鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)工程互聯(lián)互通測試關(guān)鍵技術(shù)研究

■ 楊焱 丁建文 鐘章隊

1 概述

為滿足我國GSM-R目標網(wǎng)規(guī)模組網(wǎng)的要求，解決我國高速鐵路建設(shè)的急需，鐵道部啟動了重大試驗項目“GSM-R相關(guān)技術(shù)研究——GSM-R網(wǎng)絡(luò)工程互聯(lián)互通功能性測試”。項目的實施包括預(yù)研和綜合試驗兩項工作任務(wù)，在實驗室靜態(tài)和現(xiàn)場動態(tài)測試環(huán)境下，利用鐵道部GSM-R實驗室和相關(guān)廠商提供的核心網(wǎng)、無線網(wǎng)、通用分組無線服務(wù)業(yè)務(wù)（GPRS）等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備混合組網(wǎng)，對不同廠商之間核心網(wǎng)、無線網(wǎng)、智能網(wǎng)、GPRS相互之間的互聯(lián)互通測試進行驗證，測試對象包括本地節(jié)點之間、本地節(jié)點與無線網(wǎng)絡(luò)之間C/D/G，A，E，Gr，Gb，Gn，L接口的互聯(lián)互通能力，測試內(nèi)容涵蓋GSM-R電路域、數(shù)據(jù)域、智能網(wǎng)的基本功能、鐵路特殊功能、健狀性等通信業(yè)務(wù)，點呼、組呼/廣播、優(yōu)先級呼叫/強占、基于位置的呼叫限制、鐵路功能號呼叫等鐵路特殊業(yè)務(wù)。

互聯(lián)互通測試（即互操作性測試）是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本次互聯(lián)互通功能驗證測試是我國鐵路在GSM-R網(wǎng)絡(luò)工程領(lǐng)域進行的第一次大規(guī)模測試，由于沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗可供借鑒，為保證互聯(lián)互通測試按計劃達到預(yù)定的目標，鐵道部為此進行了周密部署，提供了可靠的組織體系保證，組建了測試領(lǐng)導(dǎo)組、測試專家組和測試工作組，其中測試領(lǐng)導(dǎo)組設(shè)在鐵道部，由鐵道部運輸局、科學技術(shù)司、發(fā)展計劃司、建設(shè)管理司等單位組成，統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、部署和協(xié)調(diào)整個測試工作。通過近3年的測試，完成了不同廠商之間核心網(wǎng)、無線網(wǎng)、智能網(wǎng)、GPRS相互之間的互聯(lián)互通測試，達到了預(yù)定目標，滿足了高速鐵路建設(shè)的急需。

2 鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通測試

GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通測試的主要工作目標：根據(jù)鐵道部互聯(lián)互通測試大綱規(guī)定的內(nèi)容，在實驗室靜態(tài)和現(xiàn)場動態(tài)環(huán)境下，對不同廠商提供的GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的互聯(lián)互通能力進行系統(tǒng)全面的測試和驗證。驗證基于不同廠商的GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能否實現(xiàn)大規(guī)模組網(wǎng)，是否滿足我國鐵路特殊應(yīng)用業(yè)務(wù)對安全性和可靠性的要求。需要達到以下目標：

（1）驗證不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的互聯(lián)互通性；

（2）通過互聯(lián)互通驗證我國鐵路GSM-R CAM EL3智能網(wǎng)業(yè)務(wù)；

（3）驗證我國鐵路GPRS業(yè)務(wù)；

（4）為GSM-R網(wǎng)絡(luò)工程的投資、建設(shè)提供經(jīng)驗。

我國鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通實驗室靜態(tài)測試在北京、廣州、西安三地實驗室聯(lián)網(wǎng)進行，互聯(lián)互通測試現(xiàn)場測試地點包括北京、武漢、濟南、西安、太原、石家莊、成都等。測試邏輯組網(wǎng)見圖1。

3 GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通測試關(guān)鍵技術(shù)

3.1 GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通測試大綱

GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通測試沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗可供借鑒，國內(nèi)外沒有可供參考的統(tǒng)一辦法和規(guī)范，公眾網(wǎng)和國外GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通測試能否適用于我國鐵路GSM-R應(yīng)用實際，無法照搬照抄。我國鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通測試大綱的確立，將互聯(lián)互通測試納入標準化和規(guī)范化的軌道，促進了我國鐵路GSM-R技術(shù)標準體系的建立，填補了我國該領(lǐng)域的空白。

我國鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通測試大綱由8大部分構(gòu)成：總則、引用標準、術(shù)語和縮略語、軟硬件版本、測試內(nèi)容、準備工作、實施安排與管理、時間進度安排。

（1）總則明確大綱的適用范圍，提出GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通測試根據(jù)我國鐵路的特點和實際，在參考相關(guān)通信互聯(lián)互通協(xié)議規(guī)范的基礎(chǔ)上，吸取國內(nèi)外的先進經(jīng)驗，力爭做到安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、管理方便、切實可行。

（2）全面參考國際鐵路聯(lián)盟（U IC）規(guī)范、鐵道部GSM-R相關(guān)技術(shù)規(guī)范、3GPP/ETSI規(guī)范、信息產(chǎn)業(yè)部行業(yè)標準及其他行業(yè)規(guī)范，規(guī)范與GSM-R有關(guān)的術(shù)語和縮略語。

（3）明確互聯(lián)互通測試的軟硬件版本，通過凍結(jié)軟硬件版本，規(guī)避軟硬件版本升級變化帶來的風險，提出軟硬件版本升級（打補?。┖蟮募嫒菪詼y試有效方法。

（4）明確互聯(lián)互通測試網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)。

（5）詳細明確GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通測試的各項準備工作和技術(shù)要素，具有很強的可操作性，明確互聯(lián)互通測試需要的各項準備工作的細節(jié)和各種與組網(wǎng)測試有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)要素，避免測試準備過程中的大量重復(fù)工作，極大提高了測試效率，測試中的各項參數(shù)配置，其技術(shù)要求均得到準確定義，如測試環(huán)境與組網(wǎng)、編號及數(shù)據(jù)配置、編號方案、移動用戶號碼、固定用戶號碼、車次號、機車號編號、GSM-R核心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)配置（信令點碼/GT/子系統(tǒng)號（SSN））等得到具體明確。

（6）明確嚴密的組織體系和保障措施，保證測試有序進行，實現(xiàn)復(fù)雜測試工作的標準化和細節(jié)化管理，通過制定分階段的測試優(yōu)先策略和各接口詳細的測試計劃，保證關(guān)鍵時間點各項工作的落實和關(guān)鍵技術(shù)問題的裁決和審定，測試過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題及時處理，沒有出現(xiàn)一例技術(shù)問題延誤。

3.2 GSM-R網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)要求及測試規(guī)范

我國鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通測試的成功實施，需要建立一套符合3GPP/ETSI標準、UIC相關(guān)規(guī)范和鐵路相關(guān)技術(shù)標準的技術(shù)體系，需要對鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)核心接口功能及相關(guān)功能實體描述作出規(guī)定，如M AP信令類型、參數(shù)定義、業(yè)務(wù)流程及測試用例等，為互聯(lián)互通測試提供可靠的檢驗手段。

接口技術(shù)要求和測試規(guī)范是在全面分析和研究GSM/GSM-R接口協(xié)議的基礎(chǔ)上完成的，通過借鑒歐洲GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通測試的成功經(jīng)驗，以及我國GSM網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通方案和測試成果，提出適合我國鐵路特殊應(yīng)用需求的測試用例。這是制定核心網(wǎng)、無線網(wǎng)互聯(lián)互通方案及互聯(lián)互通測試組網(wǎng)方案的依據(jù)，經(jīng)受了GSM-R大規(guī)模組網(wǎng)的檢驗。其中測試用例設(shè)計遵循以下原則：

（1）用例命名規(guī)則：遵循規(guī)范化、科學化。實現(xiàn)測試用例和接口、功能的對應(yīng)，便于檢索統(tǒng)計?，F(xiàn)有用例命名規(guī)則比較粗糙，其編號規(guī)則不能充分反映測試用例與被測試對象之間的內(nèi)在關(guān)系。

（2）測試用例設(shè)計：遵循完備性、可操作性。明確測試組類型、測試項目的功能定義和測試目的，進一步對測試預(yù)置條件和測試步驟進行詳細說明，對測試得到的消息流程的判定規(guī)則，屬于國內(nèi)外首創(chuàng)。我國定義的GSM-R網(wǎng)絡(luò)測試用例，綜合了黑盒測試和白盒測試，互補性更強，更有利于保證鐵路GSM-R特殊業(yè)務(wù)互聯(lián)互通功能驗證，在確保一致性測試得到驗證的同時測試覆蓋率得到切實保證，大大提高對關(guān)鍵信元的跟蹤定位速度。GSM-R網(wǎng)絡(luò)測試用例設(shè)計框架見圖2。

從我國鐵路實際需求出發(fā)，制定GSM-R網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)要求及測試規(guī)范，根本上解決我國鐵路GSM-R目標網(wǎng)建設(shè)面臨的緊迫技術(shù)問題，所制定的互聯(lián)互通接口類技術(shù)規(guī)范和測試規(guī)范，適用于鐵路GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)工程設(shè)計、設(shè)備研發(fā)、驗收測試、聯(lián)調(diào)聯(lián)試和多廠家設(shè)備的互聯(lián)互通。在實際應(yīng)用中保證了北京、武漢核心網(wǎng)建設(shè)的需要，在超過7 000 km的高速鐵路中發(fā)揮了重要作用，引入多個設(shè)備商充分競爭（包括引進新的設(shè)備提供商），進一步降低建網(wǎng)成本，為采用不同設(shè)備商的設(shè)備進行混合組網(wǎng)，實現(xiàn)綜合效益的最大化。

3.3 確立GSM-R核心網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及組網(wǎng)模式

首先，明確核心網(wǎng)組織架構(gòu)。通過互聯(lián)互通測試，驗證采用業(yè)務(wù)集中化的HLR，SCP的組網(wǎng)方案。該方案是否有利于保證業(yè)務(wù)實現(xiàn)的完整性、統(tǒng)一性，以及是否能夠利用備份冗余和地理容災(zāi)技術(shù)，為網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性提供切實保證。經(jīng)過反復(fù)的方案論證和測試，回答了我國GSM-R網(wǎng)圍繞一對HLR，一對SCP進行組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)問題。

其次，解決不同廠商GSM-R無線網(wǎng)混合組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。通過實驗室測試和現(xiàn)場組網(wǎng)驗證，驗證不同廠商GSM-R無線網(wǎng)混合組網(wǎng)的可行性，解決不同廠商GSM-R無線網(wǎng)混合組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)問題；突破歐洲鐵路GSM-R傳統(tǒng)的組網(wǎng)模式（本地網(wǎng)采用同一廠商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備），可以為GSM-R目標網(wǎng)建設(shè)提供更多、更靈活的選擇；引入更大程度的競爭，降低目標網(wǎng)建網(wǎng)成本。

4 GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通測試分析技術(shù)

4.1 靜態(tài)測試分析技術(shù)

靜態(tài)測試分析主要在實驗室進行。綜合運用黑箱測試、白箱測試相結(jié)合的方法，保證測試的完整性和遍歷性，保證通用的基礎(chǔ)性承載業(yè)務(wù)得到驗證，同時充分滿足鐵路特殊業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通驗證。比較常見的技術(shù)方法包括：

（1）協(xié)議一致性檢驗。對互聯(lián)互通測試過程及結(jié)果進行深入的對比分析研究，參照協(xié)議規(guī)范對實測信令流程及其所攜帶的信元和參數(shù)進行詳細的一致性驗證。

（2）協(xié)議兼容性檢驗。驗證不同廠商設(shè)備組網(wǎng)條件下，鐵路特殊業(yè)務(wù)對安全性和可靠性的要求，在保證測試覆蓋率水平的前提下，檢驗不同廠商軟硬件版本之間的業(yè)務(wù)兼容性，滿足各種層次的GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通測試的需要。兼容性測試是互聯(lián)互通測試的主要內(nèi)容。

（3）性能檢驗。針對原始信令流程進行大量的時間統(tǒng)計分析，分析被測試對象在實驗室靜態(tài)測試下的基本性能，如切換時間、時延等。

（4）測試結(jié)果定性、定量和差異化分析。對實測結(jié)果存在差異的數(shù)據(jù)，有必要參照相關(guān)協(xié)議標準和規(guī)范，進行定性和定量分析，差異類型劃分為4大類（見表1），按照是否影響互聯(lián)互通的原則進行具體評估。

為進一步保證測試分析的科學性，通過合理定義測試觀測點，如功能實現(xiàn)、信令流程、重點信元、HLR、VLR數(shù)據(jù)庫信息，以原始測試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以協(xié)議規(guī)范為依據(jù)，針對測試出現(xiàn)的問題、分歧進行分析性說明和過程性說明，形成結(jié)論性意見，對無法形成結(jié)論性的意見，提交專家會議仲裁。

表1 GSM-R互聯(lián)互通測試結(jié)果

4.2 動態(tài)測試分析技術(shù)

4.2.1 聯(lián)調(diào)聯(lián)試

利用鐵道部GSM-R實驗室創(chuàng)建現(xiàn)場測試環(huán)境，結(jié)合高速鐵路對網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量（QoS）的要求，進行大量對比測試，完成對不同基站控制器（BSC）廠家之間、不同廠家移動業(yè)務(wù)交換中心（M SC）之間性能的考察，包括GSM-R電路域、分組域的健壯性測試，驗證業(yè)務(wù)提供的安全性、可靠性，根據(jù)《GSM-R Interfaces Class 1 Requirem en ts》的要求，檢驗數(shù)據(jù)呼叫的連接建立時間和連接建立失敗率、端到端數(shù)據(jù)傳輸時延、數(shù)據(jù)傳輸干擾時間和恢復(fù)時間、數(shù)據(jù)連接丟失率及網(wǎng)絡(luò)注冊時延，指標均符合，保證現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的成功割接。

依靠聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)，在北京、武漢、石家莊、西安、成都等核心網(wǎng)現(xiàn)場順利進行大量的現(xiàn)場組網(wǎng)測試和互聯(lián)互通功能驗證工作，促進了GSM-R目標網(wǎng)建設(shè)的順利進行。

4.2.2 實驗室模擬測試

利用鐵道部GSM-R實驗室成功搭建了一整套網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通模擬測試環(huán)境，軟硬件配置完全根據(jù)現(xiàn)場組網(wǎng)的要求，實現(xiàn)了對GSM-R現(xiàn)場組網(wǎng)在實驗室環(huán)境下的模擬，多次模擬測試表明，實驗室模擬測試是一種有效的技術(shù)手段，不影響現(xiàn)網(wǎng)的正常運行，不影響行車調(diào)度，能夠避免現(xiàn)場組網(wǎng)調(diào)試所面臨的技術(shù)風險。

實驗室模擬測試的優(yōu)點包括以下方面：

（1）復(fù)現(xiàn)現(xiàn)場故障，準確完成故障定位和處理；

（2）可靈活運用回歸測試、增量測試的方法進一步驗證系統(tǒng)兼容性；

（3）在不影響現(xiàn)網(wǎng)正常運行的前提下，解決現(xiàn)場的疑難技術(shù)問題。

實驗室模擬測試已經(jīng)在北京、武漢、濟南、西安、廣州、南昌、成都等核心網(wǎng)節(jié)點的互聯(lián)互通及工程聯(lián)調(diào)聯(lián)試中發(fā)揮了重要作用，并將在GSM-R目標網(wǎng)建設(shè)中繼續(xù)發(fā)揮重要作用。

5 結(jié)束語

鐵道部頒布實施的互連互通測試大綱及編制完成的我國鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)接口測試規(guī)范，已廣泛應(yīng)用于GSM-R目標網(wǎng)建設(shè)，確保了建設(shè)進度，實現(xiàn)了GSM-R技術(shù)在高速鐵路、既有線改造中的成功應(yīng)用，保證了北京、武漢、西安、石家莊、成都等GSM-R骨干節(jié)點的聯(lián)調(diào)聯(lián)試和互聯(lián)互通驗證測試，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的成功割接，為后期進行的接口監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)、工程建設(shè)期的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試、投入運營后的維護管理，以及設(shè)備的升級、擴容測試等提供了重要的技術(shù)依據(jù)。

[1] 運基通信［2006］265號附件2 我國鐵路GSM-R互聯(lián)互通測試大綱[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]