巢晉杰

(朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司，062350，河北肅寧∥高級工程師)

隨著鐵路信息化快速推進，其對通信網(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(鐵路專用寬帶移動通信系統(tǒng))與GSM-R(鐵路專用數(shù)字移動通信系統(tǒng))技術(shù)相比，在端到端傳輸時延、數(shù)據(jù)傳輸速率等方面有突出優(yōu)勢。

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的演進已成為業(yè)界的主流思路。在此演進中，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，提供IP化的有線調(diào)度臺/值班臺和移動手持臺/機車臺，以滿足鐵路調(diào)度業(yè)務(wù)需要，同時提供靈活擴展性。

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，以實現(xiàn)有線與無線調(diào)度通信。調(diào)度臺和值班臺等有線終端屬于FAS側(cè)，OPH(移動手持臺)和 CIR(機車臺)等屬于移動側(cè)。在MSC(移動交換中心)與FAS之間采用相應(yīng)的協(xié)議接口，從而實現(xiàn)無線系統(tǒng)與有線系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。具體組網(wǎng)見圖1。

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

現(xiàn)有MSC+FAS組網(wǎng)模式，能夠滿足MS(移動臺)與FT(固定終端)之間的語音調(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)無線調(diào)度通信系統(tǒng)、FAS系統(tǒng)相對獨立。從系統(tǒng)建設(shè)與運行管理維護上看，兩個系統(tǒng)均由相對獨立的團隊承擔，給系統(tǒng)維護管理的各個環(huán)節(jié)帶來一定的復雜性。

(2)有線系統(tǒng)與無線系統(tǒng)相對獨立，各有交換和業(yè)務(wù)控制核心。針對新業(yè)務(wù)的規(guī)劃和實施，需要協(xié)調(diào)有線、無線系統(tǒng)的相關(guān)環(huán)節(jié)，從規(guī)劃、實施到成熟應(yīng)用的周期較長。

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

2 基于LTE-R的有線與無線完全統(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，實現(xiàn)調(diào)度通信業(yè)務(wù)。對于移動終端，采用空口接入LTE-R網(wǎng)絡(luò);移動終端采用智能終端，加載調(diào)度通信業(yè)務(wù)終端軟件。對于固定終端，通過以太網(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)見圖2?；赑oC(移動一鍵通)技術(shù)及LTE網(wǎng)絡(luò)，可提供鐵路列車調(diào)度業(yè)務(wù)。

圖2 LTE-R方式組網(wǎng)圖

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

3 LTE-R PoC方案的優(yōu)勢

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

(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)定制化和擴展性要求的快速實現(xiàn)。

(2)相對于GSM-R網(wǎng)絡(luò)中所采用的統(tǒng)一組呼和廣播信道，PoC集群方案能為每個用戶分配獨立的資源，可針對單個用戶作更精細化的控制和狀態(tài)信息類業(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機制下是無法實現(xiàn)的。

(3)從整個領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展角度來看，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，基于標準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實的技術(shù)基礎(chǔ)。

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

4 鐵路通信系統(tǒng)IP化后帶來的挑戰(zhàn)

4.1 系統(tǒng)可靠性

可通過兩個層面來加強系統(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):采用冗余備用機制，主要包括服務(wù)單元的主備(集群)、存儲單元的冗余等。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，通過對信令數(shù)據(jù)、媒體數(shù)據(jù)的加密傳輸和存儲，能夠確保業(yè)務(wù)內(nèi)容本身的安全性。

(2)訪問控制:調(diào)度系統(tǒng)建立專用網(wǎng)絡(luò)，可以通過身份認證的方式對終端進行訪問控制;當系統(tǒng)需要接入公網(wǎng)系統(tǒng)或多系統(tǒng)組網(wǎng)應(yīng)用時，在系統(tǒng)中部署SBC(會話控制)，隱藏內(nèi)部拓撲，同時能提供訪問控制。

4.3 服務(wù)質(zhì)量

相對于電路域交換系統(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)所有用戶復用物理連路，無法做到資源保障。

為解決分組域中的服務(wù)質(zhì)量(QoS)問題，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制:

(1)DSCP(差分服務(wù)代碼點):差分服務(wù)，針對不同的業(yè)務(wù)，根據(jù)服務(wù)保障的級別，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、簡便、支持廣泛的模式。LTE-R系統(tǒng)中，路由設(shè)備提供DSCP機制，可滿足調(diào)度業(yè)務(wù)對QoS的要求。

5 結(jié)語

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

針對IP化所引入的問題，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)擴展能力以及隨之帶來的更好的體驗是其核心競爭力的要素。

［1］UIC.LTE/SAE-The Future Railway M0bile Radio System Longterm Versions on Railway Mobile Radio Technologies［S］.Paris:UIC，2009.

［2］朱惠忠，張亞平.GSM-R通信技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［3］龐萌萌.高速鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)越區(qū)切換對CrCS3系統(tǒng)的影響及模型研究［D］.北京:北京交通大學，2010.

［4］劉彥彬.引領(lǐng)中國鐵路通信發(fā)展的明燈——第四代無線通信技術(shù)(4G)［J］.科技風，201 0(13):255.

［5］孟繁麗，張新程，胡恒杰，等.LTE系統(tǒng)時延分析［J］.郵電設(shè)計技術(shù)，2009(3):37.

［6］蔣新華，朱銓，鄒復民.高速鐵路3G通信的覆蓋與切換技術(shù)綜述［J］.計算機應(yīng)用，2012，32(9):2385.

［7］吳吳，谷勇浩，鐘章隊.一種應(yīng)用于高速鐵路的 GSM-R快速切換算法研究［J］.鐵道工程學報，2009(1):92.

［8］原燕斌.高速鐵路環(huán)境下 LTE切換技術(shù)的研究［D］.北京:北京郵電大學，2012.

［9］陳玉焓.基于NS2的TD_LTE高鐵環(huán)境下切換算法仿真研究［D］.北京:北京郵電大學，2012.