毛若羽

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

經(jīng)過多年的應用發(fā)展與技術積累，我國鐵路行業(yè)在通信技術體系構建與完善方面得到了明顯加強，如從原本的無線列調(diào)逐漸過渡到G網(wǎng)通信發(fā)展過程，并構建出全球最大的鐵路專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡。其中，隨著3G、4G以及5G等技術的更迭變換，鐵路通信技術體系內(nèi)容得到了進一步健全與發(fā)展。隨著5G公網(wǎng)的成功商用，國鐵集團決定采用5G制式建設打造下一代無線專網(wǎng)。結合當前發(fā)展情況來看，為滿足我國高速鐵路發(fā)展需求，鐵路專網(wǎng)方面借助5G技術構建專網(wǎng)集群通信技術體系實現(xiàn)對列車運行過程的有效控制。根據(jù)相關數(shù)據(jù)表明，截至2019年年底，全國范圍內(nèi)的鐵路專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡在覆蓋里程方面已經(jīng)高達7萬千米。鐵路領域通過引入5G技術基本上可有效支撐鐵路事業(yè)發(fā)展，具有重要的應用價值。

1 鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)功能分析

1.1 鐵路調(diào)度通信

鐵路調(diào)度通信基本上可以視為鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)的重要功能表現(xiàn)。在業(yè)務領域方面，鐵路調(diào)度通信業(yè)務主要圍繞列車調(diào)度、貨運調(diào)度以及動車調(diào)度的工作內(nèi)容進行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署。其中，各項業(yè)務的應用需要涉及移動終端以及固定終端等平臺系統(tǒng)，完成個呼與組呼過程。要求車務以及機務等行車相關人員應主動借助鐵路專用移動通信設備實現(xiàn)對行車過程的集中管控。

如相關人員可以按照規(guī)定要求進行語音聯(lián)絡，并重點針對行車安全信息進行提示，保障行車要求得以滿足。結合當前發(fā)展情況來看，我國鐵路調(diào)度通信從原來無線列車調(diào)度系統(tǒng)逐步發(fā)展成為當前所應用的鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)，即GMS-R系統(tǒng)。但無論是應用哪種通信系統(tǒng)，都需要利用車機聯(lián)控模式進行操作應用。對于鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)而言，該網(wǎng)絡體系可根據(jù)調(diào)度通信業(yè)務呼叫場景以及用戶使用習慣的情況，從智能網(wǎng)設備方面入手，針對調(diào)度通信業(yè)務進行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署，并提供接入矩陣以及位置尋址等功能。

1.2 鐵路列車控制

我國于2009年正式啟用基于鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡的列控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的推廣與應用為我國高鐵安全運營提供了良好的系統(tǒng)保障。其中，GSM-R網(wǎng)絡通過借助電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務功能，實現(xiàn)對列車控制系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)的自主獲取。并根據(jù)數(shù)據(jù)反饋情況對當前調(diào)度通信過程進行合理管控。與調(diào)度通信相同，GSM-R網(wǎng)絡也可以視為電路域業(yè)務的領域范疇。電路域主要是針對電路交換技術而言，不同用戶所涉及的時隙問題不同，通常表現(xiàn)為數(shù)據(jù)量小且時延低的特點。

而基于GSM-R網(wǎng)絡的電路域技術在一定程度上可以實現(xiàn)對鐵路調(diào)度通訊的集成管控，同時，也可以滿足列車控制業(yè)務需求。目前，為進一步增強鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)的運行功能，行業(yè)內(nèi)部人員主動利用5G網(wǎng)絡的分組域架構形式，保障業(yè)務資源可以實現(xiàn)共享。需要注意的是，面對網(wǎng)絡承載技術的變化發(fā)展，無論是鐵路調(diào)度、通信還是列車控制業(yè)務，都需要在原有技術的基礎上不斷演化與發(fā)展，才能夠真正適應5G網(wǎng)絡運營發(fā)展。

2 系統(tǒng)架構分析

從客觀角度上來講，鐵路5G專網(wǎng)通信技術在系統(tǒng)架構方面主要可以圍繞5G核心網(wǎng)、無線網(wǎng)、終端系統(tǒng)等部署內(nèi)容進行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理實踐。其中，核心網(wǎng)系統(tǒng)可主動與鐵路多媒體調(diào)度系統(tǒng)之間構建互聯(lián)關系。這樣做的主要目的在于保障調(diào)度固定用戶與5G移動用戶之間可以構建良好的多媒體通信關系。其中，鐵路多媒體調(diào)度系統(tǒng)應具備良好的兼容功能，能夠有效兼容5G核心網(wǎng)主要接口與協(xié)議。為了保證專網(wǎng)與公網(wǎng)共建共用的可能，須充分了解公網(wǎng)5G組網(wǎng)規(guī)劃。以中國移動5G核心網(wǎng)絡為例，分為公眾業(yè)務網(wǎng)和企業(yè)服務網(wǎng)采用統(tǒng)一的云硬件平臺，云資源統(tǒng)一調(diào)配，核心網(wǎng)功能獨立設置；其中公眾5G核心網(wǎng)按照各省設置核心網(wǎng)邏輯功能，企業(yè)服務網(wǎng)絡按照8個大區(qū)設置核心網(wǎng)邏輯功能；公眾業(yè)務網(wǎng)和企業(yè)服務網(wǎng)根據(jù)業(yè)務應用需要、地市等就近部署邊緣計算平臺（MEC）。

3 鐵路5G專網(wǎng)集群通信技術方案研究

目前，我國已建成全球最大的鐵路專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡。根據(jù)相關數(shù)據(jù)表明，截至2019年年底，全國范圍內(nèi)的鐵路專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡在覆蓋里程方面已經(jīng)高達7萬千米。但是，從客觀角度上來講，隨著智能鐵路等新理念的提出與實施，傳統(tǒng)鐵路專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)所存在的技術局限性問題越來越明顯，甚至無法滿足鐵路行車以及運營維護需求。為及時克服這一技術難題，鐵路行業(yè)內(nèi)部重點針對5G技術的應用發(fā)展問題進行了深度研究。從整體角度上看，鐵路領域通過引入5G技術基本上可以有效支撐智能鐵路發(fā)展，具有重要的應用價值。

3.1 基于服務功能的網(wǎng)絡架構

5G網(wǎng)絡采用了基于云的服務化架構，控制面與用戶面網(wǎng)元分離，控制面網(wǎng)元可集中部署，用戶面網(wǎng)元（UPF）與業(yè)務系統(tǒng)就近部署。5G核心網(wǎng)相對GSM-R核心網(wǎng)由獨立的網(wǎng)元設備組網(wǎng)演進為基于云架構的邏輯網(wǎng)元組網(wǎng)，并可根據(jù)業(yè)務需要進行切片管理。5G核心網(wǎng)基于服務化架構，對計算、存儲、資源調(diào)用有其特殊性，對平臺性能要求高，需采用電信級云硬件平臺獨立建設，不宜與其他云平臺混合部署。建議采用控制面集中管理，按大區(qū)制設置鐵路專用5G核心網(wǎng)方案，基于5G開放式服務架構，控制面集中管理，每個大區(qū)可提供多個路局5G核心網(wǎng)控制面功能，路局設置MEC與多個大區(qū)互聯(lián)實現(xiàn)控制面功能冗余，大區(qū)模式可實現(xiàn)控制面的系統(tǒng)統(tǒng)一管理，按照大區(qū)模式建設核心網(wǎng)成本較低，集中管理模式可為行業(yè)應用提供更可靠的業(yè)務保障。

3.2 調(diào)度通信業(yè)務實現(xiàn)方案

鐵路專網(wǎng)與公眾網(wǎng)絡存在明顯不同，既沒有龐大的用戶數(shù)量支撐，同時，也沒有相關產(chǎn)業(yè)鏈的支撐，因此在鐵路部署5G專網(wǎng)方案后，建議研究人員應采用多模終端轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡制式方法，減少網(wǎng)絡復雜性問題并減少建設成本。與此同時，對于鐵路調(diào)度通信業(yè)務而言，研究人員應主動結合5G專網(wǎng)MC系統(tǒng)移動終端，實現(xiàn)語音業(yè)務之間的互通。并借助多媒體調(diào)度系統(tǒng)的固定終端，完成對列車行進過程的控制管理。對于5G網(wǎng)絡而言，MC系統(tǒng)中的語音、視頻以及數(shù)據(jù)等業(yè)務內(nèi)容均可以視為MC系統(tǒng)的關鍵數(shù)據(jù)內(nèi)容。具體實現(xiàn)方法可以從下述兩個方面進行研究分析。

5G專網(wǎng)移動用戶與GSM-R網(wǎng)絡實現(xiàn)語音業(yè)務互通的方案措施。業(yè)務互通方案可以結合鐵路5G專網(wǎng)MC系統(tǒng)運行情況，主動與GMS-R系統(tǒng)完成設備關聯(lián)過程。同時，GSM-R與5G專網(wǎng)移動用戶可針對用戶號碼問題進行協(xié)調(diào)優(yōu)化，如采用不同號段的用戶號碼進行操作應用。舉例而言，號碼段“149”可以設置為GSM-R用戶、號碼段“148”可以設置為5G用戶。

基于5G專網(wǎng)移動用戶的調(diào)度通信系統(tǒng)固定用戶實現(xiàn)語音業(yè)務互通過程的方案措施。關于這一方案實現(xiàn)問題，建議研究人員可以主動從多媒體調(diào)度臺發(fā)起呼叫與FAS調(diào)度臺發(fā)起呼叫兩個方面進行實現(xiàn)與分析。其中，對于多媒體調(diào)度臺發(fā)起呼叫而言，目前所采取的雙發(fā)方式可以主動將車次功能號準確反饋到5G網(wǎng)絡以及GMS-R網(wǎng)絡中。移動通信網(wǎng)中的智能網(wǎng)設備可主動識別被叫功能號注冊情況完成對相關任務的識別與管理。一般來說，如果同時返回呼叫接續(xù)，系統(tǒng)會自動選擇5G網(wǎng)絡。對于多媒體調(diào)度系統(tǒng)而言，可主動利用LMF流程實現(xiàn)對5G移動用戶位置的自主獲取，并根據(jù)數(shù)據(jù)反饋情況，對用戶所屬移動通信網(wǎng)絡流程問題進行自動梳理與優(yōu)化。

除此之外，對于FAS調(diào)度臺發(fā)起呼叫而言，系統(tǒng)可根據(jù)5G網(wǎng)絡建設需求構建多媒體調(diào)度系統(tǒng)。在這一過程中，不僅可以實現(xiàn)鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡覆蓋區(qū)段調(diào)度功能，同時，也可以實現(xiàn)對FAS調(diào)度臺的有效處理。舉例而言，在鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡覆蓋區(qū)段的作用下，調(diào)度員可使用FAS調(diào)度臺完成相關通信任務。對于特殊情況下的呼叫需求而言，研究人員可對當前FAS系統(tǒng)進行功能升級，并將相關信息反饋到多媒體調(diào)度系統(tǒng)中，完成呼叫接續(xù)過程。

4 結語

總而言之，鐵路5G專網(wǎng)集群通信技術正處于不斷健全與完善的狀態(tài)中，為我國鐵路建設事業(yè)的發(fā)展奠定了良好通信保障。因此，在未來的發(fā)展中，行業(yè)內(nèi)部人員應加快推進鐵路5G專網(wǎng)建設進程，通過不斷創(chuàng)新優(yōu)化鐵路技術裝備，促使我國鐵路5G專用集群通信技術方案得以良好應用推廣。