既有RBC与GSM－R系统间通信通道冗余保护方案的优化分析

梁 爽 李 坚 李 雷 吴 宇

CTCS－3级列控系统中，无线闭塞中心 （RBC）根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可，并通过GSM－R系统将行车许可、线路参数、临时限速传输给CTCS－3级车载安全计算机 （On－board computer，OBC）；同时通过 GSM－R系统接收OBC发送的位置和列车数据等信息。因此，GSMR系统对CTCS－3级列控系统具有重要意义，其中RBC和GSM－R系统的移动交换中心 （Mobile switching center，MSC）之间通信通道的可靠性和安全性，是决定CTCS－3级列控系统通信可靠性的重要一环。为此，结合北京铁路局设备运用现状，从运用维护的角度，研究RBC与MSC之间的通信通道冗余保护方案，以达到提高通信通道安全性和可靠性的目的。

1 RBC与MSC间PRI接口运用现状

1.1 RBC对PRI接口的要求

CTCS－3级列控系统包括地面设备和车载设备，GSM－R系统为地面设备和车载设备提供车－地双向数据传输通道，如图1所示，其中地面设备与GSM－R系统之间的IFIX接口为PRI接口，接口速率2048kb/s，也就是通常所说的2Mb/s链路。

RBC通过ISDN通信服务器与MSC进行通信，RBC的ISDN通信服务器与MSC之间的2Mb/s链路称做ISDN PRI线路，如图2所示。单个RBC应能同时处理至少30列已注册的列车，与GSM－R系统之间的接口应能同时连接至少2条ISDN PRI线路。每条ISDN PRI线路可提供30个数据传输通道，同时为30列已注册的列车提供通信通道（1条ISDN PRI线路包括30个64kb/s通道，每列CTCS－3运行的机车车载OBC和地面RBC之间的信息传递均需要占用1个64kb/s通道）。1套RBC中所有ISDN通信服务器应采用相同的ISDN号码，RBC的无线闭塞单元 （RBU）和ISDN通信服务器之间通过VLAN双交换机连接，采用TCP/IP通信方式。

图1 CTCS－3级列控系统传输通道示意图

图2 RBC与MSC间通信连接示意图

1.2 ISDN PRI线路运用现状

为了描述方便，结合北京铁路局RBC运用现状，以1台RBC与MSC之间的ISDN PRI线路运用情况为例说明。

该RBC能够同时处理30列已注册列车的CTCS－3级列控业务；其 GSM－R接口单元中有4台ISDN通信服务器，每台ISDN服务器各有1条ISDN PRI线路与MSC进行通信，即ISDN PRI线路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ；4台ISDN通信服务器以负荷分担的形式工作，任何1台ISDN通信服务器故障或与MSC之间通信中断，不影响其他ISDN通信服务器的正常工作；对于动车组的每一次CTCS－3列控业务来说，MSC与RBC之间只能选择4条ISDN PRI线路中的1条与之通信。

高速铁路通常有2套独立的SDH传输系统，暂记为A系统和B系统。ISDN PRI线路Ⅰ和Ⅱ使用A系统中的2个2Mb/s链路；Ⅲ和Ⅳ使用B系统中的2个2Mb/s链路。A系统和B系统的设备独立，且传输物理径路不同。

另外，设计中又为RBC冷备了一条ISDN PRI线路V，其使用的是A系统中的一个2Mb/s链路。也就是说，RBC与 MSC之间的ISDN PRI线路是采用了4条冗余分担外加1条冷备用的冗余配置方案 （以下简称 “4＋1”冗余配置方案）。既有ISDN PRI线路均采用此方案。

2 “4＋1”冗余配置方案分析

CTCS－3级列控业务均由动车组OBC发起、RBC响应进行的，即OBC自动发起与RBC的呼叫连接。因此对于GSM－R系统来说，OBC与RBC之间每一次CTCS－3级列控业务的整个通信流程，相当于一次移动用户与固定用户的CSD数据通信流程。为了方便描述，以1列动车组OBC与RBC之间进行CTCS－3级列控业务为例，从容量、安全性、设备维护等3方面，分析ISDN PRI线路 “4＋1”冗余配置方案。为突出重点，假设CTCS－3级列控系统中其他设备均正常工作。

2.1 容量

RBC的4台ISDN通信服务器以负荷分担的方式进行工作；每台ISDN通信服务器均由1条ISDN PRI线路与MSC进行通信，每条ISDN PRI线路有30条通信信道可供CTCS－3级列控业务使用。因此，只要有1条ISDN PRI线路工作正常，就可以保证RBC的满容量运用。4台ISDN通信服务器利用4条ISDN PRI线路，可以为RBC提供120条通信信道供CTCS－3级列控业务使用，其容量设计是RBC设定处理能力的4倍。

2.2 安全性

2.2.1 ISDN PRI线路负荷分担冗余保护方式

由于RBC的4台ISDN通信服务器以负荷分担的方式进行工作，可以为RBC提供120条通信信道供CTCS－3级列控业务使用。因此，只要有1条ISDN PRI线路工作正常，就可以满足RBC的需求。同时，由于A系统和B系统采用了独立的设备，并且传输物理径路不同，这就使得ISDN PRI线路Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ、Ⅳ之间也构成了业务负荷分担、传输径路1＋1保护的冗余保护机制。因此，“4＋1”冗余配置方案中的4条ISDN PRI线路负荷分担冗余保护方式已经具备很高的可靠性。

2.2.2 冷备用ISDN PRI线路的启用条件

只要RBC有1条ISDN PRI线路工作正常，就可以满足需求。因此，只有当ISDN PRI线路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ均故障时，ISDN PRI线路V才能发挥其备用的作用。

由于铁路SDH系统均采用电信级设备，实际运用中，一台RBC所使用的4条ISDN PRI线路同时出现故障的可能性极小。通常只有在A和B系统某个核心节点同时掉站、2套系统的传输光缆均被割断，且冗余保护通道失效的情况下才会发生，且此时ISDN PRI线路V能够正常工作的可能性极小，因此备用电路所起的作用可能微乎其微。通常，这种情况发生时，其影响范围不仅是CTCS－3列控系统，同时会伴随着对CTC/TDCS系统的影响，此时仍旧采用CTCS－3级列控系统控制列车运行的意义就不是很大了。

2.3 设备维护

ISDN PRI线路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ一直处于使用状态，其运用状态可以通过传输网管实时监测，通信质量也在运用中不断进行业务验证。对于冷备用ISDN PRI线路V，由于没有与ISDN通信服务器连接，如不作处理，在传输网管上会触发很多无效告警，因此，从通信维护的角度，为了避免无效告警对日常维护构成的影响，通常采用打环的方式。然而，打环方式有可能带来一个严重的安全隐患。正常情况下，如ISDN PRI线路V处于打环状态，MSC会判断该线路状态异常，因此当OBC发起CTCS－3连接请求时，不使用ISDN PRI线路V与RBC进行通信。但是，当重启MSC后，MSC可能会误判ISDN PRI线路V工作状态正常，进而试图使用ISDN PRI线路V与RBC进行通信，导致CTCS－3连接请求失败的情况发生。值得注意的是这个问题确实发生过。

3 优化配置方案建议

既有ISDN PRI线路所采用的 “4＋1”冗余配置方案的特点：①容量设计是实际需求量的4倍，满足需求，可靠性高；②冷备用ISDN PRI线路的存在意义不大；③一定条件下，会发生因MSC使用冷备用ISDN PRI线路，导致CTCS－3级连接请求失败的情况。

综合考虑容量、安全性、设备维护等3方面的需求，建议MSC与1台RBC之间的ISDN PRI线路配置方案：4条ISDN PRI线路结合4台ISDN通信服务器，构成负荷分担的冗余保护；4条ISDN PRI线路分作2组，每组由2套独立的传输系统承担。该优化配置方案的优点：①容量设计是实际需求量的4倍，满足需求；②只要有1台ISDN通信服务器和1条ISDN PRI线路工作正常，就不会影响CTCS－3级列控业务，或可以短时间内通过链路倒接的方式恢复工作；③消除了因MSC使用冷备用ISDN PRI线路导致CTCS－3连接请求失败的情况发生；④较 “4＋1”冗余配置方案，每1台RBC所需ISDN PRI线路数量减少了20%，节省了资源，相应的维护工作量减小了20%。

［1］ 中华人民共和国铁道部.科技运﹝2008﹞168号.CTCS－3级列控系统 GSM－R网络需求规范（V1.0）.［S］.2014.

［2］ 中华人民共和国铁道部.TJ/DW140－2012.无线闭塞中心技术规范（暂行）［S］.2012.

［3］ 中国铁路总公司.TJ/DW084－2013.GSM－R数字移动通信网编号计划 （V3.0）［S］.2013.