鐵路系統(tǒng)GSM-R網(wǎng)絡(luò)中軟交換應(yīng)用方案研究

1、鐵路系統(tǒng)GSM-R網(wǎng)絡(luò)中軟交換應(yīng)用方案研究    關(guān)鍵詞：鐵路系統(tǒng)；GSM-R網(wǎng)絡(luò)；軟交換文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597(2011)0120105-02 0引言 當(dāng)前，我國鐵路的發(fā)展方向是高速鐵路與客運專線，所采用鐵路通信技術(shù)的完善程度和先進性關(guān)系到鐵路運輸?shù)陌踩院涂沙掷m(xù)發(fā)展。GSM-R是基于GsMy臺的數(shù)字式無線通信系統(tǒng)，專門為滿足鐵路通信列車調(diào)度、列車控制的需求而開發(fā)，GSM-R是一種經(jīng)濟高效的綜合無線通信系統(tǒng)，為鐵路運營提供定制的附加功能。核心網(wǎng)在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中是十分重要的，基于鐵路通信的特點和需求，將軟交換新技術(shù)引入核心網(wǎng)中，能

2、夠克服鐵路通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需要和本身局限性的矛盾，為鐵路更快更好發(fā)展提供支持，具有深遠的理論價值和實踐意義。 1軟交換技術(shù)概述 軟交換是NGN中的重要技術(shù)，以分組網(wǎng)為基礎(chǔ)，分離了媒體傳輸承載與呼叫控制。軟交換通常意義上的是指基于分組傳統(tǒng)的以軟交換設(shè)備為呼叫控制核心的通信技術(shù)。 在軟交換引入GSM-R核心網(wǎng)中的目的主要在于：1)提升系統(tǒng)集成度，增強網(wǎng)絡(luò)處理能力與容量；2)開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的分布式組網(wǎng)；3)提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性；4)降低成本，節(jié)省帶寬資源；5)向下一代移動通信過渡。 2GSM-R網(wǎng)絡(luò)中軟交換應(yīng)用方案 2.1網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃原則 在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中部署軟交換應(yīng)用時，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃應(yīng)遵循原則如下

3、： 1)建設(shè)步驟應(yīng)持續(xù)調(diào)整，分期分步，堅持高質(zhì)量、低成本建網(wǎng)原則。2)本地網(wǎng)網(wǎng)元的設(shè)置原則采用大容量、少局所的模式，在此基礎(chǔ)上充分考慮網(wǎng)絡(luò)安全。3)保持網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)優(yōu)勢，堅持技術(shù)上的高起點原則，保證網(wǎng)絡(luò)能夠有效、可靠、安全地承載全網(wǎng)業(yè)務(wù)。 2.2承載方式選擇 基于軟交換技術(shù)的GSM-R核心網(wǎng)承載有比較靈活的選擇方式，在可行的承載方式中，有AIM，IP和TDM等，下面對這些方案進行比較： 以TDM作為承載方式的特點在于，可共享原有的SS7信令網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)鏈路?？煽梢允褂肂ICC協(xié)議，也可以繼續(xù)在MSC-Server之間使用ISUP協(xié)議，可以在SS7網(wǎng)絡(luò)上傳輸BICC信令。采用TDM的具體優(yōu)點羅列如下：

4、 1)無需新建IP承載網(wǎng)，可以在現(xiàn)有的規(guī)模網(wǎng)絡(luò)上進行部署，節(jié)省大量初期投資成本；2)能夠保證語音業(yè)務(wù)的QoS；3)在規(guī)劃和運營方面技術(shù)應(yīng)用比較成熟，有著豐富的經(jīng)驗。 其缺點羅列如下： 1)軟交換設(shè)備在節(jié)省帶寬方面的優(yōu)勢無法真正得到發(fā)揮。2)需要IP承載網(wǎng)以保證H.248消息在Mc接口上的傳輸。3)在將來基于IP承載和接口后，接口板還需要更換，造成成本上升。 ATM承載核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仍然是分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與TDM承載組網(wǎng)方式類似。這種核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信令網(wǎng)是分級結(jié)構(gòu)，且難以實現(xiàn)全網(wǎng)SVC交換。由于缺乏合適技術(shù)替代，必須沿用現(xiàn)有的SS7信令網(wǎng)。 采用ATM的具體優(yōu)點：支持承載寬帶業(yè)務(wù)，QoS有嚴(yán)格的保障

5、。 其缺點羅列如下： 1)ATM網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要耗費巨額成本。2)僅有少數(shù)ATM交換機具備Q，AAL2動態(tài)虛通道或SVC的交換能力及建立拆除，完全依賴于沿途各節(jié)點的手IPVC配置端到端的Vc。 3)實現(xiàn)復(fù)雜，維護成本高。 基于全IP的網(wǎng)絡(luò)是扁平的不分級網(wǎng)絡(luò)，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)中的端到端通信，避免了出現(xiàn)在電路交換網(wǎng)絡(luò)中的話路逐級匯接和交換。在IP承載方式下，傳統(tǒng)電路網(wǎng)絡(luò)的七號信令(sST)消息需要引入SIGTRAN協(xié)議來傳輸。IP組網(wǎng)不必分級，的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得簡單，IP上統(tǒng)一承載信令和數(shù)據(jù)。 采用IP的具體優(yōu)點羅列如下： 1)在用戶面平面結(jié)構(gòu)上，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于扁平化。2)通過帶寬統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)，能夠

6、顯著節(jié)約投資。3)承載多業(yè)務(wù)，符合網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向。4)支持符合TRFO特性的AMR語音承載，Tc資源節(jié)省，話音質(zhì)量提高。 其缺點羅列如下： 語音基于IP承載方式在軟交換網(wǎng)絡(luò)中的技術(shù)成熟度還不夠穩(wěn)定，一些具體的參數(shù)諸如話音質(zhì)量受到的影響還沒有確定的標(biāo)準(zhǔn)，基于接口的BICC協(xié)議尚未正式實現(xiàn)商用。 此外，目前IP缺乏成熟的QoS解決方案。 由于軟交換體系架構(gòu)中支持控制與承載的分離，可以分開考慮用戶面的承載和信令面的承載。由于目前的IDMSS7鏈路資源及網(wǎng)路己經(jīng)發(fā)展得比較成熟穩(wěn)定，在將軟交換引入GSM-R網(wǎng)絡(luò)中時，信令網(wǎng)建設(shè)應(yīng)減少投資和工程復(fù)雜度，最大化重用TDMSS7網(wǎng)絡(luò)，用戶面承載的IP化可以稍早

7、于信令承載的IP化。        鐵路系統(tǒng)目前構(gòu)建大規(guī)模IP承載專網(wǎng)的時機和條件并不具備，所以，作為過渡期的解決方案，可考慮利用現(xiàn)有的城域傳輸網(wǎng)、IP城域網(wǎng)以及骨干互聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的IP網(wǎng)絡(luò)資源來構(gòu)建IP承載網(wǎng)。鐵路通信網(wǎng)隨著IP承載專網(wǎng)的逐步形成，逐步形成以IP為統(tǒng)一承載的核心網(wǎng)絡(luò)，控制信息和話務(wù)漸漸已經(jīng)遷移到IP承載網(wǎng)。在選擇用戶面承載方式的時候，如果選擇多種承載方式，必然會涉及到網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)拓?fù)渥兓约俺休d轉(zhuǎn)換，就會推高建設(shè)維護成本，所以應(yīng)根據(jù)具體情況統(tǒng)一部署承載網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案和模式，避免在規(guī)劃過程中單純的以某一種固定

8、的承載方式為最終選擇。 2.3軟交換應(yīng)用方案 目前，鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的GSMR網(wǎng)絡(luò)依然是基于TDM的傳輸方式，并且將所承載的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分為電路域業(yè)務(wù)和分組域業(yè)務(wù)兩大類別。電路域的業(yè)務(wù)包括：采用TDM方式傳輸?shù)恼Z音呼叫、短信等，分組域業(yè)務(wù)由BSC連接到SGSN，采用幀中繼方式，在核心網(wǎng)內(nèi)基于IP傳送。這些現(xiàn)狀決定了不可能在GSM-R核心網(wǎng)絡(luò)中一步到位引入軟交換，也不可能一次性由電路交換切換到完全的分組交換。在綜合考慮了技術(shù)演進趨勢、現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)狀況，從保護投資的角度出發(fā)，本文的觀點是采用分階段建設(shè)的方案。下面做具體闡述： 為承載方式。將MGW和MSCServer看作是單一網(wǎng)元的內(nèi)部構(gòu)成部分，將一套MSCS

9、erver配置給每個網(wǎng)元，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實際需求配置MGW，可以是一套，也可以是多套，將MGw和MSC-server雙方的連接看做出現(xiàn)于網(wǎng)元內(nèi)部的連接，兩者不通過承載網(wǎng)絡(luò)鏈接，組成獨立的Msc或GMsc。在這個發(fā)展階段，可以對軟交換設(shè)備進行兼容性的測試。 這一階段的技術(shù)特點是：話路與信令的承載方式、相關(guān)網(wǎng)元接口以及組網(wǎng)結(jié)構(gòu)等方面維持原狀不變，因此基本沒有影響現(xiàn)網(wǎng)的運行；方案的技術(shù)成熟度較高，加之并未引入新的網(wǎng)絡(luò)組織，因此對現(xiàn)網(wǎng)不能形成負(fù)面影響。應(yīng)該看到的是，這一階段的方案主設(shè)備的建設(shè)成本及維護成本較高，同時也難以使軟交換設(shè)備控制與承載分離的優(yōu)勢得到發(fā)揮。 利用軟交換架構(gòu)作為組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)MSC-S

10、erver和MGW的真正分離，這一階段的技術(shù)特點是：符合通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展思路中集中管理和維護的理念；此外，充分利用軟交換機大容量的優(yōu)勢，能夠?qū)Χ鄠€本地網(wǎng)交換資源進行熬合，實現(xiàn)集中維護、集中管理，大幅度節(jié)省了維護成本；真正分離了承載與控制，具有先進的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、組網(wǎng)靈活。 2.4軟交換用于核心網(wǎng)的幾點建議 MSC-Server的功能之一是處理信令，為了實現(xiàn)與GSM-R網(wǎng)元互通信令，必須為其配置TDM七號信令接口，可以采用MAP，CAP，ISUP等作為信令協(xié)議；采用基于IP承載H，248信令協(xié)議或基于廠家內(nèi)部協(xié)議作為MSC-Server與MGw之間的控制消息，必須為其配置IP信令接口。 3軟交換體系容災(zāi)

11、備份方案研究        軟交換體系的容災(zāi)備份，在MSC-Server層次上，主要考慮的是雙歸屬的備份方式。所謂雙歸屬，指的是相同的一個MGW同時歸屬于兩個MSC-Server。雙歸屬是一種容災(zāi)備份機制，能夠有效防止軟交換設(shè)備故障或者出現(xiàn)突發(fā)災(zāi)害事故時系統(tǒng)的可靠性。通過將兩套軟交換系統(tǒng)配置在不同地理位置，并形成互為備份的運行方式，來保證當(dāng)故障出現(xiàn)在其中某一臺軟交換設(shè)備的時候，另一臺軟交換設(shè)備能夠全部接管所有的業(yè)務(wù)，雙歸屬技術(shù)與IuFlex技術(shù)配合實施，也可以獨立實施。在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下，MGw只在一個MSC-Se

12、rver上進行注冊，一旦這個MSC-Server出現(xiàn)故障時，MGw就會在另一個MSC-Server上進行注冊，以保持對于MGW下管理的用戶提供業(yè)務(wù)的連續(xù)性。 4軟交換中的QOS部署策略 在因特網(wǎng)的協(xié)議棧層次中，區(qū)分業(yè)務(wù)模型和綜合業(yè)務(wù)模型屬于其傳輸層，約束路由的實現(xiàn)是在網(wǎng)絡(luò)層，第二、二層之間是MPLS，區(qū)分型業(yè)務(wù)模型是當(dāng)前QOS的重點。目前使用較多的Qos技術(shù)包括有帶寬 區(qū)分型業(yè)務(wù)模型、區(qū)分型業(yè)務(wù)模型流量工程和區(qū)分型業(yè)務(wù)模型MPLS。帶寬區(qū)分型業(yè)務(wù)模型方案適合于帶寬較充足的IP承載網(wǎng)，流量工程可以很好地支持實時業(yè)務(wù)，區(qū)分型業(yè)務(wù)模型MPLS通過IP業(yè)務(wù)流分類來實現(xiàn)QOS，具有明顯的優(yōu)勢。目前業(yè)界的情況是，由于各大廠商基本都支持區(qū)分型業(yè)務(wù)模型，對QoS的支持能力則參差不齊，綜合考慮以上因素，本文主要通過帶寬區(qū)分型業(yè)務(wù)模型的方案在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中保證Qos。隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷改善和建設(shè)，逐步過渡區(qū)分型業(yè)務(wù)模型流量工程方案，最終漸漸演進到區(qū)分型業(yè)務(wù)模型MPLS。 5結(jié)束語 GSM-R網(wǎng)絡(luò)隨著第三代移動通信技術(shù)的興起，也將應(yīng)用于鐵路無線寬帶業(yè)務(wù)中。本文基于軟交換技術(shù)的特點，研究分析了軟交換在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中的建設(shè)方案，分析了GSM-R核心網(wǎng)可能采用的各種方案，提出軟交換建設(shè)的理念，在此基