西安GSM-R核心网接入北京、武汉中继电路研究

汉继军

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043）

随着中国铁路GSM-R数字移动通信网络的大规模建设，北京、武汉、西安3个全路核心网汇接节点已相继建成，其中北京节点已正式投入使用，武汉、西安节点已完成单机调测。为满足全路不断建成的GSM-R网络的业务需求，更好为铁路运输服务，各核心网节点之间的互联互通已迫在眉睫。本文针对西安核心网节点与北京、武汉核心网节点的互联互通，结合全路GSM-R核心网汇接节点现状和郑西客运专线工程的需要，通过分析业务需求、网络结构、实现的业务与功能等，重点对中继和信令通道数量的计算方法和配置方案做深入研究。

1 全路GSM-R核心网汇接节点现状

全路划分为3个汇接区，在北京、武汉、西安设置移动汇接交换中心（TMSC），负责转接大区之间的长途话务。在北京、武汉2个节点分别设置1套全路共享基础设备，包括归属位置寄存器（HLR）、智能网、GPRS（DNS、Radius）、信令转接点（STP）、GROS等，2个节点之间设备采用地理冗余方式进行组网，面向全路提供服务。

西安节点设置1套移动交换机（TMSC/MSC/VLR/SSP），该交换机集成了移动汇接交换机（TMSC）、智能网业务交换点（SSP）等功能，物理上采用1套设备；设置1套GPRS设备，包括GPRS业务支持节点（SGSN）、GPRS网关支持节点（GGSN）等；并设置1套GRIS设备。

2 互联互通业务需求

根据《GSM-R数字移动通信网技术体制（暂行）》和全路GSM-R网络规划，结合郑西客运专线工程的需要，西安GSM-R核心网节点和郑西客运专线GSM-R系统需要提供话音业务、数据业务、与呼叫相关的业务和铁路特定业务。

西安核心网节点与北京、武汉核心网节点互联互通需要实现上述业务，并满足跨局语音呼叫、数据通信以及移动台跨局漫游通信业务的互通，并为其他MSC提供电路域通信业务的汇接服务。

为铁路提供的主要应用服务包括以下方面。

（1）提供铁路运输指挥话音通信业务，包括列车、客运、牵引变电等调度通信和站场、应急、施工养护等专用通信。

（2）采用GSM-R电路域连接方式，为CTCS-3级及以上列控系统提供车-地安全数据传输通道。

（3）采用GPRS方式，为铁路运输指挥提供调度命令传送、无线车次号传送等业务。

3 互联互通网络结构

西安核心网节点作为全路GSM-R网络中一个重要节点，本方案将西安核心网节点与北京、武汉核心网节点互联，完成西安MSC/TMSC/SSP与北京和武汉MSC/TMSC/STP、HLR、SCP、SMSC、SGSN、GGSN、DNS、Radius、GROS的互联，以便实现西安核心网节点所有的功能和业务。西安核心网节点各网元与北京、武汉核心网节点各网元的连接关系如图1所示。

3.1 电路域互联互通

电路域互联包括西安MSC与北京HLR、SCP、TMSC/MSC/STP、SMSC和武汉HLR、SCP、TMSC/MSC/STP、SMSC的互联，实现语音、智能网和短消息业务。

3.1.1 移动交换网络

（1）西安MSC与北京、武汉HLR/AuC准直联。

（2）西安TMSC与北京、武汉TMSC互联。

（3）西安MSC与北京、武汉MSC互联。

3.1.2 短消息业务

西安MSC与北京、武汉SMSC准直联。

3.1.3 智能网业务

西安MSC/SSP与北京、武汉SCP准直联。

3.1.4 信令网互联

西安SP与北京、武汉STP互联。

本方案SP至STP之间的信令链路如下。

（1）西安MSC/VLR与北京、武汉HLR之间设置准直联信令链路。

（2）西安MSC/SSP与北京、武汉SCP之间设置准直联信令链路。

（3）西安MSC与北京、武汉SMSC之间设置准直联信令链路。

（4）西安SGSN与北京、武汉HLR之间设置准直联信令链路。

3.2 分组域互联互通

西安GPRS设备通过本地局域网进行连接，西安核心路由器分别接入北京、武汉核心路由器。

3.2.1 Gn接口

（1）西安SGSN与北京、武汉DNS的互联。

（2）西安SGSN/GGSN与北京、武汉GGSN/SGSN的互联。

3.2.2 Gr接口

西安SGSN与北京、武汉HLR的互联。

3.2.3 Gi接口

（1）西安、郑州GRIS与北京、武汉GROS之间的互联。

（2）西安GGSN与北京、武汉Radius之间的互联。

（3）西安、郑州GRIS与北京、武汉DNS之间的互联。

4 信令和中继通道计算

从电路域和分组域2个方面，分别计算信令和中继通道数量。

4.1 电路域信令和中继通道计算

4.1.1 西安MSC/VLR与北京、武汉STP之间的信令

（1）西安MSC/VLR与北京、武汉HLR之间的信令

郑西线2 000用户，按照“MAP信令接口1条No.7信令链路能支持10 000用户原则”近似估计，MSC与HLR之间需要的信令链路数为：

西安MSC/VLR与北京HLR之间信令链路同上， 共计0.2×2=0.4条。

西安MSC/VLR与武汉HLR之间的信令链路同上，也为0.4条。

（2）西安MSC与北京、武汉SCP之间的信令

郑西线2 000用户，按照功能寻址（FA）80%，位置寻址（LDA）30%，位置寻址BHCA为1，功能寻址BHCA为3，数据长度为150 byte，信令负荷利用率为20%，计算西安MSC与北京SCP之间信令链路数为：

西安MSC与北京SCP之间信令链路为0.14条。同理，西安MSC与武汉SCP之间信令链路为0.14条。

（3）西安MSC与北京、武汉SMSC之间的信令

郑西线2 000用户，忙时每用户发起短消息3条，每条短消息占用SS7信令带宽250 byte。计算西安MSC与北京、武汉SMSC之间的信令链路数为：

西安MSC与北京、武汉SMSC之间信令链路为0.26条。（4）西安MSC与北京、武汉MSC之间的信令西安MSC与北京MSC之间信令链路承载着切换相关MAP信令以及与话路相关的ISUP信令。

郑西线动车数量为30列，同时有网跨局动车10列，每列动车上有5个移动用户，按照“MAP信令接口1条No.7信令链路能支持10 000用户”原则近似估计，西安MSC与北京MSC的MAP信令链路数为：

郑西线用户2 000，其他线用户1 000，按照每用户话务量为0.035 Erl考虑，总话务量为105 Erl，基于“ISUP信令接口1条No.7信令链路能支持50 Erl”考虑，西安MSC与北京MSC的ISUP信令链路数为：

西安MSC与北京MSC之间的信令链路为0.02+2.1=2.12（条）。

同理，西安MSC与武汉MSC之间的信令链路为2.12条。

综上所述，西安MSC与北京STP的信令链路为0.4+0.14+0.26+2.12=2.92（条）。

西安MSC与武汉STP的信令链路同上，为2.92条。

考虑到冗余备份， 各配置6条No.7信令链路。

4.1.2 西安MSC与北京、武汉TMSC之间的话音通道

传输带宽考虑西安至北京、武汉的漫游业务需求和西安TMSC的转接话务。

（1）西安到北京的漫游业务

西安漫游用户:按30列动车考虑，每列动车上有5个用户，移动终端的漫游按西安交换机容量33 000用户的1%估算。按照阻塞率为0.005考虑，实际移动用户平均忙时每用户话务量为0.035 Erl，业务负荷利用率按70%考虑，西安到北京的漫游业务所需通道为：El=ErlangB_N(0.005,480×0.035)/29/70%=1.38（条）

（2）北京到西安的漫游业务

北京漫游用户：按50列动车考虑，每列动车上有5个用户；移动终端的漫游按北京交换机容量61 000用户的1%估算。按照阻塞率为0.005考虑，实际移动用户平均忙时每用户话务量为0.035 Erl，业务负荷利用率按70%考虑，北京到西安的漫游业务所需通道为：El=ErlangB_N(0.005,860×0.035)/29/70%=2.17（条）

（3）西安TMSC到北京TMSC的话音转接业务

转接用户1 000，转接率为10%，阻塞率为0.005考虑，实际移动用户平均忙时每用户话务量为0.035 Erl，业务负荷利用率按70%考虑，西安TMSC到北京TMSC的话音转接业务所需通道为：

El=ErlangB_N(0.005,100×0.035)/29/70%=0.34（条）

（4）西安到武汉的漫游业务

西安漫游用户:按30列动车考虑，每列动车上有5个用户，移动终端的漫游按西安交换机容量33 000用户的1%估算。按照阻塞率为0.005考虑，实际移动用户平均忙时每用户话务量为0.035 Erl，业务负荷利用率按70%考虑，西安到武汉漫游业务所需通道为：El=ErlangB_N(0.005,480×0.035)/29/70%=1.38（条）

（5）武汉到西安的漫游业务

武汉漫游用户：按60列动车考虑，每列动车上有5个用户；移动终端的漫游按武汉交换机容量30 000用户的1%估算。按照阻塞率为0.005考虑，实际移动用户平均忙时每用户话务量为0.035 Erl，业务负荷利用率按70%考虑，武汉到西安漫游业务所需通道为：El=ErlangB_N(0.005,600×0.035)/29/70%=1.62（条）

（6）西安TMSC到武汉TMSC的话音转接业务

转接用户1 000，转接率为10%，阻塞率为0.005考虑，实际移动用户平均忙时每用户话务量为0.035 Erl，业务负荷利用率按70%考虑，西安TMSC到武汉TMSC的话音转接业务所需通道为：El=ErlangB_N(0.005,100×0.035)/29/70%=0.34（条）

西安MSC到北京TMSC的2 M链路为1.38+2.17+0.34=3.89（条）

西安MSC到武汉TMSC的2 M链路为1.38+1.62+0.34=3.34（条）

西安与北京、武汉MSC互联总业务所需的2 M链路总数各为4条。

由于北京TMSC与STP合设， 所以，No.7信令与话音通道可以承载在同一条E1上。

综上所述，西安MSC与北京、武汉在电路域方面各配置4条E1， 6条No.7信令。

4.2 分组域信令和中继通道计算

4.2.1 西安SGSN与北京、武汉STP之间的信令

西安SGSN与北京STP之间需承载Gr接口信令（西安SGSN与北京HLR的信令）。Gr信令主要为位置更新和鉴权信令，参数取定如下。

（1）忙时附着用户数量：1 000 用户。

（2）忙时鉴权次数：2。

（3）需要向HLR取鉴权的比例：25%。

（4）平均消息长度：150 byte。

（5）忙时用户attach次数：0.5 次。

（6）忙时用户SGSN间路由区更新次数：1 次。

（7）SGSN间路由区更新比例：20%。

（8）忙时用户detach次数：0.5 次。计算方法：

忙时Gr信令流量＝忙时附着用户数量×（忙时用户鉴权次数×平均消息长度+忙时用户attach次数×平均消息长度+忙时用户SGSN间路由区更新次数×平均消息长度+忙时用户detach次数×平均消息长度+HLR插入删除用户数据×平均消息长度）。

信令链路数＝忙时信令流量×8/（3 600×64 000×0.4）=0.05（条）。

考虑到安全性，西安SGSN到北京STP之间需要2条信令，分别承载在2条E1上。

同理，西安SGSN到武汉STP之间也需要2条信令，分别承载在2条E1上。

4.2.2 西安GPRS核心网与北京GPRS核心网之间的带宽

（1）西安GRIS到北京GROS的查询业务

基础数据：1）忙时平均每用户吞吐量为200 bit/s；2）GPRSPDP用户数为1 000；3）Gi接口IP头开销因子为1.17；4）上行链路数据与全部双向链路数据比例为1∶7。西安GRIS到北京GROS的查询业务所需带宽为：

（2）西安SGSN到北京DNS的查询业务

基础数据: 1）用户数为1 000；2）用户忙时访问DNS次数为20次；3) 每次数据业务流量（含开销）为200 byte，西安SGSN到北京DNS的查询业务所需带宽为：

（3）西安GRIS到北京DNS的查询业务

基础数据:1）用户数为1 000；2）用户忙时访问DNS次数为20次；3）每次数据业务流量（含开销）为200 byte，西安GRIS到北京DNS的查询业务所需带宽为:

（4）西安GGSN到北京Radius的鉴权业务

基础数据:1）用户数为1 000；2）每用户吞吐量为110 bit/s，西安GGSN到北京Radius所需带宽为:

（5）西安GPRS与外局GRPS的漫游业务

基础数据：1）用户数为1 000；2）忙时平均每用户吞吐量为420 bit/s；3）GPRS漫游用户数为200；4）Gn接口IP头开销因子为1.41；5）上行链路数据与全部双向链路数据比例为1∶7，西安GPRS与外局GRPS的漫游业务所需带宽为：

上面5项共需带宽0.42 Mbit/s，为了冗余配置，各配置2条2 M的IP通道。

4.2.3 传输通道需求

综上所述，西安与北京、武汉核心网各需配置6条E1，8条No.7信令和2条2 M的IP传输通道。

5 结束语

由于越来越多的核心网节点即将投入使用，为使GSM-R网络发挥应有的作用，具备条件时应尽快完成各节点之间的互联互通。本着安全可靠的原则，应对互联互通方案进行深入论证，中继电路的配置既要满足本工程的需要，也要兼顾其他工程需要，并为远期发展预留条件。