1、鐵路綜合數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng) GSM-R,鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所 2009年5月,GSM-R是什么?,以GSM Phase 2+為基礎(chǔ) 增加鐵路專用調(diào)度通信功能 功能尋址(FA)：車次號(hào)、機(jī)車號(hào)、司機(jī)、車長(zhǎng) 基于位置的尋址(LA)：當(dāng)前車站值班員、當(dāng)前調(diào)度員 增加高級(jí)語音呼叫業(yè)務(wù)(ASCI) 語音廣播業(yè)務(wù)(VBS) 語音組呼業(yè)務(wù)(VGCS) 增強(qiáng)型多優(yōu)先級(jí)切換和強(qiáng)拆(eMLPP) 適應(yīng)高速移動(dòng)應(yīng)用環(huán)境,GSM-R的發(fā)展 (一),GSM-R的提出 1993年：國(guó)際鐵路聯(lián)盟(UIC)和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織(ETSI)協(xié)商提出 1995年：經(jīng)UIC評(píng)估并最終確認(rèn) 歐洲鐵路通信信號(hào)一體化發(fā)展項(xiàng)目 - 歐

2、洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)(ERTMS) 歐洲列車控制系統(tǒng)(ETCS) 歐洲鐵路綜合調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM-R) GSM-R為ERTMS提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái) 高速列車的語音和數(shù)據(jù)的可靠傳輸 跨國(guó)列車通信和信號(hào)系統(tǒng)的互可操作性 GSM-R標(biāo)準(zhǔn)制定 UIC成立了歐洲鐵路綜合數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化組織(EIRENE) 鐵路需求規(guī)范 系統(tǒng)需求 功能需求 電磁環(huán)境指標(biāo) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定：設(shè)備兼容、終端兼容、業(yè)務(wù)兼容,GSM-R的發(fā)展 (二),系統(tǒng)試驗(yàn) 1997年：24國(guó)32個(gè)鐵路組織簽署GSM-R諒解備忘錄 UIC成立專門組織MORANE：驗(yàn)證系統(tǒng)可靠性、兼容性等 法國(guó)SNCF試驗(yàn)線 1997年，巴黎城內(nèi)，30k

3、m 意大利FS試驗(yàn)線 1997年10月，Prato-Florence-Arrezzo，78km 德國(guó)GTS試驗(yàn)線 1998年7月，Stuttgart-Mannheim高速線，27km 工程實(shí)施 瑞典：跨國(guó)鐵路，雙網(wǎng)絡(luò)覆蓋 瑞士：二級(jí)歐洲列車控制系統(tǒng)(ETCS) 德國(guó)：300km/h高速鐵路(科隆-法蘭克福) ,GSM-R國(guó)外現(xiàn)狀,德國(guó) 32000km 7MSC/64BSC/2800BTS/1IN 9000車載臺(tái)/150000手機(jī),斯洛伐克 1 MSC/40 BTS,瑞典 7500km 1 MSC/11 BSC/800 BTS/1 IN 2000車載臺(tái)/5000手機(jī),荷蘭 2800km 1 MS

4、C/30 BSC/380 BTS,瑞士 3000km 2 MSC/20 BSC/1200 BTS 2000車載臺(tái)/20000手機(jī),意大利 7500km 4 MSC/14 BSC/1111 BTS/2 IN,法國(guó) 14000km 6 MSC/50 BSC/3000 BTS 10000車載臺(tái)/50000手機(jī),英國(guó) 16000km 2 MSC/50 BSC/3002 BTS 8500車載臺(tái),芬蘭 5800km 1 MSC/4 BSC/434 BTS 3600移動(dòng)用戶,比利時(shí) 3000km 2 MSC/6 BSC/550 BTS 2200車載臺(tái)/17000手機(jī),捷克 4000km 2 MSC/30 B

5、SC,GSM-R國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀,青藏線 為列車控制提供通信平臺(tái) 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)由北電網(wǎng)絡(luò)提供,大秦線 為機(jī)車同步操控提供平臺(tái) 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)由華為公司提供,膠濟(jì)線 CTC區(qū)段，列車接車進(jìn)路預(yù)告 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)由西門子提供,京津城際鐵路 最高運(yùn)行速度350km/h 預(yù)留列車控制數(shù)據(jù)傳輸,已開通線路 京津城際、大秦線、青藏線 膠濟(jì)線、合武線、石太線 2009年開通線路 溫福線、甬臺(tái)溫、溫福 武廣、鄭西,GSM-R系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),GSM-R系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)要素,交換子系統(tǒng)(SSS) 建立在移動(dòng)交換中心MSC上，由MSC、HLR、SMSC、AC等構(gòu)成。 負(fù)責(zé)端到端呼叫、用戶數(shù)據(jù)管理、移動(dòng)性管理、固定網(wǎng)絡(luò)連接等。 智能網(wǎng)(IN) 以業(yè)務(wù)

6、應(yīng)用節(jié)點(diǎn)SCP為核心，由SCP、SSP、IP、SMS及SCE構(gòu)成。 實(shí)現(xiàn)功能尋址、位置尋址、呼叫限制、智能短信業(yè)務(wù)等。 基站子系統(tǒng)(BSS) 由基站控制器BSC、基站BTS、編譯碼和速率適配單元TRAU等組成。 對(duì)空中接口Um進(jìn)行管理，與覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信。 通過A接口接入交換子系統(tǒng)SSS。 操作和維護(hù)子系統(tǒng)(OSS) 提供GSM-R網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)功能：移動(dòng)用戶管理、移動(dòng)設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)操作和控制。 由操作維護(hù)中心OMC完成具體功能，包括OMC-S、OMC-R、OMC-T、OMC-D等 通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS 鐵路數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺(tái)：永遠(yuǎn)在線、高效利用無線資源 由分組控制單元PCU、業(yè)

7、務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN、網(wǎng)關(guān)業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)GGSN、域名服務(wù)器DNS等組成。 固定用戶接入交換(FAS) 將固定用戶接入GSM-R網(wǎng)絡(luò)，支持組呼、多優(yōu)先級(jí)切換和強(qiáng)拆等鐵路特殊業(yè)務(wù)。 通過30B+D接口接入MSC，采用DSS1信令。 終端 固定終端：調(diào)度臺(tái)、車站臺(tái)、有線電話等 移動(dòng)終端：機(jī)車綜合無線通信設(shè)備CIR、通用手持臺(tái)GPH、運(yùn)營(yíng)手持臺(tái)OPH、列尾設(shè)備等,GSM-R系統(tǒng)業(yè)務(wù),語音業(yè)務(wù) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)呼叫 多方通話 廣播呼叫 語音組呼 鐵路緊急呼叫 公眾緊急呼叫 位置尋址 功能尋址 多優(yōu)先級(jí)和強(qiáng)拆 呼叫限制 呼叫轉(zhuǎn)移/呼叫等待 ,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 短信 電路域數(shù)據(jù)傳輸 列車控制CTCS-3 調(diào)車機(jī)車信號(hào)和監(jiān)控 機(jī)

8、車同步操控 分組交換數(shù)據(jù)傳輸 調(diào)度命令無線傳送 無線車次號(hào) 列尾風(fēng)壓無線傳送 用戶到用戶信令 USS1 USS2 非結(jié)構(gòu)化的補(bǔ)充業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) USSD ,GSM-R規(guī)劃核心網(wǎng)邏輯結(jié)構(gòu),GSM-R規(guī)劃信令網(wǎng)邏輯結(jié)構(gòu),GSM-R規(guī)劃智能網(wǎng),MSC,HLR,服務(wù)器1,服務(wù)器2,數(shù)據(jù)庫(kù),服務(wù)器1,服務(wù)器2,數(shù)據(jù)庫(kù),主用SCP節(jié)點(diǎn),備用SCP節(jié)點(diǎn),備用路由,業(yè)務(wù)請(qǐng)求,登記管理,備用路由,主用路由,主用路由,軟硬件冗余備份 廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高速互聯(lián)，保證SCP數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步 主備用方式 - 負(fù)荷分擔(dān)方式,GSM-R規(guī)劃編號(hào)方案,IC+CT+UN (UIN+FC),GSM-R應(yīng)用調(diào)度通信系統(tǒng),主要功能 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)呼叫 多方

9、通話 廣播呼叫(有線和無線) 語音組呼(有線和無線) 鐵路緊急呼叫 公眾緊急呼叫 位置尋址 功能尋址 多優(yōu)先級(jí)和強(qiáng)拆 呼叫限制,主要用戶 列調(diào)：調(diào)度員、車站值班員、助理值班員、機(jī)車司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車長(zhǎng)、機(jī)務(wù)調(diào)度、巡道人員、道口等 貨調(diào)：貨運(yùn)調(diào)度員、中間站貨運(yùn)室值班員、貨運(yùn)員 、其他人員 電調(diào)：調(diào)度員、變電所值班員、車站值班員、接觸網(wǎng)工區(qū)值班員、開閉所值班員等 站場(chǎng)：站場(chǎng)集中電話、駝峰調(diào)車電話、平面調(diào)車電話、貨運(yùn)電話、列檢電話、車號(hào)電話、商檢電話等 ,基于小區(qū)位置的尋址,實(shí)現(xiàn)過程 機(jī)車司機(jī)以短號(hào)碼(1200)呼叫當(dāng)前調(diào)度員 BSC將短號(hào)碼和機(jī)車所在的小區(qū)號(hào)報(bào)告MSC MSC將短號(hào)碼和機(jī)車所在的小區(qū)號(hào)報(bào)

10、告SCP SCP根據(jù)小區(qū)號(hào)將列車當(dāng)前所屬調(diào)度區(qū)段調(diào)度員的ISDN號(hào)碼發(fā)給MSC MSC根據(jù)ISDN號(hào)碼將呼叫路由到列車當(dāng)前所屬調(diào)度區(qū)段的調(diào)度員 機(jī)車司機(jī)與當(dāng)前調(diào)度區(qū)段的調(diào)度員進(jìn)行通話,鐵路應(yīng)用 呼叫當(dāng)前調(diào)度員 呼叫前方調(diào)度員 呼叫當(dāng)前車站值班員 呼叫當(dāng)前機(jī)車信號(hào)與調(diào)車監(jiān)控應(yīng)用節(jié)點(diǎn) 呼叫當(dāng)前機(jī)車同步操控?zé)o線傳輸應(yīng)用節(jié)點(diǎn) 精確位置尋址 GPS 公里標(biāo)(機(jī)車運(yùn)行記錄監(jiān)控裝置) 查詢應(yīng)答器,調(diào)度臺(tái)2,調(diào)度臺(tái)1,AUC,調(diào)度區(qū)段分界,1200,7 1234567,功能尋址,實(shí)現(xiàn)過程 調(diào)度員以車次號(hào)功能號(hào)呼叫K56次司機(jī)，發(fā)起呼叫號(hào)碼為200755601的呼叫 MSC將號(hào)碼200755601發(fā)給SCP進(jìn)行

11、分析 SCP對(duì)200755601后將K56次機(jī)車綜合無線通信設(shè)備的MSISDN號(hào)碼發(fā)給MSC MSC以MSISDN號(hào)碼發(fā)起針對(duì)K56次司機(jī)的呼叫 調(diào)度員與K56次機(jī)車司機(jī)進(jìn)行通話 也可用機(jī)車號(hào)功能號(hào)呼叫K56次司機(jī)(牽引機(jī)車為SS8-00055：號(hào)碼為32120005501),鐵路應(yīng)用 車次號(hào)功能號(hào)的注冊(cè)/注銷 機(jī)車號(hào)功能號(hào)的注冊(cè)/注銷 功能號(hào)強(qiáng)制注銷 車次號(hào)功能號(hào)尋址 機(jī)車號(hào)功能尋址 智能短信 ,鐵路緊急呼叫,實(shí)現(xiàn)過程 機(jī)車司機(jī)發(fā)起鐵路緊急呼叫50 12345 299 。 MSC根據(jù)號(hào)碼中的位置號(hào)12345向機(jī)車所在相鄰3個(gè)小區(qū)內(nèi)所有屬于鐵路緊急呼叫299組的用戶發(fā)起呼叫，包括調(diào)度臺(tái)、車站臺(tái)

12、、機(jī)車和車長(zhǎng)等。 299組內(nèi)用戶進(jìn)行小組通話。非調(diào)度身份的用戶采用按講方式進(jìn)行單工通話，調(diào)度身份的用戶的通話則是雙工的。 通話完畢，所有用戶必須向確認(rèn)中心發(fā)送緊急呼叫通話確認(rèn)信息，包括用戶身份、優(yōu)先級(jí)、通話時(shí)長(zhǎng)等。 MSC將在1秒內(nèi)完成鐵路緊急呼叫，接續(xù)過程中不進(jìn)行用戶身份鑒權(quán)。,GSM-R應(yīng)用調(diào)度命令無線傳送,主要功能 調(diào)度員向轄區(qū)內(nèi)的運(yùn)行列車發(fā)送調(diào)度命令/行車憑證。 車站值班員向轄區(qū)內(nèi)的運(yùn)行列車發(fā)送調(diào)度命令/行車憑證。 CTC系統(tǒng)自動(dòng)向轄區(qū)內(nèi)的運(yùn)行列車發(fā)送列車接車進(jìn)路預(yù)告信息。 CTC系統(tǒng)可向指定機(jī)車發(fā)送調(diào)車作業(yè)單，并根據(jù)調(diào)車進(jìn)路請(qǐng)求自動(dòng)開放調(diào)車作業(yè)進(jìn)路。 列車接收到調(diào)度命令/行車憑證進(jìn)行

13、自動(dòng)確認(rèn)、司機(jī)手動(dòng)簽收。 通信方式 GPRS 通信協(xié)議 UDP 通信過程 調(diào)度員向指定機(jī)車(車次號(hào)和機(jī)車號(hào))發(fā)送調(diào)度命令。 CIR接收到GPRS數(shù)據(jù)包，對(duì)車次號(hào)和機(jī)車號(hào)進(jìn)行判斷，如果符合則向CTC/TDCS調(diào)度臺(tái)發(fā)送自動(dòng)確認(rèn)信息。 司機(jī)閱讀完調(diào)度命令按“簽收”按鍵，CIR向CTC/TDCS調(diào)度臺(tái)發(fā)送手動(dòng)簽收信息。,GSM-R應(yīng)用車次號(hào)校核數(shù)據(jù)無線傳送,主要功能 向CTC/TDCS系統(tǒng)發(fā)送車次號(hào)校核數(shù)據(jù)。 向CTC系統(tǒng)發(fā)送列車停穩(wěn)、啟動(dòng)校核數(shù)據(jù)。 實(shí)現(xiàn)車次號(hào)校核數(shù)據(jù)傳送目標(biāo)IP的自動(dòng)更新。 CTC/TDCS可查詢列車當(dāng)前車次號(hào)校核數(shù)據(jù)信息。 通信方式 GPRS 通信協(xié)議 UDP 車次號(hào)校核數(shù)據(jù)發(fā)

14、送條件 司機(jī)按下運(yùn)行記錄監(jiān)控裝置“開車”按鍵，列車由非監(jiān)控狀態(tài)變?yōu)楸O(jiān)控狀態(tài)時(shí)。 列車進(jìn)入新的閉塞分區(qū)、進(jìn)站、出站。 列車運(yùn)行速度由0km/h上升到5km/h以上時(shí)發(fā)送列車啟動(dòng)數(shù)據(jù)。 列車運(yùn)行速度由非零下降到0km/h并保持5秒以上時(shí)發(fā)送列車停穩(wěn)數(shù)據(jù)。,GSM-R應(yīng)用列尾風(fēng)壓無線傳送,主要功能 輸號(hào)：建立CIR與列尾裝置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。 查詢風(fēng)壓：司機(jī)操作CIR查詢當(dāng)前列尾風(fēng)壓值。 排風(fēng)：司機(jī)操作CIR向列尾裝置發(fā)送輔助排風(fēng)指令。 告警：列尾裝置在檢測(cè)到列尾風(fēng)壓異常時(shí)主動(dòng)向CIR告警。 消號(hào)： 拆除CIR與列尾裝置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。 通信過程 CIR和列尾裝置上電后向GPRS注冊(cè)，獲得IP地址。

15、列尾裝置向域名服務(wù)器DNS發(fā)送機(jī)車號(hào)查詢信息，等到牽引機(jī)車上CIR的IP地址。 列尾裝置向CIR發(fā)送鏈路建立請(qǐng)求，CIR應(yīng)答后完成輸號(hào)過程。 列尾裝置定時(shí)向CIR發(fā)送當(dāng)前列尾風(fēng)壓數(shù)值。司機(jī)按下“風(fēng)壓查詢”時(shí)可主動(dòng)查詢列尾風(fēng)壓數(shù)值。 司機(jī)按下“列尾排風(fēng)”3秒以上，CIR向列尾裝置發(fā)送輔助排風(fēng)指令，完成排風(fēng)過程。 司機(jī)按下“列尾消號(hào)”，CIR向列尾裝置發(fā)送消號(hào)指令，完成消號(hào)過程。,GSM-R應(yīng)用調(diào)車機(jī)車信號(hào)和監(jiān)控,主要功能 利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)建立調(diào)車機(jī)車信號(hào)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸通道，建立調(diào)車監(jiān)控機(jī)車設(shè)備與車站設(shè)備之間的全雙工數(shù)據(jù)通信。 調(diào)車監(jiān)控車站設(shè)備具有與多個(gè)機(jī)車設(shè)備同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。 調(diào)車監(jiān)控

16、機(jī)車設(shè)備根據(jù)機(jī)車工作狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)入或退出調(diào)車監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。 采用GSM-R電路數(shù)據(jù)(CSD)傳輸方式，數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)較短，可靠性高。 通信過程 機(jī)車進(jìn)入調(diào)車狀態(tài)時(shí)，調(diào)車監(jiān)控機(jī)車設(shè)備請(qǐng)求機(jī)車綜合無線通信設(shè)備CIR建立數(shù)據(jù)鏈路。 CIR撥號(hào)1800呼叫當(dāng)前調(diào)車機(jī)車信號(hào)和監(jiān)控應(yīng)用節(jié)點(diǎn)，建立電路數(shù)據(jù)傳輸通道。 調(diào)車監(jiān)控機(jī)車設(shè)備與車站設(shè)備進(jìn)行雙工數(shù)據(jù)通信，傳輸調(diào)車機(jī)車信號(hào)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。 機(jī)車退出調(diào)車狀態(tài)時(shí)，調(diào)車監(jiān)控機(jī)車設(shè)備通知CIR退出電路數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。,GSM-R應(yīng)用機(jī)車同步操控?cái)?shù)據(jù)傳輸,主要功能 利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)建立車載通信單元OCU與機(jī)車同步操控應(yīng)用節(jié)點(diǎn)AN之間的永久電路數(shù)據(jù)通道。 AN根據(jù)列車編組建立主控機(jī)車OCU與3個(gè)從控機(jī)車OCU之間的數(shù)據(jù)會(huì)議，將