毛若羽

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

經(jīng)過(guò)多年的應(yīng)用發(fā)展與技術(shù)積累，我國(guó)鐵路行業(yè)在通信技術(shù)體系構(gòu)建與完善方面得到了明顯加強(qiáng)，如從原本的無(wú)線列調(diào)逐漸過(guò)渡到G網(wǎng)通信發(fā)展過(guò)程，并構(gòu)建出全球最大的鐵路專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。其中，隨著3G、4G以及5G等技術(shù)的更迭變換，鐵路通信技術(shù)體系內(nèi)容得到了進(jìn)一步健全與發(fā)展。隨著5G公網(wǎng)的成功商用，國(guó)鐵集團(tuán)決定采用5G制式建設(shè)打造下一代無(wú)線專網(wǎng)。結(jié)合當(dāng)前發(fā)展情況來(lái)看，為滿足我國(guó)高速鐵路發(fā)展需求，鐵路專網(wǎng)方面借助5G技術(shù)構(gòu)建專網(wǎng)集群通信技術(shù)體系實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行過(guò)程的有效控制。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，截至2019年年底，全國(guó)范圍內(nèi)的鐵路專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在覆蓋里程方面已經(jīng)高達(dá)7萬(wàn)千米。鐵路領(lǐng)域通過(guò)引入5G技術(shù)基本上可有效支撐鐵路事業(yè)發(fā)展，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)功能分析

1.1 鐵路調(diào)度通信

鐵路調(diào)度通信基本上可以視為鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要功能表現(xiàn)。在業(yè)務(wù)領(lǐng)域方面，鐵路調(diào)度通信業(yè)務(wù)主要圍繞列車調(diào)度、貨運(yùn)調(diào)度以及動(dòng)車調(diào)度的工作內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署。其中，各項(xiàng)業(yè)務(wù)的應(yīng)用需要涉及移動(dòng)終端以及固定終端等平臺(tái)系統(tǒng)，完成個(gè)呼與組呼過(guò)程。要求車務(wù)以及機(jī)務(wù)等行車相關(guān)人員應(yīng)主動(dòng)借助鐵路專用移動(dòng)通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)行車過(guò)程的集中管控。

如相關(guān)人員可以按照規(guī)定要求進(jìn)行語(yǔ)音聯(lián)絡(luò)，并重點(diǎn)針對(duì)行車安全信息進(jìn)行提示，保障行車要求得以滿足。結(jié)合當(dāng)前發(fā)展情況來(lái)看，我國(guó)鐵路調(diào)度通信從原來(lái)無(wú)線列車調(diào)度系統(tǒng)逐步發(fā)展成為當(dāng)前所應(yīng)用的鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，即GMS-R系統(tǒng)。但無(wú)論是應(yīng)用哪種通信系統(tǒng)，都需要利用車機(jī)聯(lián)控模式進(jìn)行操作應(yīng)用。對(duì)于鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)而言，該網(wǎng)絡(luò)體系可根據(jù)調(diào)度通信業(yè)務(wù)呼叫場(chǎng)景以及用戶使用習(xí)慣的情況，從智能網(wǎng)設(shè)備方面入手，針對(duì)調(diào)度通信業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署，并提供接入矩陣以及位置尋址等功能。

1.2 鐵路列車控制

我國(guó)于2009年正式啟用基于鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的列控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用為我國(guó)高鐵安全運(yùn)營(yíng)提供了良好的系統(tǒng)保障。其中，GSM-R網(wǎng)絡(luò)通過(guò)借助電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車控制系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)的自主獲取。并根據(jù)數(shù)據(jù)反饋情況對(duì)當(dāng)前調(diào)度通信過(guò)程進(jìn)行合理管控。與調(diào)度通信相同，GSM-R網(wǎng)絡(luò)也可以視為電路域業(yè)務(wù)的領(lǐng)域范疇。電路域主要是針對(duì)電路交換技術(shù)而言，不同用戶所涉及的時(shí)隙問(wèn)題不同，通常表現(xiàn)為數(shù)據(jù)量小且時(shí)延低的特點(diǎn)。

而基于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的電路域技術(shù)在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路調(diào)度通訊的集成管控，同時(shí)，也可以滿足列車控制業(yè)務(wù)需求。目前，為進(jìn)一步增強(qiáng)鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的運(yùn)行功能，行業(yè)內(nèi)部人員主動(dòng)利用5G網(wǎng)絡(luò)的分組域架構(gòu)形式，保障業(yè)務(wù)資源可以實(shí)現(xiàn)共享。需要注意的是，面對(duì)網(wǎng)絡(luò)承載技術(shù)的變化發(fā)展，無(wú)論是鐵路調(diào)度、通信還是列車控制業(yè)務(wù)，都需要在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷演化與發(fā)展，才能夠真正適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)發(fā)展。

2 系統(tǒng)架構(gòu)分析

從客觀角度上來(lái)講，鐵路5G專網(wǎng)通信技術(shù)在系統(tǒng)架構(gòu)方面主要可以圍繞5G核心網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)、終端系統(tǒng)等部署內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理實(shí)踐。其中，核心網(wǎng)系統(tǒng)可主動(dòng)與鐵路多媒體調(diào)度系統(tǒng)之間構(gòu)建互聯(lián)關(guān)系。這樣做的主要目的在于保障調(diào)度固定用戶與5G移動(dòng)用戶之間可以構(gòu)建良好的多媒體通信關(guān)系。其中，鐵路多媒體調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)具備良好的兼容功能，能夠有效兼容5G核心網(wǎng)主要接口與協(xié)議。為了保證專網(wǎng)與公網(wǎng)共建共用的可能，須充分了解公網(wǎng)5G組網(wǎng)規(guī)劃。以中國(guó)移動(dòng)5G核心網(wǎng)絡(luò)為例，分為公眾業(yè)務(wù)網(wǎng)和企業(yè)服務(wù)網(wǎng)采用統(tǒng)一的云硬件平臺(tái)，云資源統(tǒng)一調(diào)配，核心網(wǎng)功能獨(dú)立設(shè)置；其中公眾5G核心網(wǎng)按照各省設(shè)置核心網(wǎng)邏輯功能，企業(yè)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)按照8個(gè)大區(qū)設(shè)置核心網(wǎng)邏輯功能；公眾業(yè)務(wù)網(wǎng)和企業(yè)服務(wù)網(wǎng)根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用需要、地市等就近部署邊緣計(jì)算平臺(tái)（MEC）。

3 鐵路5G專網(wǎng)集群通信技術(shù)方案研究

目前，我國(guó)已建成全球最大的鐵路專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，截至2019年年底，全國(guó)范圍內(nèi)的鐵路專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在覆蓋里程方面已經(jīng)高達(dá)7萬(wàn)千米。但是，從客觀角度上來(lái)講，隨著智能鐵路等新理念的提出與實(shí)施，傳統(tǒng)鐵路專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)所存在的技術(shù)局限性問(wèn)題越來(lái)越明顯，甚至無(wú)法滿足鐵路行車以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)需求。為及時(shí)克服這一技術(shù)難題，鐵路行業(yè)內(nèi)部重點(diǎn)針對(duì)5G技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展問(wèn)題進(jìn)行了深度研究。從整體角度上看，鐵路領(lǐng)域通過(guò)引入5G技術(shù)基本上可以有效支撐智能鐵路發(fā)展，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

3.1 基于服務(wù)功能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G網(wǎng)絡(luò)采用了基于云的服務(wù)化架構(gòu)，控制面與用戶面網(wǎng)元分離，控制面網(wǎng)元可集中部署，用戶面網(wǎng)元（UPF）與業(yè)務(wù)系統(tǒng)就近部署。5G核心網(wǎng)相對(duì)GSM-R核心網(wǎng)由獨(dú)立的網(wǎng)元設(shè)備組網(wǎng)演進(jìn)為基于云架構(gòu)的邏輯網(wǎng)元組網(wǎng)，并可根據(jù)業(yè)務(wù)需要進(jìn)行切片管理。5G核心網(wǎng)基于服務(wù)化架構(gòu)，對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)、資源調(diào)用有其特殊性，對(duì)平臺(tái)性能要求高，需采用電信級(jí)云硬件平臺(tái)獨(dú)立建設(shè)，不宜與其他云平臺(tái)混合部署。建議采用控制面集中管理，按大區(qū)制設(shè)置鐵路專用5G核心網(wǎng)方案，基于5G開(kāi)放式服務(wù)架構(gòu)，控制面集中管理，每個(gè)大區(qū)可提供多個(gè)路局5G核心網(wǎng)控制面功能，路局設(shè)置MEC與多個(gè)大區(qū)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)控制面功能冗余，大區(qū)模式可實(shí)現(xiàn)控制面的系統(tǒng)統(tǒng)一管理，按照大區(qū)模式建設(shè)核心網(wǎng)成本較低，集中管理模式可為行業(yè)應(yīng)用提供更可靠的業(yè)務(wù)保障。

3.2 調(diào)度通信業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方案

鐵路專網(wǎng)與公眾網(wǎng)絡(luò)存在明顯不同，既沒(méi)有龐大的用戶數(shù)量支撐，同時(shí)，也沒(méi)有相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的支撐，因此在鐵路部署5G專網(wǎng)方案后，建議研究人員應(yīng)采用多模終端轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)制式方法，減少網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性問(wèn)題并減少建設(shè)成本。與此同時(shí)，對(duì)于鐵路調(diào)度通信業(yè)務(wù)而言，研究人員應(yīng)主動(dòng)結(jié)合5G專網(wǎng)MC系統(tǒng)移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音業(yè)務(wù)之間的互通。并借助多媒體調(diào)度系統(tǒng)的固定終端，完成對(duì)列車行進(jìn)過(guò)程的控制管理。對(duì)于5G網(wǎng)絡(luò)而言，MC系統(tǒng)中的語(yǔ)音、視頻以及數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)內(nèi)容均可以視為MC系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)內(nèi)容。具體實(shí)現(xiàn)方法可以從下述兩個(gè)方面進(jìn)行研究分析。

5G專網(wǎng)移動(dòng)用戶與GSM-R網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音業(yè)務(wù)互通的方案措施。業(yè)務(wù)互通方案可以結(jié)合鐵路5G專網(wǎng)MC系統(tǒng)運(yùn)行情況，主動(dòng)與GMS-R系統(tǒng)完成設(shè)備關(guān)聯(lián)過(guò)程。同時(shí)，GSM-R與5G專網(wǎng)移動(dòng)用戶可針對(duì)用戶號(hào)碼問(wèn)題進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化，如采用不同號(hào)段的用戶號(hào)碼進(jìn)行操作應(yīng)用。舉例而言，號(hào)碼段“149”可以設(shè)置為GSM-R用戶、號(hào)碼段“148”可以設(shè)置為5G用戶。

基于5G專網(wǎng)移動(dòng)用戶的調(diào)度通信系統(tǒng)固定用戶實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音業(yè)務(wù)互通過(guò)程的方案措施。關(guān)于這一方案實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，建議研究人員可以主動(dòng)從多媒體調(diào)度臺(tái)發(fā)起呼叫與FAS調(diào)度臺(tái)發(fā)起呼叫兩個(gè)方面進(jìn)行實(shí)現(xiàn)與分析。其中，對(duì)于多媒體調(diào)度臺(tái)發(fā)起呼叫而言，目前所采取的雙發(fā)方式可以主動(dòng)將車次功能號(hào)準(zhǔn)確反饋到5G網(wǎng)絡(luò)以及GMS-R網(wǎng)絡(luò)中。移動(dòng)通信網(wǎng)中的智能網(wǎng)設(shè)備可主動(dòng)識(shí)別被叫功能號(hào)注冊(cè)情況完成對(duì)相關(guān)任務(wù)的識(shí)別與管理。一般來(lái)說(shuō)，如果同時(shí)返回呼叫接續(xù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選擇5G網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于多媒體調(diào)度系統(tǒng)而言，可主動(dòng)利用LMF流程實(shí)現(xiàn)對(duì)5G移動(dòng)用戶位置的自主獲取，并根據(jù)數(shù)據(jù)反饋情況，對(duì)用戶所屬移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)流程問(wèn)題進(jìn)行自動(dòng)梳理與優(yōu)化。

除此之外，對(duì)于FAS調(diào)度臺(tái)發(fā)起呼叫而言，系統(tǒng)可根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求構(gòu)建多媒體調(diào)度系統(tǒng)。在這一過(guò)程中，不僅可以實(shí)現(xiàn)鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)段調(diào)度功能，同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)FAS調(diào)度臺(tái)的有效處理。舉例而言，在鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)段的作用下，調(diào)度員可使用FAS調(diào)度臺(tái)完成相關(guān)通信任務(wù)。對(duì)于特殊情況下的呼叫需求而言，研究人員可對(duì)當(dāng)前FAS系統(tǒng)進(jìn)行功能升級(jí)，并將相關(guān)信息反饋到多媒體調(diào)度系統(tǒng)中，完成呼叫接續(xù)過(guò)程。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，鐵路5G專網(wǎng)集群通信技術(shù)正處于不斷健全與完善的狀態(tài)中，為我國(guó)鐵路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展奠定了良好通信保障。因此，在未來(lái)的發(fā)展中，行業(yè)內(nèi)部人員應(yīng)加快推進(jìn)鐵路5G專網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程，通過(guò)不斷創(chuàng)新優(yōu)化鐵路技術(shù)裝備，促使我國(guó)鐵路5G專用集群通信技術(shù)方案得以良好應(yīng)用推廣。