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1、GSM-R双层覆盖 李旭 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室 yanglixu GSM-R双层覆盖 引言 GSM-R双层网络的含义 GSM-R双层网络覆盖方式 GSM-R双层网络设计 GSM-R双层网络的应用 结束语 引言 为了满足铁路对系统安全性、可用性、可 靠性和可维护性方面的要求，GSM-R在网络覆 盖上有更多的重叠，网络设施也采用冗余备份 。无线网络是GSM-R系统中比较薄弱的环节， 由此，提出了GSM-R双层网络，在单层网络的 基础上增加一层无线覆盖，当其中一层发生故 障时，由另一层提供服务，提高系统整体的可 用性。 GSM-R双层网络的含义 双层网络是在网络冗余概念的基础
2、上发展 起来的。冗余是指用多于一种的途径来完成某 一规定功能的设计技术。将冗余技术应用于 GSM-R系统中可大大提高系统的可用性。ETCS- 2级应用情况下，GSM-R网络冗余包括关键硬件 板卡冗余、移动交换机及关键设备冗余、基站 无线覆盖冗余以及传输通道冗余配置等。 GSM-R双层网络的含义 在基站冗余配置的基础上，按照一定的原 则，通过对网络无线参数进行配置或其他方法 ，可以人为地将无线覆盖中互为冗余的2组基 站分为2层，从而形成GSM-R双层网络。根据2 组基站在地理位置上设置的不同，GSM-R双层 网络的无线覆盖方式分为同站址和交织站址2 种方式。 GSM-R双层网络无线覆盖方式 同站
3、址无线双层网络 交织站址无线双层网络 混合站址无线双层网络 GSM-R双层网络无线覆盖方式 同站址无线双层网络 图1 同站址无线双层网络图 GSM-R双层网络无线覆盖方式 同站址无线双层网络 同站址无线双层网络是指2个基站并列设在 同一站点，形成了铁路沿线的2个无线网络层 。如图1所示，同一站点的2个基站安装在同一 个机器间内，有类似的覆盖区域。这种方式易 于安装，还可降低安装成本，但没有考虑容灾 问题。如果某地发生灾害（火灾、洪水、闪电 等），同一站点的2个基站都会损坏，造成在 某一路段内同时失去2层网络的覆盖。 GSM-R双层网络无线覆盖方式 交织站址无线双层网络 图2 交织站址无线双层网
4、络图 GSM-R双层网络无线覆盖方式 交织站址无线双层网络 与同站址方式不同，交织站址无线双层网 络中的第二层基站位于一层2个连续的基站之 间，提高了单层网的网络覆盖。如图2所示， 每个基站有独立的机器间、天线竿和天线系统 。其优点是如果某地发生灾害，只有其中一个 层失去覆盖，另外一层的服务不受影响。但与 此同时也带来了小区规划复杂以及基站站址和 安装成本增加等问题。 GSM-R双层网络无线覆盖方式 混合站址无线双层网络 交织站址提高了单层网络中相邻小区重叠区内的 场强覆盖，同时解决了同站址无线双网覆盖中容灾的 问题，但在一条线路上完全采用交织站址的方式会大 大增加网络建设的成本，使得方案的可
5、行性大打折扣 。因此可以根据一条线路上不同路段地理条件的差异 性，有针对性地选择同站址方式或交织站址方式。 在地形、地貌较好，自然灾害发生比较少的地 区，采用同站址无线双网，降低网络建设成本；在自 然条件比较恶劣，自然灾害发生几率比较高的地区可 采用交织站址无线双网来提高网络的可用性。 GSM-R双层网络设计 网络结构 双层网络的工作方式 设计方案的选择 GSM-R双层网络设计 网络结构 单MSC，单BSC，基站交织站址 单MSC，双BSC，基站同站址 单MSC，双BSC，基站交织站址 双MSC，双BSC，基站同站址 双MSC，双BSC，基站交织站址 网络结构 单MSC，单BSC，基站交织站址
6、 全线配置单套核心网设备，1个BSC，基站的重叠区 域较深，有一定的基站冗余且互为冗余的基站不分 层。某一基站故障时，网络仍能正常工作，但BSC 出现故障时，网络不提供冗余。 网络结构 单MSC，双BSC，基站同站址 全线配置单套核心网设备和双套无线网络设备（包 括基站、基站控制器等），2层无线网络的基站按 同站址设置。某一套无线子系统故障时，网络仍能 正常工作，但核心网设备出现故障或某一站址故障 时，网络不提供冗余。 网络结构 单MSC，双BSC，基站交织站址 全线配置单套核心网设备和双套无线网络设备，2 层无线网络的基站按交织站址设置。某一套无线子 系统故障时，或某一站址故障时，网络仍能正
7、常工 作，但核心网设备出现故障时网络不提供冗余。 网络结构 双MSC，双BSC，基站同站址 全线配置双套核心网设备和双套无线网络设备，2 层无线网络的基站按同站址设置。全面系统冗余， 但如果某一站址故障，同样发生服务中断。 网络结构 双MSC，双BSC，基站交织站址 全线配置双套核心网设备和双套无线网络设备，2 层无线网络的基站按交织站址设置。全面系统冗余 ，且某一站址故障时，不会中断服务。 网络结构 方案比较 以上5种双网方案，在不同的用户需求下都有其适用性和 应用特点，5种方案的技术比较见表1。 表1 双网方案比较表 方案建设难 易程度频率利用率站址数目容灾能力抗干扰能力 单MSC，单BS
8、C，基站交织站址易高多差最好 单MSC，双BSC，基站同站址中等低少差好 单MSC，双BSC，基站交织站址较难中等多好最好 双MSC，双BSC，基站同站址难低少中等好 双MSC，双BSC，基站交织站址难中等多最好最好 GSM-R双层网络设计 双层网络的工作方式 主备用双层网络 负荷分担双层网络 双层网络的工作方式 主备用双层网络 主备用工作方式是为双层网络中的一层分配高优先 级，移动台优先选择、重选和切换到该层。即将双 层网络中的一层作为主用层，另一层作为备用层。 正常情况下，网络业务由主用层提供。在主用层故 障或业务拥塞时（降级模式下），备用层提供网络 业务。 双层网络的工作方式 负荷分担双
9、层网络 负荷分担工作方式是为2层网络分配相同的优先级 ，2层网络按照某种原则，共同分担所有的业务。 在正常情况下，移动台可以根据需要选择一层网络 作为服务小区，小区选择和网络接入没有优先级区 分，切换也尽量限制在同层内小区间进行。 设计方案的选择 根据线路具体特点可以有针对性地选择双网设计 方案，以满足具体线路的要求。 MSC设备安装在机房内，不易受到外界恶劣天气条 件的影响，且MSC内部重要板卡都采用冗余热备份，设 备本身故障的几率很小。因此，对MSC进行冗余配置的 主要目的是容灾，以便应对自然灾害、火灾等对MSC 带来的破坏。对于线路较短、自然条件较好的CTCS3 级客运专线，如京津城际客
10、运专线，可以采用单MSC 方案，随着全国GSM-R网络的建设，在有条件时升级为 双MSC方案。对于线路较长或自然灾害多发的CTCS3级 客运专线，如武广客运专线，可以直接选择双MSC方案 ，2个MSC在地理上冗余配置。 无线子系统中，BSC与MSC可以同机房安装 ，设备本身可靠性很高，BSC冗余配置的主要 目的是容灾。当互为冗余的2组基站不分层时 ，使用单个BSC，管理沿线所有基站。基站站 址设置方式需要根据线路的地理条件，因地制 宜地选择合适的无线覆盖方式。对于线路较短 的CTCS3级客运专线，可以选择基站同站址或 基站交织站址无线覆盖方式。对于线路较长的 CTCS3级客运专线，建议根据不同
11、路段的地理 环境，采用基站混合站址无线覆盖方式。 设计方案的选择 GSM-R双层网络的应用 GSM-R无线双层网络在欧洲铁路GSM-R网络 建设中有着广阔的应用前景。其中，瑞士、意 大利、西班牙等国家对于ETCS2级线路提供双 层覆盖，比利时对于ETCS2级高速铁路在直放 站工作区域提供双层覆盖。在国内，青藏线、 大秦线以及刚刚开工建设的京津客运专线采用 双层网络。GSM-R无线双网在国内外几条主要 线路上的应用情况如表2所示。 GSM-R双层网络的应用 表2 GSM-R双层网络国内外应用情况表 GSM-R双网方案工作方式 国外应用 意大利 单MSC，单BSC，基站交织站 址 两组基站没有分层
12、 法国单MSC，双BSC，基站同站址暂不稳定 西班牙双MSC，双BSC，基站交织站址负荷分担方式 国内应用 青藏线双MSC，双BSC，基站同站址主备用方式 大秦线单MSC，双BSC，基站同站址主备用方式 京津客运专线 单MSC，单BSC，基站交织站 址 两组基站没有分层 结束语 GSM-R 无线双层网络在国内外广泛应用于 铁路通信中，它有效地提高了铁路运营的安全 性，同时可以根据不同的地形地貌灵活地选择 无线双层网络的结构与运行方式。但是，采用 无线双层网络覆盖使铁路建设投资成本大大增 加。因此，根据运营线路的具体情况，选择合 理的双层网络覆盖方案，并在提高安全性能的 基础上最大限度地减小投资成本将是铁路无线 双层网络发展的关键所在。
