传输系统对GSM-R通信影响的研究

传输系统对GSM-R通信影响的研究

钮晓江

中国铁路呼和浩特局集团有限公司呼和浩特通信段  内蒙古呼和浩特  010000

摘要：从运行来看，GSM-R系统的性能在一定程度上受到传输系统故障的影响。目前对GSM-R系统本身的研究和讨论很多，但对传输系统对GSM-R的影响的研究很少，一方面，人们认为有线传输系统尤其是光纤传输技术已经非常成熟和稳定，而GSM-R是一种新技术，所以我们把重点放在GSM-R上系统。另一方面，由于这些应用不同于欧洲的E2/E3应用，在传输方面没有引起足够的重视，建设初期对传输系统没有合理的需求。

关键词;铁路综合数字移动通信系统；传输中断；影响危害性分析；

论传输中断对GsM—R系统的影响。调研系统设备厂家的GsM-R系统中各传输链路中断时系统的反应，分析GsM—R业务受影响的程度，从降低风险、提高可靠性的角度总结GSM—R传输系统的应对措施，并结合设计实例分析传输保护方案。对GsM—R传输系统的工程设计和实施提供参考和指导。

一、GSM-R系统传输中断分类

FMEcA的前提是必须有一个具体或初步的(设计)系统，在一个具体工程基础上抽象出一个一般化的基本GSM—R系统。假定该系统中存在1个或多个GsM—R单元或模块，如交换中心MSC(可能包含HLR、VLR或GMsc等单元)、基站控制中心BSC、码型转换和速率适配单元TRAu、基站BTS、智能网业务控制点SCP(包括SSP等)、GPRs系统分组控制单元Pcu(可能包含sGsN、GGsN等)。不同系统中这些设备有的可能集成在一起，物理上不可分割，有的子模块／单元放在其他系统里；另一方面，不同厂家设备的连接关系也可能不同。设备故障、电源故障、光纤/光缆故障等都会引起GSM-R传输系统中断(故障),找出这些中断类别,逐项分析。中断的分类会因标准不同而有多种方式,下面按传输通道在GSM-R系统中所连接单元的不同来分类,进一步可以按所承载的业务类型不同来分析。

二、传输中断对GSM-R系统的影响

假定每个连接之间的通道没有提供传输上的保护,并且假定这些通道中断前正在传送业务,其中BSC-BTS(Abis)分别以环型和星型连接来讨论。中断时间长短不同,业务所受影响也不同,不同厂家的产品反应也不一样。根据北电、西门子、华为提供的数据,传输中断对GSM-R造成的影响归纳如下。

1.除Abis连接以外的传输通道中断影响。(1)对于承载电路交换业务,如语音或数据的传输通道,MSC-MSC,MSC-TRAU,BSC-TRAU等之间连接通道:当传输中断小于100ms时,业务基本不会受到什么影响,主要可能的表现是出现电路数据误码(应用层如果有前向纠错编码或重传机制则影响可能减小),语音可能还感觉不出来;随着中断时间从100ms增加到2s(部分连接可能略长一些),数据通信误码严重,语音出现掉话,但是通信连接还处在保持状态,如果通道连接恢复则通信业务恢复正常(应用层主动拆线除外);当传输中断超过2s(部分连接可能略长一些)相应的设备就会拆线,业务中断,需要重新发起呼叫、建立连接才能恢复通信。(2)对于承载分组数据业务,如BSC-PCU、PCU/SGSN/GGSN-PCU/SGSN连接的传输通道,注意分组数据是非实时和非固定电路连接业务:当传输中断小于100ms时,业务基本不会受到什么影响;随着中断时间从100ms增加到500ms～8s,表现为传输速率下降;当传输中断超过上述时间(500ms～8s中某一时间)相应的设备就会拆线,业务中断,需要重新发起呼叫、建立连接才能通信。(3)对于信令型业务,如MSC-SCP连接的传输通道出现中断,只要不是所有通道中断,可以改变路由走其他通道。MSC-MSC之间以及PCU/SGSN/GGSN-PCU/SGSN之间可能存在专用信令链路(2Mb/s中的64kb/s链路),如果出现中断,则按对应的路由规则选择其他传输通道。BTS和BSC之间的Abis连接可以有星型、环型和链型连接,由于链型连接介于环型和星型连接之间。

2.Abis环型连接的传输通道中断影响。Abis环型连接的传输通道中断造成的影响不同厂家设备表现不同。对于A厂家设备,一旦出现中断,环上的传输方向立刻发生改变,可能造成电路数据少量误码,语音基本不受影响,对通信业务的影响很小。对于B厂家设备,当中断时间小于2s时仅仅产生告警,当中断超过2s时,会发生传输方向倒换,Ⅱ代环在8s内完成倒换。这段时间内会造成电路数据、分组数据误码(对业务的影响程度还与应用层相关),语音出现掉话,但是系统资源不会释放,链路会保持,不中断。对于C厂家设备,当中断时间小于5s时,造成电路数据、分组数据误码(对业务的影响程度还与应用层相关),语音出现掉话,但是系统资源不会释放,链路会保持;当中断超过5s时,会发生倒环,系统资源会被释放,业务中断,所有的呼叫被清除。在完成环倒换(需要约20s至120s不等)后才能接受业务层呼叫。

三、应对传输中断的措施

传输中断的确会对GSM-R通信造成影响。为了减小传输中断的影响,提高通信质量,需要从传输系统和GSM-R系统两方面来寻找解决方案。

1.传输系统。首先列出传输系统中可能引起传输中断的网元,包括传输系统设备公共单元(如交叉、时钟、电源等)、关键接口板卡、光纤光缆(含连接件)、其他传输处理单元设备等,这些设备故障都可能引起传输中断。自然灾害等不可抗力因素引起的通道中断,也可以看作上面故障的组合。将故障的危害程度分为大、中、小、极小4级,发生的频度也分为大、中、小、极小4级,相应的风险等级(与危害严重性、发生频率相关)分为大、中、小、极小4级。为了提高系统的安全性与可靠性,需要将风险降低到可以容忍的程度,也就是需要采取措施将风险等级降到低或极低。应对传输中断可以通过系统级、设备级或群路口、支路口等措施实现。对于传输系统的构建,必须充分利用系统的通道保护或复用段保护功能,应采用四芯链型复用段MSP1+1或4芯通道保护环的组网结构,各2芯光纤分布在不同路径的光缆中,由于不同路径光纤同时中断的可能性极小,因此风险等级大大降低,一旦其中一条光缆中断,通道保护环和复用段保护可以保证在50ms内实现环回保护或倒换保护。采取硬件1+1冗余备份,可以降低传输公共单元(如交叉、时钟、电源)故障的概率。

2.GSM-R系统。就GSM-R设备而言,由于产品的特性已经确定,其性能改变的可能性虽然很小,但还可以从以下方面提供改进措施。对于非电路交换的业务,如IP数据(SGSNSGSN间)和信令(MSC-SCP)等,尽量配置为在主用路由中断时选用不同物理路径的备用路由,并且与传输相连的关键板卡和端口要有冗余备份措施,将传输系统中断的影响减小到最低。对于电路交换的业务,闪断造成数据误码,可以在应用层采取措施,但是无法解决长时间的中断。合理设置与中断检测相关的定时器,使得出现中断时,尽快在新的链路重新建立连接。根据GSM-R网络的特点,通过网络参数设置和业务应用层来缩短中断到重新建立连接的时间,这对于那些具有话务分担方式的不同路径的传输系统可能有效。

总之，GSM-R系统对传输的要求,并从GSM-R网络和传输系统二方面提出应对传输中断的方案;同时具体分析武广客运专线设计方案和国外GSM-R系统的传输构成情况。

参考文献：

［１］王发．关于传输系统对GSM-R通信影响的研究．2022.

［２］刘买智．ＧＳＭ－Ｒ网络频率干扰监测研究.2020.