基于铁路专用宽带移动通信系统(LTE-R)完整统一的铁路调度通信模式的特点分析

巢晋杰

(朔黄铁路发展有限责任公司，062350，河北肃宁∥高级工程师)

随着铁路信息化快速推进，其对通信网的承载能力有了更高的要求。在铁路调度通信网络方面，LTE-R(铁路专用宽带移动通信系统)与GSM-R(铁路专用数字移动通信系统)技术相比，在端到端传输时延、数据传输速率等方面有突出优势。

此外，LTE-R系统采用ALL-IN-IP组网，在整体架构上基于分组交换，网络结构扁平化，更有利于承载网与业务系统的分离，能更好地支持基于LTE-R网络的调度业务以及更丰富的铁路信息化应用。

随着更高的通信要求以及信息化需求的提出，GSM-R系统在很多方面存在局限性。目前，从GSM-R向LTE-R的演进已成为业界的主流思路。在此演进中，应建立基于LTE-R网络的IP(网络间互连协议)化的统一调度通信平台，提供IP化的有线调度台/值班台和移动手持台/机车台，以满足铁路调度业务需要，同时提供灵活扩展性。

1 现网系统的铁路调度通信

1.1 现网系统的应用模式

目前，国内已建成的GSM-R系统采用GSM-R+FAS(固定用户接入系统)互通的方式，以实现有线与无线调度通信。调度台和值班台等有线终端属于FAS侧，OPH(移动手持台)和 CIR(机车台)等属于移动侧。在MSC(移动交换中心)与FAS之间采用相应的协议接口，从而实现无线系统与有线系统之间的互联互通。具体组网见图1。

由图1可见，调度台、车站值班台及其他固定终端接入FAS，CIR和OPH通过空口接入MSC，FAS与MSC之间通过DSS1信令互联互通。

现有MSC+FAS组网模式，能够满足MS(移动台)与FT(固定终端)之间的语音调度业务。

1.2 现网系统的局限性

现网系统的局限性主要体现在以下方面:

(1)无线调度通信系统、FAS系统相对独立。从系统建设与运行管理维护上看，两个系统均由相对独立的团队承担，给系统维护管理的各个环节带来一定的复杂性。

(2)有线系统与无线系统相对独立，各有交换和业务控制核心。针对新业务的规划和实施，需要协调有线、无线系统的相关环节，从规划、实施到成熟应用的周期较长。

(3)FAS部分采用电路域的程控交换技术。在传统语音通信领域内有固有优势，但在视频应用方面有很大限制。

2 基于LTE-R的有线与无线完全统一的铁路调度通信

LTE-R系统采用ALL－IN－IP组网，基于分组交换。在LTE-R承载网之上，可以建立LTE-R PoC Server，实现调度通信业务。对于移动终端，采用空口接入LTE-R网络;移动终端采用智能终端，加载调度通信业务终端软件。对于固定终端，通过以太网接入系统;加载调度通信业务终端软件。LTE-R组网见图2。基于PoC(移动一键通)技术及LTE网络，可提供铁路列车调度业务。

图2 LTE-R方式组网图

相对GSM-R系统，本方案对于业务系统而言的最大特点在于:①固定终端(调度台、车站值班台、其他固定终端)均采用IP方式接入，提供基于SIP(会话发起协议)的职能终端;②业务平台与承载网彻底分离，有利于系统维护及业务扩展要求。

3 LTE-R PoC方案的优势

在LTE-R方案中，采用PoC作为语音集群方案。采用此方案的优势在于:

(1)由于承载网与业务网彻底分离，LTE网络无需定制化即可满足业务系统的建立，可大大减低LTE-R网络的建设成本。另外，此种模式也有利于铁路业务定制化和扩展性要求的快速实现。

(2)相对于GSM-R网络中所采用的统一组呼和广播信道，PoC集群方案能为每个用户分配独立的资源，可针对单个用户作更精细化的控制和状态信息类业务，并在此基础上提供更丰富的增值业务。这些功能在GSM-R机制下是无法实现的。

(3)从整个领域技术发展角度来看，基于IMS架构的多媒体通信系统的成熟和完善，各相关厂家产品链条的完善，基于标准SIP协议的IP终端、媒体处理设备，这些都为此方案的商用打下了坚实的技术基础。

(4)有线、无线系统的主要控制处理功能单元不再是两套独立系统，而是合并归一，故无论从系统实施、维护管理、系统新业务的扩展应用，还是从管理及技术层面，都有其明显的优势。

4 铁路通信系统IP化后带来的挑战

4.1 系统可靠性

可通过两个层面来加强系统的可靠性:

(1)LTE承载网:采用双网备份的方式;

(2)PoC业务系统:采用冗余备用机制，主要包括服务单元的主备(集群)、存储单元的冗余等。相应的组网如图3。

图3 LTE可靠组网图

4.2 安全性

安全性包括数据安全性、业务系统安全性两方面。

(1)数据加密:基于分组交换网络，有丰富的数据加密手段，通过对信令数据、媒体数据的加密传输和存储，能够确保业务内容本身的安全性。

(2)访问控制:调度系统建立专用网络，可以通过身份认证的方式对终端进行访问控制;当系统需要接入公网系统或多系统组网应用时，在系统中部署SBC(会话控制)，隐藏内部拓扑，同时能提供访问控制。

4.3 服务质量

相对于电路域交换系统，分组域(PS)基于IP网络，采用包交换技术，采用“为某一用户建立虚链路”的方式，系统内所有用户复用物理连路，无法做到资源保障。

为解决分组域中的服务质量(QoS)问题，IETF及相关设备厂家提出了相应的规范和方案。在路由设备中主要提供如下机制:

(1)DSCP(差分服务代码点):差分服务，针对不同的业务，根据服务保障的级别，为其响应数据分配不同的DSCP值，路由器设备可根据DSCP为不同数据提供不同的QoS保障;

(2)RSVP(资源预留协议):为链路上数据所流经路径预留资源，提供相应的QoS保障。

其中，DSCP是一种灵活、简便、支持广泛的模式。LTE-R系统中，路由设备提供DSCP机制，可满足调度业务对QoS的要求。

5 结语

随着移动通信技术的发展及铁路通信信息化需求的快速推进，GSM-R向LTE-R的演进是必然趋势。在这一背景下，铁路调度通信从基于GSM-R的MSC+FAS无线有线互联互通模式到无线有线统一也是大势所趋。

针对IP化所引入的问题，随着网络技术的发展，以及相应解决方案的不断完善和成熟，将能够满足IP网络上建立铁路统一调度通信系统的要求。

在这一过程中，基于LTE-R系统扁平化的网络结构、ALL-IN-IP的架构、高带宽/高速率等突出特性，结合终端智能化，系统所能承载的业务将更加丰富。系统业务扩展能力以及随之带来的更好的体验是其核心竞争力的要素。

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