（通信与信息系统专业论文）gsmr网络与fas系统互联互通关键问题研究.pdf

北京交通大学硕士论文 y 87 8 1 二8 摘要 摘要 铁路综合数字移动通信系统g s m r 是铁路信息化的平台和基础， g s m r 网络与其他网络的互联互通是未来在全路部署g s m r 网络的 重要环节。本文基于g s m r 网络与固定用户接入系统( f a s ) 之间互 联互通的关键问题从网络结构、接口和业务三个层面进行了研究，提出 了具体问题的解决方案。 本文的第一章首先对g s m r 和f a s 互联互通的重要意义和要求进 行了概述，给出全局性的介绍。 f a s 的组网方式以及与g s m r 网络的连接方式是互联互通的基础， 采用不同的组织方式将会对网络的服务质量和设备成本产生不同影响， 第二章中对常用网络结构带来的性能差异进行了分析，并提出了建议。 第三章重点分析了g s m r 网络与f a s 系统之间的基本速率接口 ( p i u ) ，提出了区别可选消息和必选消息的方法，并对重点补充业务消 息进行了分析和解译。 第四章重点解决了虚拟组呼的实现和性能指标，突出体现了g s m r 网络特征业务在互联互通时的特殊性。 第五章分析了数据业务互联的原理以及数据业务互联应用。 第六章对全文进行了总结和展望，提出了未来的发展方向和要解决 的问题。 【关键词】 互联互通g s m rf a sp 虚拟组呼 北京交通大学硕士论文 摘要 a b s t r a c t g s m rs y s t e mi sb a s i cf o rc h i n ar a i l w a yi n f b m l a t i o np l a t f o r n l t h e i m e r w o r k i n gb e t w e e ng s m rn e t w o r ka n do t l l e rs y s t e mi sak e yr e s e a r c h p o i m i nt h i sp a p e r ，t h ek e yp r o b l e m so fi n t e r w o 商n gb e t w e e ng s m - ra n d f a sa r es t u d i e da n ds o m es 0 1 v i n gs c h e m e sa r cp r o p o s e d f i r s t l y ，血eo v e r v i e wo fi n t e 刑o r l 【i n gb e m e e ng s m ra n df a si s g i v e l l s o m ei m p o r t a n tc o n c 印t i o n sw i l lb ei n 昀d u c e d i nc h a p t e r2 ，h o wt oo r g a n i z ef a sn e t w o r ka n dh o wt oc o 肋e c tw i 吐l m s ci ng s m rn e t w o r ka r ed i s c u s s e d t h es t a rn e t 、o r ka 1 1 d 也ec i r c l e n c t w o r ka r cc o m p a r e da 1 1 ds o m er e s u l t sa r eg o ta st h es u g g e s t i o n so n n e t w o r kc o n s t r u c t i o n c h a p t e r3g i v e ss o m er u l e sf o rd i f r 色r e n t i a t i n gm a n d a t o r ym e s s a g ea n d o p t i o n a lm e s s a g eo n 也ep r i m a r yr a t ei n t e r f a c e t h ei m p o r t a l l tm e s s a g e sf o r s u p p l e m e n t a r ys e r v i c e sa r e 打a 1 1 s l a t e d i nc h a p t e r4 ，t h ei m p l e m e n t a t i o na n dp e r f o m a n c ei nv i s u a lg r o u pc a l l a r ea i l a l y z e d i nc h a p t e r5 ，t h es c h e m ef o rd a t ai n t e r w o r d i n ga r ep r 叩o s e da n ds o m e n e wd a t a 印p l i c a t i o n sa r ei n t r o d u c e d i nt h el a s tc h 印t e r ，g i v e saw h o l es u 唧a r ya n df u t u u 他v i e w 【k e yw o r d s 】 i n t c n v o r k i n g g s m rf a sp r jv i s u a lg r o u pc a l l 2 北京交通大学硕士论文 1 1 综述 第一章引言 1 1 1 网间互联互通的要求及意义 通信网络的发展趋势之一是实现有效的互联互通。正如i n t e m e t 的 发展历程所揭示的那样，要想获得更广泛、更深层次的通信和交流，网 络必须不断地发展壮大。通过在现有服务于不同对象的独立系统之间进 行互联互通是最为迅速和有效的方式。互联互通不仅要达到共同提供业 务的目的，还要实现网络的融合和共同演进，为新技术、新业务和新概 念的产生提供平台。纵观电信网络的发展，其最深刻的变革都是源自于 互联互通，如电话网和数据网的融合产生了i p 网；智能网和交换网的融 合产生了下一代网络n g n 。 随着通信系统的发展和演进，不同网络或系统之间的互联互通已经 从最初的使用或容量的需求演变成为一种新的业务。网络运营者在建设 网络的同时必须提供互联互通的能力，很多新的电信业务就是在互联互 通的基础上诞生的，很多新的技术难题也产生在互联互通的环节上。可 以说，互联互通是提供普遍服务的选择，也是网络发展的必然趋势。 i t u t i 1 1 x 定义互联互通( i n t e n v o r k i n g ) 为：“在不同网络或系统 中的实体之间支持通信交互作用的手段。”互联互通用来表达网络之 间，系统之间，实体之间进行端到端的通信时基于功能的相互作用。这 种功能上的相互作用体现为不同功能之间的相互匹配，包括物理和电气 特性的匹配，协议的映射。不同网络之间、以及同一系统中不同设备间 都需要互联互通，网络的互联互通可以归纳为以下几方面： 北京交通大学硕士论文 设备互联 信令互联 业务互联 设备互联是指底层的连接，主要涉及到物理层和数据链路层的连 接，包括接口特性、数据格式、链路规程等方面的匹配以及容量的选择 和兼容性的检查，还涉及到网络结构、传输方式等。 信令互联是指互联网络双方使用不同的信令系统或信令网络，需要 进行功能和信令格式的转换。如g s m 网络与i s d n 互联时要进行n o 7 信令系统和d s s l 信令系统之间的互联。 业务互联主要分为承载业务互联和终端业务互联。由于互联网络双 方提供的信息承载能力不同，因此需要网络双方提供兼容的承载能力， 即提供一种可以兼容的承载业务。终端业务的互联建立在承载业务互联 基础上，如果网络提供了能够互联的承载业务，针对不同的终端需要进 行数据速率的转换，d 变换，协议转换，调制解调器选择等处理，这 些功能提供了终端业务之间的互联。 网络的建设规模、设备情况、业务需求以及未来的发展等因素决定 了网络之间以什么样的方式进行互联互通和互联互通的程度。同时互联 互通带来的许多问题也成为研究的热点，如对网络服务质量的影响，对 网络拓扑结构的影响，设备的集成，接入方式的演变等。 1 1 2 铁路综合数字移动通信网g s m r 1 1 2 1g s m r 发展及应用 我国铁路无线通信的历史可以追溯到2 0 世纪6 0 年代，最早使用的 是模拟的无线列车调度电话系统，仅能提供单工通信方式。9 0 年代初期 北京交通大学硕士论文 开始推进集群移动通信系统在铁路的应用，安装了多套8 0 0 m h z 单基站 模拟集群移动通信系统进行试用。但是几十年的探索始终停留在模拟移 动通信制式上，随着铁路运输能力的迅速提高和业务的扩展，模拟通信 已经无法满足需求，甚至制约了铁路应用未来的发展。特别是在铁路发 展提出信息化的要求后，铁路移动通信更迫切的需要新的先进技术。 g s m r 是用于铁路的数字移动通信系统，它基于g s m 系统，增加 了集群通信功能和高速环境下的一些特征和应用。国际铁路联盟( u i c ) 在1 9 9 3 年提出了下一代无线通信以g s m 曲a s e 2 + 为基础的g s m r 技 术，在随后的几年中，欧洲多个国家在自己的铁路线上部署和试验了 g s m r 网络，获得了很大成功。目前，g s m r 技术已经逐步成熟，正 在被更多的国家采用。 我国铁道部于2 0 0 0 年决定将g s m 。r 作为我国铁路无线通信未来的 发展方向，逐渐取代传统的模拟通信方式。在相关专家和科研机构的研 究和攻关下，g s m r 在中国已经制定了比较完善的技术体制，正在开展 应用性试验，它将为中国铁路未来的列车控制系统提供基础平台。 典型的g s m r 无线子系统是在沿路轨方向安装定向天线，以形成 沿轨的椭圆形小区；核心网部分保留了g s m 的基本结构，增加了存储 组呼属性的寄存器( g c r ) 来实现高级语音呼叫功能。除了提供g s m 系统的通用业务外，还需要支持铁路调度业务，如功能寻址、基于位置 寻址、接入矩阵等。未来，利用g s m r 通信平台还可以开展列车控制、 旅客信息服务等业务。 1 1 2 2g s m r 网络结构及互联要求 g s m - r 网络以g s m 的基本网络结构为基础，包括网络子系统 ( n s s ) 、基站子系统( b s s ) 和操作维护子系统( o s s ) 三大部分。 北京交通大学硕士论文 n s s 建立在移动交换中心( m s c ) 的基础上，利用h l r 、v l r 、 g c r 等数据库来进行用户数据存取和管理。n s s 是进行网际和系统间互 联互通的核心部分。b s s 由基站控制器( b s c ) 和基站收发信枧( b t s ) 组成，属于接入部分，基本不涉及到网络间互联互通，但存在不同厂商 设备之间的互联互通问题。g s m r 由于使用线状覆盖、用户数量相对较 少，在b s s 的载波配置、参数设置上有一些特殊要求。o s s 包括负责 b s s 操作维护的o m c r 和负责管理n s s 的o m c s ，主要提供用户管 理、移动设备管理和网络操作控制三大功能。 在铁路应用上，目前g s m r 网路需要与提供有线调度业务的固定 用户接入系统( f a s ) 、铁路电话网、铁路d m i s t m i s 等系统进行互联 互通，共同提供业务或共享信息。在考虑这部分互联互通的问题时，涉 及到g s m r 网络节点的设置、容量设计、业务实现方式、编号方案、 行政管理结构以及测试方法等一系列技术和管理方面的问题。未来，随 着铁路信息化程度的深入，越来越多的铁路应用，特别是旅客信息服务 方面，还需要与一些公众网络进行互联互通，诸如网关局的设置、安全、 计费等问题也将成为新的关注焦点。 1 1 3 固定用户接入系统f a s 1 1 3 1f a s 系统的产生及在调度通信的应用 f a s 的全称是固定用户接入交换机，是铁路区段专用的数字化交换 设备，是铁路行车调度指挥和信息联络的重要通信设备。f a s 的前身是 铁路专用数字调度系统，它是原有模拟系统的升级替代品，不仅提供了 数字化的平台还兼容原来的模拟系统。g s m r 应用于铁路后，为了实现 与有线通信系统之间的互联互通，要求区段调度系统全面升级为数字设 北京交通大学硕士论文 各，并且能够提供支持d s s l 信令的标准基群速率接口和与g s m r 兼 窑的业务。f a s 系统就是在这种背景下产生的。 f a s 基本结构和功能基于区段数字调度系统并实现了队b x 的功 能，不仅能够用于铁路调度通信、专用通信和站场通信，还支持i s d n 的各种基本业务和补充业务。它提供的铁路基本业务有： 调度电话 专用电话 站场通信 站间通信 区间电话 事故救援通信 根据铁路现有通信设备状况，f a s 还可以提供与模拟系统兼容的接 口，作为过渡阶段的方案。 1 1 3 2 趴s 对g s m r 业务的支持 f a s 系统不仅要实现与g s m - r 网络的互联互通，还要最终做到有 线、无线两网的融合。因此f a s 要支持除i s d n 业务之外的g s m r 网 络提供的特殊业务，包括： 语音组呼和广播业务：要能够支持g s m r 定义的语音组呼和广 播业务，实现以调度身份连接到m s c 会议桥功能，虚拟组砰功 能，组呼中申请发言和结束发言控制功能，定时器超时释放功 能，紧急呼叫功能等。 优先级业务：在i s d nm l p p 业务的基础上增加对e m l p p 业务 的支持，能够实现e m l p p 优先级与m l p p 优先级的映射。 功能寻址业务：能够实现f a s 终端之间、与移动台之间的功能 北京交通大学硕士论文 发。 号呼叫，功能号的定义和管理。 接入矩阵：结合m s c 的接入矩阵设置，利用呼日邮艮制功能实现 f a s 下的接入矩阵。 数据业务：主要是电路数据业务，要求支持与移动台之间的数 据传输，实现调度命令发送、列车位置跟踪显示以至于图像传 送功能。 以上业务有些是在f a s 基本功能上的改进，有些还需要进行新的开 1 2 本课题的研究意义 互联互通本身是一个被通信界广泛关注的话题，在公网的互联互通 研究已经有了一定基础、互联互通问题已经有了一些解决先例的基础 上，针对铁路专用移动网络的特殊性，探讨关于它的互联互通问题具有 重要的意义，是推动铁路信息化、数字化的重要环节。 g s m r 网络提供了铁路信息化平台，也提出了与有线调度网合二为 一的要求。f a s 是铁路区段专用交换系统，为了实现与g s m r 网络的 融合，替代原有的数字调度系统，g s m r 与f a s 之间的互联互通是实 现建设信息化统一平台的基础和关键。 虽然g s m r 基于g s m 系统，但也有它应用于铁路的特殊性，因此 在互联互通方面也提出了一些特殊要求。二者的互联互通将会影响到未 来g s m - r 网络的设计、服务质量和业务实现。如何解决g s m r 与f a s 互联互通中的关键问题和特殊问题是需要深入探讨和试验的。 当前铁道部正在逐步开展g s m r 网络和f a s 系统的部署和试验， 互联互通的方案将会逶过实践来验证，试验中出现的问题还需要深入的 理论分析和有效的解决方案。本文正是基于这一目标来研究g s m r 与 6 北京交通大学硕士论文 f a s 之间互联互通问题的。 1 3 本论文的主要工作与贡献 本文主要研究了g s m r 网络与f a s 系统互联互通过程中的几个关 键问题，分别从网络结构、接口和业务几个方面进行了论述，并对在互 联互通试验中出现的问题提出了解决方案。具体工作包括： 提出了f a s 系统的网络结构和与g s m - r 网络的连接方式， 从传输时延和传输效率的角度分析了星形网络和环形网络 的优缺点，进行了方案比选。 提出了在g s m r 网络子系统冗余备份的情况下，f a s 系统 的冗余方式和与m s c 的连接方式。 分析了m s c 与f a s 之间p r j 接口的特性和基本信令消息， 通过对呼叫流程的分析，区分了可选消息和必选消息，分析 了补充业务消息功能、g s m r 特殊业务消息。 提出了固定用户超过5 方时组呼业务的实现方案，即虚拟组 呼。针对互联互通测试中参与组呼人数多时话音质量差的问 题，从会议桥实现原理角度探讨了解决的方式。 研究了g s m r 网络与f a s 系统之间的数据传输原理，分析 了互联功能( 1 w f ) 和应用，提出了现有数据业务的实现方 案和新业务应用建议。 通过以上工作，本文对该课题做出的贡献有以下几方面： 为g s m r 网络和铁路现有固定网络的互联互通解决提供参 考模式。 针对现阶段p 接口在测试中对g s m r 相关业务实现流程 没有明确评价规范的现状，提出了消息选用依据和方法，为 7 北京交通大学硕士论文 p r i 接口信令流程标准化提供了建议。 解决了固定用户超过5 方时组呼的实现，使g s m r 的语音 组呼业务能够通过f a s 系统扩展到更大的应用范围中。 为g s m r 与f a s 两网合一后新业务的应用提出了发展思 路。 北京交通大学硕士论文 第二章f a s 系统组网方式以及与g s m r 网络 的连接 通信网是由一定数量的节点( 包括终端设备和交换设备) 和连接节 点的传输链路相互有机地组合在一起，以实现两个或多个规定点间信息 传输的通信体系。在硬件方面，通信网主要由终端设备、传输链路和交 换设备构成，除此之外，还需要有信令方案、各种协议、网络结构、路 由方案、编号方案、计费制度和服务质量等软件方面的支持。 通信网的基本结构主要有网形、星形、复合形、总线形、环形、树 形和线形。不同的结构具有不同的特点，孰优孰劣要从实用性和经济性 两方面综合考虑。 网形网；链路冗余度大，稳定性好，但线路利用率不高，经济性较 差。主要用在各节点间业务量较大的大型网络中。 星形网：传输链路比网形网少，线路利用率高，但是中心节点是全 网可靠性的瓶颈，旦中心节点故障会导致全网瘫痪。适用于主从结构， 可靠性要求较低的网络中。 复合形网：是以星形网为基础，在业务量较大的中心节点之间建立 连接，形成网形结构，具有星形和网形的优点，经济性和稳定性较好。 总线形网：所需传输链路少，便于增加新的节点，但是稳定性较差， 范围受限。主要用于计算机网络。 环形网：结构简单，实现容易，可以采用自愈环保护提高可靠性。 常用于传输网络中。 线形网：节点首尾不相连，与环形网类似。 树形网：可以看作是星形的扩展，具有多层节点，信息交换主要在 上下节点间，对可靠性要求较高。主要用于用户接入网和时钟网。 北京交通大学硕士论文 本章讨论的网络是铁路调度通信网，是铁路专网，用于全路运输的 调度指挥，既有普通专用通信网的共同特性，也具有铁路系统通信网的 特色。 2 1 铁路干局调度通信特点及网络结构 圈2 1 铁路干、局调结构 铁路调度通信网由干线调度、局线调度和分局调度三级组成。其网 路结构如图2 1 所示。 干线调度通信系统( 简称干调) 由铁道部、铁路局及重点分局、编 组站、区段站组成，它以铁道部为运输指挥中心，统一指挥各铁路局， 协调完成全国铁路运输计划。局线调度通信系统( 简称局调) 由铁路局、 分局、编组站及区段站组成。它以铁路局为运输指挥中心统一指挥所属 分局及主要站段，协调地完成全局运输计划。分局调度通信系统由铁路 沿线按专业、部门设置的多个独立的调度通信系统组成，它以铁路分局 为调度指挥中心，按列车、货运、电力牵引等多个业务分别进行调度指 l o 北京交通大学硕士论文 挥，是铁路运输生产的基层调度指挥系统，每个调度员的管辖范围约为 1 0 2 0 个车站，1 0 0 2 0 0 k m 。 调度网的干调交换机为一级主汇接中心，采用复合的星形网络结构， 通过2 m b i 以数字中继直达电路或迂回路由与局调交换机连接。局调交 换机为二级分汇接中心，采用星形网结构，通过2 m b i t ，s 数字中继电路 与干调交换机、相邻铁路局的局调交换机以及所属分局调度机连接。经 相邻局可构成与干调交换机之间的迂回路由。分局调度机多采用共话路 结构，进行调度指挥，也可以采用星形网络。 调度网内干调、局调用户相互间可以直接拨号呼叫；干调、局调用 户呼叫分局调度交换机下的用户分机时，须经分局调度台转发；分局调 度机的分机不能越级呼叫，也不能呼叫其他调度区段的用户。 2 2f a s 系统的组网方式 作为一个专用有线调度通信系统，f a s 系统的网络结构既要符合于 局调通信的需求，又要考虑与g s m r 业务的融合。f a s 系统具有干局 调有线通信的特点，即管理层次分明，下级不能越级呼叫，只能由上一 级转接；业务量相对较平稳，逐级递减；同时也具有为无线通信服务的 一些特征，即与g s m r 网络互联后，对移动用户的呼叫主要由m s c 处 理，f a s 只起中继作用。因此，探讨清楚f a s 系统的组网方式和网络结 构，是研究f a s 系统与g s m r 网络互联互通的一个重要前提条件。 2 2 1 环形和星形结构的选择 铁道部现有电话网络采用分级组网方式，f a s 系统也可以按照四级 网络结构进行组网( 不存在铁路分局时为三级网络) ，如图2 2 所示。铁道 北京交通大学硕士论文 部、铁路局和铁路分局设汇接f a s ，站段所在地设接入f a s 。分局和路 局所在地的f a s 必须具有较强的汇接能力。 图2 2f a s 系统的网络结构 根据铁路干局调业务的特点，可以用图2 3 简单描述各部门之间的 业务流向关系。垂直的线表示上下级之间的业务，水平线表示同一区段 内相邻车站之间的业务，曲线表示分局之间或相邻站段之间的业务。可 以看出，业务在分局以上主要集中在垂直方向上，在分局和站段之间水 平方向和垂直方向上都有。由于大部分的业务集中在三、四级网络之间 ( 三级网络时在二、三级之间) 。因此对于铁道部、铁路局、铁路分局 之间使用星形网络既符合垂直管理的关系，又符合业务流向，是比较适 宜的；而在铁路分局和站段之间的三四级网络选择环形还是星形结构会 在系统性能上产生一些差别。以下对环形网络和星形网络的特点和性能 进行分析。 北京交通大学硕士论文 ：i 坷i八 翮王 。 八 图2 - 3 铁路各级之间业务流向 环形网的特点是结构简单，实现容易，节省传输通道，可以采用自 愈环进行自动保护，稳定性较高。星形网的特点是传输效率高，时延短， 但是可靠性是瓶颈，因为所有节点都连接到一个中心节点上，一旦中心 节点出现故障就会造成全网的瘫痪。在f a s 系统与g s m r 网络连接后 还存在一个突出的问题组呼。在采用环形连接和星形连接时对组呼 性能的影响是不一样的。 点对点呼叫 在这里采用传输时间和传输效率( 传输过程需要经过的处理节点 数) 来衡量两种网络结构在点对点呼叫时的差异。假设一个网络，子节 点数为n ，一个中心交换节点n + 1 ，各子节点与中心节点之间的传输距 离用d 表示。子节点之间以及各子节点与中心节点之间需要进行通信。 采用环形和星形两种连接方式的网络结构如图2 4 所示。设n ，节点与 n + 1 节点的距离为d ，环形网络中的信息流向为顺时针。 1 )首先计算子节点间通信时的传输时间和传输效率。假设n ，和n ， 进行通信，分别计算两种网络需要的传输时间t 。和t 。： 北京交通大学硕士论文 n n + 1 图2 4 星形和环形结构模型 星形网络： t s = ( d f + d 1 ) c + t 0 环形网络： t c = ( d 1 。) c c 信息在传输通道中的传输速率。( 通常为3 6 “s k m ，决定于 不同的传输介质) t o 在中心节点中的处理时间。( 普通数字交换机小于1 m s ) d 节点n 。和n 。之间的传输距离。 由于单位传输时间很小，为微秒级，通常只有传输距离超过1 0 0 k m 时才会产生较大时延；而交换机的处理时延一般要达到毫秒级，因此在 传输距离较短( 小于1 0 0 k m ) 时，处理时延远大于传输时延，传输时延 可以忽略不计，即式和式中的d c 可以忽略。因此，星形网络任意 两子节点之间的传输时延在传输距离小于1 0 0 k m 时，都要大于环形网络 子节点间的传输时延。 再比较两种网络中的传输效率。星形网络从n ，到n 。节点需要经过 中心节点n + 1 ，由n + 1 节点进行路由选择。环形网络中，从m 到n l 节 点利用环形直达通路，不需要其它节点转发。 2 )其次计算子节点和中心节点通信时的传输时延和传输效率。假 4 北京交通大学硕士论文 设n ，和n + 1 进行通信，分别计算两种网络的传输时延： 星形网络： t s _ d 加 环形网络： f d m 一车。1 t c = 上 d 。为子节点与中心节点的最远距离。 由式和式可知，t s 与l 的大小取决于子节点与中心节点之间 i 的传输距离，那么可以得出d 。一d ，至d 。，因此，与中心节点的平均 传输时延在星形网络中要小于环形网络。 再比较传输效率，星形网络中从n ，可以直达n + 1 ，环形网络中虽然 要经过n ，之后的其他子节点，但是不需要处理，可以直达n + 1 节点， 因此可以认为所经过的处理节点数目相同。将两个指标综台考虑，由于 传输时延在距离不是很长时对系统性能影响很小，所经历节点数也相 同，因此在子节点与中心节点通信时可以认为两种网络的性能是相当 的。 根据以上分析，可以得出以下结论： 星形网络子节点间通信必须要经过中心节点，产生处理时延； 环形网络子节点间存在直达路由，其传输时延取决于传输距离， 即环的大小。 星形网络和环形网络的子节点与中心节点通信时，在传输时延 和经历节点数方面没有太大差异，性能相当。 当节点间的距离较大( 超过1 0 0 k m ) 时，传输距离是造成传输 时延的主要因素，要结合距离大小具体分析。 1s 北京交通大学硕士论文 组呼 与f ：a s 系统相关的组呼可以分为两类：固定组呼和混合组呼。固定 组呼是指只在f a s 系统内部进行、只有固定终端参与的点对多点呼叫， 它的实质是会议呼叫。混合组呼是指在g s m r 网络和f a s 系统中同时 进行的、既有移动终端参与又有固定终端参与的点对多点呼叫，即 g s m r 中定义的语音组呼业务( v g c s ) 。需要说明的一点是，在混合 组呼中还包含着虚拟维呼的情况，即当参与v g c s 呼叫的调度身份用户 ( 固定用户通常都为调度身份用户) 超过5 方时，所有的固定用户需要 由与m s c 相连的f a s 来组建会议。关于虚拟组呼的原理和实现将在第 四章中讨论。 与点对点呼叫不同，组呼时两种网络结构的差别主要体现在信令传 输的可靠性和会议桥混音对通话质量的影响上。在星形网络中，中心节 点将呼叫的信令消息通过独立的通道分发到各个子节点，中心节点与每 个子节点间均存在直达路由。在环形网络中，由中心节点发送的信令消 息需要沿着环路分别发送到各个节点，在环路中的实际传送距离可能要 大于目标子节点与中心节点的直连距离，并且所有子节点需要共用一条 传输通道。这有可能造成信令消息的丢失和错误，如果没有良好的重传 或纠错机制保证，会导致个别子节点不能加入组呼，而星形节点中存在 这一问题的可能性较小。 在组呼中，所有固定用户随时都可以讲话，因此所有的话音都要到 m s c 或者与m s c 相连的汇接f a s 的会议桥中进行混音，各子节点的背 景噪声也会同时进入会议桥混音。在这种情况下，环形网络的线路回声 现象可能会比较突出，但是由于现在各种设备都采取了d s p 技术抑制回 声，这种现象能够得到较有效的克服。 通过以上对星形和环形两种网络结构的分析，可以对f a s 系统的网 北京交通大学硕士论文 络结构提出如下建议方案。对于铁道部、铁路局之间的f a s 无论从管理 方式还是业务流向来看都基本在垂直方向上，宜采用星形连接。其可靠 性可以通过路由保护来实现，除了在f a s 之间设置直达路由外，还可以 通过m s c 设迂回路由进行保护。站段f a s 具有以下特点：相邻距离较 近( 基本不会超过1 0 0 k m ) ；数量较多时可能会组成多个环路；向上的 业务流量较大：对可靠性要求很高。因此，在f a s 的实际组网中，应该 把保证系统的可靠性放在首位，在实时性和话音质量均相当的情况下， 环形网络能够提供更高的可靠往，是比较符合实际需要的组网方案。 2 2 2 相切环的处理方案 目前全路共有1 5 个铁路局( 包括广铁集团公司和青藏公司) ，下设 分局多达4 2 个，每个分局下的车站少则几十个，多则上百个。由于采 用环形网络连接各车站时，所有车站不可能在一个环上，要根据管理方 式( 如划分调度区段) 分成多个环分别与分局f a s 相连。如果各环之间 相互独立，没有直达路由，当呼叫分属于不同环的车站时，需要经过分 局f a s 转接。由于这种情况只会出现在相邻车站之阁的呼叫和褶邻调度 区段分界站的呼叫中，因此可以采用相切环的办法来解决这一问题，提 高呼叫的效率。 切点 图2 ，5 相切环的组网方式 17 北京交通大学硕士论文 两个环形网络出现一个共用节点叫做相切环，如图2 ，5 所示。两个 相切环之间的通信可以通过切点进行桥接。这种方案的优点是两个环 ( 主要是相邻节点) 之间的通信不需要经过上一级转接重新路由，既减 轻了上一级节点的负荷，又缩短了通信时延：缺点是切点的可靠性要求 较高，因为切点一般为环形网路的端点，会直接与上一级f a s 相连，如 果切点故障，会导致两个环路的故障。建议在与切点相邻两节点间设立 直达路由的同时，设立经过上一级f a s 的迂回路由，增加可靠性。这种 相切环的结构结合了铁路调度通信的特点，即只有相邻车站之间允许呼 叫，不相邻车站之间的呼叫需要由上级f a s 转接。在其他通信网络中这 种方案不一定适宜。 2 2 3 汇接f a s 的组网能力 f a s 组网时，分局以下如果采用环形结构有两重含义，分别为电路 环和传输环。以上在分析环形网络性能是主要是针对传输环。出于管理 和安全可靠的需要，各车站f a s 可能会分别处于不同的电路环上，即同 一个电路环的输出和输入( 共占用两个2 m b i t ，s 的接口) 在汇接f a s 中属 于同一个中继群。这种情况下一个电路环上能够连接的f a s 数量取决于 同时通话的用户数，能够提供电路环的数量取决于汇接f a s 的容量。可 以根据车站的大小和重要性将同类车站分配到一个电路环上，便于管理 和维护。通常处于同一调度区段的若干个车站f a s 共用一条光纤传输环， 在接入点通过光网络单元( o n u ) 进行光电信号转换变为2 m b l t s 的电路 与f a s 连接。光纤作为传输通道其容量可以达到1 0 g b s ，可以为上千个 用户提供2 m b i t ，s 的电路接入，传输通道的容量不成问题。处于同一电路 环上的f a s 不一定处于同传输环路上，电路环偏重的是逻辑上的概念， 主要针对汇接点内部的管理来划分，传输环是一个物理的概念，表示共 lr 北京交通大学硕士论文 同占用的传输通道资源。分局汇接f a s 允许接入的f a s 环数量与两个因 素有关，一个是分局f a s 的能够提供的电路数量( 电路环数量) ，一个是 传输通道的容量。因此，在确定分局汇接f a s 下面连接的车站f a s 数量 时，应根据话务量预测结果和f a s 容量来进行设计。 2 3f a s 系统与g s m r 网络的连接方式 铁道部在g s m r 网络的规划方案中要求：“在铁道部、铁路局、铁 路分局设置固定用户接入交换机( f a s ) ，组成f a s 网络，f a s 就近与 m s c 相连”，“现有干调网、数调网应改造升级，符合f a s 技术条件后 接入g s m 壤网络。新建线调度通信网建设及既有线干调网、数调网更 新改造应符合f a s 技术条件，接入g s m _ r 网络。”g s m r 网络最终要 与f a s 系统共同组建铁路调度通信应用平台，也就是两网合成一网。在 f a s 系统自身已经组成分级网络的情况下如何与m s c 进行连接，是两 网合一的一个关键问题。 g s m r 网络规划中对m s c 的设置要求以用户容量为依据，不需要 符合行政管理的等级要求。因此，g s m r 核心交换网络不是一个分级网 络，与f a s 的互联主要应取决于m s c 中继数量，业务需求和业务范围。 m s c 容量的要求 m s c 的用户容量是一个软容量，主要由v l r 的容量和在特定时间内 有多少呼叫可以接续，也就是交换容量决定。目前普通移动交换机的用 户容量从几万到几百万不等，对于铁路专用通信业务绰绰有余。对于接 入固定用户系统的能力，主要考虑的不是用户容量，而是中继线的数量。 以西门子m s c 为例，有s n ：5 0 4 l t g ，s n ：2 5 2 l t g ，s n ：1 2 6 l t g ，s n ：6 3 l t g 几种类型，最少能够提供6 3 4 = 2 5 2 条2 m b j t ，s 中继线，最多能提供5 0 4 4 = 2 0 1 6 条2 m b i “s 中继线。按照m s c 的设置原则可以推断，一个铁路 1 9 北京交通大学硕士论文 分局不会超过2 个m s c 。这样m s c 的中继除了分配给b s c ，信令网和智 能网等节点外，会有足够的数量留给f a s ，接入m s c 的问题不会成为瓶 颈，在理论上路局和分局的f a s 分别接入就近的m s c 从用户容量和中继 数量来说是可行的。 目前在f a s 组网方面另一个争论的焦点是：路局和分局的f a s 是汇接 到一个f a s 再连到m s c ，还是直接连接到m s c 。根据以上分析，直接连 接到m s c 在容量上不存在问题。对于可靠性，如果分局f a s 汇接到个 f a s 后通过个2 m b i s 连接到m s c ，l o 几个调度区段对m s c 的呼叫如果 超过3 0 个( 同时呼叫) ，就会发生拥塞。据统计，平均每个分局有1 0 0 多 个车站，较多的如成都分局有2 0 0 多个车站，因此同时呼叫数超过3 0 个 的概率很大，即拥塞概率很大，这是调度通信所不允许的。从可靠性的 角度，各路局和分局f a s 直连到m s c 是合理的。 业务实现的要求 在业务上，f a s 系统与g s m r 网络连接方式会对组呼产生影响，主 要体现在就近连接的原则上。在公众移动网络的规划中，固定网络与移 动网络互联时采用的是就近原则，即固定网络交换节点连接到最近的 m s c 。在铁道部的g s m r 网络规划中也是建议f a s 就近接入到m s c ， 但是在就近接入的时候必须要考虑到对组呼业务范围影响。现阶段组呼 业务中最大的业务区域( 组呼区域) 为一个调度区段，在这一区段的用 户基本也属于同一m s c 。如果加入到调度区段组呼的f a s 没有连接到 管辖该区段的m s c 上，而是就近连接到其他m s c 上，那么在进行组呼 时，呼叫要从f a s 连接的m s c 中继到组呼所在区段的m s c ，这样很有 可能会占用两个m s c 的会议桥资源。这种情况主要存在于处于铁路分 局分界出的f a s 和m s c 之间，此时不能以距离为唯一的判断原则。 综上所述，f a s 系统与g s m r 网络互联后实际形成的是一个复合形 北京交通大学硕士论文 的网络( 可以把m s c 看作f a s 网络的一个中继交换节点) ，铁道部、铁 路局、铁路分局上下级之间是星形结构，同级之间( 包括m s c ) 是网状 结构，各站段f a s 组成多个环路由分局f a s 进行汇接。 2 4 g s m - r 网络子系统冗余时与f a s 系统的互联互通 由于铁路通信特别强调可靠性，因此在未来的g s m r 网络建设中 会采用双网方式( 包括b s s 冗余和n s s 冗余) ，这一点在高速铁路上体 现的尤为突出。当g s m r 网络的m s c 冗余时，f a s 系统应该采取什么 样的方式与其互联、f a s 系统是否也需要冗余备份是本节重点讨论的问 题。在这一节里，将对几种互联方案进行比较，并提出方案选择建议。 g s m - r 采用双网模式时，网络子系统可以有三种组网方案，每种方 案中f a s 的互联又有不同方式。 方案l ：两个m s c 。m s ca ，负责整个网络的业务，带两层无线 网络。m s cb ，是m s c a 的热备份。当m s c a 故障时，两层网络的业 务都切换到m s c b ，如图2 6 所示。 用层 用层 图2 6n s s 冗余备份方案一 方案2 ：m s c a 和m s c b 同时在用，各负责一层无线网络，如图 2 l 北京交通大学硕士论文 2 7 所示。 主用层 备用层 图2 7n s s 冗余备份方案二 方案3 ：两个在用m s c ( m s c a 和m s c b ) 和一个备份m s c 。在 用m s c 分别负责不同区域内的双层无线覆盖，如图2 8 所示。 主用层 备用层 图28n s s 冗余备份方案三 这三种冗余方案对于f a s 系统来说提出一个相同的要求，即汇接 f a s 必须与在用m s c 和冗余备份的m s c 都存在物理连接。根据这种情 况，f a s 系统存在两种基本的互联方式：f a s 与m s c 之间的传输通道 冗余；f a s 交换设备冗余+ 传输通道冗余。 北京交通大学硕士论文 2 4 1 传输通道冗余 传输通道冗余的基本思路就是在f a s 与m s c 之间建立两条物理连 接。一条是f a s 到在用m s c ，另一条是f a s 到备用m s c 。这就要求所 有与m s c 连接的f a s ( 铁道部f a s 、铁路局f a s 、铁路分局f a s ) 都 要进行传输通道的冗余备份。这神方式的优点是比较简单，缺点是需要 大量的传输通道，并且当与m s c 连接的汇接f a s 出现故障时，没有备 份，会导致与故障f a s 相连的所有下级网络的瘫痪。 2 4 2f a s 交换设备冗余+ 传输通道冗余 f a s 交换设备冗余+ 通道冗余是指与在用m s c ( m s ca ) 和备用m s c ( m s cb ) 各有一f a s 与其相连，分别为主用f a s ( f a s a ) 和备用f a s ( f a sb ) ，主备用f a s 与主备用m s c 之间都存在物理链路，进行通道 备份，如图2 9 所示。当m s c a 发生故障切换到m s c b 时，如果f a s a 工作正常，就只切换通道，使用由f a s a 到m s c b 的连接；如果f a s a 也无法正常工作，或与m s cb 之间的链路中断，就将业务切换到f a sb ， 启用f a sb 与m s cb 进行通信。当f a sa 发生故障而m s c 正常工作 时，f a sb 可以作为f a s a 的备份，通过与m s c a 的连接继续提供服 务。这种方式要求f a sa 和f a sb 的数据库要做到实时镜象。 图2 9f a s 冗余时与m s c 的连接 这种方案的优点是可以提供最大程度的可靠性。但是这种方案的缺 北京交通大学硕士论文 点也是显而易见的。不仅需要f a s 交换设备的大量冗余，传输通道也需 要冗余，这就意味着成本的加倍。根据前一节讨论的f a s 网络结构可以 知道，分局和路局的f a s 都是要与m s c 直接相连的，如果每一个都进 行冗余备份的话，成本很高，对m s c 中继接口数量的需求也很大。 参照g s m r 网络子系统冗余的方案三，还存在一种改进的方案，即 多个在用f a s 共用一个备份f a s 。这种方式可以让同一路局的各分局( 地 理位置相对较近) 共用一个备用f a s ，所有分局f a s 与备用f a s 连接， 备用f a s 与m s ca 和m s cb 连接。当在用的f a s 故障时，可以切换 到备用f a s 继续提供服务。采用这种方式可以减小f a s 交换设备的冗 余数量和m s c 中继接口的需求量，但是还是需要大量的传输通道，同 时对备用f a s 的处理能力和数据配置要求较高( 要求能够存储所有在用 f a s 的数据配置) 。 北京交通大学硕士论文 第三章p r l 接口分析 i s d n 为用户提供了两种速率的接口：基本速率接口( b i u ) 和基群 速率接口( p ) ，后者也称为一次群速率接口。 基本速率接口将现有电话网的普通用户线作为i s d n 用户线，其结 构称为2 b 斗d ，即由2 条6 4 k b i t s 的b 信道和1 条1 6 k b i 以的d 信道组 成。b 通道的速率为6 4 k b i “s ，用于承载用户数据。d 通道速率为1 6 k b i t s ， 用于承载控制和信令信息。b i u 接口总的速率为1 9 2 k b i “s 。 基群速率接口对于北美和日本标准提供2 3 条b 通道和一个d 通道 ( t 1 ) ，接口总速率为1 5 4 4 k b i “s ( p r j 的d 通道速率为6 4 k b i t s ) 。对于 欧洲、澳洲以及世界其它地区标准，p r j 提供3 0 条b 通道和一个6 4 k b i “s 的d 通道( e 1 ) ，接口总速率为2 0 4 8 k b 彬s 。 d s s l 协议是i s d n 用户一网络接口d 通路上采用的协议，由数据链 路层协议和用于基本呼叫控制的第三层协议组成。 f a s 与m s c 之间采用了基群速率接口( p r j ) ，信令方式为1 号数字 用户信令( d s s l ) 。 3 1p 砒信道类型和基本结构 p r j 支持两种基本信道