GSM-R系统BSC安全冗余方案探讨

2014-01-18许深兴

铁路技术创新 2014年3期

关键词：交织备份基站

■ 许深兴

GSM-R系统BSC安全冗余方案探讨

■ 许深兴

通过分析GSM-R网络BSC的设置现状，提出改善BSC安全性的方案，比较方案，对提高GSM-R网络的安全性有一定的意义。

GSM-R；基站控制器；设备冗余；安全性

近年来，随着我国铁路客运专线、城际铁路的建设与运营及既有线电气化改造的实施，铁路专用移动通信网络GSM-R的大规模建设与运用，GSM-R网络为铁路运行维护提供的业务越来越多，影响也越来越大。特别是采用CTCS-3级列控系统（简称C3）的线路及客货混跑线路的GSM-R系统，网络的可靠性、可维护性与稳定性将直接影响铁路运营效率。保障GSM-R网络的安全性是维护人员重点关注和研究的方向。

图1 GSM-R网络现状

图2 C3线路的无线覆盖

1 基站控制器的设置及存在的问题

1.1基站控制器的设置现状

目前我国各铁路线路的GSM-R系统均通过沿线设置基站（BTS）满足无线覆盖要求。各个基站通过基站控制器（BSC）、码型转换和速率适配单元（TRAU）接入移动交换中心（MSC）；分组域业务通过BSC接入GPRS业务支持节点（SGSN）（见图1）。

每条线路各个基站所接的BSC都是单个设置，该BSC管辖着整条或某段线路的基站（线路过长基站数量过多时，可设置2个或多个BSC分段控制以解决设备接入能力问题，但各个基站只接入一个BSC）。

1.1.1对C3线路的覆盖

目前我国C3线路的GSM-R无线子系统均采用单网深度交织冗余覆盖（见图2），通过奇偶基站形成小区重叠覆盖（Loop1和Loop2）。深度交织冗余从网络层面实现了很好的网络安全性。单个基站发生故障仍能满足覆盖要求。但控制该线路或该区段内的所有基站工作的BSC仅有一个。

1.1.2对非C3线路的覆盖

采用普通单网覆盖，网络无冗余设置。所有基站通过1个基站环（Loop）接入一个BSC（见图3）。

1.2存在的问题

每条线路上的BSC等核心设备都是单套配置，从网络层面来看是单设备工作。尽管BSC的核心控制板件都采用了1+1的热备机制，但在各条线路中的单套BSC运行对维护工作仍然带来压力，存在着一定的安全隐患。

1.2.1BSC缺乏冗余备份

一旦BSC出现故障，其下挂的所有基站将不能提供服务，线路将没有无线网络覆盖。不能提供相应的GSM-R通信业务将直接影响行车。

1.2.2BSC接入基站过多

部分BSC接入的基站设备数量多，已接近BSC允许最大容量的95%以上，加大了信令和话务处理量，加重了BSC的负荷。BSC出现故障时，影响范围也大。

1.2.3BSC的维护难度大

各线BSC一般布置在铁路沿线附近的大中城市甚至中小城市，远离GSM-R系统的核心节点，运行维护人员技术力量相对较弱，设备的备品备件配备不足等，发生故障时处理时间较长。

所以从GSM-R系统与网络角度探讨与实现BSC的冗余备份，避免GSM-R系统中BSC单节点故障对系统的可用性及承载业务的影响至关重要势在必行。

图3 非C3线路的无线覆盖

2 基站控制器的安全冗余方案

2.1BSC热备份冗余方案

2.1.1BSC双网热备份方案

利用单网冗余交织覆盖的特点，将原方案中接入同一个BSC的奇数位基站与偶数位基站分别接入不同的BSC，将单网冗余覆盖优化为双网覆盖。双BSC工作可起到冗余保护作用，增强了BSC的安全性（见图4）。

2.1.2方案特点

整条线路的无线子系统由2套BSC与相互交织覆盖的基站环组成，无线子系统BSC或BTS设备单节点故障对业务层面没有影响（见图5）。

图4 双网冗余覆盖方式

图5 双网冗余覆盖的特点

2.1.3方案的进一步优化

由于线路上的无线覆盖是双网冗余交织，终端运行时将频繁发生小区切换，小区切换将由原来的Intra-BSC（BSC内）的切换变为Inter-BSC（BSC间）的切换，这将大量增加Asub与A接口的CCS7信令负荷。

为了降低网络与业务层面比较敏感的Inter-BSC切换的发生，同时从网络层面实现GSM-R无线子系统设备BSC与BTS冗余备份，可以通过无线侧网络分层的相关设定将2层网络分成上下行网络（见图6）。

进一步优化后的特点如下：

上行与下行的列车由不同的GSM-R无线子系统网络A或B来提供无线覆盖，正常情况下的切换基本上都是intra-BSC切换，由于切换发生的间距比单网深度冗余交织大，所以切换的次数比单网交织冗余的切换次数少；任一网络设备如BSC或BTS故障，另一网络基站将会弥补原故障设备所覆盖区域（见图7、图8）；对每个列车终端来说，都是单网提供服务，正常情况下每套基站比单网深度交织冗余方式的基站提供服务区域大，小区边缘场强有所下降，对网内外的干扰容忍度会有所下降；通过无线参数的设置与调整来实现无线网络的分层，网络优化方式相对较复杂。

图6 上下行网络覆盖方式

图7 单BTS故障时的冗余覆盖

图8 单BSC故障时的冗余覆盖

2.1.4方案的实施条件

该方案适用于采用单网交织覆盖方式的C3线路；非C3线路上的GSM-R系统一般采用普通单网覆盖方式，无双基站环保护的组网方式，所以不适合采用BSC热备份方案；对投入运营后的C3线路实现BSC热备份冗余方案调整的数据量、影响面较大，需慎重考虑该方案。

2.2BSC冷备份冗余方案

2.2.1BSC的1+1冷备份方案

每个主用BSC配置1个备用BSC，通过传输系统进行连接。当主用BSC发生故障时，备用BSC转为主用，在较短时间内恢复业务（见图9）。

方案特点：投资大，实用性不强，需预先制作好ADM与ADM2将时隙交叉连接脚本，倒接时运行该脚本。

2.2.2BSC的N+1冷备份方案

在铁路局管内新增1台BSC，借助于传输网络实现BSC的N+1的冷备份。具体为：在GSM-R核心网机房或附近机房新建一套BSC，作为铁路局管辖范围内所有BSC的冷备份。当铁路局管内某一台BSC出现故障时，该BSC转为主用BSC代替故障BSC的业务，保证业务不中断（见图10）。

2.2.3N+1冷备份方案的实施条件

备用BSC的硬件配置不小于现网配置最大的BSC的配置，且需支持不同软件版本的BTS；备用BSC采用的软件版本与现网运行的BSC软件版本一致；需定期对现网运行BSC数据库进行备份更新；该备份方案为借助于传输网实现的冷备份，需预先制作各线路相关传输网元时隙交叉连接脚本；BSC主备用间的切换可以在切换需求确定后，通过手工或脚本文件来完成，在较短的时间内恢复业务。