旦發(fā)生故障，將會導致本鐵路局所有線路的GSM-R通信網絡退出服務，本鐵路局運輸行車將受到影響。目前的網絡中既包含電路交換節(jié)點，也包含BICN交換節(jié)點，而規(guī)劃仍然停留在電路交換技術，因此規(guī)劃已經滯后于網絡建設步伐。

2 BICN的優(yōu)點

BICN結構最早在3GPP R4規(guī)范中定義，把處理承載功能的媒體網關（M GW）和處理呼叫控制功能的呼叫服務器（Call Server）分開，并將話音核心網絡從電路交換演進成分組交換；可看作將時分多路復用（TDM）電路交換節(jié)點分成Call ServerM SC Server和MGW兩部分，可將兩部分同址部署，也可在控制中心部署Call Server，將MGW分散到遠端，圖1給出BICN分離式結構。以BICN技術為基礎的新一代交換平臺具有如下優(yōu)點：

（1）更高的可靠性。采用新型先進的電信計算平臺（ATCA）硬件，除了具備強大的交換能力和99.999％的可用性，還支持地理冗余配置，大大提高冗災能力。

（2）增加新功能。以往固化在TDM交換結構中的功能通過新的軟件在媒體網關中實現(xiàn)，客戶可以通過配置工具在媒體網關中靈活配置新功能，如與會議電話相關配置：擴展調度員數(shù)量、抑制DTMF tone、強拆會議電話端口。這些功能在TDM交換機中是不能配置的。

（3）更長的生命周期。TDM交換技術從1990年開始使用，目前正在被BICN技術全面替換。由于整個工業(yè)組織都轉向BICN，在TDM平臺上開發(fā)新功能將更加困難和昂貴。鐵路建設GSM-R網絡的周期較長，要求網絡生命周期也相對較長，現(xiàn)在開始技術更新可以避免將來昂貴的網絡升級。

（4）更低的成本。分散的扁平分組網絡對比TDM網絡，需要更少的設備；分組網絡更高效利用帶寬資源；通過在媒體網關的本地交換節(jié)省了從基站控制器（BSC）到TDM交換機的傳輸資源；設備體積更小，耗電更少；網絡簡化，一張分組網絡承載所有業(yè)務。

3 BICN帶來的新型冗余備份方案

GSM-R整體網絡的可用性直接影響鐵路運輸?shù)陌踩托?，我國鐵路現(xiàn)有的GSM-R網絡規(guī)劃中，已經要求設計方案采用多項冗余備份技術。網絡節(jié)點層面要求節(jié)點內部關鍵模塊冗余備份；終端層面要求車載和手持電臺采用備份模式，并具備更換機制；射頻覆蓋層面要求采用冗余覆蓋，如深度冗余覆蓋方式；傳輸層面要求在同步數(shù)字體系（SDH）環(huán)形保護基礎上，在BSC與基站收發(fā)信臺（BTS）間采用環(huán)形連接；用戶數(shù)據(jù)管理層面采用HLR 1+1備份和SCP 1+1備份，在北京和武漢形成異地冗余。以上冗余保護技術雖然很豐富，但沒有考慮交換節(jié)點的冗余備份。這是因為以TDM技術為基礎的GSM R99規(guī)范要求一個BSC只能連接到一個交換節(jié)點，BSC與交換節(jié)點之間的A接口沒有很好的備份方式，一旦交換節(jié)點宕機，該BSC將丟失業(yè)務。BICN分離式結構帶來更多的靈活性，A接口的連接關系也實現(xiàn)了突破，廠家也可以在分離式結構中提出新的冗余備份方案。

3.1 BSC雙址歸屬

此方案基于一個BSC歸屬于一個交換節(jié)點，由于采用分離式結構，BSC和M GW的連接方式可以更加靈活。一個BSC可以分別連接到2臺放置在不同地理位置的MGW，邏輯上，這2臺MGW相關模塊可以配置成一個MGW。如圖2所示，每一臺BSC通過2臺交叉復用設備M UX連接到部署在2個地理位置的MGW 1和MGW 2上，雖然位于不同地理位置，但可以將M GW 1和M GW 2中的模塊在邏輯上配置成一個M GW，對于BSC而言，邏輯上還是連接到一個M GW上。這種方案保護了A接口的鏈路，同時抵御單個MGW故障導致的業(yè)務中斷。

當M GW 1或M GW 2中任何一個故障時，BSC將全部控制消息和承載數(shù)據(jù)路由到存活的M GW上，核心網絡完好無損。將這個功能定義為BSC雙址歸屬。

3.2 Flex網絡配置

基于3GPP規(guī)范TR23.236，BSC不在只受單一的移動業(yè)務交換中心（M SC）或業(yè)務支持節(jié)點（SGSN）控制，一個BSC可以連接到多個M SC或SGSN，可以同時保持多個關聯(lián)到多個M SC，并工作在負荷分擔模式。當BSC至M SC連接故障或某個M SC故障，BSC可以使用剩余的鏈路找尋存活的M SC，業(yè)務不受影響。

被劃分在CS poo l area 1的無線接入節(jié)點受M SC1，M SC2，M SC3 3臺交換機控制，業(yè)務負荷分擔；被劃分在PS poo l area 1的無線接入節(jié)點受SGSN1，SGSN2控制，業(yè)務負荷分擔。

這種方案可以實現(xiàn)核心網的自動冗災恢復。目前該方案在規(guī)范中沒有定義組呼管理部分，BSC至M SC這種靈活關聯(lián)要求動態(tài)定義跨M SC的組呼區(qū)域，工業(yè)組織正在完善有關組呼功能的標準，一旦標準制定完成，“Flex網絡配置”將是最佳的冗災備份方案。歐洲主要的鐵路公司已經選定這種核心網備份方案，要求在中長期支持組呼功能，在短期內可以接受組呼受限的情況。

3.3 雙激活備份

短期內可以實現(xiàn)的核心網備份方案。2套M S C Se rve r+MGW都處于激活狀態(tài)，分別承載業(yè)務，當一套M SC Server+MGW故障時，可采用人工或自動方式將它控制的BSC業(yè)務轉接到另一套M SC Se rver+MGW上。這種方案可以保證一半的業(yè)務不受災害影響。對比冷備份方式，備用設備不需要進行健康檢查，隨時可以接受新增加的業(yè)務。

4 從TDM向BICN的演進策略

我國鐵路已經建成的交換節(jié)點升級為B ICN交換節(jié)點需要制定詳盡穩(wěn)妥的演進策略，盡可能減少對現(xiàn)網運輸業(yè)務的影響?；驹瓌t包括：將整個升級過程分成幾個獨立的功能升級階段，每個階段明確升級主題，如HLR升級，避免交叉升級造成混亂；為了維持網絡的穩(wěn)定，每個升級階段應該考慮在升級過程中出現(xiàn)重大問題時，可以退回到原有狀態(tài)或原有系統(tǒng)；要考慮與GSM-R系統(tǒng)相連接的其他系統(tǒng)在升級過程中進行必要的配合和調整，來保證通信功能不受影響；升級過程應符合鐵路管理規(guī)范和流程。

具體升級過程可以分為幾個獨立的功能升級階段，按照次序為：引入新的BICN平臺，割接智能網系統(tǒng)，割接HLR，割接MSC以及相關聯(lián)的鐵路應用系統(tǒng)。

5 結論與展望

BICN的引入帶來新的網絡冗余方案，鐵路客戶有條件加強對A接口的保護，實現(xiàn)交換節(jié)點的備份，并且可以調整以TDM交換為基礎的網絡規(guī)劃，提高網絡整體可靠性，簡化網絡結構，降低運行成本。具體規(guī)劃中需要考慮以下方面：全網MSC Server和MGW的數(shù)量及選址原則、MSC Server備份方式、是否允許MSC Server跨鐵路局控制BSC、MGW備份方式、A接口保護方式、SGSN備份方式的選擇等、全網SCP和HLR的數(shù)量調整、網管服務器的數(shù)量和管理覆蓋范圍的確定、如何調整全網傳輸層面來支持BICN全分組交換網絡、如何調整網絡運維體制以適應新的核心網結構。