GSM-R方案設(shè)計(jì)

1、客專(zhuān)GSM-R應(yīng)用系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì) 一 GSM-R的業(yè)務(wù)模型 GSM-R是專(zhuān)門(mén)為鐵路通信設(shè)計(jì)的綜合專(zhuān)用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，它基于GSM的基礎(chǔ)設(shè)施及其提供的ASCI（先進(jìn)語(yǔ)音呼叫業(yè)務(wù)），其中包括eMLPP（增強(qiáng)多優(yōu)級(jí)與強(qiáng)拆）、VGCS（語(yǔ)音組呼）和VBS（語(yǔ)音廣播），并提供鐵路特有的調(diào)度業(yè)務(wù)，包括：功能尋址、功能號(hào)表示、接入矩陣和基于位置的尋址；并以此作為信息化平臺(tái)，使鐵路部門(mén)用戶(hù)可以在此平臺(tái)上開(kāi)發(fā)各種鐵路應(yīng)用。圖1-1為GSM-R系統(tǒng)的業(yè)務(wù)模型層次結(jié)構(gòu)圖，因此，GSM-R的業(yè)務(wù)模型可以概括為： GSM-R業(yè)務(wù)=GSM業(yè)務(wù)+語(yǔ)音調(diào)度業(yè)務(wù)+鐵路應(yīng)用 調(diào)度通信列車(chē)自動(dòng)控制平面調(diào)車(chē)遠(yuǎn)程控制軌道維護(hù)鐵路緊

2、急通信高速數(shù)字通信尾部風(fēng)壓檢測(cè)區(qū)間移動(dòng)通信旅客業(yè)務(wù)圖1-1 GSM-R系統(tǒng)業(yè)務(wù)模型示意圖二 GSM-R在鐵路中的應(yīng)用2.1 調(diào)度通信 調(diào)度通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)包括列車(chē)調(diào)度通信、貨運(yùn)調(diào)度通信、牽引變電調(diào)度通信、其他調(diào)度及專(zhuān)業(yè)通信、站場(chǎng)通信、應(yīng)急通信、施工養(yǎng)護(hù)通信和道口通信等。利用GSM-R進(jìn)行調(diào)度通信系統(tǒng)組網(wǎng)，既可以完全利用無(wú)線(xiàn)方式，也可以同有線(xiàn)方式結(jié)合起來(lái)，共同完成調(diào)度通信任務(wù)。事實(shí)上，在鐵路上的有線(xiàn)通信已經(jīng)比較完善，因此完全可以利用現(xiàn)有的有線(xiàn)資源，構(gòu)成GSM-R+FAS（固定用戶(hù)接入交換機(jī)）的無(wú)線(xiàn)/有線(xiàn)混合網(wǎng)絡(luò)。這種混合網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)主要由NSS（包括MSC、HLR、AUC、VLR、GCR等）、BSS（

3、包括BSC、BTS）、OSS、固定用戶(hù)接入交換機(jī)（Fixed Access Switching，F(xiàn)AS）、調(diào)度臺(tái)、車(chē)站臺(tái)，機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備、作業(yè)手持臺(tái)（Operational Purpose Handset，OPH）及其固定終端等構(gòu)成，系統(tǒng)構(gòu)成及組網(wǎng)方式如圖2-1所示。BSSMSCMSCMSCMSCFAS鐵路局FAS車(chē)站值班員FAS車(chē)站值班員調(diào)度臺(tái)FAS鐵路局調(diào)度臺(tái)鐵道部FAS列車(chē)圖2-1 GSM-R調(diào)度通信系統(tǒng)構(gòu)成及組網(wǎng)方式示意圖鐵路沿線(xiàn)采用無(wú)線(xiàn)覆蓋，機(jī)車(chē)上采用無(wú)線(xiàn)終端，即機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備，而車(chē)站臺(tái)和調(diào)度臺(tái)都是有線(xiàn)終端。采用有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)方式。在鐵道部、鐵路局設(shè)置FAS，就近與MSC連接；沿

4、線(xiàn)車(chē)站根據(jù)需要設(shè)置FAS，接入局FAS，既有線(xiàn)干調(diào)網(wǎng)、數(shù)字區(qū)段調(diào)度應(yīng)改造升級(jí)后接入GSM-R網(wǎng)絡(luò)，其中車(chē)站臺(tái)和調(diào)度臺(tái)通過(guò)FAS連接到GSM-R MSC上，從而實(shí)現(xiàn)有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)用戶(hù)的通信。1 列車(chē)調(diào)度通信概述列車(chē)調(diào)度通信是重要的鐵路行車(chē)通信系統(tǒng)，負(fù)責(zé)列車(chē)的位置和運(yùn)行防線(xiàn)，其主要用戶(hù)包括列車(chē)調(diào)度員、車(chē)站（場(chǎng)）值班員、機(jī)車(chē)司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)長(zhǎng)、助理值班員、機(jī)務(wù)段（折返段）調(diào)度員、列車(chē)段（車(chē)務(wù)段、客運(yùn)段）值班員、機(jī)車(chē)調(diào)度員。電力牽引變電所值班員、救援列車(chē)主任以及其他相關(guān)人員。列車(chē)調(diào)度通信系統(tǒng)的主要問(wèn)題是解決“大三角”和“小三角”通信，“大三角”通信是指列車(chē)調(diào)度員、車(chē)長(zhǎng)值班員和機(jī)車(chē)司機(jī)之間的通信；“小三角”通信

5、是指車(chē)長(zhǎng)值班員、機(jī)車(chē)司機(jī)和運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)長(zhǎng)之間的通信。2 采用GSM-R網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)列車(chē)調(diào)度通信功能GSM-R除支持所有的GSM電信業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)外，為了滿(mǎn)足鐵路指揮調(diào)度的需求，增加了集群通信功能，在GSM標(biāo)準(zhǔn)中定義為高級(jí)語(yǔ)音呼叫項(xiàng)目，即ASCI（Advanced Speech Call Item）功能。它包括三種業(yè)務(wù)：優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)eMLPP（Enhanced Multi-Level Precedence and Pre-emption）、語(yǔ)音組呼叫業(yè)務(wù)（Voice Group Call Service）和語(yǔ)音廣播業(yè)務(wù)VBS（Voice Broadcast Service）。除了包含這三種業(yè)務(wù)外，為了實(shí)現(xiàn)鐵

6、路運(yùn)營(yíng)應(yīng)用，GSM-R還包含另外一些鐵路所特有的功能，及功能尋址，基于位置的尋址等。（1）優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù) eMLPP業(yè)務(wù)規(guī)定了在呼叫建立或越區(qū)切換時(shí)呼叫接續(xù)的不同優(yōu)先級(jí)，以及資源不足時(shí)的資源搶占能力。這種業(yè)務(wù)提供了一種強(qiáng)制能力符合列車(chē)調(diào)度通信的調(diào)度特點(diǎn)。（2）語(yǔ)音組呼業(yè)務(wù)（VGCS）語(yǔ)音組呼業(yè)務(wù)（VGCS）是指一種由多發(fā)參加（GSM-R移動(dòng)臺(tái)或固網(wǎng)電話(huà)）的語(yǔ)音通信方式，其中一人講話(huà)、多發(fā)聆聽(tīng)，工作于半雙工模式下。發(fā)起VGCS呼叫時(shí)，可用一個(gè)組功能碼（組ID）來(lái)呼叫所有該組成員。組ID標(biāo)識(shí)該組的功能，既由哪些身份的成員參加；組呼區(qū)域是指VGCS通信說(shuō)覆蓋的地理范圍，以無(wú)線(xiàn)蜂窩小區(qū)為基本單位。組ID與

7、組呼區(qū)域的結(jié)合稱(chēng)作組呼參考，即組呼參考惟一的確定一個(gè)VGCS通信。呼叫建立之后，講話(huà)人可以改變，一旦VGCS發(fā)起停止講話(huà)，系統(tǒng)示意其釋放上行信道，所有的組內(nèi)成員都能接到通知，如果其他人想成為下一個(gè)講話(huà)人，可使用PTT功能來(lái)申請(qǐng)上行信道。（3）語(yǔ)音廣播呼叫（VBS）語(yǔ)音廣播呼叫允許一個(gè)業(yè)務(wù)用戶(hù)，將話(huà)音或其他用話(huà)編碼傳輸?shù)男盘?hào)發(fā)送到某一個(gè)預(yù)先定義的地理區(qū)域內(nèi)的所有用戶(hù)或者用戶(hù)組。顯然，它工作于單工模式下。VBS中的講話(huà)沒(méi)有像VGCS中的角色轉(zhuǎn)換，就是說(shuō)，講話(huà)者（發(fā)起者）只能講，聽(tīng)話(huà)者（接收者）只能聽(tīng)，因而可以看作是VGCS的最簡(jiǎn)單形式。它也是用組功能（組ID）來(lái)呼叫所有該組成員。同VGCS一樣，語(yǔ)

8、音廣播呼叫也提供了點(diǎn)對(duì)多呼叫的能力，適用于鐵路的行車(chē)調(diào)度。（4）功能尋址（FA） 功能尋址是指用戶(hù)可以由它們當(dāng)時(shí)所擔(dān)當(dāng)?shù)墓δ芙巧?，而不是它們所使用的終端設(shè)備的號(hào)碼來(lái)尋址。在同一時(shí)刻，至少可以為一個(gè)用戶(hù)分配若干功能地址，但只能將一個(gè)功能地址分配給一個(gè)用戶(hù)。用戶(hù)可以向網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)和注銷(xiāo)功能地址。（5）基于位置的尋址（LDA）基于位置的尋址是指網(wǎng)絡(luò)將移動(dòng)用戶(hù)發(fā)起的用于特定功能的呼叫，路由到一個(gè)與該用戶(hù)當(dāng)前所處位置相關(guān)的目的地址，正確的調(diào)度員或者車(chē)站值班員由主叫移動(dòng)用戶(hù)當(dāng)時(shí)所處的位置來(lái)確定。列車(chē)調(diào)度的語(yǔ)音通信需求可以歸結(jié)為：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，多方通信，語(yǔ)音組呼，語(yǔ)音廣播呼叫。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，移動(dòng)臺(tái)呼叫固定臺(tái)，即從移

9、動(dòng)臺(tái)到固定臺(tái)的尋址，由于固定臺(tái)位置是不動(dòng)的，故可以采用基于位置的尋址；固定臺(tái)到移動(dòng)臺(tái)，移動(dòng)臺(tái)處于不斷移動(dòng)的狀態(tài)，故不能采用基于位置的尋址，而采用功能尋址。2.2 列車(chē)自動(dòng)控制車(chē)地之間的信息傳輸通道采用雙向無(wú)線(xiàn)通信。地面控制中心或基站所發(fā)出信號(hào)由列車(chē)上的天線(xiàn)接收?；贕SM-R傳輸平臺(tái)，提供車(chē)地之間雙向安全數(shù)據(jù)傳輸通道。準(zhǔn)確的定位由GPS或其他的定位服務(wù)經(jīng)GSM-R傳輸獲得，ATC將最終代替現(xiàn)有的信號(hào)和列車(chē)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)成及組網(wǎng)方式如圖2-2所示。RBCISDN服務(wù)器移動(dòng)交換中心TRAUBSCGSM-R室內(nèi)設(shè)備光傳輸GSM-R軌旁設(shè)備GSM-R軌旁設(shè)備GSM-R軌旁設(shè)備GSM-R軌旁設(shè)備GSM

10、-R軌旁設(shè)備BTSBTSBTSBTSBTS光傳輸光傳輸光傳輸光傳輸光傳輸GSM-R場(chǎng)強(qiáng)覆蓋場(chǎng)強(qiáng)門(mén)限GSM-R移動(dòng)終端列控車(chē)載設(shè)備圖2-2 GSM-R列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成及組網(wǎng)方式中國(guó)列車(chē)控制系統(tǒng)（CTCS）是在采用傳統(tǒng)的閉塞系統(tǒng)或者移動(dòng)閉塞系統(tǒng)的條件下，增加列車(chē)自動(dòng)控制功能的超速防護(hù)系統(tǒng)。同時(shí)，它也是一個(gè)駕駛輔助系統(tǒng)，幫助司機(jī)以安全的方式駕駛列車(chē)。根據(jù)國(guó)情路情實(shí)際出發(fā)，CTCS共劃分為5級(jí)。其中CTCS3級(jí)（基于軌道電路和無(wú)線(xiàn)通信的固定閉塞系統(tǒng)）和CTCS4級(jí)（完全基于無(wú)線(xiàn)通信的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)）與GSM-R有著密切關(guān)聯(lián)。CTCS3級(jí)系統(tǒng)是一個(gè)基于軌道電路和無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)（GSM-R）的列車(chē)運(yùn)行控制

11、系統(tǒng)。在CTCS3級(jí)系統(tǒng)中，車(chē)載設(shè)備應(yīng)與地面設(shè)備配合工作，列車(chē)按固定閉塞方式運(yùn)行，由無(wú)線(xiàn)閉塞中心（RBC）控制，利用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)（GSM-R）在車(chē)地之間雙向傳輸信息，車(chē)載設(shè)備無(wú)線(xiàn)通信模塊，應(yīng)答器作為定標(biāo)設(shè)備。機(jī)車(chē)信號(hào)為主體信號(hào)，可以取消地面信號(hào)。另外，利用軌道電路或記軸設(shè)備進(jìn)行軌道占用及列車(chē)完整性檢查，但它們不屬于CTCS3級(jí)的設(shè)備。CTCS4級(jí)是一個(gè)完全基于無(wú)線(xiàn)通信（GSM-R）的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有移動(dòng)自動(dòng)閉塞的特征。區(qū)間占用靠GPS和GSM-R實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸解決（站內(nèi)仍需軌道電路）。列車(chē)完整性檢查、定位校核分別靠車(chē)載設(shè)備和點(diǎn)式設(shè)備實(shí)現(xiàn)，使得室外設(shè)備減少到最低程度。采用GSM-R實(shí)現(xiàn)

12、車(chē)地間雙向無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，代替目前的用軌道電路來(lái)傳輸色燈信號(hào)的指令，是基于無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，它具有以下明顯的優(yōu)勢(shì)：·基于GSM-R傳輸平臺(tái)，提供車(chē)地之間雙向安全數(shù)據(jù)傳輸通道；·無(wú)盲區(qū)、設(shè)備冗余、加密；·滿(mǎn)足列車(chē)控制響應(yīng)時(shí)間的要求。2.3 平面調(diào)車(chē)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)和監(jiān)控信息傳送系統(tǒng)主要功能是提供調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)和監(jiān)控信息傳輸通道，實(shí)現(xiàn)地面設(shè)備和多臺(tái)車(chē)載設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸，并能夠存儲(chǔ)進(jìn)入和退出調(diào)車(chē)模式的有關(guān)信息。多臺(tái)調(diào)車(chē)機(jī)同時(shí)作業(yè)時(shí)，地面設(shè)備使用連選功能，與每臺(tái)車(chē)載設(shè)備分別建立電路連接。GSM-R調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)與監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖2-3，包括調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)和監(jiān)控

13、車(chē)載設(shè)備（簡(jiǎn)稱(chēng)車(chē)載設(shè)備）、調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)和監(jiān)控地面設(shè)備（簡(jiǎn)稱(chēng)地面設(shè)備）、GSM-R網(wǎng)絡(luò)和GSM-R機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備。 地面設(shè)備RS-422車(chē)載設(shè)備1GSM-R機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備1 GSM-R網(wǎng)絡(luò)RS-422車(chē)載設(shè)備1GSM-R機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備2 圖2-3 GSM調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)和監(jiān)控信息傳送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖為保證可靠性，系統(tǒng)通信方式采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電路連接，當(dāng)GSM-R機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備接收到車(chē)載設(shè)備發(fā)送的進(jìn)入調(diào)車(chē)監(jiān)控模式命令時(shí)，自動(dòng)按分配給地面設(shè)備的功能號(hào)進(jìn)行基于位置的呼叫，GSM-R網(wǎng)絡(luò)接受到功能號(hào)呼叫后將路由指向?qū)?yīng)的地面設(shè)備，在地面設(shè)備與車(chē)載設(shè)備之間建立一條電路鏈路，同時(shí)操作顯示終端提示處于調(diào)車(chē)監(jiān)控模式。地

14、面設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)根據(jù)信息內(nèi)容中的機(jī)車(chē)號(hào)選擇對(duì)應(yīng)的端口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，GSM-R機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備接收到數(shù)據(jù)后按照目的端口碼轉(zhuǎn)發(fā)給車(chē)載設(shè)備。車(chē)載設(shè)備將數(shù)據(jù)通過(guò)已建立的數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送給GSM-R機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備，GSM-R機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備再把數(shù)據(jù)通過(guò)鏈路發(fā)送到地面設(shè)備。當(dāng)GSM-R機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備接收到車(chē)載設(shè)備發(fā)送的退出調(diào)車(chē)監(jiān)控模式命令時(shí)，GSM-R機(jī)車(chē)綜合通信鏈路設(shè)備則釋放電路鏈路。2.4 遠(yuǎn)程控制長(zhǎng)期以來(lái)地面信號(hào)發(fā)碼設(shè)備的維護(hù)技術(shù)手段以現(xiàn)存的電務(wù)試驗(yàn)車(chē)、人工添乘觀(guān)察為主，存在監(jiān)測(cè)間隔長(zhǎng)、無(wú)法遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等局限，已不能適應(yīng)鐵路發(fā)展的需要。隨著JT1-CZ2000機(jī)車(chē)信號(hào)車(chē)載系統(tǒng)和無(wú)線(xiàn)通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)

15、用與發(fā)展，尤其是基于GSM的機(jī)車(chē)信號(hào)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制裝置，對(duì)提升機(jī)車(chē)信號(hào)設(shè)備的管理和維護(hù)水平，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)修，提高地面、車(chē)載系統(tǒng)的綜合可靠性，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義并具備良好的示范效應(yīng)?；贕SM-R的機(jī)車(chē)信號(hào)遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)由車(chē)載和地面兩部分構(gòu)成。車(chē)載終端與地面設(shè)備通過(guò)GPRS與GSM-R構(gòu)成星形網(wǎng)絡(luò)，采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-4所示。車(chē)載終端采集機(jī)車(chē)信號(hào)的輸出信息和工作狀態(tài)、軌道電路信號(hào)及TAX機(jī)車(chē)輔助信息等，并將這些數(shù)據(jù)以無(wú)線(xiàn)方式發(fā)給地面設(shè)備，通過(guò)服務(wù)端與客戶(hù)端的數(shù)據(jù)處理與顯示，實(shí)時(shí)提供機(jī)車(chē)信號(hào)的運(yùn)用狀態(tài)。TAX輔助信息軌信道號(hào)電參路數(shù)機(jī)工車(chē)作信狀號(hào)態(tài)機(jī)輸車(chē)出信信號(hào)

16、息GSM-RGPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制客戶(hù)端遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制車(chē)載終端GSM-R有線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制客戶(hù)端遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制數(shù)據(jù)服務(wù)器圖2-4 基于GSM-R的機(jī)車(chē)信號(hào)遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括：地面軌道電路信號(hào)，信號(hào)載頻、信號(hào)低頻、信號(hào)幅度等；機(jī)車(chē)信號(hào)設(shè)備輸出信息，燈位、速度等級(jí)、絕緣節(jié)等；機(jī)車(chē)信號(hào)設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，主機(jī)狀態(tài)、電源狀況、信號(hào)制式、司機(jī)室溫度、譯碼設(shè)置等；機(jī)車(chē)安全信息綜合監(jiān)測(cè)控制裝置數(shù)據(jù)信息，車(chē)次號(hào)、車(chē)站號(hào)、公里標(biāo)、速度、機(jī)車(chē)號(hào)、信號(hào)機(jī)等。2.5 軌道維護(hù) 地震、強(qiáng)風(fēng)、暴雨洪水等這些災(zāi)害，目前人類(lèi)還難以抗拒，對(duì)列車(chē)軌道有一定的影響，因此應(yīng)用GSM-R結(jié)合提速線(xiàn)路通過(guò)地區(qū)實(shí)際可

17、能發(fā)生的災(zāi)害，建立相應(yīng)的監(jiān)測(cè)、預(yù)警系統(tǒng)并制定各種預(yù)防措施，控制列車(chē)運(yùn)行速度，防止事故發(fā)生和避免災(zāi)害破壞，是現(xiàn)代鐵路中不可缺少的重要措施。該軌道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用安裝在軌道上的各種傳感器監(jiān)測(cè)軌道狀態(tài)，在軌道發(fā)生損壞后短短的幾秒鐘到十幾秒后，軌道的實(shí)時(shí)狀態(tài)通過(guò)GSM-R信號(hào)傳輸設(shè)備傳送到沿線(xiàn)無(wú)線(xiàn)基站，進(jìn)一步傳送到綜合調(diào)度中心，來(lái)控制列車(chē)減速或停止運(yùn)行和盡快安排進(jìn)行搶修，恢復(fù)運(yùn)營(yíng)。圖2-5為GSM-R軌道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。行車(chē)調(diào)度臺(tái)綜合調(diào)度中心列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃車(chē)站綜合信息系統(tǒng)綜合維修沿線(xiàn)無(wú)線(xiàn)基站軌溫傳感器信息顯示電力維修記錄儀洪水測(cè)量旅客服務(wù)調(diào)度臺(tái)信號(hào)處理信號(hào)傳輸設(shè)備信息傳送報(bào)警裝備鋼軌應(yīng)力傳感器道床狀態(tài)信

18、息輸入設(shè)備列車(chē)防撞監(jiān)控圖2-5 軌道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.6 鐵路緊急通信 應(yīng)急通信系統(tǒng)是當(dāng)發(fā)生自然災(zāi)害或突發(fā)事件等影響鐵路運(yùn)輸?shù)木o急情況時(shí)，為確保實(shí)時(shí)救援指揮通信需要，在突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)與救援中心之間，以及現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)部建立語(yǔ)音、圖像、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，它是鐵路戰(zhàn)備通信系統(tǒng)的重要組成部分，應(yīng)做到迅速準(zhǔn)確、可靠暢通、機(jī)動(dòng)靈活?；贕SM-R移動(dòng)通信的應(yīng)急通信系統(tǒng)話(huà)音業(yè)務(wù)包括鐵路緊急呼叫和eMLPP業(yè)務(wù)，鐵路緊急呼叫是指具有“鐵路緊急優(yōu)先級(jí)”的呼叫，用于通知司機(jī)、調(diào)度員和其他處于危險(xiǎn)級(jí)別的相關(guān)人員，要求停止在預(yù)先指定地區(qū)內(nèi)的用戶(hù)或用戶(hù)組，所有鐵路緊急呼叫都應(yīng)使用GSM語(yǔ)音組呼規(guī)范。eMLPP業(yè)務(wù)規(guī)定了在呼叫建立時(shí)

19、的不同優(yōu)先級(jí)，以保障通信的快捷暢通。eMLPP業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)需要GSM-R網(wǎng)絡(luò)的支持，對(duì)于每個(gè)用戶(hù)，需要在HLR、VLR、GCR（組呼寄存器）、SIM卡中存儲(chǔ)相關(guān)的優(yōu)先級(jí)信息。HLR中需要存儲(chǔ)每個(gè)用戶(hù)的如下信息：eMLPP邏輯狀態(tài)，如是否簽約、是否注冊(cè)、是否激活等；用戶(hù)所簽約的最高優(yōu)先級(jí)；用戶(hù)所定義的缺省優(yōu)先級(jí)。用戶(hù)所定義的默認(rèn)優(yōu)先級(jí)是用戶(hù)發(fā)起呼叫時(shí)的默認(rèn)選擇，用戶(hù)可以通過(guò)一個(gè)注冊(cè)過(guò)程向網(wǎng)絡(luò)定義此缺省優(yōu)先級(jí)。如果用戶(hù)簽約了eMLPP業(yè)務(wù)，當(dāng)用戶(hù)注冊(cè)到VLR時(shí)，HLR需要向VLR傳送該用戶(hù)的eMLPP邏輯狀態(tài)、可用的最高優(yōu)先級(jí)和用戶(hù)定義的缺省優(yōu)先級(jí)等信息。圖2-6顯示了在eMLPP可用邏輯狀態(tài)之間的

20、成功轉(zhuǎn)移情況。請(qǐng)求，注冊(cè)，激活并操作，應(yīng)答請(qǐng)求 未請(qǐng)求，未注冊(cè)，未激活，無(wú)應(yīng)答撤銷(xiāo)圖2-6 eMLPP的狀態(tài)轉(zhuǎn)移模式2.7 高速數(shù)字通信GSM-R車(chē)次號(hào)傳輸與列車(chē)停穩(wěn)信息對(duì)鐵路運(yùn)輸管理和行車(chē)安全具有重要的意義，它可通過(guò)基于GSM-R電路交換技術(shù)的數(shù)據(jù)采集傳輸應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，也可以采用GPRS（通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)）方式（用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)UDP協(xié)議）來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)由GSM-R網(wǎng)絡(luò)（疊加GPRS）、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集處理裝置、GSM-R機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備、TDCS（列車(chē)調(diào)度指揮系統(tǒng)）/CTC（調(diào)度集中）設(shè)備等組成。系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖2-7。GSM-R網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)TDCS通信服務(wù)器TDCS行車(chē)調(diào)度臺(tái)UmTDCS車(chē)站

21、設(shè)備···RS-422機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備采集處理裝 置TDCS車(chē)站設(shè)備圖2-7 GSM-R高速數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)當(dāng)通信方式為GPRS方式時(shí)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)車(chē)次號(hào)傳送的目的地IP地址自動(dòng)更新，按要求進(jìn)行車(chē)次號(hào) 信息和列車(chē)停穩(wěn)信息傳送，能對(duì)發(fā)送的車(chē)次號(hào)信息、列車(chē)停穩(wěn)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，TDCS/CTC可向采集處理裝置查詢(xún)車(chē)次號(hào)信息。通信過(guò)程如下：采集處理裝置在安裝前需要進(jìn)行歸屬目的IP地址的設(shè)置。采集處理裝置開(kāi)機(jī)后與GSM-R機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備握手，按照設(shè)置的歸屬目的IP地址向TDCS/CTC申請(qǐng)車(chē)次號(hào)傳送的當(dāng)前目的IP地址。當(dāng)TDCS判斷運(yùn)行列車(chē)即將離開(kāi)管轄區(qū)時(shí)，將接管轄區(qū)的目的

22、的IP地址發(fā)送給運(yùn)行列車(chē)的采集處理裝置，采集處理裝置則根據(jù)該信息進(jìn)行目的IP地址的更新。采集處理裝置則根據(jù)該信息進(jìn)行目的IP地址的更新。采集處理裝置接收機(jī)車(chē)安全信息綜合監(jiān)測(cè)裝置廣播的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，通過(guò)GSM-R機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備發(fā)送一次車(chē)次號(hào)信息。列車(chē)停穩(wěn)時(shí)采集處理裝置向CTC發(fā)送一次列車(chē)停穩(wěn)信息。發(fā)送車(chē)次號(hào)或列車(chē)停穩(wěn)信息的同時(shí)向操作顯示終端發(fā)送一次相同信息。TDCS/CTC根據(jù)需要可向運(yùn)行列車(chē)上的采集處理裝置查詢(xún)車(chē)次號(hào)信息。需要查詢(xún)機(jī)車(chē)IP地址時(shí)，TDCS可利用機(jī)車(chē)號(hào)向GSM-R網(wǎng)絡(luò)的域名服務(wù)器（DNS）運(yùn)行域名查詢(xún)獲得對(duì)應(yīng)關(guān)系。采集處理裝置根據(jù)需要向GSM-R機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備查詢(xún)有關(guān)聞之

23、信息。調(diào)度命令數(shù)據(jù)傳輸也可采用基于GSM-R電路交換技術(shù)的數(shù)據(jù)采集傳輸應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)由GSM-R網(wǎng)絡(luò)（疊加GPRS）、GSM-R機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備（含操作顯示終端、打印終端）、TDCS設(shè)備等組成。通信過(guò)程如下：TDCS通過(guò)車(chē)次號(hào)信息建立運(yùn)行區(qū)段機(jī)車(chē)號(hào)對(duì)應(yīng)的IP地址檔案，列車(chē)離開(kāi)本區(qū)段時(shí)將檔案拆除。調(diào)度員和車(chē)站值班員可在終端上編輯調(diào)度命令（系統(tǒng)根據(jù)車(chē)次號(hào)自動(dòng)將相應(yīng)的機(jī)車(chē)號(hào)填入），當(dāng)按下調(diào)度命令發(fā)送鍵，TDCS根據(jù)調(diào)度命令中的機(jī)車(chē)號(hào)查找相應(yīng)的目的IP地址并將調(diào)度命令發(fā)送。司機(jī)可通過(guò)操作顯示終端接收并處理調(diào)度命令。TDCS收到確認(rèn)信息要在調(diào)度命令發(fā)送方顯示。2.8 尾部風(fēng)壓檢測(cè)將尾部

24、風(fēng)壓數(shù)據(jù)反饋傳輸通道納入GSM-R，可避免單獨(dú)投資及單獨(dú)組網(wǎng)建設(shè)，同時(shí)利用GSM-R強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，克服了原因的抗干擾性差、信息無(wú)法共享等各種缺點(diǎn)。它具有以下優(yōu)勢(shì)：·尾部風(fēng)壓狀態(tài)隨時(shí)通過(guò)車(chē)尾裝置傳輸；·機(jī)車(chē)司機(jī)隨時(shí)可以查詢(xún)、反饋車(chē)尾工作狀態(tài)；·在復(fù)線(xiàn)區(qū)段或臨時(shí)，追蹤列車(chē)之間不會(huì)相互干擾；·在隧道內(nèi)也能傳輸。利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)電路交換的數(shù)據(jù)通信功能，可以方便地解決尾部風(fēng)壓數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。圖2-8所示為按需建立電路連接方式的尾部風(fēng)壓檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。車(chē)頭風(fēng)壓查詢(xún)裝 置車(chē)頭風(fēng)壓查詢(xún)裝 置風(fēng)壓數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)通道圖2-8 數(shù)據(jù)通信傳輸方式的尾部風(fēng)壓檢測(cè)系統(tǒng)在車(chē)頭的司機(jī)查詢(xún)器和

25、車(chē)尾的風(fēng)壓檢測(cè)器上分別安裝GSM-R通信模塊，兩者就可以利用GSM-R的電路數(shù)據(jù)功能風(fēng)壓數(shù)據(jù)。當(dāng)司機(jī)查詢(xún)尾部風(fēng)壓時(shí)，車(chē)頭通信模塊首先與車(chē)尾通信模塊建立電路連接，然后向車(chē)尾的模塊發(fā)送查詢(xún)數(shù)據(jù)報(bào)，在收到該數(shù)據(jù)包后，車(chē)尾模塊檢測(cè)風(fēng)壓并封裝在數(shù)據(jù)包中發(fā)送給車(chē)頭裝置。同時(shí)，若風(fēng)壓超過(guò)警界限，車(chē)尾模塊也將首先與車(chē)頭模塊建立數(shù)據(jù)鏈路，然后向車(chē)頭顯示器發(fā)送數(shù)據(jù)包以報(bào)告險(xiǎn)情。概況起來(lái)，無(wú)論是司機(jī)主動(dòng)查詢(xún)風(fēng)壓，還是車(chē)尾自動(dòng)報(bào)警，本方的通信模塊都要首先與對(duì)方建立通信電路，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)包的交互，待所有事務(wù)都結(jié)束后，在掛斷通信連接。一般情況下，通信電路連接的建立時(shí)間為5s左右。與前面所述的幾種數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)似，列為裝置信

26、息也可以通過(guò)GPRS方式進(jìn)行傳輸，此時(shí)，列車(chē)主要注冊(cè)其IP地址，并建立列為主機(jī)與機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備惟一對(duì)應(yīng)關(guān)系。2.9 區(qū)間移動(dòng)通信在區(qū)間作業(yè)的水電、公務(wù)、信號(hào)、通信、供電、橋梁守護(hù)等部門(mén)內(nèi)部的通信，均可以使用GSM-R作業(yè)手持臺(tái)，作業(yè)人員在需要時(shí)可與車(chē)站值班員、各部門(mén)調(diào)度員或自動(dòng)電話(huà)用戶(hù)聯(lián)系。緊急情況下，作業(yè)人員還可以呼叫司機(jī)，與司機(jī)建立通話(huà)聯(lián)絡(luò)。圖2-9為區(qū)間移動(dòng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。主要功能有：·能夠呼叫當(dāng)前車(chē)站的車(chē)站值班員和助理值班員；·緊急情況下，能夠呼叫當(dāng)前調(diào)度員；·能夠在預(yù)定義的范圍內(nèi)發(fā)起組呼和廣播呼叫；·能夠發(fā)起鐵路緊急呼叫和公眾緊急呼叫；&

27、#183;能夠接收來(lái)自其他授權(quán)用戶(hù)的呼叫；·能夠接收語(yǔ)音組呼和廣播呼叫。鐵路緊急呼叫是指具有“鐵路緊急優(yōu)先級(jí)”的呼叫，用于通知司機(jī)、調(diào)度員和其他處于危險(xiǎn)級(jí)別的相關(guān)人員，要求停止在預(yù)先指定地區(qū)內(nèi)的所有鐵路活動(dòng)。根據(jù)鐵路運(yùn)營(yíng)存在的緊急情況，這些呼叫被連接到事先定義的用戶(hù)或用戶(hù)組，所有鐵路緊急呼叫都應(yīng)符合GSM語(yǔ)音組呼規(guī)范。這些緊急呼叫不包括公共緊急呼叫，如119。車(chē)站調(diào)度地面設(shè)備列車(chē)調(diào)度指揮系統(tǒng) GPRS骨干網(wǎng)FAS網(wǎng)絡(luò)GSM-R網(wǎng)絡(luò)調(diào)度臺(tái)RTS火車(chē)調(diào)度區(qū)調(diào)度臺(tái)MSC調(diào)度中心·······RSC調(diào)度區(qū)RTS手持臺(tái)調(diào)度臺(tái)

28、GCSNSCSN本站臺(tái)INTERNETPSTN圖2-9 區(qū)間移動(dòng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2.10 旅客業(yè)務(wù)旅客列車(chē)移動(dòng)信息服務(wù)可包括移動(dòng)售票和旅客列車(chē)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等服務(wù)?？煽寇?chē)地傳輸系統(tǒng)（基于GSM-R電路交換）的出現(xiàn)，是在列車(chē)上完成的移動(dòng)售票成為可能。在列車(chē)上乘客可以通過(guò)售票終端完成客票查詢(xún)、訂票、購(gòu)票或者補(bǔ)票業(yè)務(wù)，在通過(guò)車(chē)地?cái)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將客票信息實(shí)時(shí)傳送到地面上的票務(wù)中心，以及時(shí)更新客票信息。列車(chē)旅客信息服務(wù)系統(tǒng)是為列車(chē)上具有一定接入條件（如筆記本電腦、PDA手機(jī)等）的旅客提供互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)。然而當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)日新月異，千變?nèi)f化，而列車(chē)時(shí)一個(gè)高速的移動(dòng)體，所以在此前提下，應(yīng)該優(yōu)先開(kāi)展如下業(yè)務(wù)：&#

29、183;電子郵件；·基于WEB的新聞瀏覽；·鐵路相關(guān)信息服務(wù)（如列車(chē)運(yùn)行時(shí)刻表查詢(xún)）；·旅客移動(dòng)位置業(yè)務(wù)；·在線(xiàn)電影；·網(wǎng)絡(luò)游戲；·網(wǎng)上聊天。按照功能來(lái)分，整個(gè)系統(tǒng)可以分為應(yīng)用子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)。應(yīng)用子系統(tǒng)包括地面應(yīng)用實(shí)體和車(chē)載應(yīng)用實(shí)體，而通信子系統(tǒng)包括通用數(shù)傳電臺(tái)、鐵路綜合信息接入平臺(tái)以及GSM-R/GPRS網(wǎng)絡(luò)。我們可以這樣理解：通信子系統(tǒng)為應(yīng)用子系統(tǒng)提供的是承載業(yè)務(wù)，而應(yīng)用子系統(tǒng)就是承載業(yè)務(wù)的用戶(hù)，它的數(shù)據(jù)對(duì)于通信子系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是透明的。從另一個(gè)角度來(lái)講，鐵路綜合信息無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)分為車(chē)載子系統(tǒng)和地面子系統(tǒng)兩大部分。圖2-10為鐵路綜

30、合信息無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。車(chē)載應(yīng)用n···車(chē)載應(yīng)用1車(chē)載應(yīng)用n···車(chē)載應(yīng)用1機(jī)車(chē)2機(jī)車(chē)1通用數(shù)傳電臺(tái)（GDT）通用數(shù)傳電臺(tái)（GDT）車(chē)載GSM-R/GPRS網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)地面基于GSM-R/GPRS的鐵路綜合信息接入平臺(tái)···地面應(yīng)用3地面應(yīng)用2地面應(yīng)用1地面應(yīng)用n圖2-10 鐵路綜合信息無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.車(chē)載子系統(tǒng)車(chē)載應(yīng)用實(shí)體的作用是采集數(shù)據(jù)，發(fā)送到通用數(shù)傳電臺(tái)，或者接收通用數(shù)傳電臺(tái)發(fā)來(lái)的地面數(shù)據(jù)。通用數(shù)傳電臺(tái)里包括一個(gè)GPRS車(chē)載終端，主要作用是與地面鐵路綜合信息無(wú)線(xiàn)接入平臺(tái)建立并保持一條通信鏈

31、路，為車(chē)載應(yīng)用實(shí)體提供接入接口、接收來(lái)自車(chē)載應(yīng)用實(shí)體的數(shù)據(jù)、發(fā)送到綜合信息無(wú)線(xiàn)接入平臺(tái)；同時(shí)能接受來(lái)自綜合信息無(wú)線(xiàn)接入平臺(tái)的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的車(chē)載應(yīng)用實(shí)體。通用數(shù)傳電臺(tái)可以連接多個(gè)車(chē)載應(yīng)用實(shí)體。通用數(shù)傳電臺(tái)與車(chē)載應(yīng)用實(shí)體之間的硬件接口可以是RS-232、RS-485或者局域網(wǎng)，但是接口上采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸格式。每個(gè)車(chē)載應(yīng)用實(shí)體都被分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)，應(yīng)用類(lèi)型與優(yōu)先級(jí)之間的關(guān)系存儲(chǔ)在通用數(shù)傳電臺(tái)中。高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)優(yōu)先發(fā)送，同優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)按時(shí)間順序發(fā)送。1. 地面子系統(tǒng)地面子系統(tǒng)包括綜合信息無(wú)線(xiàn)接入平臺(tái)以及各種地面應(yīng)用實(shí)體。綜合信息無(wú)線(xiàn)接入平臺(tái)負(fù)責(zé)接收車(chē)載通用數(shù)傳電臺(tái)的鏈路連接請(qǐng)求，對(duì)其進(jìn)行安全認(rèn)證鑒

32、權(quán)并與之建立一條透明的數(shù)據(jù)傳輸通道。綜合信息無(wú)線(xiàn)接入平臺(tái)可以同時(shí)接入多個(gè)車(chē)載應(yīng)用實(shí)體。在綜合信息無(wú)線(xiàn)接入平臺(tái)中有一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系表，能夠根據(jù)每條信息的類(lèi)型不同將其在相應(yīng)的地面應(yīng)用實(shí)體和車(chē)載應(yīng)用實(shí)體之間正確的傳輸。綜合信息無(wú)線(xiàn)接入平臺(tái)保證各種地面應(yīng)用實(shí)體在傳送數(shù)據(jù)時(shí)能夠平均分配到通信資源，即不允許某個(gè)地面應(yīng)用實(shí)體獨(dú)占資源。地面應(yīng)用實(shí)體負(fù)責(zé)與綜合信息無(wú)線(xiàn)接入平臺(tái)建立一條可靠的通道，所有要發(fā)往車(chē)載應(yīng)用實(shí)體的信息都必須按照規(guī)定好的格式封裝成一條一條的信息后發(fā)送給綜合信息無(wú)線(xiàn)接入平臺(tái)。由綜合信息無(wú)線(xiàn)接入平臺(tái)根據(jù)路由信息通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)正確地傳送到車(chē)載應(yīng)用實(shí)體。綜合信息無(wú)線(xiàn)接入平臺(tái)和地面應(yīng)用實(shí)體是一對(duì)多的關(guān)系，多個(gè)地面應(yīng)用實(shí)體可以接到一個(gè)綜合信息無(wú)線(xiàn)接入平臺(tái)。所有使用BASE-T型接口的車(chē)載應(yīng)用實(shí)體通過(guò)集線(xiàn)器連接到通用數(shù)據(jù)點(diǎn)臺(tái)上，當(dāng)然，這是在車(chē)載應(yīng)用實(shí)體比較少的情況下的方案，車(chē)載應(yīng)用實(shí)體較多的時(shí)候，可以使