济南至青岛高速铁路IP Gb改造技术应用

2020-04-26任新

通信电源技术 2020年23期

任新

（中铁建电气化局第一工程有限公司，河南洛阳 471000）

0 引言

本文结合济南至青岛高速铁路（以下简称济青高铁）IP Gb改造前后实例，简要阐述Gb接口组网方式的变化，通过IP Gb口业务测试和冗余测试，对GPRS附着、路由区更新以及SGSN支持Gb-Flex等关键业务进行验证，为以后IP Gb改造提供案例说明[1]。

1 济南铁路局Gb组网概况

IP Gb是指在Gb接口采用IP传输网作为中间网络来连接BSC和SGSN的一种组网方式。目前，济南铁路局通过铁路数据网与北京铁路局和武汉铁路局实现DNS、RADIUS、GROS以及SGSN等协议业务的互联互通。

1.1 济南铁路局济青高铁现网BSC与SGSN的连接方式

BSC采用传统的FR方式，以E1方式上联至SGSN。济青高铁BSC型号为ZXUR9000，配置的单板类型为EDTT2a（逻辑名称EDGB），济青高铁现网Gb接口组网方式如图1所示。

图1 现网Gb接口网图

1.2 济南铁路局济青高铁改造后BSC与SGSN的连接方式

改造后BSC通过光纤与SGSN进行物理连接，传输模式为全IP[2]。将EDTT2a（逻辑名称EDGB）单板更换为EGPB2a（逻辑名称EGPB）单板，采用L3负荷分担方式组网，IP Gb组网如图2所示。

图2 IP Gb改造后网图

IP Gb改造组网方案说明，BSC（ZXUR9000）设备的两块EGPB板各出2个物理接口分别与两台CE设备对接，BSC地址与CE设备接口地址在同一个30 bit掩码子网内，CE设备地址为BSC网关。如图2所示，EGPB-1出两条链路分别至SGSN21和SGSN22，EGPB-2出两条链路分别至SGSN21和SGSN22，BSC的4个接口与4台CE设备间启用BFD协议，Gb接口采用实接口，不使用VLAN划分控制面和用户面。BSC配置4条到SGSN的静态路由，出局流量通过4条静态路由负荷分担。如BSC的一条链路到CE1的链路中断（通过BFD检测），则全部流量由另一条链路到CE3承担。4台CE采用负荷分担的方式均衡发送入局流量，Gb接口采用主备接入方式，即同一BSC上的一对Gb接口以主备方式接入不同的CE[3]。处于Active状态的单板进行业务处理，主备单板接口同时进行链路探测，Active单板链路故障，进行主备倒换。BSC接口同样采用主备方式，需要在CE上启用VRRP为这对接口提供默认网管进行链路探测，每秒钟发送一个探测包，连续3次收不到上报则告警或主备倒换。当主用EGPB-1板发生故障时，BSC在1 s内切换到备用端口链路，同时备用EGPB-2板通过VRRP在500 ms内切换为主用。倒换时间小于1 s，不影响Gb业务。

2 IP Gb接口业务测试

IP Gb接口主要满足服务性、延迟性、稳定性以及吞吐量4个方面，评测的内容主要包括GPRS附着、无限车次号信息传送、Gb-Flex序列以及冗余测试等[4]。

2.1 GPRS附着、分离测试

GRPS附着的过程即Attach过程，当用户向网络发送附加请求后，HLR将在SGSN中插入用户数据[5]。GRPS分离是指用户发送带有P-TMSI和P-TMSI签名的分离请求，其中P-TMSI签名用来确认用户分离的消息是否合法。如果检测到签名不合法或无签名，那么SGSN将发起鉴权，若检测合法则SGSN向GGSN发送删除PDP上下文的信息[6]。

2.1.1 GPRS附着测试

测试预置条件为MS在HLR中已开户但没有附着GPRS网络，SGSN打开鉴权功能。测试步骤为附着检测，检查Gb接口消息流程，检查Attach Accept消息中网络分配的P-TMSI号，在SGSN上查看MS的状态和位置信息。测试结果为GPRS附着成功，Attach Accept消息中网络分配的P-TMSI号被确认，SGSN上有MS的状态（附着后状态为Ready，就绪定时器超时后为Standby）和位置信息。

2.1.2 GPRS分离测试

测试预置条件为MS已附着GPRS网络。测试步骤为MS发起GPRS分离，检查Gb接口消息流程，在SGSN中检查关于MS的移动性状态。测试结果为GPRS分离成功，SGSN中MS状态为IDLE。

2.2 无线车次号信息传送

测试预置条件为MS工作正常，MS已经激活PDP上下文。测试步骤为MS发送无线车次号校核信息，检查Gb接口消息流程，检查GRIS消息记录状态。测试结果为GRIS接收到机车台发送的无线车次号信息。

2.3 SGSN支持Gb-Flex

为实现容错及负荷分担采用Gb-Flex技术，一个BSC可与多个核心网网元SGSN连接[7]。SGSN Pool即在核心网侧将一定数量的SGSN形成一个资源池，由网络统一进行管理和分配资源。BSC将与核心网池进行连接，在一个池的范围内可以包括多个BSC及多个核心网网元，池中的每个BSC都可以与多个核心网网元节点实现全连接，突破了传统核心网和接入网之间点到多点的连接限制[8]。

Gb-Flex采用加权公平算法选取SGSN，IP Gb采用动态配置方案。测试预置条件为SGSN和BSC均启动Gb-Flex功能，并正确配置，SGSN Pool内各网元连接完好。测试步骤为MS进行GPRS附着，检查SGSN分配的NRI值。测试结果为MS附着成功，SGSN中有其正确的MM上下文，SGSN在新分配的P-TMSI中正确携带了NRI值，并通过Attach Accept消息发送给MS。

2.4 冗余测试

在SGSN Pool内的各个核心网节点都采用了负荷均衡方式，使系统具备了冗余能力[9]。济青高铁IP Gb改造完成后针对以下6种情况进行了冗余测试。

一是BSC和交换机2链路正常，BSC至交换机1链路1中断；二是BSC和交换机1链路正常，BSC至交换机2链路1中断；三是BSC和交换机2链路正常，BSC至交换机1链路1和链路2中断；四是BSC和交换机1链路正常，BSC至交换机2链路1和链路2中断；五是SGSN21工作正常，断开SGSN22的GR、GN以及GB接口；六是SGSN22工作正常，断开SGSN21的GR、GN以及GB接口。

其中，情况一和情况二为一类问题，情况三和情况四为一类问题，情况五和情况六为一类问题，在此对情况一、情况三以及情况五进行说明。

2.4.1 BSC和交换机2链路正常，BSC至交换机1链路1中断

测试预置条件为SGSN和BSC均启动Gb-Flex功能，并正确配置，SGSN Pool内各网元连接完好。测试步骤为MS进行GPRS附着，业务正常，断开BSC和交换机1的链路1。测试结果为MS附着成功，业务正常，BSC和2台SGSN都连接正常。

2.4.2 BSC和交换机2链路正常，BSC至交换机1链路1和链路2中断

测试预置条件为SGSN和BSC均启动Gb-Flex功能，并正确配置，SGSN Pool内各网元连接完好。测试步骤为MS进行GPRS附着，业务正常，断开BSC和交换机1的链路1和链路2。测试结果为MS附着成功，业务正常，BSC和2台SGSN都连接正常。

2.4.3 SGSN21工作正常，断开SGSN22的GR、GN以及GB接口

测试预置条件为SGSN和BSC均启动Gb-Flex功能，并正确配置，SGSN Pool内各网元连接完好。测试步骤为MS进行GPRS附着，业务正常，断开SGSN22的GR、GN以及GB接口。测试结果为MS附着成功，业务正常，BSC和2台SGSN都连接正常[10]。