浅析铁路GSM-R系统互联互通及测试

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摘要　文章主要从工程角度探讨了中国铁路GSM-R网络互联互通的重要性和必要性，在给出国外互联互通测试进展的基础上，着重从我国GSM-R互联互通测试的主要接口及测试内容、测试环境搭建、测试实施步骤、实施效果等方面进行了阐述。
1、前言
近年来，铁道部已经将GSM-R作为一项重要的技术装备政策，相继在青藏线、大秦线和胶济线进行GSM-R网络的建设与试验，并且取得了很大的成功。根据铁道部《中长期铁路网规划》的安排，我国铁路将扩大建设规模，完善路网结构，快速扩充运输能力和提高铁路装备水平，并在未来几年内新建1．2万公里的客运专线。客运专线的高速性、安全性和应用于客运专线列车控制系统、调度指挥系统及信息化系统等对铁路通信系统提出了极高的要求。
GSM-R为调度通信、列车控制和信息化提供了综合的平台。GSM-R系统基于公网GSM系统演进而来，GSM-R基于GSM，在网络结构、设备功能方面无太大差别，重要的改变是为了适应铁路需求，一方面在GSM标准基础之上，通过在GSM Phase 2+标准中引入支持集群通信的高级语音呼叫项目（ASCI），包括语音组呼业务、语音广播业务、增强多优先级与强拆业务等，实现点对多点语音通信的业务；另一方面，通过引入智能网实现铁路特定业务，包括功能寻址、基于位置的寻址、接入矩阵、基于位置的呼叫限制等。考虑到通信协议的灵活性以及厂家对协议理解的差异性，各设备供货商在实现同类产品的同一功能时，所采用的方式上有所不同，包括呼叫流程及其所包含的具体信元的编码、消息的传递顺序以及消息参数的设置等，因此，有可能造成在构建系统时不同厂家的设备之间不能进行互联互通。
国内GSM-R系统设备的供应商主要有西门子、北电和华为公司，在进行GSM-R网络大规模建设时，为确保GSM-R更好地服务于中国铁路，保护工程投资，首先应考虑解决GSM-R系统的开放性和不同厂家设备之间的互联互通测试（IOT，Interoperability testing）的问题。
2、互联互通必要性及与工程建设的关系
2.1　互联互通的必要性
GSM-R系统的互联互通是不同厂家的设备接口按照统一协议标准进行互联，保证各项功能可在不同厂家设备构成的网络中实现。
实现互联互通有利于设备供货市场形成良好竞争局面，节省投资，降低运行成本，利于网络长期发展，具体表现在以下方面：
（1）有利于形成良好竞争局面，保护工程投资，降低风险。
设备之间的互联互通是形成多厂商供货局面的技术基础，是各厂家市场竞争的主要决定因素。而我国GSM-R网络具有规模大、投入高和技术复杂等特点，因此只有在完成设备互联互通测试的前提下，才可能引入多厂商供货，使设备供货市场形成良好竞争局面，从而节省网络建设投资和运行维护成本，充分保证厂家的售后服务支持力度。
（2）有利于形成全网解决方案，按照计划进行网络规划和建设，最大限度发挥总体效益。
GSM-R网络建设的目标是为全路运输指挥调度、列车控制、运营管理系统中的移动体提供综合通信平台。设备的互联互通是全网优化设计的前提基础，只有在这样的前提下，才可能保证整个网络按照统一规划、统一标准、统一资源原则进行组网，使整个网络构成一个有机的整体，共享基础设施和资源，开展综合应用，最大限度发挥总体效益；才可能保证网络架构的合理性，使其既能满足近期发展的需要，又符合网络的发展趋势，充分保证系统的一致性、可靠性和可维护性；才可能便于网络后向平滑升级，减少不必要的升级次数，保证网络的稳定性。
（3）有利于网络长远发展，对GSM-R技术在中国推广起到积极的推动作用。
建设GSM-R是推进铁路信息化建设的重要组成部分，也是全面带动和提升铁路通信技术装备的有效途径。GSM-R系统设备的互联互通是关系到GSM-R技术发展的最重要的因素。只有充分保证设备之间的互联互通，才能确保网络健康持续发展，从而形成与铁路网发展相适应的数字化、综合化的通信信息平台，使之不断与铁路现代化日益发展目标相适应，全面满足铁路运输指挥和生产的需要，适应铁路信息化发展，为扩充铁路运输能力、提高铁路综合效益提供有力的技术支持和保障。
2.2　互联互通测试与工程建设的关系
在我国，随着客运专线建设的逐步开展，GSM-R系统的建设也随之进行。客运专线为了保护投资，可以采用不同厂商的网络设备，但前提是这些设备必须能够互联互通。中国铁路GSM-R市场潜力大，各厂家对待互联互通积极性高，因此实现互联互通是可行的。具体实施时，可以将静态实验室的互联互通测试工作与GSM-R工程建设同步进行，第二部分现场测试与工程建设相结合，验证和完善第一部分的测试结果。
3、国外GSM-R系统互联互通及测试情况
在欧洲，GSM-R网络建设基本上是一个国家由一个设备供应商来集成，在一个国家内部，基本上不需要考虑GSM-R网络设备的互联互通。但随着欧洲高速铁路网的建设和列车跨国运行的需要，要求GSM-R网络跨国界使用，因此，随着GSM-R网络的普及，互联互通问题日益突出。
在2002年1月的ERIG（European Radio Imple-mentation Group）会议上，互联互通被提上议事日程，主要对西门子和北电公司的产品之间的接口进行测试。测试在两个厂家的实验室进行。测试工作分为4个阶段：
（1）第一阶段：西门子和北电公司的网络子系统（NSS-NSS）之间的互联互通测试，网络结构为双方网络覆盖没有接壤区域，主要验证漫游功能、用户在非归属网络中能够建立呼叫等。该测试已经完成。
（2）第二阶段：西门子和北电公司的网络子系统（NSS-NSS）之间的互联互通测试，网络结构为双方网络覆盖接壤但没有共享组呼区域，主要验证GSM-R功能（功能寻址，语音组呼、广播、增强多优先级与强拆）。该测试已经完成。
（3）第三阶段：西门子和北电公司的网络子系统（NSS-NSS）之间的互联互通测试，网络结构为双方网络覆盖接壤并有共享组呼区域，主要验证语音组呼跨不同厂商MSC时的实现和越区切换。该测试已经完成。
（4）第四阶段：西门子网络子系统和北电无线网设备之间的互联互通测试以及北电网子系统和西门子无线网设备之间的互联互通测试。该测试已经完成绝大部分工作。
4、我国铁路GSM-R系统互联互通
与欧洲所完成的互联互通测试相比较，　我国铁路GSM-R网络存在以下不同：
（1）我国GSM-R业务中基于位置的寻址、功能寻址和接入矩阵等业务是基于智能网实现的，而且采用了CAMEL3协议，这方面欧洲各国铁路尚未统一，因此，围绕CAMEL3智能网的互联互通测试必须进行。
（2）我国在GSM-R网络发展中同步建设GPRS网络，用于非安全数据传输，而欧洲尚未使用GPRS，GPRS在公网中已经经过一些互联互通测试，为了保证铁路业务的需要，有必要针对铁路应用进行相应的测试。
（3）我国铁路的GSM-R编号方案与欧洲存在一些差异，编号方案直接与网络相关，因此，编号方案也与网络设备的互联互通密切相关。
（4）欧洲参与GSM-R互联互通测试只有两家公司，而我国目前是三家公司。
因此，我国铁路GSM-R互联互通工作应在欧洲铁路GSM-R互联互通工作的基础之上，吸取公网互联互通的经验，把握铁路新增业务，结合实际需求进行。我国GSM-R互联互通的主要内容可以包括智能网设备与交换机之间的互联互通测试、交换机之间的互联互通测试、交换机与无线网络之间的互联互通测试、GPRS设备之间的互联互通测试。
4.1　我国GSM-R互联互通测试接口
根据我国GSM-R的核心网的规划及建设情况，我国GSM-R互联互通测试所涉及的接口及可能的测试内容如下：
（1）C/D接口-归属位置寄存器（HLR）与移动业务交换中心/拜访位置寄存器（MSC/VLR）之间的接口：包括位置更新、补充业务、用户数据管理、点对点呼叫处理、功能号注册/注销/查询及接口健壮性测试等。
（2）A接口-移动业务交换中心（MSC）与基站子系统（BSS）之间的接口：包括位置更新、资源指配和释放、话音越区切换、数据呼叫越区切换、语音组呼业务、语音广播业务、增强多优先级与强拆业务、功能号注册/注销/查询、功能寻址、基于位置的寻址、补充业务及接口健壮性测试等。
（3）E接口-移动业务交换中心（MSC）与移动业务交换中心（MSC）之间的接口：包括跨MSC的点对点呼叫测试、跨MSC的越区切换、补充业务、跨MSC的语音组呼及广播业务、多优先级与强拆业务及接口健壮性测试等方面。
（4）L接口-智能网业务控制点（SCP）与业务交换点（SSP）之间的接口：包括功能寻址、基于位置的寻址、接入矩阵、基于位置的呼叫限制、基于MSISDN的呼叫限制、不唯一车次号呼叫等测试。
（5）Gr接口-归属位置寄存器（HLR）与服务GPRS支持节点（SGSN）之间的接口：路由区更新、用户数据管理、信令链路管理等测试。
（6）Gb接口-服务GPRS支持节点（SGSN）与分组控制单元（PCU）之间的接口：包括GPRS附着/去附着、GPRS路由区更新、PDP上下文激活/去激活、GPRS上下行数据传输、GPRS业务挂起和恢复、复位等。
（7）Gn接口-服务GPRS支持节点（SGSN）与服务GPRS支持节点（SGSN）之间：包括SGSN间路由区更新、跨SGSN间的数据传输和健壮性测试等。
4.2　互联互通测试环境
各厂商在各自的实验室准备好测试环境，具备将被测网络设备连接起来的传输电路。组网示意图如图1所示，其中分组域电路采用100M以太网接口连接，电路数量根据当时实际需求确定，向电信运营商租用。

图1　互联互通测试组网示意图

4.3　互联互通测试时间及最新进展
根据中国铁路GSM-R建设进度需求，我国铁路GSM-R互联互通测试分两个大阶段进行：
第一阶段：实验室静态测试，主要完成GSM-R汇接节点与本地节点之间、本地节点之间的互联互通测试以及GSM-R本地节点与无线网络之间的互联互通测试。
第二阶段：围绕铁路应用对互联互通现场综合验证测试。
按照计划进度安排，目前静态实验室互联互通测试已经完成大部分的工作，在完成实验室测试的基础上，将根据测试结果和工程建设的情况开展现场设备的互联互通验证。
4.4　互联互通测试实施步骤
参考NV（Network Vendor）-IOT FORUMN的IOT工作流程，结合实际情况，我们在实施互联互通测试时，遵循如下步骤，如图2所示：

图2　互联互通测试流程

（1）各厂家提交各自参加互联互通测试的设备所遵照的规范版本，测试工作组经讨论，确定各接口的规范版本。
（2）在确定接口规范版本的基础上，测试工作组制定测试大纲，包括测试配置、测试项目等内容，经讨论审议通过后实施。
（3）在测试大纲的基础上，工作组制定测试案例和测试表格文档，具体内容应包括测试方法、测试结构、测试前提条件、测试数据预置、测试方案以及具体测试项目。
（4）各厂家在各自的实验室进行自测试。
（5）按照测试组网图进行网络搭建，网络调测正常后工作组进行正式测试。
（6）阶段测试项目完成后，工作组提交联合测试报告，专家组审核。联合测试报告内容包含互联互通测试中的主要事件（测试计划、测试过程中取得的成果等）、测试项目的最终状态。
（7）测试完成后，测试工作组提交各个接口的互联互通测试规范。
（8）测试工作组保存整个测试过程中的工作记录备查。
4.5　互联互通测试实施效果
经过测试，互联互通测试工作取得了显著效果，验证了各厂商设备对于3GPP规范、欧洲UIC规范和中国铁路GSM-R相关技术条件的满足程度，同时也对于技术规范的制订和修改积累了丰富的数据。
5、展望
实施GSM-R互联互通测试是GSM-R发展历史上的一个重要里程碑，它既为工程建设中遇到的问题提供了良好的解决方案，又为相关技术条件的完善提供了技术保障，有利于中国GSM-R网络的和谐发展。