无线个域网协议_铁路综合数字移动通信系统（GSM-R）

发布时间：2016-11-11 13:40

  本文关键词：数字移动通信系统，由笔耕文化传播整理发布。

铁路综合数字移动通信系统（GSM-R） 2007-09-10 00:00:00 来源：中华铁道网

铁路综合数字移动通信系统（GSM-R）（integrated digital mobile communicationsystem for railway）采用GSM-R数字技术体制，能够满足铁路客货运输、公务通信、物流管理等需要的，提供语音、...

铁路综合数字移动通信系统（GSM-R）（integrated digital mobile communicationsystem for railway）采用GSM-R数字技术体制，能够满足铁路客货运输、公务通信、物流管理等需要的，提供语音、数据、静止图像等综合业务的移动通信系统。

GSM-R的起源 国际铁路联盟（UIC）在1992年提出采用GSM-R发展新一代铁路数字移动通信的建议，并得到许多国家和工业组织的响应。GSM最初是欧洲特别移动小组（Group SpecialMobile）的缩写，现在则是全球移动通信系统（GlobalSystem for Mobilecommunication）的简称，截止到2003年11月底的统计，GSM是世界上应用最广泛的第二代数字移动通信标准。GSM-R是GSM for railway的英文缩写，其意为铁路综合数字移动通信系统。1997年，24个国家的32个铁路组织签署了谅解备忘录。此后，欧洲委员会确定GSM-R作为欧洲新一代铁路综合无线通信系统标准。2002年7月5日欧洲邮政与电信管理委员会（CEPT）根据欧委会的1996/48/EC和1999/569/EC 指令文件，颁布了ECC/DEC/（02）05 指令文件，为欧洲铁路综合数字移动通信网络指配了876～880/921～925MHz专用频带，从而为GSM-R在欧洲的实施奠定了坚实基础。同时期，为实施智能铁路运输系统，UIC提出构建基于GSM-R无线通信平台的欧洲列车控制系统（ETCS），并且，在GSM-R和ETCS的基础之上发展欧洲铁路运输管理系统(ERTMS)。

中国铁路在多年研究和探索的基础之上，根据中国经济远景发展规划对铁路运输现代化的需求，分析世界铁路市场技术装备的现状和发展趋势，结合中国铁路运输的实际情况和需要，确定GSM-R作为发展铁路综合数字移动通信网络的技术体制，建设具有无线列调、区间移动通信、应急通信、调度指令/车次号传输、编组站/车站综合移动通信、组合列车多机车同步控制信息传输、尾部风压检测信息和控制指令的传输、机况/弓况信息传输、铁路沿线的固定无线接入、公务移动通信、旅客列车移动信息传输等功能的无线通信系统。同时，中国列车控制系统（CTCS）第三级采用GSM-R发展固定闭塞的列车运行控制系统，CTCS第四级采用GSM-R发展移动闭塞的列车运行控制系统。为此，信息产业部信部无函〔2003〕394号文批准了中国铁路GSM-R所使用的频段，为GSM-R的实施铺平了道路。

技术特征 GSM-R技术是GSM在铁路方面的应用，它采用标准的GSM Phase 2+技术和为铁路专用的频段。GSM技术经历了Phase 1，Phase 2，Phase 2+等阶段，GSM规范从1992年公布以来，一直在不断地完善和发展，出现了许多版本：R1996，R1997，R1998，R1999。Phase 1和Phase 2阶段规范只提供语音、传真、文本短消息、电路交换数据业务。在Phase 2+阶段引入了许多新业务，包括：通用分组无线业务（GPRS）、定位通信业务（LCS）、智能网业务（IN）、高级语音呼叫业务（ASCI）、虚拟归属环境（VHE）等。GSM全速率语音编码方案为RPE-LTP-LPC（规则脉冲激励-长期预测-线性预测编码），速率为13kbit/s），其包含的技术主要有全速率不连续传输（DTX）、全速率语音活动检测（VAD）、全速率舒适噪声插入、全速率丢失语音帧内插和静默等。GSM无线接入为时分多址（TDMA），调制方式为高斯最小频移键控（GMSK），载波间隔为200kHz，载波调制速率为270.833 kbit/s，一个载波8个时隙。GSM分为逻辑信道和物理信道，物理信道是指由载波频率号、时隙号确定的、承载消息的最小物理资源；逻辑信道是指承载用户信息或信令信息的消息。逻辑信道又分为业务信道和控制信道，前者是指承载语音或用户数据的消息；后者是指承载信令信息的消息。GSM的信道编码采用系统分组编码、卷积编码、交织、重序相结合的方案，具有很强的检纠错能力。为适应高速率电路交换数据业务的需要，在GSM Phase 2+中引入了高速调制方式——8元相移键控（8PSK）。为满足大容量网络的需要，引入了半速率语音编码方案，速率为6. 5 kbit/s。

业务与功能GSM-R的业务与功能为铁路移动通信提供了标准的服务平台。它基于GSM的基本电信业务，利用了高级语音呼叫业务（ASCI），提供铁路特有的调度业务和各种应用。GSM-R业务与功能分为4 个层次。第一层为GSM基本电信业务，包括GSM标准中定义的基本承载业务、终端业务和补充业务。基本承载业务主要包括无限制数据信息（UDI）、3.1kHz音频信息、异步分组组装/分拆信息（PAD）、同步分组信息；终端业务主要包括语音、短消息、传真和语音组业务；补充业务是对基本电信业务的补充，包括优先级业务、号码识别、呼叫转移、多方通话、呼叫禁止等业务。第二层为高级语音呼叫业务，包括增强多优先级与强拆（eMLPP）、语音组呼业务（VGCS）和语音广播业务（VBS）。第三层为铁路基本业务，根据铁路的特殊需求为使用者定义了一些特殊功能，包括功能寻址、功能号表示、接入矩阵和基于位置的寻址，这些业务体现了铁路用户的移动性和身份的多样性。第四层为铁路应用，是根据我国铁路通信的需求和实际制定的功能应用，包括调度通信、列车自动控制、区间移动通信、旅客业务、尾部风压检测、高速数字通信、铁路紧急通信、早面调车、轨道维护和远程控制等。第一、二、三层是基础和平台，第四层是建立在基础之上开发的具体应用。

移动台（Mobile Station） GSM-R移动台是指接入GSM-R网络的用户设备，由移动设备（ME，Mobile Equipment）和SIM卡构成。移动台可以是单独的移动终端（MT，Mobile Terminal），或者是移动终端直接与终端设备（TE，Terminal Equipment）相连接而成，或者是移动终端（MT）通过终端适配器（Terminal Adapter）与终端设备（TE）相连接而成。根据应用情况，移动台有3种类型：MS-0，具备支持某种业务功能（例如通话功能）的移动终端；MS-1，提供S接口，支持ISDN用户网络接口建议的标准终端；MS-2，具有移动终端的功能，支持国际电信联盟（ITU）X系列，V系列接口建议的非ISDN标准终端。根据任务和工作环境，GSM-R移动台分为：机车台，给列车司机使用；通用电台，给铁路公务人员使用；作业电台，给参加列车运行的人员使用，如调车作业和现场维护。

GSM-R移动台的业务和功能包括：通过无线接口接入GSM-R数字移动通信网；支持话音传输、短消息业务、传真业务、语音组呼业务、语音广播业务等终端业务和承载业务；支持增强多优先级与强拆业务（eMLPP）、用户到用户信令（UUS）业务、多方通话业务等补充业务；支持功能寻址、基于位置的寻址、调车作业模式、同一列车上的多司机通信、铁路紧急呼叫等铁路特定的业务；对用户数据和信令单元进行加密；语音编解码和信道编译码，完成无线信道速率和用户数据速率之间的适配；协助进站子系统完成切换；提供友好的人机接口（MMI），完成相关的交互功能。

移动台的用户识别模块（SIM）是一张带有微处理器的IC卡片，由于CPU，RAM，ROM，EPROM及串行通信单元等部分组成。GSM-R的SIM卡内存储4类信息：一是与卡和持卡者特征有关的信息；二是GSM网络操作所需的信息，例如国际移动用户身份识别号（IMSI）、加密键Kc、用户密钥Ki、鉴权算法等；三是拨号号码、网络承载性能、短消息业务信息等；四是与铁路应用相关的信息，例如功能号、语音组ID、紧急呼叫确认、调车信息等。GSM-R系统通过SIM卡来识别移动用户。

网络子系统（Network Subsystem，NSS）GSM-R网络子系统由7个功能实体组成：移动交换中心（MSC）、归属位置寄存器（HLR）、拜访位置寄存器（VLP）、设备识别寄存器（EIR）、鉴权中心（AuC）、互连功能单元（IWF）、组呼寄存器（GCR）。主要功能包括：管理与基站子系统（BSS）之间的信令协议、位置登记、切换过程、查询HLP获得移动台漫游号码、与其他的移动功能实体交换信令信息、管理语音组呼、语音广播、增强多优先级与强拆的呼叫建立、用户的鉴权。

移动交换中心是NSS的核心，包含交换、位置登记和更新、越区切换、无线资源管理等功能，它还用于建立业务信道和在MSC之间或与其他网络之间交换信令信息。归属位置寄存器是NSS 4个重要的数据库之一，实现对移动用户的管理，其存储的是在网络中永久注册的移动用户的静态数据信息和一些临时动态数据信息。拜访位置寄存器存储着进入其控制区域内已登记的移动用户的动态数据信息，从该移动用户的HLP获取并存储必要的数据，为用户提供建立呼叫接续的必要条件。鉴权中心存储鉴权算法和加密密钥，有2个功能：一是对用户的IMSI号进行鉴权；二是为移动台和网络之间在无线路径上进行的通信进行加密。设备识别寄存器（EIR）用来存储国际移动设备识别号（IMEI），通过白名单、黑名单、灰名单列出准许使用、失窃不许使用、出现异常需要监视的移动设备IMEI号。互连功能是提供GSM-R网络与其他固定网络的互连，主要实现协议转换、速率适配等功能，与MSC在同一物理设备中实现。组呼寄存器存储移动用户的组ID、移动台利用语音组呼（VGCS）参考值和语音广播（VBS）参考值发起呼叫的小区信息、发起呼叫的MSC是否负责处理呼叫的指示信息等。

基站子系统（Base Station System ，BSS）GSM-R基站子系统是最基本的组成部分，将移动台（MS）和网络子系统（NSS）连接起来，是用户进入网络的接入网。在用户侧，通过无线接口与移动台相连，提供无线发送和接收功能，对服务区进行无线覆盖，并进行无线资源的管理。在网络侧，与网络子系统移动业务交换中心相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息。BSS由2种基本设备组成，分别是基站收发信机（BTS，Base Transceiver Station）和基站控制器（BSC，Base Station Controller）。一个BSC可以管理多达几十个BTS。此外，还有一种可选择的设备——速率适配单元（TRAU，transcoding and rate adaption unit）。BTS主要负责无线传输；BSC主要负责控制和管理；如果加入了TRAU，主要完成编码的转换。

操作、管理和维护子系统（Operation Subsystem ，OSS）GSM-R的操作、管理和维护子系统包括用户和业务数据管理、安全管理、性能管理、配置管理、维护管理。用户和业务数据管理包含了所有和用户、用户数据、移动设备数据的管理，与呼叫和计费相关的数据的收集。安全管理包括用户接入、用户权限及业务提供的管理。性能管理包括性能数据的产生、收集和分析，业务管理，服务质量和服务等级的检测，用户行为和相关呼叫路径信息的跟踪等。配置管理包括对网络单元进行配置、业务的投入、开/停进行管理，对网络的状态进行管理，使系统达到一定的稳定性，并能满足长期的需求，根据情况可以重新调整网络配置，如网络设备升级等。维护管理包括交换和无线设备的日常维护，故障的检测、识别、诊断和纠正，故障的识别和日志，所有PLMN（公用陆地移动网）内部和互连功能的日常检测。

GSM-R应用子系统 利用GSM-R网络提供的电信业务（基本业务和补充业务）来完成话音和数据通信的铁路应用系统。这些应用包括：无线列车调度通话系统、区间移动通信、列车控制安全信息传输、列车位置跟踪信息传输、列车尾部风压检测信息和控制指令的传输、调度指令传输、车次号校核传输、旅客移动信息服务、列车告警与防护信息的传输等等。这些应用系统利用GSM-R提供的话音业务、电路交换数据业务、短消息业务、小区广播消息业务、话音调度（集群）业务（包括VGCS、VBS、eMLPP）等，以及功能寻址、基于位置的寻址、接入矩阵、呼叫双方功能号的表示等网络特性，来承载运输作业过程中所要交换的话音和数据信息流。

增强多优先级与强拆（enhanced Multi-Level Precedence and Preemption service，eMLPP）eMLPP是GSM-R高级语音呼叫（Advanced Speech Call Item，ASCI）业务的内容之一。eMLPP业务包括2部分：优先级与强拆。所谓优先级是指结合快速呼叫建立为一个呼叫分配一个优先级别。强拆一方面是指对资源的抢占，即高优先级呼叫在缺乏空闲资源时可以抢占低优先级的资源，主要存在于呼叫建立时对无线接口资源的抢占和越区切换时对小区的抢占；另一方面还包括具有高优先级的呼叫可以打断正在进行的低优先级呼叫，用户能够通过移动台的自动应答功能自动接受高优先级呼叫。eMLPP业务必须得到网络和移动台双方的支持才能使用。

eMLPP业务规定了7个优先级，由高到低依次如下：凡A，B，0，1，2，3，4。其中优先级A和B只能在归属MSC区域内使用，保留网络内部使用；其他5个优先级可以在全球范围内使用，由用户自己定义。如果用户定制了eMLPP业务，网络会为每个用户定义一个能够使用的最高优先级，用户可以使用低于这一级别的其他优先级。主叫用户根据需要为每次呼叫定义规定范围内的任意一个优先级。如果用户没有定制eMLPP业务，网络会为用户的每一个呼叫定义一个默认的优先级。对于高优先级的呼叫，要求呼叫建立时间为1～2s，呼叫建立不需要鉴权和加密的过程。当与不支持eMLPP业务，但是支持多优先级与强拆（MLPP）业务的网络（如综合业务数字网）互连时，优先级A 和B会自动降级为优先级0，其他优先级保持不变。

语音组呼业务（Voice Group Call Service，VGCS） 高级语音呼叫业务的内容之一。语音组呼业务定义了一种在一定区域内由多方参加（移动用户和固定用户），其中一部分人可以讲话，多方聆听的点对多点语音通信方式。GSM-R网络通过会议桥实现VGCS。VGCS采用组呼区域和组身份（组ID）来标识。组呼区域由一个或多个小区组成，规定了一个组呼作用的地理范围，，用组呼区域表示。一个组呼区域可以在一个MSC区域下，也可以跨多个MSX区域。一个组呼区域可以包含多个组。组ID是用来标识一个组的号码。组呼区域ID和组ID共同组成的号码称为组呼参考，可以惟一标识一个VGCS。

参与组呼的成员定义了2种身份：调度用户和业务用户。调度用户可以是固定用户也可以是GSM-R网络中的移动用户，使用相应的ISDN号和移动台ISDN（MSISDN）。调度用户在组呼中享有一对专用信道，既可以收听也可以讲话。每个组呼最多能够定义5 个调度用户，每个调度用户可以加入多个组。业务用户是指定制了VGCS的移动用户。组呼区域中每个小区的业务用户共享一条组呼下行信道收听组呼，争抢一条组呼上行信道获得讲话权。每个业务用户最多可以加入50个组。业务用户和调度用户都能够发起组呼，他们的发起和中止权由网络定义。VGCS在同一时刻只允许一个业务用户作为讲话者，调度用户则可以随时讲话。讲话者释放上行信道后，成为收听者，其他请求讲话的业务用户根据先到先服务的原则申请上行信道的使用权。如果在网络规定的时间中没有人讲话，组呼将会自动结束。

语音广播业务（Voice Broadcast Service，VBS） 高级语音呼叫业务的内容之一。语音广播业务定义了一种在一定区域内由多方参加（移动用户和固定用户），一个用户讲话，其他用户聆听的点对多点单向语音通信方式。GSM-R网络通过会议桥实现VBS。VBS采用组呼区域和组ID来标识。组呼区或由一个或多个小区组成，规定了一个组呼作用的地理范围，用组呼区域ID来标识。一个组呼区域可以在一个MSC区域下，也可以跨多个MSC区域。一个组呼区域可以包含多个组。组ID是用来标识一个组的号码。组呼区域ID和组ID共同组成的号码称为组呼参考，可以惟一标识一个VBS。

参与广播呼叫的成员定义了2种身份：调度用户和业务用户。调度用户可以是固定用户也可以是GSM-R网络中的移动用户，使用相应的ISDN号和MSISDN号。调度用户在广播中享有一对专用信道，既可以收听也可以讲话。每个广播呼叫最多能定义5个调度用户，每个调度用户可以加入多个组。业务用户是指定制了VBS的移动用户。组呼区域中每个小区的业务用户共享一条下行信道收听广播呼叫。每个业务用户最多可以加入50个组。在广播呼叫的过程中，VBS只允许授权发起广播呼叫的业务用户占用上行信道讲话，其他业务用户只能收听，调度用户可以随时讲话和收听。业务用户和调度用户发起及结束广播呼叫的权力由网络定义。

功能寻址（Functional Addressing） 功能寻址是GSM-R网络的特性，它允许主叫方通过被叫方的功能号，而不是移动用户ISDN号码（MSISDN）来呼叫被叫方。功能寻址确保了对GSM-R应用子系统或功能的寻址，与这些应用或功能所使用的物理终端的MSISDN号码之间的相对独立性。

MSISDN号码 指GSM-R网络中移动用户所使用的物理号码。每个移动用户的MSISDN号码都必须存储在且仅存储在一个归属位置寄存器（HLP）中。

Follow Me功能节点（FFN） 它是GSM-R网络中用于存储功能号，并将功能号转换成其对应的MSISDN号码的网络节点。FFN完成功能号的注册、注销、查询等操作。FFN可以是一个单独的物理实体，也可以是一个逻辑实体，与其他物理实体（如HLP）集成在一起。

功能地址（FA） 功能地址是一个包含字母和数字的地址，用来标识终端用户功能。由于含有字母，因此网络不能使用FA进行寻址，用户终端必须将用户输入的FA按照特定的规则转换成相应的功能号（FN）。

功能号（FN）功能号也称为虚拟号，它不包含任何字母字符。功能号存储在一个或多个FFN中，用于标识具有虚拟签约文档的虚拟用户。功能号和MSISDN号之间的关联要通过注册操作来完成，并通过注销操作来取消。这些操作都在终端用户的控制下完成，并且每当要修改这种关联关系时，就要重复进行相应的注册和注销操作。在FN和MSISDN关联有效的时间内，每个呼叫在网络中都要经历从FN到移动台MSISDN的转换过程，网络最终通过MSISDN号码来寻址被叫用户。

功能号由如下部分组成：FNT+UIN+FC。其中功能号类型（FNT）是指在功能号编号方案中，用一位阿拉伯数字标识功能号的类型，如车次功能号、机车功能号等；用户识别号（UIN）可以是车次号、机车号、车号等铁路应用特有编号；功能代码（FC）是2位阿拉伯数字，用于在某一类UIN下标识某一个具体的功能或应用的代码，如T13次列车（UIN）上的司机、车长等。

对功能号的操作包括注册、注销、强制注销、查询等。功能号注册是在FFN中完成FN与MSISDN的关联操作；功能号注销是在FFN中取消FN与MSISDN的关联操作；功能号强制注销是指在特定情况下，由网络授权的第三方完成的功能号注销操作；功能号查询是指向FFN查询与特定FN相关联的MSISDN的操作。当某些特定的操作如强制注销完成后，网络向相应的终端进行通知操作，以使终端中存储的FN和MSISDN对应列表与网络中的数据进行同步。

基于位置寻址（Location Dependent Addressing）它是GSM-R网络的特性，将由移动用户发起的用于特定功能的呼叫，路由到一个与该用户当前所处位置相关的目的地址。例如列车司机呼叫调度员或车站值班员，正确的调度员或车站值班员由司机当时所处的位置来确定。如无线列调中的“大三角”通信，移动台要呼叫的调度员取决于移动用户当前所处的位置。当列车在运行过程中司机需要呼叫当前调度员时，他并不知道调度员的电话号码，但他可以使用一个短号码（如1200）向网络发起呼叫请求。网络识别该短号码，并将其路由到正确的调度员。

在铁路中，基于位置的寻址主要用于解决移动用户呼叫固定用户。在铁路行车指挥中，铁路分局具有直接指挥权。每个铁路分局都有自己的调度所，并将其作为铁路分局所管辖铁路的调度中心。铁路分局调度所里的调度员包括行车调度员、电力调度员等。行车调度员的职责非常重要，功能复杂，与行车指挥直接相关。根据线路的行车密度，每位行车调度员管辖一定长度的调度区段，位于该区段内的所有车站以及正在该区段内行使的所有列车都要听从其指挥。每个车站都有一个值班员，位于车站范围内所有列车也要听从其指挥。列车在行车过程中要经过若干调度区段以及若干车站，当司机呼叫行车调度员或车站值班员时，他只能呼叫当前所属的行车调度品或车站值班员。但是，司机无法知道当前行车调度员或车站值班员的电话号码。GSM-R为了解决这个问题，采用了基于位置的寻址。移动台采用短码（1200）呼叫行车调度员，采用短码（1800）呼叫车站值班员，这样方便司机操作，不需要记住每一位行车调度员和车站值班员的移动电话号码。

接入矩阵（Access Matrix）它是GSM-R网络特性中用户管理的一个方面，用来定义主叫方与被叫方的接入关系。接入矩阵如下表所示，“是”表明网络允许在主叫方与被叫方之间建立呼叫，至少在同一列车上的用户之间可建立。“开放”表示该类呼叫建立需遵循特定的通信规则。阴影方格表示没有定义。

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  本文关键词：数字移动通信系统，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：170965