GSM-R無(wú)線通信系統(tǒng)在高速鐵路中的應(yīng)用

PAGEGSM-R無(wú)線通信系統(tǒng)在高速鐵路中的應(yīng)用

目錄摘要 I第1章緒論 11.1引言 11.2現(xiàn)階段高速鐵路的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì) 11.3GSM-R系統(tǒng)的成長(zhǎng)之路及其特征 2第2章GSM-R系統(tǒng)基本原理與結(jié)構(gòu) 42.1GSM-R基本原理 42.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋原理 52.3GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能 6第3章GSM-R在成灌線鐵路無(wú)線通信中的應(yīng)用 113.1成灌線GSM-R核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)規(guī)劃 113.2成灌線GSM-R基本語(yǔ)音業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn) 123.3成灌線GSM-R數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn) 133.4成灌線GSM-R網(wǎng)絡(luò)的鐵路特殊業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn) 14結(jié)束語(yǔ) 17致謝 18參考文獻(xiàn) 19西南交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第PAGEI頁(yè)摘要現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)不斷升級(jí)，而無(wú)線通信技術(shù)是鐵路通信的基礎(chǔ)，因此，鐵路專用通信因也邁上新的臺(tái)階。如今，列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，兩地的通勤時(shí)間越來(lái)越短，發(fā)車(chē)頻率越來(lái)越高，每趟列車(chē)行進(jìn)的距離也不斷延長(zhǎng)，所以在對(duì)組織行車(chē)方面和保障運(yùn)行安全提出更嚴(yán)格的要求，列車(chē)無(wú)線調(diào)度通信系統(tǒng)是主要以鐵路運(yùn)輸調(diào)度為運(yùn)輸目的，它的地位不言而喻。是唯一利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行列車(chē)專項(xiàng)調(diào)度通信，不但可以利用無(wú)線達(dá)到目的，還可以可和有線方式相互結(jié)合，一起實(shí)現(xiàn)調(diào)度通信這項(xiàng)艱巨的任務(wù)。論文從GSM-R的基礎(chǔ)即GSM-R網(wǎng)絡(luò)的基本原理和設(shè)備結(jié)構(gòu)組成以及每個(gè)組成模塊的具體功能等入手，闡述了GSM-R網(wǎng)絡(luò)在鐵路專用通信中的應(yīng)用并結(jié)合成都局集團(tuán)有限公司在成灌鐵路通信的現(xiàn)狀對(duì)GSM-R的部分功能在鐵路通信中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：無(wú)線通信技術(shù)；GSM-R原理；GSM-R結(jié)構(gòu)；鐵路應(yīng)用西南交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第17頁(yè)第1章緒論1.1引言鐵路的工作能力與我們國(guó)家的經(jīng)濟(jì)生活水平休戚相關(guān)，鐵路系統(tǒng)的運(yùn)輸能力在很大的程度上決定了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度。特別是進(jìn)入21世紀(jì)，因鐵路通信技術(shù)的大力發(fā)展，鐵路信息系統(tǒng)也迎來(lái)了巨大的變化。從近年來(lái)，隨著鐵路運(yùn)輸量的巨大增加，列車(chē)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用逐漸增加，列車(chē)編組日益復(fù)雜。以成熟的公網(wǎng)GSM為基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)和地面的無(wú)障礙通信而開(kāi)發(fā)的無(wú)線通信技術(shù)，而搭建了GSM-R通信技術(shù)。鐵路無(wú)線通信系統(tǒng)GSM-R的運(yùn)用，展示了中國(guó)鐵路在通信技術(shù)部分，一方面在吸收國(guó)外鐵路的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和科技成果，另一方面在努力提高自身的技術(shù)規(guī)模水平和經(jīng)濟(jì)技術(shù)結(jié)構(gòu)，夯實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)、優(yōu)化技術(shù)改革，結(jié)合中國(guó)通信在實(shí)踐中的運(yùn)用情況，爭(zhēng)取用最少的時(shí)間，以最高的效率，能夠?yàn)閲?guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供必要的保障，在技術(shù)和硬件裝備上，堅(jiān)持自主創(chuàng)新，努力成為通信技術(shù)行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者并爭(zhēng)取成為通信技術(shù)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)制定者。1.2現(xiàn)階段高速鐵路的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)隨著北京到廣州的高速鐵路、北京到天津城際鐵路、上海到杭州的高速鐵路和北京到上海的高鐵等線路的陸續(xù)開(kāi)始通車(chē)運(yùn)行，中國(guó)在高鐵技術(shù)方面積累的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，不斷改寫(xiě)世界高鐵技術(shù)的歷史，現(xiàn)階段將要成為世界高鐵技術(shù)前進(jìn)路上的引領(lǐng)者。很多專家認(rèn)為在多種方式的交通運(yùn)輸領(lǐng)域內(nèi)，不管是鐵路所需耗費(fèi)的資源、還是對(duì)環(huán)境資源的保護(hù)和適應(yīng)和安全運(yùn)營(yíng)等多個(gè)方面，充分綜合考慮，鐵路對(duì)資源的綜合利用效益的優(yōu)勢(shì)最為明顯。高速鐵路的快速發(fā)展，很大程度上，減少了兩地的通勤時(shí)間和貨物運(yùn)輸時(shí)間，加快了生活節(jié)奏，拓展了生活圈。在鐵路沿線周邊，助力地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加快人民進(jìn)入小康社會(huì)，促進(jìn)高鐵輻射區(qū)內(nèi)的城鎮(zhèn)快速發(fā)展、國(guó)土資源開(kāi)發(fā)、周邊企業(yè)數(shù)量增加、進(jìn)一步的推動(dòng)國(guó)家稅收增加，不僅人們的生活方式得以改善，而且節(jié)約了能源和減少了對(duì)環(huán)境的污染，大幅度的提高人們的出行效率。高速鐵路帶給了沿線城市新的活力與生機(jī)，同時(shí)促進(jìn)了中國(guó)城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的發(fā)展，使高速鐵路沿線中心城市與衛(wèi)星城鎮(zhèn)有了更多選擇—讓高鐵帶著周邊城鎮(zhèn)一起發(fā)展。高鐵的基本特點(diǎn)：1.高鐵穩(wěn)定性強(qiáng)，乘車(chē)人對(duì)列車(chē)的舒適性和安全性都得以保證。并且為保證平順，時(shí)速達(dá)到300KM/H以上的高鐵線路，都采用無(wú)砟軌道；2.高鐵的軌道線路設(shè)計(jì)中彎道少，彎道半徑相對(duì)于其他運(yùn)輸?shù)膹澋栏螅?.為縮短運(yùn)行距離，遇到高山就穿隧道，遇到峽谷和河流就架高橋，多種方式相結(jié)合；4.高速動(dòng)車(chē)組列車(chē)與普鐵相比，接觸網(wǎng)之間技術(shù)得到了改良，接觸點(diǎn)的耐久和穩(wěn)定的特性得到了極大提升，保證列車(chē)運(yùn)行的安全；高鐵的主要優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：容量高的載客量、較少耗時(shí)、乘坐便利舒服、較好安全性、較高正點(diǎn)率、能量消耗低。計(jì)劃從2020年到2040年，高鐵實(shí)現(xiàn)連接中國(guó)所有省市區(qū)，建設(shè)國(guó)家高速鐵鐵整體大框架。主要從全國(guó)實(shí)際狀況出發(fā)，特殊照顧西部城鎮(zhèn)，站點(diǎn)設(shè)計(jì)將做到西密東疏。所有高速鐵路線路的規(guī)劃、建設(shè)，政府都將實(shí)施組織，建成后的運(yùn)營(yíng)，交由中國(guó)高鐵公司一起管理。1.3GSM-R系統(tǒng)的成長(zhǎng)之路及其特征傳統(tǒng)無(wú)線頻率較低利用率，在不同通信系統(tǒng)之間的通信困難等缺點(diǎn)，GSM-R系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的開(kāi)發(fā)研究，GSM-R技術(shù)可以克服這些問(wèn)題。在1992年，得到國(guó)際上的廣泛認(rèn)可，并逐漸發(fā)展成移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)GSM-R系統(tǒng)的功能，可以能夠?yàn)殍F路通信搭建一個(gè)理想平臺(tái)。于是，對(duì)GSM-R無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化的工作，在實(shí)踐中被推進(jìn)了起來(lái)。并在1995年，由歐洲鐵路移動(dòng)無(wú)線電通信（MORANE）和歐洲統(tǒng)一鐵路無(wú)線增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)（EIRENE）一起制定了標(biāo)準(zhǔn)并開(kāi)始在歐洲范圍內(nèi)生效。GSM-R系統(tǒng)作為一種特殊的專用移動(dòng)通信，調(diào)度指揮通信功效是十分顯著的，主要服務(wù)于是鐵路的日常運(yùn)營(yíng)通信使用。鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM-R(GlobalSystemforMobileCommunications-Railway)系統(tǒng)：主要服務(wù)鐵路通信，實(shí)現(xiàn)高效率的工作。作為一個(gè)強(qiáng)實(shí)用性的專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要以GSM3GPP第二階段協(xié)議的高級(jí)語(yǔ)音呼叫功能(基本功能：增強(qiáng)多優(yōu)先級(jí)搶占與強(qiáng)拆、299緊急呼叫、210呼叫)為基礎(chǔ)，相比傳統(tǒng)技術(shù)增加了功能尋址、基于位置尋址等功能，也是此系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能。能提供鐵路應(yīng)急通信、機(jī)車(chē)無(wú)線列調(diào)和特殊區(qū)段養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)等鐵路專用功能；同時(shí)，還能在隧道內(nèi)為列車(chē)提供通信。根據(jù)鐵路運(yùn)輸所表現(xiàn)的獨(dú)特性質(zhì)，GSM–R的特點(diǎn)正好滿足這一要求，又能實(shí)現(xiàn)鐵路的功能、優(yōu)勢(shì)以及通信信號(hào)結(jié)合于一體的發(fā)展需要，所以在2000年底將鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展作為我國(guó)鐵路專用通信的發(fā)展方向由鐵道部正式確定。GSM-R系統(tǒng)主要適用在以下方面：列車(chē)無(wú)線調(diào)度電話、站內(nèi)無(wú)線通信、編組站站場(chǎng)通信、各類運(yùn)輸站的通信、列車(chē)無(wú)線通信等。

第2章GSM-R系統(tǒng)基本原理與結(jié)構(gòu)2.1GSM-R基本原理保留公網(wǎng)GSM的基礎(chǔ)功能之上，相比之前通信功能，不僅能實(shí)現(xiàn)調(diào)度通信功能。而且，又能很好的在高速鐵路環(huán)境下運(yùn)行，同時(shí)又滿足鐵路專用調(diào)度通信的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，這就是鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)—GSM-R系統(tǒng)。因?yàn)镚SM-R具有強(qiáng)大的功能集成功能，把以前為了滿足需要而設(shè)計(jì)的多種通信應(yīng)用，整合到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，不僅僅減少硬件設(shè)施，而且減少中間流程和運(yùn)營(yíng)成本，極大的提高工作效率；為能靈活地提供eMLPP（多優(yōu)先級(jí)增強(qiáng)與強(qiáng)拆）、210/299呼叫等功能而在GSMPhase2＋規(guī)范中添加ASCI（增強(qiáng)型語(yǔ)音呼叫業(yè)務(wù)）這種專用網(wǎng)絡(luò)中所需的語(yǔ)音調(diào)度服務(wù)。所以GSM-R是符合技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的需要，這項(xiàng)技術(shù)面向未來(lái)將會(huì)有無(wú)窮的潛力。在GSM-R系統(tǒng)中，很多技術(shù)都基礎(chǔ)都來(lái)自于公網(wǎng)的GSM，改進(jìn)或增加部分功能，從而成為鐵路專用通信領(lǐng)域主流的通信新技術(shù)。所以一開(kāi)始GSM-R系統(tǒng)就是很可靠成熟的。并且它們?cè)谟泄餐墓ぷ黝l段基礎(chǔ)：900M頻段，所以在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方面的設(shè)計(jì)也是大體相同的。GSM-R據(jù)此可最大限度地引入新的業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)模型如圖2-1所示。圖2-1GSM-R的業(yè)務(wù)模型2.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋原理為了能夠滿足更多的用戶使用有限的頻率資源，經(jīng)過(guò)多次理論探索和實(shí)踐運(yùn)用，誕生了蜂窩的思想。蜂窩思想為解決覆蓋難點(diǎn)提供了全新的思路給出了全新的設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)新的設(shè)計(jì)方式中，使用大量蜂窩的形式。同時(shí)，可以在不同的蜂窩內(nèi)多次使用相同的頻率,最終達(dá)到網(wǎng)絡(luò)容量的增加的目的。（一）基于平面形式的覆蓋和基于線性的覆蓋在半徑一樣時(shí)，正六邊形覆蓋面積相比正方形和正三角形多30%甚至更多。所以，較少的小區(qū)、較少的基站，采用六邊形更加合適。故正六邊形形狀是面狀覆蓋的服務(wù)小區(qū)最常采用的。一般情況下，線性覆蓋適用在公路、鐵路這種呈帶狀分布的地區(qū)。而城市、鄉(xiāng)間等地勢(shì)寬廣的地區(qū)，適用平面形式的覆蓋方式。由于本論文介紹的鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，故而采用線性分布的設(shè)計(jì)方式最為合適。線性形式的覆蓋與平面形式的覆蓋原理基本是相似的，只需單獨(dú)思考以下兩方面問(wèn)題：1.小區(qū)頻率組的合理分配；2.重疊區(qū)域頻率規(guī)劃。以下是鐵路沿線常見(jiàn)的覆蓋示意圖：圖2-2。圖2-2鐵路沿線的覆蓋方式（二）位置理論在該設(shè)計(jì)理念中有以下幾個(gè)基本的定義：小區(qū)：表示網(wǎng)絡(luò)中最小的可尋址的無(wú)線覆蓋區(qū)域。位置區(qū)：由一個(gè)或這樣的多個(gè)小區(qū)基本單元構(gòu)成，在這個(gè)區(qū)域移動(dòng)臺(tái)可以任意移動(dòng)而不進(jìn)行位置區(qū)域的更新。只是在某一個(gè)基本單元的移動(dòng)交換中心呼叫，而不用跨越到其他移動(dòng)交換中心去尋找。如圖2-3所示。MSC區(qū)：一個(gè)MSC網(wǎng)絡(luò)下所覆蓋的所有的服務(wù)區(qū)域，一個(gè)移動(dòng)交換中心可包含一個(gè)或多個(gè)位置區(qū)。服務(wù)區(qū)：為MS提供服務(wù)的的區(qū)域。圖2-3小區(qū)、位置區(qū)通過(guò)捕捉到全球小區(qū)識(shí)別碼（CGI），MSC即可快速的定位到某個(gè)小區(qū)具體位置。CGI是在全球范圍內(nèi)唯一的標(biāo)識(shí)一個(gè)基站（小區(qū)）所覆蓋的區(qū)域。移動(dòng)用戶在位置區(qū)中一定要進(jìn)行位置登記，移動(dòng)臺(tái)的位置信息包括LAC（位置區(qū)碼）和小區(qū)識(shí)別碼（CI），它們都是存儲(chǔ)在位置寄存器中。移動(dòng)臺(tái)在一邊移動(dòng)時(shí)，會(huì)一邊的發(fā)送信息，及時(shí)地向MSC發(fā)送與它所在區(qū)域的具體位置的相關(guān)信息，MSC就會(huì)及時(shí)接受到相應(yīng)的信息，這個(gè)過(guò)程就叫位置更新。2.3GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能GSM-R是在公網(wǎng)GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上有較大的改進(jìn)與創(chuàng)新，相比之前的公網(wǎng)系統(tǒng)，添加了更多業(yè)務(wù)：eMLPP、VGCS、VBS等。這樣，在GSM-R這個(gè)平臺(tái)上整合了多種鐵路所需業(yè)務(wù)，全方位的實(shí)現(xiàn)信息共享，這種綜合數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)僅僅用于鐵路移動(dòng)通信。一個(gè)GSM-R網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由很多個(gè)功能實(shí)體構(gòu)成，這些功能實(shí)體實(shí)現(xiàn)用戶的全部基礎(chǔ)業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)以及所有用戶數(shù)據(jù)的管理。GSM-R網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由MSC子系統(tǒng)和IN子系統(tǒng)、GPRS子系統(tǒng)和BSS子系統(tǒng)、OSS子系統(tǒng)和終端等子系統(tǒng)組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。圖2-4GSM-R網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成一、移動(dòng)交換子系統(tǒng)（SSS）移動(dòng)交換子系統(tǒng)基本功能：完成基本交換、呼叫接續(xù)和移動(dòng)性管理、用戶數(shù)據(jù)管理等。組成部分包括移動(dòng)交換中心、短消息中心、鑒權(quán)中心、拜訪位置寄存器、歸屬位置寄存器、確認(rèn)中心、組呼寄存器等。（一）移動(dòng)交換中心（MSC）移動(dòng)交換中心是網(wǎng)絡(luò)的“心臟”，用于實(shí)現(xiàn)用戶的呼叫處理功能和完成移動(dòng)管理功能。網(wǎng)關(guān)MSC是GSM-R網(wǎng)絡(luò)與其他通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的關(guān)口局。從2G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到3GPPR99版本網(wǎng)絡(luò)時(shí)，則出現(xiàn)了CS域（電路域）和PS域（分組域）的劃分，GSM演化為CS域，GPRS演化成PS域。發(fā)展到3GPPR4版本時(shí)，軟交換概念由此在電路域首次引入，將原有的移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）單一功能網(wǎng)關(guān)，分化成了完成控制功能的移動(dòng)交換中心服務(wù)器和的實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)承載的功能模塊媒體多功能網(wǎng)關(guān)。（二）VLR（拜訪位置寄存器）VLR的功能是存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)的一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。它的作用有：便于負(fù)責(zé)控制漫游用戶的信息，統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)并及時(shí)更新新用戶的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)了移動(dòng)用戶號(hào)碼和位置區(qū)等信息。（三）HLR（歸屬位置寄存器）HLR是一種網(wǎng)元，功能是：把用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中。所有對(duì)用戶數(shù)據(jù)的管理都通過(guò)HLR進(jìn)行。（四）AuC（鑒權(quán)中心）鑒權(quán)中心有兩個(gè)作用：首先，對(duì)網(wǎng)絡(luò)用戶的身份鑒權(quán)工作由鑒權(quán)中心完成；其次，在無(wú)線鏈路上，移動(dòng)臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)之間的通信也需要加密處理，這個(gè)功能也只能由鑒權(quán)中心實(shí)現(xiàn)。（五）AC（確認(rèn)中心）用于鐵路緊急呼叫參與成員的相關(guān)信息記錄、存儲(chǔ)，如記錄組呼參考號(hào)、組呼參與成員MSISDN號(hào)碼、起止時(shí)間等信息。二、BSS（無(wú)線子系統(tǒng)）BSS的基本作用：提供終端與網(wǎng)絡(luò)之間的通信所需要的無(wú)線信號(hào)，并完成對(duì)BSC和BTS資源管理工作。設(shè)備與MSC相連，讓所有用戶之間的通信得以實(shí)現(xiàn)。作為GSM-R系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中基礎(chǔ)組成部分，BSS（無(wú)線子系統(tǒng)）包含有BSC、BTS兩個(gè)部分，一臺(tái)BSC可以實(shí)現(xiàn)很多個(gè)BTS的管理。另外，還有TRAU：作用是連接MSC設(shè)備與BSC設(shè)備。（一）BSC（基站控制器）實(shí)現(xiàn)BSS的控制功能，主要負(fù)責(zé)控制、管理和維護(hù)BTS。（二）BTS（基站收發(fā)信機(jī)）主要負(fù)責(zé)空中接口，提供無(wú)線傳輸資源。（三）TRAU（速率適配單元）主要為系統(tǒng)提供速率變換和透?jìng)鞴δ埽饕菨M足有線和無(wú)線傳輸?shù)乃俾蔬m配。三、GPRS（通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)）系統(tǒng)GPRS系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的功能實(shí)體。其基本構(gòu)架基礎(chǔ)主要由服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)、域名服務(wù)器、GPRS認(rèn)證服務(wù)器、GPRS接口服務(wù)器、GPRS歸屬服務(wù)器等構(gòu)成。（一）服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）其基本功能：提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的功能實(shí)體，主要的作用是為MS提供移動(dòng)性管理和尋找路由等功能。（二）域名服務(wù)器（DNS）基本功能：提供解析域名功能。（三）網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（GGSN）其基本功：為GPRS網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)關(guān)與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)互聯(lián)，達(dá)到選擇路由及與網(wǎng)絡(luò)外部協(xié)轉(zhuǎn)等功能。（四）GPRS認(rèn)證服務(wù)器（RADIUS）基本功能：存儲(chǔ)用戶的身份并對(duì)用戶鑒權(quán)認(rèn)證。（五）GPRS接口服務(wù)器（GRIS）基本功能：作為鐵路信息化的重要組成設(shè)備之一，設(shè)備內(nèi)存儲(chǔ)著經(jīng)緯度、公里標(biāo)、小區(qū)等位置信息。實(shí)現(xiàn)與CTC網(wǎng)絡(luò)之間的通信，也實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)與其他外部IP網(wǎng)絡(luò)的通信，實(shí)現(xiàn)傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)車(chē)-地之間的數(shù)據(jù)信息，這種傳輸轉(zhuǎn)發(fā)功能是透明的，對(duì)所通過(guò)的數(shù)據(jù)不作任何處理，安全、可靠。（七）GROS（GPRS歸屬服務(wù)器）基本功能：主要負(fù)責(zé)向機(jī)車(chē)臺(tái)CIR或其他移動(dòng)終端提供當(dāng)前歸屬GRIS地址的查詢服務(wù)。四、IN（智能網(wǎng)）能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)車(chē)車(chē)次的注冊(cè)、注銷與管理屬于智能網(wǎng)的基本業(yè)務(wù)之一。同時(shí)，IN還能實(shí)現(xiàn)如功能尋址、基于位置呼叫限制等精度業(yè)務(wù)功能。（一）SCP（業(yè)務(wù)控制點(diǎn)）基本功能：不僅可以完成業(yè)務(wù)控制，還可以完成存儲(chǔ)業(yè)務(wù)邏輯和網(wǎng)絡(luò)、用戶數(shù)據(jù)的功能。（二）SSP（業(yè)務(wù)交換點(diǎn)）基本功能：能完成與SCP通信基本功能，并對(duì)SCP的業(yè)務(wù)請(qǐng)求做出應(yīng)答。（三）SMP（業(yè)務(wù)管理點(diǎn)）基本功能：能夠滿足管理業(yè)務(wù)控制點(diǎn)中的業(yè)務(wù)邏輯和用戶數(shù)據(jù)的工作需求。（四）SMAP（業(yè)務(wù)管理接入點(diǎn)）基本功能：能夠滿足業(yè)務(wù)管理接入功能。在此之上，實(shí)現(xiàn)通過(guò)業(yè)務(wù)管理點(diǎn)來(lái)增加刪出或修改用戶數(shù)據(jù)和性能業(yè)務(wù)等。（五）SCEP（業(yè)務(wù)生成環(huán)境）基本功能：作用是開(kāi)發(fā)并生成智能網(wǎng)的業(yè)務(wù)，并完成對(duì)智能網(wǎng)的業(yè)務(wù)驗(yàn)證測(cè)試工作，然后將驗(yàn)證后的信息輸入到業(yè)務(wù)管理點(diǎn)中。五、OSS（運(yùn)行與支持子系統(tǒng)）其功能屬性：是一個(gè)單獨(dú)的提供維護(hù)管理功能子系統(tǒng)。工作原理：其功能由OMC實(shí)現(xiàn)。而且，OMC又可以分為兩部分，其一是管理網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的OMC-S和；其二是管理無(wú)線子系統(tǒng)的OMC-R。設(shè)備和移動(dòng)用戶的管理、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和數(shù)據(jù)等功能是主要由運(yùn)行與支持子系統(tǒng)提供的。六、終端設(shè)備基本構(gòu)成：終端設(shè)備和SIM卡。終端設(shè)備具體包括：機(jī)車(chē)CIR、手持臺(tái)等。SIM卡的功能是：存儲(chǔ)該與用戶有關(guān)的所有數(shù)據(jù)。比如：接入級(jí)別、等級(jí)、資費(fèi)，鑒權(quán)、加密數(shù)據(jù)。

第3章GSM-R在成灌線鐵路無(wú)線通信中的應(yīng)用作為中國(guó)西南第一條高鐵，成灌快速鐵路不僅帶動(dòng)周邊城市發(fā)展，促進(jìn)當(dāng)?shù)芈糜谓?jīng)濟(jì)發(fā)展，還與全國(guó)所有高鐵線路聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)動(dòng)全國(guó)。成灌線建設(shè)工程起始站為成都站，線路然后沿著成都西環(huán)線到達(dá)成都郫都區(qū)的安靖并在安靖設(shè)立安靖站，方便乘客換乘。然后為了減少運(yùn)行路程，又跨越國(guó)道317線，再沿著國(guó)道317的南面到達(dá)成都郫縣犀浦鎮(zhèn)，線路在犀浦和成都軌道交通地鐵2號(hào)線相匯。最后，沿著國(guó)道317線，通過(guò)過(guò)紅光鎮(zhèn)到郫都區(qū)城區(qū)。出了郫都西站后，在由高架延伸到地面，到達(dá)安德站。線路過(guò)安德后經(jīng)聚源到達(dá)旅游城市都江堰市。最后，線路沿著省道106，最終到達(dá)青城山高鐵站。全線正線長(zhǎng)度66.2KM，支線長(zhǎng)6.0KM，沿途共設(shè)有15個(gè)車(chē)站，是目前世界最高水平的高速市域鐵路。3.1成灌線GSM-R核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)規(guī)劃成灌線GSM-R網(wǎng)絡(luò)，在之前硬件基礎(chǔ)上，新建2套MSCServer和2套媒體網(wǎng)關(guān)核心網(wǎng)設(shè)備，硬件設(shè)備安裝在成都機(jī)房。兩套MSCServer之間為主備用工作模式，2套媒體網(wǎng)關(guān)之間為負(fù)荷分擔(dān)工作模式，共同承載業(yè)務(wù)。在成都與MSC同址新設(shè)1套BSC/PCU和1套TRAU，實(shí)現(xiàn)對(duì)本線BSS的控制。在沿線車(chē)站及區(qū)間共設(shè)置19處BTS，BTS均接入成都BSC。系統(tǒng)之間通過(guò)TDM傳輸方式傳送業(yè)務(wù)。系統(tǒng)還新建承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)所需要的設(shè)備如SGSN、GGSN、GRIS，設(shè)備安裝地點(diǎn)也在成都機(jī)房。GSM-R網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為包括BSC、BTS等設(shè)備組成的無(wú)線網(wǎng)部分和MSC、MGW、TRAU等設(shè)備組成的核心網(wǎng)部分，核心網(wǎng)又分成了承載網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的電路域和承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的分組域兩部分。CS電路域的作用是實(shí)現(xiàn)緊急呼叫、組呼、基本呼叫、功能號(hào)碼、廣播呼叫等通話語(yǔ)音的功能，比如手持終端的互撥、調(diào)度臺(tái)對(duì)CIR的呼叫、組呼等等。PS分組域?qū)崿F(xiàn)的主要作用是傳輸數(shù)據(jù)，主要包含的數(shù)據(jù)有：機(jī)車(chē)車(chē)次號(hào)信息傳送、列車(chē)進(jìn)路預(yù)告信息傳送、調(diào)度命令傳送等,并且根據(jù)條件預(yù)留控制列車(chē)系統(tǒng)功能。成灌線GM-R總體架構(gòu)如圖3.1所示。圖3.1成灌線GSM-R總體架構(gòu)圖3.2成灌線GSM-R系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.2成灌線GSM-R基本語(yǔ)音業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音業(yè)務(wù)是指在G網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)，移動(dòng)終端GSM-R手持作業(yè)臺(tái)、車(chē)載臺(tái)CIR、有線終端FAS設(shè)備（車(chē)站值班員、列調(diào)、行調(diào)等）以及擁有手持臺(tái)的其他用戶之間能夠進(jìn)行的語(yǔ)音呼叫通信業(yè)務(wù)。成灌線上某車(chē)站值班員或列車(chē)司機(jī)需要與他人進(jìn)行通話時(shí)，語(yǔ)音通信過(guò)程如下：一、移動(dòng)終端呼叫移動(dòng)終端在成灌線所有基站(如：安靖站)G網(wǎng)信號(hào)覆蓋下正在進(jìn)行日常巡視作業(yè)的作業(yè)人員A用他所攜帶的移動(dòng)G網(wǎng)手機(jī)呼叫正在犀浦基站G網(wǎng)信號(hào)覆蓋下的巡視人員B移動(dòng)G網(wǎng)手機(jī)的MSISDN號(hào)碼；呼叫流程從G網(wǎng)手機(jī)-BTS-BSC-TRAU-MSC完成呼叫過(guò)程，GSM-R網(wǎng)絡(luò)收到呼叫后觸發(fā)作業(yè)人員B響鈴，雙方通信建立。二、固定終端呼叫移動(dòng)終端在成灌線所有基站（如安德站）G網(wǎng)信號(hào)覆蓋下有線終端安德站的車(chē)站值班員A用FAS前臺(tái)以G網(wǎng)手機(jī)的MSISDN號(hào)碼對(duì)正在安德區(qū)間巡視作業(yè)的作業(yè)人員B的G網(wǎng)手機(jī)終端發(fā)起呼叫；調(diào)度交換機(jī)收到MSISDN號(hào)碼，將呼叫路由轉(zhuǎn)到GSM-R網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)將被呼叫的號(hào)碼發(fā)給GSM-R網(wǎng)絡(luò)；GSM-R網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)被叫號(hào)碼響鈴，雙方建立通信；通話完成，車(chē)站值班員A或作業(yè)員B掛機(jī)，呼叫過(guò)程完成并拆除通信。三、移動(dòng)終端呼叫固定終端在成灌線所有基站（如紅光站）G網(wǎng)信號(hào)覆蓋下，G網(wǎng)信號(hào)測(cè)試人員用G網(wǎng)手機(jī)呼叫紅光站車(chē)站值班員；GSM-R網(wǎng)絡(luò)收到被呼叫號(hào)碼的信號(hào)，經(jīng)過(guò)充分的分析后，把路由呼叫傳遞到調(diào)度交換機(jī)系統(tǒng)并向調(diào)度交換機(jī)系統(tǒng)發(fā)送車(chē)站值班員FAS前臺(tái)號(hào)碼；車(chē)站值班員的FAS前臺(tái)響鈴，通信創(chuàng)建；3.3成灌線GSM-R數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)GSM-R數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要傳送的數(shù)據(jù)包含：調(diào)度集中系統(tǒng)與車(chē)載設(shè)備之間發(fā)送接收的無(wú)線車(chē)次號(hào)信息、列車(chē)進(jìn)路預(yù)告信息、調(diào)度命令等。并且，能依照需求預(yù)留控制列車(chē)系統(tǒng)功能。一、調(diào)度命令或列車(chē)進(jìn)路預(yù)告信息的傳送當(dāng)CTC（調(diào)度集中）系統(tǒng)要向成灌線上正在從安靖運(yùn)行至犀浦的C6000次列車(chē)發(fā)列車(chē)進(jìn)路預(yù)告時(shí)，行車(chē)調(diào)度在系統(tǒng)中輸入車(chē)次號(hào)C6000，同時(shí)調(diào)度集中系統(tǒng)自動(dòng)將C6000對(duì)應(yīng)的機(jī)車(chē)號(hào)302220201填入，編輯好這條進(jìn)路預(yù)告信息后將這條數(shù)據(jù)通過(guò)GSM-R通信服務(wù)器發(fā)送到GRIS中，GRIS系統(tǒng)根據(jù)這條數(shù)據(jù)所攜帶的302220201機(jī)車(chē)號(hào)在域名解析服務(wù)器查詢它對(duì)應(yīng)的IP，獲得302220201的IP地址后，將此條列車(chē)進(jìn)路預(yù)告轉(zhuǎn)發(fā)到正確的具有該IP地址的CIR。CTC發(fā)送調(diào)度命令原理一樣，傳送流程為：CTC發(fā)出調(diào)度命令或列車(chē)進(jìn)路預(yù)告信息→CTC應(yīng)用服務(wù)器→GSM-R通信服務(wù)器→傳輸設(shè)備→GRIS→GGSN→SGSN→BSC→BTS→CIR收到調(diào)度命令或列車(chē)進(jìn)路預(yù)告信息。注意：CTC系統(tǒng)只知道要發(fā)送信息的目的機(jī)車(chē)號(hào)，并不知道該機(jī)車(chē)號(hào)對(duì)應(yīng)的IP地址，要想通過(guò)GPRS的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到CIR，必須知道該CIR對(duì)應(yīng)的IP地址。這就需要由GRIS查詢DNS獲得實(shí)際IP地址后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。二、無(wú)線車(chē)次號(hào)信息的傳送圖3.3成灌線GSM-R無(wú)線車(chē)次號(hào)信息過(guò)程圖成灌線上正在運(yùn)行的C6000列車(chē)信息傳遞過(guò)程方式如下：一方面，機(jī)車(chē)CIR不間斷地向GRIS系統(tǒng)發(fā)送列車(chē)車(chē)次號(hào)信息；另一方面，由GRIS向CTC透明轉(zhuǎn)發(fā)，不作任何數(shù)據(jù)處理。3.4成灌線GSM-R網(wǎng)絡(luò)的鐵路特殊業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)GSM-R網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為了滿足鐵路調(diào)度指揮的需求，同時(shí)增加了增強(qiáng)多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆、VGCS和接入矩陣、功能號(hào)呼叫、功能尋址、鐵路緊急組呼等特殊功能的業(yè)務(wù)。而eMLPP、299鐵路緊急呼叫、功能尋址、接入矩陣這些特殊功能業(yè)務(wù)在成灌線上同樣也得以實(shí)現(xiàn)。一、eMLPP（加強(qiáng)多級(jí)優(yōu)先級(jí)和強(qiáng)拆業(yè)務(wù)）基本功能是：通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各類語(yǔ)音業(yè)務(wù)預(yù)先定義優(yōu)先級(jí)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)在繁忙的條件下，根據(jù)工作的實(shí)際情況，定義自己的優(yōu)先級(jí)級(jí)別，讓高優(yōu)先級(jí)別強(qiáng)拆當(dāng)前低優(yōu)先級(jí)的呼叫，保證鐵路運(yùn)輸安全。eMLPP業(yè)務(wù)：A、B、0、1、2、3、4、5，共7級(jí)服務(wù)，A和B兩級(jí)僅特供于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部使用。其它5級(jí)可在全部支持增強(qiáng)多級(jí)優(yōu)先級(jí)和強(qiáng)拆業(yè)務(wù)的地方供用戶使用，能夠與提供eMLPP業(yè)務(wù)的ISDN網(wǎng)絡(luò)互通。當(dāng)成灌線上某一站點(diǎn)某一時(shí)間段用戶數(shù)量突然增加，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)無(wú)空閑信道的情況下，而高級(jí)別的用戶又有急需下達(dá)至列車(chē)的指令時(shí)，高級(jí)別的用戶就可強(qiáng)占當(dāng)前低優(yōu)先級(jí)信道進(jìn)行通話，保證鐵路運(yùn)輸。二、鐵路緊急呼叫是一種特殊的組呼，組ID299，擁有最高優(yōu)先級(jí)，在無(wú)線信道資源緊張的時(shí)候可以強(qiáng)占低優(yōu)先級(jí)呼叫資源。例如，當(dāng)有人發(fā)起299緊急組呼時(shí)，就算正在通話中的成員，也會(huì)被強(qiáng)制接入到299呼叫中，并且不允許主動(dòng)退出該組呼。當(dāng)299緊急組呼發(fā)起者掛機(jī)之后，可以在確認(rèn)中心查詢都本次發(fā)起呼叫的具體信息，如發(fā)起號(hào)碼、結(jié)束時(shí)間、通話時(shí)間、拆線原因等。鐵路緊急呼叫模式（如圖3.3）。圖3.3鐵路緊急呼叫當(dāng)成灌線上運(yùn)行的郫縣西到都江堰區(qū)段的C6000列車(chē)，列車(chē)調(diào)度員收到都江堰車(chē)站值班員等反映都江堰有山體滑坡、洪水、塌方等緊急狀況，C6000列車(chē)需要立即停車(chē)，避免傷害。此時(shí)，調(diào)度員就可通過(guò)緊急組呼功能直接切斷C6000列車(chē)主司機(jī)與列車(chē)長(zhǎng)之間的通話，將這個(gè)區(qū)段的所有用戶拉入299緊急組呼中，告知這一區(qū)段的所有用戶前方有危險(xiǎn)，避免行車(chē)安全事故發(fā)生。三、功能尋址例如，一個(gè)工作崗位（如運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)長(zhǎng)），當(dāng)前在崗的人員，將自己的G網(wǎng)手機(jī)號(hào)碼登記到特定的功能碼上，功能碼和實(shí)際用戶之間就建立起聯(lián)系。調(diào)度臺(tái)就可以通過(guò)發(fā)起呼叫功能碼，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)指揮功能。例如，在成灌線上運(yùn)行的成都站始發(fā)車(chē)次號(hào)為C6000次列車(chē)終到青城山站。在運(yùn)行到安靖后機(jī)車(chē)出故障需要更換，但無(wú)論機(jī)車(chē)怎么更換，運(yùn)行的列車(chē)的車(chē)次號(hào)是C6000永遠(yuǎn)不會(huì)改變。在這種情況下，行車(chē)調(diào)度（或車(chē)站值班員）就可以依據(jù)車(chē)次號(hào)C6000，呼叫到正在為列車(chē)C6000服務(wù)的機(jī)車(chē)司機(jī)。四、接入矩陣業(yè)務(wù)在鐵路應(yīng)用中，因所代表功能身份的不同，會(huì)有不同的功能號(hào)碼，如：司機(jī)、調(diào)度員、車(chē)站值班員等。從而在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中定義了列車(chē)司機(jī)、調(diào)度員、車(chē)站值班員、運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)長(zhǎng)、列車(chē)長(zhǎng)之間的允許呼叫接入關(guān)系表。如圖3.4所示圖3.4接入矩陣業(yè)務(wù)例如，正在成灌線上運(yùn)行的，由成都到都江堰的列車(chē)C1234。正在該列車(chē)上的列車(chē)的主司機(jī)可以與都江堰站的車(chē)站值班員、列車(chē)長(zhǎng)和指揮C1234次列車(chē)的機(jī)車(chē)調(diào)度員通話。機(jī)車(chē)調(diào)度員只能與C1234次列車(chē)的主司機(jī)和都江堰站的車(chē)站值班員通話，而不能與列車(chē)長(zhǎng)通話。

結(jié)束語(yǔ)鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)是一種滿足鐵路工作實(shí)際應(yīng)用、最為成熟的無(wú)線通信系統(tǒng)，專為鐵路提供服務(wù)，其特點(diǎn)是及時(shí)、高效，還能支持高速列車(chē)等特有功能。中國(guó)鐵路采用鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，完全符合中國(guó)鐵路的實(shí)際發(fā)展情況。目前，我國(guó)已經(jīng)建立健全了滿足我國(guó)鐵路實(shí)際運(yùn)用的GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。目前我國(guó)GSM-R技術(shù)運(yùn)用于青藏線、大秦線、京滬高鐵、滬昆高鐵等高鐵線路。在利用鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度通信系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)，在傳輸方式上，一部分單獨(dú)使用無(wú)線傳輸方式，一部分使用有線傳輸與無(wú)線傳輸方式相結(jié)合，一起完成需要