既有RBC與GSM－R系統(tǒng)間通信通道冗余保護方案的優(yōu)化分析

梁 爽 李 堅 李 雷 吳 宇

CTCS－3級列控系統(tǒng)中，無線閉塞中心 （RBC）根據(jù)軌道電路、聯(lián)鎖進路等信息生成行車許可，并通過GSM－R系統(tǒng)將行車許可、線路參數(shù)、臨時限速傳輸給CTCS－3級車載安全計算機 （On－board computer，OBC）；同時通過 GSM－R系統(tǒng)接收OBC發(fā)送的位置和列車數(shù)據(jù)等信息。因此，GSMR系統(tǒng)對CTCS－3級列控系統(tǒng)具有重要意義，其中RBC和GSM－R系統(tǒng)的移動交換中心 （Mobile switching center，MSC）之間通信通道的可靠性和安全性，是決定CTCS－3級列控系統(tǒng)通信可靠性的重要一環(huán)。為此，結(jié)合北京鐵路局設(shè)備運用現(xiàn)狀，從運用維護的角度，研究RBC與MSC之間的通信通道冗余保護方案，以達到提高通信通道安全性和可靠性的目的。

1 RBC與MSC間PRI接口運用現(xiàn)狀

1.1 RBC對PRI接口的要求

CTCS－3級列控系統(tǒng)包括地面設(shè)備和車載設(shè)備，GSM－R系統(tǒng)為地面設(shè)備和車載設(shè)備提供車－地雙向數(shù)據(jù)傳輸通道，如圖1所示，其中地面設(shè)備與GSM－R系統(tǒng)之間的IFIX接口為PRI接口，接口速率2048kb/s，也就是通常所說的2Mb/s鏈路。

RBC通過ISDN通信服務器與MSC進行通信，RBC的ISDN通信服務器與MSC之間的2Mb/s鏈路稱做ISDN PRI線路，如圖2所示。單個RBC應能同時處理至少30列已注冊的列車，與GSM－R系統(tǒng)之間的接口應能同時連接至少2條ISDN PRI線路。每條ISDN PRI線路可提供30個數(shù)據(jù)傳輸通道，同時為30列已注冊的列車提供通信通道（1條ISDN PRI線路包括30個64kb/s通道，每列CTCS－3運行的機車車載OBC和地面RBC之間的信息傳遞均需要占用1個64kb/s通道）。1套RBC中所有ISDN通信服務器應采用相同的ISDN號碼，RBC的無線閉塞單元 （RBU）和ISDN通信服務器之間通過VLAN雙交換機連接，采用TCP/IP通信方式。

圖1 CTCS－3級列控系統(tǒng)傳輸通道示意圖

圖2 RBC與MSC間通信連接示意圖

1.2 ISDN PRI線路運用現(xiàn)狀

為了描述方便，結(jié)合北京鐵路局RBC運用現(xiàn)狀，以1臺RBC與MSC之間的ISDN PRI線路運用情況為例說明。

該RBC能夠同時處理30列已注冊列車的CTCS－3級列控業(yè)務；其 GSM－R接口單元中有4臺ISDN通信服務器，每臺ISDN服務器各有1條ISDN PRI線路與MSC進行通信，即ISDN PRI線路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ；4臺ISDN通信服務器以負荷分擔的形式工作，任何1臺ISDN通信服務器故障或與MSC之間通信中斷，不影響其他ISDN通信服務器的正常工作；對于動車組的每一次CTCS－3列控業(yè)務來說，MSC與RBC之間只能選擇4條ISDN PRI線路中的1條與之通信。

高速鐵路通常有2套獨立的SDH傳輸系統(tǒng)，暫記為A系統(tǒng)和B系統(tǒng)。ISDN PRI線路Ⅰ和Ⅱ使用A系統(tǒng)中的2個2Mb/s鏈路；Ⅲ和Ⅳ使用B系統(tǒng)中的2個2Mb/s鏈路。A系統(tǒng)和B系統(tǒng)的設(shè)備獨立，且傳輸物理徑路不同。

另外，設(shè)計中又為RBC冷備了一條ISDN PRI線路V，其使用的是A系統(tǒng)中的一個2Mb/s鏈路。也就是說，RBC與 MSC之間的ISDN PRI線路是采用了4條冗余分擔外加1條冷備用的冗余配置方案 （以下簡稱 “4＋1”冗余配置方案）。既有ISDN PRI線路均采用此方案。

2 “4＋1”冗余配置方案分析

CTCS－3級列控業(yè)務均由動車組OBC發(fā)起、RBC響應進行的，即OBC自動發(fā)起與RBC的呼叫連接。因此對于GSM－R系統(tǒng)來說，OBC與RBC之間每一次CTCS－3級列控業(yè)務的整個通信流程，相當于一次移動用戶與固定用戶的CSD數(shù)據(jù)通信流程。為了方便描述，以1列動車組OBC與RBC之間進行CTCS－3級列控業(yè)務為例，從容量、安全性、設(shè)備維護等3方面，分析ISDN PRI線路 “4＋1”冗余配置方案。為突出重點，假設(shè)CTCS－3級列控系統(tǒng)中其他設(shè)備均正常工作。

2.1 容量

RBC的4臺ISDN通信服務器以負荷分擔的方式進行工作；每臺ISDN通信服務器均由1條ISDN PRI線路與MSC進行通信，每條ISDN PRI線路有30條通信信道可供CTCS－3級列控業(yè)務使用。因此，只要有1條ISDN PRI線路工作正常，就可以保證RBC的滿容量運用。4臺ISDN通信服務器利用4條ISDN PRI線路，可以為RBC提供120條通信信道供CTCS－3級列控業(yè)務使用，其容量設(shè)計是RBC設(shè)定處理能力的4倍。

2.2 安全性

2.2.1 ISDN PRI線路負荷分擔冗余保護方式

由于RBC的4臺ISDN通信服務器以負荷分擔的方式進行工作，可以為RBC提供120條通信信道供CTCS－3級列控業(yè)務使用。因此，只要有1條ISDN PRI線路工作正常，就可以滿足RBC的需求。同時，由于A系統(tǒng)和B系統(tǒng)采用了獨立的設(shè)備，并且傳輸物理徑路不同，這就使得ISDN PRI線路Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ、Ⅳ之間也構(gòu)成了業(yè)務負荷分擔、傳輸徑路1＋1保護的冗余保護機制。因此，“4＋1”冗余配置方案中的4條ISDN PRI線路負荷分擔冗余保護方式已經(jīng)具備很高的可靠性。

2.2.2 冷備用ISDN PRI線路的啟用條件

只要RBC有1條ISDN PRI線路工作正常，就可以滿足需求。因此，只有當ISDN PRI線路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ均故障時，ISDN PRI線路V才能發(fā)揮其備用的作用。

由于鐵路SDH系統(tǒng)均采用電信級設(shè)備，實際運用中，一臺RBC所使用的4條ISDN PRI線路同時出現(xiàn)故障的可能性極小。通常只有在A和B系統(tǒng)某個核心節(jié)點同時掉站、2套系統(tǒng)的傳輸光纜均被割斷，且冗余保護通道失效的情況下才會發(fā)生，且此時ISDN PRI線路V能夠正常工作的可能性極小，因此備用電路所起的作用可能微乎其微。通常，這種情況發(fā)生時，其影響范圍不僅是CTCS－3列控系統(tǒng)，同時會伴隨著對CTC/TDCS系統(tǒng)的影響，此時仍舊采用CTCS－3級列控系統(tǒng)控制列車運行的意義就不是很大了。

2.3 設(shè)備維護

ISDN PRI線路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ一直處于使用狀態(tài)，其運用狀態(tài)可以通過傳輸網(wǎng)管實時監(jiān)測，通信質(zhì)量也在運用中不斷進行業(yè)務驗證。對于冷備用ISDN PRI線路V，由于沒有與ISDN通信服務器連接，如不作處理，在傳輸網(wǎng)管上會觸發(fā)很多無效告警，因此，從通信維護的角度，為了避免無效告警對日常維護構(gòu)成的影響，通常采用打環(huán)的方式。然而，打環(huán)方式有可能帶來一個嚴重的安全隱患。正常情況下，如ISDN PRI線路V處于打環(huán)狀態(tài)，MSC會判斷該線路狀態(tài)異常，因此當OBC發(fā)起CTCS－3連接請求時，不使用ISDN PRI線路V與RBC進行通信。但是，當重啟MSC后，MSC可能會誤判ISDN PRI線路V工作狀態(tài)正常，進而試圖使用ISDN PRI線路V與RBC進行通信，導致CTCS－3連接請求失敗的情況發(fā)生。值得注意的是這個問題確實發(fā)生過。

3 優(yōu)化配置方案建議

既有ISDN PRI線路所采用的 “4＋1”冗余配置方案的特點：①容量設(shè)計是實際需求量的4倍，滿足需求，可靠性高；②冷備用ISDN PRI線路的存在意義不大；③一定條件下，會發(fā)生因MSC使用冷備用ISDN PRI線路，導致CTCS－3級連接請求失敗的情況。

綜合考慮容量、安全性、設(shè)備維護等3方面的需求，建議MSC與1臺RBC之間的ISDN PRI線路配置方案：4條ISDN PRI線路結(jié)合4臺ISDN通信服務器，構(gòu)成負荷分擔的冗余保護；4條ISDN PRI線路分作2組，每組由2套獨立的傳輸系統(tǒng)承擔。該優(yōu)化配置方案的優(yōu)點：①容量設(shè)計是實際需求量的4倍，滿足需求；②只要有1臺ISDN通信服務器和1條ISDN PRI線路工作正常，就不會影響CTCS－3級列控業(yè)務，或可以短時間內(nèi)通過鏈路倒接的方式恢復工作；③消除了因MSC使用冷備用ISDN PRI線路導致CTCS－3連接請求失敗的情況發(fā)生；④較 “4＋1”冗余配置方案，每1臺RBC所需ISDN PRI線路數(shù)量減少了20%，節(jié)省了資源，相應的維護工作量減小了20%。

［1］ 中華人民共和國鐵道部.科技運﹝2008﹞168號.CTCS－3級列控系統(tǒng) GSM－R網(wǎng)絡需求規(guī)范（V1.0）.［S］.2014.

［2］ 中華人民共和國鐵道部.TJ/DW140－2012.無線閉塞中心技術(shù)規(guī)范（暫行）［S］.2012.

［3］ 中國鐵路總公司.TJ/DW084－2013.GSM－R數(shù)字移動通信網(wǎng)編號計劃 （V3.0）［S］.2013.