铁路GSM-R网络工程互联互通测试关键技术研究

■ 杨焱 丁建文 钟章队

1 概述

为满足我国GSM-R目标网规模组网的要求，解决我国高速铁路建设的急需，铁道部启动了重大试验项目“GSM-R相关技术研究——GSM-R网络工程互联互通功能性测试”。项目的实施包括预研和综合试验两项工作任务，在实验室静态和现场动态测试环境下，利用铁道部GSM-R实验室和相关厂商提供的核心网、无线网、通用分组无线服务业务（GPRS）等网络设备混合组网，对不同厂商之间核心网、无线网、智能网、GPRS相互之间的互联互通测试进行验证，测试对象包括本地节点之间、本地节点与无线网络之间C/D/G，A，E，Gr，Gb，Gn，L接口的互联互通能力，测试内容涵盖GSM-R电路域、数据域、智能网的基本功能、铁路特殊功能、健状性等通信业务，点呼、组呼/广播、优先级呼叫/强占、基于位置的呼叫限制、铁路功能号呼叫等铁路特殊业务。

互联互通测试（即互操作性测试）是一项复杂的系统工程。本次互联互通功能验证测试是我国铁路在GSM-R网络工程领域进行的第一次大规模测试，由于没有现成的经验可供借鉴，为保证互联互通测试按计划达到预定的目标，铁道部为此进行了周密部署，提供了可靠的组织体系保证，组建了测试领导组、测试专家组和测试工作组，其中测试领导组设在铁道部，由铁道部运输局、科学技术司、发展计划司、建设管理司等单位组成，统一领导、部署和协调整个测试工作。通过近3年的测试，完成了不同厂商之间核心网、无线网、智能网、GPRS相互之间的互联互通测试，达到了预定目标，满足了高速铁路建设的急需。

2 铁路GSM-R网络互联互通测试

GSM-R网络互联互通测试的主要工作目标：根据铁道部互联互通测试大纲规定的内容，在实验室静态和现场动态环境下，对不同厂商提供的GSM-R网络设备之间的互联互通能力进行系统全面的测试和验证。验证基于不同厂商的GSM-R网络设备能否实现大规模组网，是否满足我国铁路特殊应用业务对安全性和可靠性的要求。需要达到以下目标：

（1）验证不同网络设备之间的互联互通性；

（2）通过互联互通验证我国铁路GSM-R CAM EL3智能网业务；

（3）验证我国铁路GPRS业务；

（4）为GSM-R网络工程的投资、建设提供经验。

我国铁路GSM-R网络互联互通实验室静态测试在北京、广州、西安三地实验室联网进行，互联互通测试现场测试地点包括北京、武汉、济南、西安、太原、石家庄、成都等。测试逻辑组网见图1。

3 GSM-R网络互联互通测试关键技术

3.1 GSM-R网络互联互通测试大纲

GSM-R网络互联互通测试没有现成的经验可供借鉴，国内外没有可供参考的统一办法和规范，公众网和国外GSM-R网络互联互通测试能否适用于我国铁路GSM-R应用实际，无法照搬照抄。我国铁路GSM-R网络互联互通测试大纲的确立，将互联互通测试纳入标准化和规范化的轨道，促进了我国铁路GSM-R技术标准体系的建立，填补了我国该领域的空白。

我国铁路GSM-R网络互联互通测试大纲由8大部分构成：总则、引用标准、术语和缩略语、软硬件版本、测试内容、准备工作、实施安排与管理、时间进度安排。

（1）总则明确大纲的适用范围，提出GSM-R网络互联互通测试根据我国铁路的特点和实际，在参考相关通信互联互通协议规范的基础上，吸取国内外的先进经验，力争做到安全可靠、技术先进、经济合理、管理方便、切实可行。

（2）全面参考国际铁路联盟（U IC）规范、铁道部GSM-R相关技术规范、3GPP/ETSI规范、信息产业部行业标准及其他行业规范，规范与GSM-R有关的术语和缩略语。

（3）明确互联互通测试的软硬件版本，通过冻结软硬件版本，规避软硬件版本升级变化带来的风险，提出软硬件版本升级（打补丁）后的兼容性测试有效方法。

（4）明确互联互通测试网络逻辑结构。

（5）详细明确GSM-R网络互联互通测试的各项准备工作和技术要素，具有很强的可操作性，明确互联互通测试需要的各项准备工作的细节和各种与组网测试有关的关键技术要素，避免测试准备过程中的大量重复工作，极大提高了测试效率，测试中的各项参数配置，其技术要求均得到准确定义，如测试环境与组网、编号及数据配置、编号方案、移动用户号码、固定用户号码、车次号、机车号编号、GSM-R核心网络数据配置（信令点码/GT/子系统号（SSN））等得到具体明确。

（6）明确严密的组织体系和保障措施，保证测试有序进行，实现复杂测试工作的标准化和细节化管理，通过制定分阶段的测试优先策略和各接口详细的测试计划，保证关键时间点各项工作的落实和关键技术问题的裁决和审定，测试过程中出现的技术问题及时处理，没有出现一例技术问题延误。

3.2 GSM-R网络接口技术要求及测试规范

我国铁路GSM-R网络互联互通测试的成功实施，需要建立一套符合3GPP/ETSI标准、UIC相关规范和铁路相关技术标准的技术体系，需要对铁路GSM-R网络核心接口功能及相关功能实体描述作出规定，如M AP信令类型、参数定义、业务流程及测试用例等，为互联互通测试提供可靠的检验手段。

接口技术要求和测试规范是在全面分析和研究GSM/GSM-R接口协议的基础上完成的，通过借鉴欧洲GSM-R网络互联互通测试的成功经验，以及我国GSM网络互联互通方案和测试成果，提出适合我国铁路特殊应用需求的测试用例。这是制定核心网、无线网互联互通方案及互联互通测试组网方案的依据，经受了GSM-R大规模组网的检验。其中测试用例设计遵循以下原则：

（1）用例命名规则：遵循规范化、科学化。实现测试用例和接口、功能的对应，便于检索统计。现有用例命名规则比较粗糙，其编号规则不能充分反映测试用例与被测试对象之间的内在关系。

（2）测试用例设计：遵循完备性、可操作性。明确测试组类型、测试项目的功能定义和测试目的，进一步对测试预置条件和测试步骤进行详细说明，对测试得到的消息流程的判定规则，属于国内外首创。我国定义的GSM-R网络测试用例，综合了黑盒测试和白盒测试，互补性更强，更有利于保证铁路GSM-R特殊业务互联互通功能验证，在确保一致性测试得到验证的同时测试覆盖率得到切实保证，大大提高对关键信元的跟踪定位速度。GSM-R网络测试用例设计框架见图2。

从我国铁路实际需求出发，制定GSM-R网络接口技术要求及测试规范，根本上解决我国铁路GSM-R目标网建设面临的紧迫技术问题，所制定的互联互通接口类技术规范和测试规范，适用于铁路GSM-R数字移动通信系统工程设计、设备研发、验收测试、联调联试和多厂家设备的互联互通。在实际应用中保证了北京、武汉核心网建设的需要，在超过7 000 km的高速铁路中发挥了重要作用，引入多个设备商充分竞争（包括引进新的设备提供商），进一步降低建网成本，为采用不同设备商的设备进行混合组网，实现综合效益的最大化。

3.3 确立GSM-R核心网体系结构及组网模式

首先，明确核心网组织架构。通过互联互通测试，验证采用业务集中化的HLR，SCP的组网方案。该方案是否有利于保证业务实现的完整性、统一性，以及是否能够利用备份冗余和地理容灾技术，为网络的安全性、可靠性提供切实保证。经过反复的方案论证和测试，回答了我国GSM-R网围绕一对HLR，一对SCP进行组网的关键技术问题。

其次，解决不同厂商GSM-R无线网混合组网的关键技术。通过实验室测试和现场组网验证，验证不同厂商GSM-R无线网混合组网的可行性，解决不同厂商GSM-R无线网混合组网的关键技术问题；突破欧洲铁路GSM-R传统的组网模式（本地网采用同一厂商的网络设备），可以为GSM-R目标网建设提供更多、更灵活的选择；引入更大程度的竞争，降低目标网建网成本。

4 GSM-R网络互联互通测试分析技术

4.1 静态测试分析技术

静态测试分析主要在实验室进行。综合运用黑箱测试、白箱测试相结合的方法，保证测试的完整性和遍历性，保证通用的基础性承载业务得到验证，同时充分满足铁路特殊业务的互联互通验证。比较常见的技术方法包括：

（1）协议一致性检验。对互联互通测试过程及结果进行深入的对比分析研究，参照协议规范对实测信令流程及其所携带的信元和参数进行详细的一致性验证。

（2）协议兼容性检验。验证不同厂商设备组网条件下，铁路特殊业务对安全性和可靠性的要求，在保证测试覆盖率水平的前提下，检验不同厂商软硬件版本之间的业务兼容性，满足各种层次的GSM-R网络互联互通测试的需要。兼容性测试是互联互通测试的主要内容。

（3）性能检验。针对原始信令流程进行大量的时间统计分析，分析被测试对象在实验室静态测试下的基本性能，如切换时间、时延等。

（4）测试结果定性、定量和差异化分析。对实测结果存在差异的数据，有必要参照相关协议标准和规范，进行定性和定量分析，差异类型划分为4大类（见表1），按照是否影响互联互通的原则进行具体评估。

为进一步保证测试分析的科学性，通过合理定义测试观测点，如功能实现、信令流程、重点信元、HLR、VLR数据库信息，以原始测试数据为基础，以协议规范为依据，针对测试出现的问题、分歧进行分析性说明和过程性说明，形成结论性意见，对无法形成结论性的意见，提交专家会议仲裁。

表1 GSM-R互联互通测试结果

4.2 动态测试分析技术

4.2.1 联调联试

利用铁道部GSM-R实验室创建现场测试环境，结合高速铁路对网络性能和服务质量（QoS）的要求，进行大量对比测试，完成对不同基站控制器（BSC）厂家之间、不同厂家移动业务交换中心（M SC）之间性能的考察，包括GSM-R电路域、分组域的健壮性测试，验证业务提供的安全性、可靠性，根据《GSM-R Interfaces Class 1 Requirem en ts》的要求，检验数据呼叫的连接建立时间和连接建立失败率、端到端数据传输时延、数据传输干扰时间和恢复时间、数据连接丢失率及网络注册时延，指标均符合，保证现场网络的成功割接。

依靠联调联试技术，在北京、武汉、石家庄、西安、成都等核心网现场顺利进行大量的现场组网测试和互联互通功能验证工作，促进了GSM-R目标网建设的顺利进行。

4.2.2 实验室模拟测试

利用铁道部GSM-R实验室成功搭建了一整套网络互联互通模拟测试环境，软硬件配置完全根据现场组网的要求，实现了对GSM-R现场组网在实验室环境下的模拟，多次模拟测试表明，实验室模拟测试是一种有效的技术手段，不影响现网的正常运行，不影响行车调度，能够避免现场组网调试所面临的技术风险。

实验室模拟测试的优点包括以下方面：

（1）复现现场故障，准确完成故障定位和处理；

（2）可灵活运用回归测试、增量测试的方法进一步验证系统兼容性；

（3）在不影响现网正常运行的前提下，解决现场的疑难技术问题。

实验室模拟测试已经在北京、武汉、济南、西安、广州、南昌、成都等核心网节点的互联互通及工程联调联试中发挥了重要作用，并将在GSM-R目标网建设中继续发挥重要作用。

5 结束语

铁道部颁布实施的互连互通测试大纲及编制完成的我国铁路GSM-R网络接口测试规范，已广泛应用于GSM-R目标网建设，确保了建设进度，实现了GSM-R技术在高速铁路、既有线改造中的成功应用，保证了北京、武汉、西安、石家庄、成都等GSM-R骨干节点的联调联试和互联互通验证测试，实现了网络的成功割接，为后期进行的接口监测系统开发、工程建设期的网络调试、投入运营后的维护管理，以及设备的升级、扩容测试等提供了重要的技术依据。

[1] 运基通信［2006］265号附件2 我国铁路GSM-R互联互通测试大纲[S]

[2] 3GPP TS 29.078 3GPP UM TS R99 CAM EL-stage3 version3.80[S]

[3] 3GPP TS 29.002 3GPP UMTS R 99 MAP version3.80[S][4] 3GPP TS 48.008 V4.10.0 M obile-services Sw itching Centre- Base Station System (MSC-BSS) interface；Layer 3 specification(Release 4）[S]

[5] 3GPP TS 48.018 V4.10.0 General Packet Radio Service(GPRS)；Base Station System (BSS)-Se rving GPRS Support Node (SGSN)；BSS GPRS Protocol (BSSGP) [S]