印尼铁路项目GSM-R 系统核心网建设及互联互通研究

王敬源

在“一带一路”国家战略政策的推动下，中国在国外负责修建的铁路项目也逐渐增多。不同于中国国铁集团统一管理各地大型铁路的模式，境外铁路项目存在着私人公司单独修建，并与其他铁路互联运营的可能性，相应的铁路项目中的GSM-R 系统也存在着多个核心网并存，相互间互联互通的建设方式。本文以印尼铁路项目为例，研究境外铁路项目中可能出现的通信网络建设模式，以及主要铁路业务系统与GSM-R 系统的互联互通方式。

1 印尼高速铁路GSM-R 系统核心网建设方案分析

印尼高速铁路的建设、运营及维护均参考中国标准，结合印尼当地的实际情况，未来印尼高速铁路GSM-R 系统核心网建设可能存在以下2 种方案。

1）国家统一规划建设GSM-R 网络，由国家铁路公司投资建设中心网络系统和汇接系统，其他铁路公司只建设运营业务系统，并将各自的运营业务系统接入国家的主系统，全国共用一张通信网络［1］。

2） 各铁路公司独立建设各自完整的GSM-R系统核心网，再根据业务需求决定是否与其他公司的核心网络相连接。

1.1 国家统一规划建设GSM-R 核心网

由印尼国家政府成立一个国立铁路公司，仿照中国国铁集团的模式。该国立铁路公司可在首都雅加达设置1 套具有完整功能的GSM-R 核心网络系统设备，具体如下。

1）在雅加达国立铁路公司的核心网机房设置2 套互为热备的归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）、设备寄存器（EIR）等中心设备，用于管理全国铁路通信网络中的移动用户信息、位置信息、签约业务等数据，负责对用户的IMSI 号进行鉴权，对无线通信内容进行统一加密，以及存储移动设备的设备识别号码（IMEI）。在雅加达和万隆设置TMSC，作为汇接区域节点，用于连接附近其他公司的MSC，实现全国网络的互通。

2） 在雅加达设置1 套移动智能网子系统（IN），将网络交换功能和业务控制功能相分离，实现对呼叫的智能控制。其他接入国立核心网的铁路公司可共同使用此移动智能网子系统。

3）其他私营铁路公司可以根据各自的运营维护需求，在公司属地的核心网机房设置电路域或分组域业务系统，并将这些系统通过本地MSC 分别接入雅加达或万隆的TMSC，从而实现全国各铁路公司间的GSM-R网络互联互通，方便铁路线路间套跑运营。

1.2 各铁路公司独立建设GSM-R 核心网

印尼国内各私营铁路公司将自身管辖范围内的铁路按照独立区域进行运营，各公司在所属的核心网机房分别建设具有完整功能的GSM-R 核心网络系统设备，具体如下。

1）移动交换子系统（SSS）。包括移动业务交换中心（MSC）、访问用户位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）、设备寄存器（EIR）等中心设备，用于完成用户业务交换、用户数据与移动性、安全性管理所需的数据库功能。

2）移动智能网子系统（IN）。包括GSM 业务交换点（gsmSSP）、GPRS 业务交换点（gprsSSP）、智能外设（IP）、业务控制点（SCP）、业务管理点（SMP）、业务管理接入点（SMPA）和业务生成环境点（SCEP）等设备，用于将网络交换功能和业务控制功能相分离，实现对呼叫业务的智能控制。

3）通用分组无线业务子系统（GPRS）。包括服务GPRS 支持节点（SGSN）、网关GPRS 支持节点（GGSN）、域名服务器（DNS）和认证服务器（RADIUS）等设备，用于为无线用户提供分组数据承载业务。

各私营铁路公司再根据各自运营维护范围内的线路情况，在沿线布置相应的基站进行GSM-R 网络无线覆盖，并将相应基站接入各自的核心网，在各自的运营管辖范围内封闭使用。

2 印尼高速铁路GSM-R系统核心网漫游方案

2.1 通信漫游机制

当移动台开机或更换到另一个MSC 时，移动台发现当前的位置区号码和SIM 卡中存储的位置区号码不一致，就向漫游位置的BSC（基站控制器）发送位置更新请求，漫游位置的BSC 再向所属MSC 发送一个位置更新请求。该MSC/VLR 接到位置更新请求后，发现当前MSC 中不存在该用户信息，即向HLR 询问，HLR 负责向该用户的当前MSC/VLR 发送一个位置更新证实消息，并将此用户的一些数据传送给这个MSC/VLR；同时，HLR负责向用户原来的MSC/VLR 发消息，通知原VLR 将该用户的数据删除。该用户当前MSC/VLR 通过当前BSC 向移动台发一个位置更新证实消息，移动台接收后，将SIM 卡中位置区号码改成当前的位置区号码。

若该用户发起呼叫，呼叫漫游所在地MSC 下号码，则通过用户当前所在小区路由到当前BSC和MSC，当前MSC/VLR 接收到呼叫请求后，经过鉴权、加密模式设置、呼叫开始、TCH 指配、用户提示、直至呼叫被接受；若该用户发起呼叫，呼叫原所在地MSC 下号码，则通过两MSC 之间互联通道建立呼叫关系。

若该漫游用户被叫，其归属HLR 查询该用户的当前位置信息，并向漫游所在地VLR 请求漫游号码，漫游所在地VLR 回送该用户的漫游号码、HLR 向MSC 回送被叫用户的路由信息（MSRN），MSC 收到路由信息后，对被叫用户的路由信息进行分析，得到被叫用户的局向，然后进行话路接续［2-6］。

2.2 统一规划建设GSM-R 核心网的漫游方案

若印尼参考中国的统一管理模式，则建设1 套具有完整功能的GSM-R 主备核心网络，其他私营铁路公司将各自的电路域和分组域业务系统接入此核心网，以实现网络资源共享。

参考中国的GSM-R 移动交换网络结构，印尼高速铁路可按属地或铁路公司管理权限，将全国分属不同铁路公司的高速铁路统一规划成若干片区，各铁路公司可按照中国铁路局的模式建设独立的MSC/VLR，按远期用户规划各片区的MSC 容量，然后实现各MSC 之间互联互通。

在印尼国内异地建设2 套互为热备的归属位置寄 存 器（HLR）、 智 能 网（IN）、 鉴 权 中 心（AUC）、设备寄存器（EIR）等中心设备，写入所有接入网络的机车台及手持终端信息，总体协调全国高速铁路网内各铁路公司MSC 间的互联及移动台跨局切换。该方案的印尼GSM-R 移动交换子系统构成见图1。

图1 参考中国模式的印尼GMS-R 移动交换子系统构成

1）语音通信。由于使用了统一的核心网，各铁路公司的所有移动用户信息均存储在统一的核心网HLR 内。当发起语音呼叫用户的请求时，HLR可通过呼叫号码找到被呼叫用户存储在本地的信息，完成双方的语音通信。

2）数据通信。由于使用了统一的核心网，各公司的数据业务可通过统一核心网的TMSC，从一个公司传输到另一个公司，从而完成双方的数据通信。

2.3 各铁路公司独立建设GSM-R核心网的漫游方案

2.3.1 各铁路公司间机车互不套跑

各铁路公司间机车互不套跑的情况下，核心网间无互联互通需求，其语音通信和数据通信情况如下。

1）语音通信。各个铁路公司间通信系统不互通，不同公司的移动终端之间也不需要互相通信，各公司管辖下的列车和运营维护人员只能在自身辖区内使用正常的语音通信调度业务。

2）数据通信。各个铁路公司间通信系统不互通，不同公司的移动终端之间也不需要互相通信，各公司管辖下的铁路相关的电路域和分组域业务只能在其管辖区域内进行正常的数据传输。

2.3.2 各铁路公司间机车互相套跑

各铁路公司间机车互相套跑的情况下，核心网间有互联互通需求，则各铁路公司的核心网内可分别设置TMSC 设备，通过TMSC 设备间的连接完成核心网的互联互通。

不同于公网移动通信运作模式的不确定性，铁路运输具有较强的计划性和重复性。因此，对于有机车互相套跑及互联互通需求的铁路公司间，双方可通过协商确定好每年需要进行跨区域运营的列车数量和班次号码，将相应的列车终端SIM 卡数据在对方的HLR 设备中备份，作为特殊的漫游用户进行管理，以便发生漫游情况时，可以平稳切换业务。

当某公司的铁路移动用户进入其他铁路公司的区域时，被访问网络的MSC 会经过其所属的HLR确定访问者的身份。当被访问网络的HLR 发现访问者为特殊漫游用户时，被访问网络的VLR 启用预先存储好的特殊漫游用户档案，双方MSC 通过呼叫档案中预先设定好的用户移动台漫游号码来完成语音通信业务，并为漫游用户开启相应的数据通信业务权限。跨区域运营列车使用被访问网络内的电路域和分组域设备来实现运营所需的业务功能。

两个铁路公司的无线系统覆盖规划时，在切换点进行交叉覆盖，保证机车有足够的切换区。当注册车辆进行跨公司区域运营时，可以通过两公司基站间交叠区切换至对方网络中。当漫游建立成功后，跨区域运营车辆则断开与原调度区域的连接，服从新网络所在调度区域的调度管辖继续运行。

3 印尼高速铁路GSM-R 系统与其他系统间的互联互通

3.1 统一规划建设GSM-R 核心网方案

若印尼高速铁路GSM-R 核心网建设采取统一规划方案，则印尼国内只需建设1 套统一的GSM-R核心网设备即可，其他铁路公司可将其他业务应用系统设备接入核心网络［7］。GSM-R 核心网网络连接示意见图2。

GSM-R 系统包括网络子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、运行和业务支撑子系统（OSS/BSS）和终端设备等4 个部分。其中，网络子系统包括移动交换子系统（SSS）、移动智能网（IN）子系统和通用分组无线业务（GPRS）子系统。从图2 可以看出，GSM-R 网络内部可以通过MSC 的接口进行GSM-R 系统与其他系统间的互联互通，而其他通信网络则可以通过GMSC 的接口与GSM-R 网络进行互联互通［8］。

图2 GSM-R 核心网网络连接示意图

在铁路工程项目中，还有一些与调度运输相关的系统需要利用到GSM-R 移动通信网络，包括铁路专用电话交换网络、列控系统无线闭塞中心RBC、铁路数字调度系统FAS 和CTC/TDCS 系统等。调度运输相关系统与GSM-R 核心网连接示意见图3。

图3 调度运输相关系统与GSM-R 核心网连接示意图

1） GSM-R 与铁路专用电话交换网交换机之间采用E1 接口、优选七号信令互联，以满足少量被授权的GSM-R 无线用户与铁路专用电话交换用户之间的语音通信需求。具体互联通道数量需根据无线/有线用户数量及其话务量要求计算，但一般不 小于2 个E1 的 主备通道［2］。

2） GSM-R 与列控无线闭塞中心RBC 采用PRI（30B+D）接口、DSS1 信令方式互联，完成列控信号的无线承载功能。一般每个RBC 需要5 个2 Mb/s 通道［2］。

3） GSM-R 与调度通信主交换机采用PRI（30B+D）接口、DSS1 信令方式互联，实现调度通信车站台与机车台之间的语音通信功能。每套调度通信主交换机系统需要2 个30B+D 的通道［2］。

3.2 各铁路公司独立建设GSM-R 核心网方案

若印尼高速铁路GSM-R 核心网建设采取各铁路公司独立建设GSM-R 核心网的方案，则其互联示意如图4 所示。

各铁路公司独立的GSM-R 核心网均应包含移动交换子系统（SSS）、移动智能网（IN）子系统和通用分组无线业务（GPRS）子系统、基站子系统（BSS）终端设备等，以及铁路专用电话交换网络、列控系统无线闭塞中心RBC、铁路数字调度系统等其他与调度运输相关的需要利用到GSM-R移动通信网络的系统［9-10］。

铁路专用电话交换网络、列控系统无线闭塞中心RBC、铁路数字调度系统与GSM-R 核心网互联接口与“统一规划建设GSM-R 核心网方案下的接口互联互通”方案中的接口连接方式相同。同时，根据业务需要，有机车套跑需求的铁路公司的GSM-R 核心网间可通过GMSC 与其他铁路公司的GSM-R 网络采用E1 接口、七号信令互联。两个铁路公司间的业务数据可以通过GSM-R 网络进行相互传输［11］。

图4 各铁路公司独立GSM-R 核心网的网络互联示意图

4 总结

本文针对印尼铁路可能出现的运营体制，提出了国家统一规划建设铁路通信网络和各铁路公司各自独立建设铁路通信网络的方案，分别提出了相应的GSM-R 系统核心网建设方案及其漫游措施，以及与其他业务系统间的互联互通方案。面对未来多样化的国际铁路工程市场，可根据当地国家的政治经济体制和业主的实际需求进行相应的选择。