GSMR系统的组成及业务功能

第三章GSM-R系统的组成及业务功能第一节GSM-R系统概述一、名词解释GSM:全球移动通信系统GSM-R:全球铁路移动通信系统。GSM-R是铁路综合数字无线通信系统，通过无线通信方式实现移动话音和数据传输,是基于GSM（公网）而发展起来的一种数字传输技术体制GPS:全球定位系统，铁路上用于实现列车追踪控制GPRS:通用分组无线业务IN：智能网二、GSM与GSM-R的关系一六大关系GSM-R理论建立在GSM理论基础之上；GSM-R技术建立在GSM技术基础之上；GSM-R工业以GSM工业为基础；GSM-R建设以GSM工程经验为基础；GSM-R应用开发吸收GSM成功经验；GSM-R的市场铁路专用，GSM公众商用。GSM-R是专门为铁路通信的综合专用数字移动通信系统，属于第二代铁路数字移动通信系统。三、GSM与GSM-R的关系--业务模型铁路运营特色电信业务-ASCTGSM电信业务功能寻址功能号的表:示入阵接矩与位置有关的寻址eMLPFVB；■HiVGCSGSM基础设施图3-1GSM与GSM-R业务模型图四、铁路通信为什么要建设GSM-R系统1、既有铁路无线通信系统存在许多问题：（1）功能单一、系统分散、相互间无法互通、维护成本高。各分散系统主要有：无线列调、站场调车、客运、货运、列检、商检、车号、公务维修、公安等。功能：主要为语音业务，少量数据业务。这些系统均为自行投资建设、独立使用、分散维护，造成设备型号各异，种类繁多，相互间无法互通，维护运营成本较高。（2）频点固定分配、信道固定使用，频率利用率低，容量有限。铁路无线通信系统主要使用450M频段，共58对频点，固定分配给了无线列调、站调、公安等无线系统使用，各个部门间不能相互共享，造成频率资源的极大浪费。如、XX、XX枢纽等地已无频点可供申请使用。既有无线通信系统采用频点（信道）固定分配的方式，信道长期指配给某一系统（通常按专业划分）用户使用，当一个信道遇忙时，其它用户只能等待，往往造成该信道上的用户争抢或者出现阻塞，通信质量得不到保证；而信道空闲时，别的系统用户也并不能利用该信道进行通信。这无疑是对频率资源的一种浪费，也制约了用户数量的进一步发展。（3）话音、数据业务争抢信道，传输可靠性低，数据传输能力差。经测算，在TDCS和CTC区段，当列车运行时速超过250公里时，综合考虑调度命令、行车凭证、车次号、进路预告等数据信息传送和车机联控话音通信需求时，业务密度加大，碰撞概率很大。基于无线列调系统的数据传输速率仅达到1.2Kb/s。（4）枢纽地区干扰严重。枢纽站往往是多条线路的交汇处，通话的无序性，使各个机车台终端会对无线列调信道进行争抢，造成“大信号抑制小信号”的后果。目前，在枢纽车站设置多套车站电台（每条线1套），其中部分车站台使用同频工作，这些电台在车站附近形成一个大X围内的同频干扰，降低了车站值班员的行车指挥效率。（5）既有铁路无线通信不具备网络能力。既有铁路移动终端对讲距离受限。铁路各个无线通信系统分散，不能联合组网，使得各系统之间用户无法进行联络。铁路无线、有线调度网基本独立，无法形成有机融合的整体。（6）开放系统，不具XX性无线列调系统是开放系统，并未做任何鉴权加密处理，对用户无需进行身份识别，只要无线终端用户频点和调制方式与无线列调相同，便可以加入到无线列调系统内的通信。因此，话音业务可以被接收或窃听，给行车安全带来极大的隐患。此外，公安系统对XX性的要求也很高，现有系统无法达到。2、铁路新业务对铁路通信新的业务需求。（1）客运专线的业务需求（对通信系统在高速情况下的安全性、可靠性、实时性、便捷程度提出了更高的要求）。话音类：调度通信、区间通信。数据类：列控信息传送、调度指挥信息传送、行车安全监控信息的传送、旅客综合服务信息的传送等（2）机车同步控制传输（重载货运专线）的需求。重载运输中为了实现牵引过程中多个机车头的同时加速、减速、制动，主控机车和从控机车之间需要通过GSM-R无线信道实时传递控制命令，这就是机车同步操控信息传送业务。通过采用多机车牵引模式，实现机车间的同步操控，达到单列运量2万吨，使用3-4个机车头进行牵引。如果牵引机车操作不同步，就会造成车箱间的挤压或者拉钩现象，影响运输安全，降低运输效率。为了保证操作的可靠性，利用GSM-R网络提供可靠的数据传输通道，采用无线通信的方式来实现机车间的同步操控。30B+D应用机车4机车1用_-制RS-232RS-232Locotrol控制单元Locotrol控制单亓数据端口GSM-R车载通信单元—RS-232_应-用，一制数据端口GSM-R网络RS-232J.—应—-32应控数据端口子系统、.皿、.皿数数据据端端口口GSM-R车载I通信单元—Locotrol地面应用节点32控制数据端口Igsm-r车载11涌住治u1r■rLocotrol1控制单亓I—机车2RS-2RS-23232应控用制数数据据端端口口Igsm-r车载■通信单元1«Locotrol控制单亓—机车3通信子系统图3-2机车同步控制传输示意图（3）车地信息化数据传输的需求。列车与地面之间的无线通信一直是信息化发展中的最薄弱环节。随着铁路的发展，铁路信息化要求的无线数据传输内容越来越多，一方面，列车运行控制、列车安全监控、诊断以及承载货物等实时信息需要传送到地面上来，为实现列车信息实时追踪、客票发售、货运计划、货车追踪、集装箱追踪等提供基础信息，满足铁路路网移动体（机车、车辆等）实时动态跟踪信息传输的需要；另一方面，以旅客为主体的移动信息，需要在车地之间实时进行传送，为旅客提供多方位的综合信息服务。（4）有线、无线调度业务融合的需求。3、铁路通信采用GSM-R系统的优势。GSM-R是通过无线通信方式实现移动话音和数据传输的一种技术体制。它是基于GSM，并在功能上有所超越的成熟技术，是专门针对铁路对移动通信的需求而推出的专用系统。它可以满足铁路的特殊需求：（1）高级语音呼叫，包括：组呼、群呼、增强多优先级与强拆（2）功能寻址、基于位置的寻址（3）高速情况下的数据、语音业务的准确传输（4）数据业务需求。（5）其系统标准公开，可互联互通；欧洲有成功的标准、工程、试验经验可借鉴。无需从头研发，节约了时间，且支持的厂家为多家，有利于形成良好的竞争局面。第二节GSM-R系统业务网络构成一、GSM-R的频率资源1、采用无线资源中GSM900MHZ工作频段，上行885-889MHZ（移动台发，基站收），下行930-934MHZ（基站发，移动台收），共4MH频率带宽。双工收发频率间隔45MHZ，相邻频道间隔为200KHZ。共有21个载频。频道序号从999-1019,扣除低端999和高端1019作为隔离保护，实际可用频道19个。4567891012H1616202430GHz广播I航空］陆地谶波陆地括动■动通信_卫星图3-3无线资源频谱图频道号基站接收频率(NHz?基站发射频率(MHz)频道号基站接收频率ClfflHz)基站发射频率(MHz)930.0001010887.200932.2001000885.200930.2001011887.400932.4001001885.400930.4001012887.600932.GOO1002885.600930.6001013887.800932.8001003885.800930.8001014888.000933.0001004886.000931.0001015888.200933.2001005SS6.200931.2001016SBS.400933.4001005SS6.400931.4001017SSS.SCO933.5001007SS6.600331.60010ISSSS.SUU935.SOO1OOSSS6.SOO931.S001009SS7.000932.000图3-4GSM-R频道号对应频率表30405060708090100120140160160200240300MHzCeMarGSM1SD0,GSM1SOO0506070809101214161.8202.43.0GHzQ3042、小区频率配置的基本原则：同一个基站的载频间隔不小于400KHz,相邻基站载频间隔不小于400KHz。3、GSM-R系统的频率资源很紧X，既然这一段频段资源少，为什么不考虑使用更高的频段，比如1800M左右的频率(3G所使用的频率)？无线电波频率越高，在传播过程中造成的衰落就约快，这样一个基站的覆盖X围就越小，则小区半径越小，所以频率是和小区的半径成反比的，频率高，半径小，那么一定的X围内，沿线所建基站就多,这样干扰就大。此外，高速列车要频繁的进行越区切换，其对铁路业务的影响是极大的，容易能造成通信延时以及掉话。4、GSM-R系统使用对称无线信道，采用频分多址（FDMA）+时分多址（TDMA）的多址方式。先将4M频谱划分为21个载频，每一个载频分成8个时隙，8个时隙组成一个TDMA帧，艮叮个载频可以提供8个物理信道（时隙），提供给8个用户同时使用，用来传输语音或数据业务。也就是说一个频点可以同时8个用户进行语音或数据的通信。BTSruiviA1户代厂图3-5时分多址常规的多址方式有三种：频分多址（FDMA）,时分多址（TDMA）,码分多址（CDMA）。FDMA是将规定的频谱划分为若干个规定带宽的信道，每个用户在通信的时候占用一个信道。其是最早广泛应用也最成熟的多址技术，主要用于第一代模拟移动通信系统中。TDMA是将规定的带宽的信道在时间轴上分成一个个时隙，若干个时隙组成一帧。每一帧中的若干时隙构成一个物理信道。其在第二代蜂窝移动通信系统中使用。铁路GSM-R系统也是采用这种多址方式。CDMA的物理信道在时间和频谱上是重叠的，利用码字的正交性来区分不同的物理信道。即在TDMA基础上，在每个时隙上承载多个正交码型，属于第三代移动通信技术（3G）。二、GSM-R承载的铁路业务。1、电路域业务：目前，高铁GSM-R系统所承载的电路域数据业务主要有C3列控及调度语音业务。电路域业务又分为电路域数据业务和电路域话音业务。电路域数据业务:列车控制信息（C3列控业务）。电路域话音业务：调度移动通信语音（基础语音）业务、高级语音业务。GSM-R除了提供基础语音通话功能外，还具备较高级的语音功能，如：优先级与强拆（eMLPP）、语音组呼（VGCS）、语音广播（VBS）。优先级与强拆:包括两个方面：优先级和资源抢占。优先级是指在呼叫建立时给该呼叫指配一个优先级，该呼叫可以此级参与网络资源的竞争和调配。资源抢占是指当网络中没有空闲资源可用时，具有较高优先级的用户可以抢占强拆低优先级的用户的信道资源进行通信。语音组呼：一个讲话（呼叫的发起人），多人聆听。当发起人停止讲话，某个人需要讲时，需要先进行申请，同意后也可以讲话。语音广播：只能由发起人讲话，其他人听没有讲话的权力。语音组呼和语音广播可以用于实现调度的指挥、紧急通知等，尤其适用于铁路的行车指挥调度部门。电路域业务主要针对于那些对实时性要求较高，又要十分准确的传递信息，具有最高或者较高的优先级的业务。一般用于列车控制，调度语音指挥行车，铁路应急指挥通信等重要的业务。采用电路交换数据传输方式，配置固定信道，无法和其他信道共享，以此来保证传输的实时性和准确性。电路交换数据传输通过占用一条话音信道提供端到端的数据传输。建立完成后，每条链路数据独占一个时隙（即一个信道），数据传输速率最高为9.6kbps。2、分组域业务。目前，一般高铁线路GSM-R系统所承载的分组域数据业务主要有无线车次号信息、调度命令、近路预告信息。分组域数据业务主要针对于那些对实时性要求较低（与电路域业务相比），突发性强，有一定的数据量的业务。采用分组交换技术，可以高效传输数据和信令，只有当传输数据时才占用网络资源。优化了对网络资源和无线资源的利用，同时提高了传输的速率。无线资源中的一个频点即一个TDMA帧可分配1到8个无线接口时隙。这些时隙能为用户所共享，且上行链路和下行链路的分配是独立的。可以同时使用8个时隙进行数据传输，最高速率可达171.2kbps（理论值）。我国铁路发展基于GSM-R的GPRS业务，是根据我国铁路运输对通信业务需求量大、但频率资源紧X的实际情况而进行的技术决策。为提高有限的频率资源利用率而引入的（在我国铁路GSM-R系统可以使用的频率只有4M）。GSM-R系统内加入GPRS，把一些特定的铁路业务来通过GPRS进行分组传输，以提高频率的利用率。3、智能业务（1）功能号注册、注销与管理业务利用智能网数据库管理功能实现机车功能号注册、注销以及管理。（2）增强型接入矩阵业务根据主、被叫的身份进行呼叫裁决，判断是否允许呼叫继续。（3）功能寻址业务根据被叫用户所承担的功能来发起呼叫，而不是根据被叫用户的来寻址。主要用于解决固定用户呼叫移动用户，即调度员和车站值班员呼叫机车司机或手持台用户。位置寻址业务将移动用户发起的呼叫，路由到一个与该用户当前所处位置相关的目的地址。这个功能主要用于解决移动用户呼叫固定用户，包括司机或运营手持台用户呼叫调度员和当前车站值班员等。三、GSM-R小区覆盖1、GSM-R小区形状。GSM-R网络是沿路铁路线方向布放基站铁塔，铁塔顶端安装定向天线，以形成沿铁路线椭圆型的全向小区。在话务量较大但对于速度要求较低的编组站则采用扇行小区覆盖。人口密度不高的低速路段和轨道交织处一般是农村地区的采用全向小区覆盖。2、频率复用。铁路GSM-R系统线状覆盖的频率复用：图3-6频率复用示意图在系统中会给每一个小区的基站分配一组信道，只要相隔距离足够远，相同的信道可以在另一个小区重复使用。把若干个使用全部频率的小区组成的集合称为一个簇，把不同簇中使用相同频率的小区成为同频小区。任2个同频小区之间的距离成为同频复用距离。为了避免同频小区之间的干扰，必须选定合适的同频复用距离。复用距离图3-7同频复用距离其中：小区半径R/小区簇、小区簇内的小区数N、同频复用距离D、同频复用比Q3、GSM-R的干扰有线通信是可以基本上不考虑干扰问题的，而无线通信首先要考虑的就是干扰问题，这是有线通信与无线通信最大的不同之处。（1）同频干扰：由于采取频率复用，在同频小区之间产生的干扰。通常我们用同频干扰信噪比C/I来衡量接收机的接收质量。小区簇的N值决定了移动台的接收信噪比，同时也决定了系统的容量。所以只要指定一个能够保证话音质量的接收门限电平，就能够确定簇的大小和频率复用的。同频干扰第一代移动通信：要求信噪比〉20dB即有用信号为干扰信号的f!100倍以上。第二代移动通信：要求信噪比〉9dB，即有用信号为干扰信号的10倍左右。而这是对公网GSM系统而言，对于铁路通信，由于其中包括了很重要的列车控制、调度命令等业务，所以对GSM-R来说，为了保证其更高的安全性，要求信噪比〉12dB。现有的GSM公网采用的小区复用模型，其信噪比〉9dB，不适合与铁路专网使用。（2）邻道干扰：由与所用频率相邻的频率产生的信号干扰。可以通过避免在相邻小区之间分配连续的频率，同时使相邻小区之间的频率间隔最大来减小邻道干扰。4、信道分配方法固定信道分配：每个小区分给一组信道，该小区的用户只能使用这一组信道，如果出现信道全部被占用情况，新的呼叫就会被拒绝，只有存在空闲信道时，才能再发起呼叫。GSM—R电路域业务采用固定分配，其特点是信道资源利用率低，但接入所用时间短，业务质量高。动态信道分配：每个小区不是固定使用一定的信道，而是多个小区可以使用相同的信道，每个小区的信道数是不固定的。当业务量大时，分配给该小区的信道数就多，业务量减小时还可以再把这些信道分配给其他小区使用。小区的信道分配由移动交换中心来管理和执行分配。GSM-R分组域业务采用动态分配，其特点是信道资源利用率高，但接入所用时间长，业务质量低。5、提高系统容量的方法随着用户数量以及业务的增长，需要不断提高系统容量。通常采用小区分裂和划分扇区两种方法。小区分裂：将业务量增大的小区分成更小的小区，分裂后每个小区都有自己的基站，基站的大线高度要相应降低，发射机功率也要减小。通过基站数量增加，使得单位覆盖面积内的信道数增加，从而提高频率的复用率，增大系统容量。小1浅分裂图3-9小区分裂划分扇区：保持小区半径不变，通过使用定向天线来减小同频小区数，使用定向天线，天线的辐射X围只限定于一定特定扇区，这样原来的同频小区中只有一部份小区能对其产生干扰。划分扇区图3-10划分扇区6、GSM-R系统位置理论在GSM-R网络中，有几类与区域有关的概念：小区：一个BTS（基站收发机）所覆盖的全部或部分区域（扇区），是最小的可寻址无线区域。位置区：移动台可以任意移动但不需要进行位置更新的区域，一个位置区由一个或多个小区组成。当MSC（移动交换中心）寻找移动台时，只需在移动台所属的位置区进行呼叫，而不需要在整个MSC区内呼叫移动台。MSC区：一个MSC管辖下的所有覆盖区域，一个MSC区由一个或若干个位置区组成。服务区：移动用户可以获得服务的所有区域。MSC/VLRBSSBSS通过信令点代码寻址BSS通过信令点代码寻址位置区位置区位置区图3-11位置理论示意图移动用户在位置区中必须进行位置登记，移动台的位置信息储存在位置寄存器功能单元（HLR归属位置寄存器和VLR拜访位置寄存器）中。移动台要不断地向MSC的VLR提供自己的位置信息，这一个过程叫位置更新，主要是在移动台闲时。将一个正处于呼叫建立状态或忙状态的移动台转换到新的业务信道上的过程叫切换，切换主要是在同网络中。在归属GSM-R网络外的其他GSM-R网络中使用移动业务称漫游。漫游主要是不同网络之间。7、GSM-R系统常见的六种网络覆盖方式：（1）单MSC单BSC的单网线性覆盖。(2)单MSC单BSC的单网交织覆盖。(3)单MSC双BSC的冗余覆盖(同站址)。(4)单MSC双BSC的交织覆盖(不同站址)。（5）双MSC双8，（3的双网交织覆盖（不同站址）。（6）双MSC双BSC的双网冗余覆盖（同站址）。8、X西高铁GSM-R系统。（1）根据铁道部统一安排，X西高铁GSM-R核心网设在XX。核心网包括移动交换子系统（SSS）、通用分组无线业务（GPRS）子系统、运行和业务支撑子系统（OSS）。核心网设备采用北电设备，在XX设置2套基站控制器BSC设备、编译码和速率适配单元（TRAU）设备、分别负责管辖A、B层基站（BTS）设备。BSC与基站间按每3-5个基站共用一个2M/E1环路设计。全线共设基站190个，XX局管内121个。（2）X西高铁GSM-R网络采用单网交织冗余覆盖方案，即1、3、5…奇数站组成一层网，2、4、6…偶数站组成另一层网。当某一个基站出现故障时，相邻两个小区的覆盖电平仍然能够达到系统规定的性能要求。图3-12X西GSM-R网络覆盖图图3-13X西高铁沿线基站厢房以及铁塔图3-14铁塔上的定向天线（3）X西一般车站采用O3站型（业务量较大的站区考虑扩容），沿线基站采用O2站型（0为全向型），O3配置3个载频，1个BCCH（广播控制信道），2个TCH（业务信道），O2配置2个载频，一个BCCH有8个信道，除去广播控制信道，可用来传业务的信道7个，一个TCH有8个信道，全部可以用来传业务。每个小区固定4个信道用来传列控信息。GPRS信息（如：调度命令、进路预告信息、无线车次号信息等）采用1+3的方式。第三节GSM-R系统网络结构和功能一、我国GSM-R数字移动通信系统由七个相关子系统构成：网络交换子系统（SSS）、基站子系统（BSS）、操作维护子系统（OSS）、通用分组无线业务子系统（GPRS）、智能网子系统（IN）、固定接入交换子系统（FAS）和无线终端系统。通过交换子系统（SSS）中的网关移动交换中心（GMSC）实现与其他通信网络的电路域业务的互联互通（如信号专业的无线闭塞中心RBC）。通过通用分组无线业务系统（GPRS）中的网关GPRS业务支持节点（GGSN）实现与其他数据信息网络的分组域业务的互联互通（如：GRIS接口服务器、信号专业CTC）。图3-15GSM-R系统网络结构与其它系统连接示意图二、GSM-R系统的网络结构:4-R系统的网络结构的依堂换此L祜梆朋(F8TM)36$―1__匚,；Lftl|呻_—MscVLP7_JVLRIIIDEIFt-L1伯今晾莹世。』ME■■■■二OWN楼口[JUSOMC-ROMC-S图3-16GSM-R系统网络结构图MS是接入GSM-R网络的用户终端，通过无线接口Um接入到网络中。基站子系统BSS由一个基站控制器BSC和若干个基站收发机BTS组成，BTS主要负责与一定覆盖区域内的移动台MS进行通信，并对空中接口进行管理°BTS与BSC之间通过Abis接口通信。BSS中还可能存在编码速率适配单元TRAU,它实现GSM-R编码速率向标准的速率的转换。Abis接口属于私有，厂家自己定义.即BSC与BTS一定要使用同一厂家的设备。BSC和BTS连接的设置：3-5个BTS环形组网，构成与BSC的。每个环使用2个2M传输通道。（一）BSS基站子系统结构：BSS赛站手系线结构图3-17BSS子系统结构图BSS通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送/接收和无线资源管理，通过A接口与NSS相连，实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信连接，并且传送系统信令和用户信息。在BSS中，BTS主要负责无线传输，BSC主要负责控制和管理，如果加入TRUA（速率适配单元），主要为了减少PCM链路数量。1、BSC通用结构和功能BSC通用结构和功能螯源管理区之间瞄区切授,信信道安排rszrnj的城率枝新分配FSHfR］和簇率同步:制颇率跳窒图3-18BSC结构图BSC主要提供在其覆盖区域内的无线电资源管理与移动性管理的功能，以及提供无线网络的运营与维护功能。一台BSC可以管理一个或多达几十个BTS。BSS通过无线接口(Um)与移动台(MS)、机车台等移动终端相连，负责无线发送/接受和无线资源管理；通过A接口与SSS相连，实现移动用户之间与固定网用户之间的通信连接，并且传送系统信令和用户信息。2、BTS通用结构和功能S通用给枸伞功畲色-应做与薛个小区的收发倩机之间的接［|-am加机调制，然玷将射旅信崂馈通纷天线-将hW解密,均街，裁i后解说,移动呼叫忡湍-定时谜成hl倾9按I』BTS-/苻和川广麒据口道台质以站退绘曰5仁-幌预图3-19BTS结构图BTS是网络固定部分与无线部分之间进行通信的中继，移动用户过空中接口与BTS连接°BTS能够进行语音、数据和短消息的传输，并完成信号处理、无线测量预处理、切换、功率控制等基于无线接口的功能。天线BTS■耦合系统耦合系统TRXn■■日■■日一-—=TRXn-1耦合系统耦合系统TRXnTRXn-1耦合系统耦合系统TRXnTRXn-1TRX2TRX1TRX2TRX1TRX2TRX1基本机柜扩展机柜TRX是BTS中最主要的设备。一台TRX管理着一个TDMA帧（8个时隙，8个物理信道）。3、TRAU通用结构和功能速牵董配单元（TRAU）给枸及功naittipsGSM语音帧格式转换域临4kbps1PCMH就成E1PDRAMIt帔格式将川厂致据馅爵nil个.材周的互成功能n中麒跳92曙用户和挥嬴信道E1中维我催呻".俏5S\/TR"N'T1中罩线=24JIJJ-^1MSCElrj僵蚯乏31略用尸常道图3-20TRAU结构图TRAU能够将13kbit/s的话音（或数据）转换成标准的64kbit/s的数据，实现编码速率转换，减少了BSC中PCM链路的数量。（二）网络交换子系统（NSS）一般由6个功能实体组成，分别是移动交换中心（MSC），拜访位置寄存器（VLR），归属位置寄存器（HLR），鉴权中心（AUC），设备识别寄存器（EIR），互连功能单位（IWF）。NSS中还可以有实现语音组呼和语音广播的实体组呼寄存器（GCR）。NSS结构图3-21NSS结构图NSS主要负责端到端的呼叫、用户数据管理、移动性管理和固定网络的连接。MSC是NSS的核心，MSC的核心是交换功能，它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消息；它与其他网络互连时可以采用E1中继线，提供30路用户信道，或采用T1中继线，提供24路用户信道。GMSC为网关MSC，具有路由功能，作为固定网络和移动网络之间的一个接入单元，提供业务和功能接入。网络可以在全部MSC中选出一些MSC作为GMSC。与MSC相连的是VLR，VLR管理在一个MSC区内漫游移动用户信息的动态数据库；一个VLR可以管理一个或多个MSCOHLR存储的是在网络中永久注册的移动用户的静态信息，如用户信息、承载和定制的用户信息等；一个GSM-R网络中可以不止有一个HLR，它的数量决定用户的数量和系统容量。AUC完成对用户的鉴权及为移动台与网络之间的无线通信加密；设备识别寄存器(EIR)可用可不用，互连功能单位(IWF)能够提供不同网络与GSM-R网络之间的协议转换。作为GSM-R网络的特有组件GCR，用于存储移动用户的组ID、移动台发起语音组呼(VGCS)和语音广播(VBS)参考的小区信息及发起呼叫的MSC是否负责处理呼叫的指示。GSM-R采用NO.7信令系统，是一种公共信令。命令总线-呼叫建立的协调.-位置登记.-切换管理-数据统计-互连功能.-与BSS的同步.-与短消息服务中心的网关功能.计算机和外围设备模块到其他MSC图3-22MSC内部结构1、HLR存储管理部门用于移动用户管理的数据。每个移动用户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关移动用户的参数，包括移动用户识别、访问能力、用户类别和补充业务等数据；一是有关移动用户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。归属位置寄存器（HLR）HLR图3-23HLR功能永久纪录-MSISDN-IMSI-耕户业务功能号临时纪录-VLRML1-加宝参数(Kc.Sres.Rand}2、认证中心AUC属于HLR的一个功能单元部分，专门用于GSM系统的安全性管理。鉴权中心产生鉴权三参数组（随机数RAND、符号响应SRES、加密键Kc）,用来鉴权用户身份的合法性以及对无线接口上的话音、数据、信令信号进行加密，防止无权用户接入和保证移动用户通信的安全。认证中心RANDAUC加密参敷加者A3,A8算法SRES,Kc.RANDIMSIAUC提供图3-24认证中心3、拜访位置寄存器VLR通常与MSC合设，其中存储MSC所管辖区域中的移动台（称拜访客户）的相关用户数据，包括：用户、移动台的位置区信息、用户状态和用户可获得的服务等参数。VLR是一个动态用户数据库。VLR从移动用户的归属位置寄存器（HLR）处获取并存贮必要的数据，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消该移动用户的数据记录。访问位置寄存器（VLR）图3-25VLR功能（三）操作维护子系统（OSS）一般分为对应NSS的操作维护中心OMC-S及对应BSS的操作维护中心。MC-R，另外根据铁路应用，还有对应GPRS的操作维护中心OMC-D，对应FAS的操作维护中心OMC-F，光纤直放站的操作维护中心。MC-T等。OSS是操作人员与系统设备之间的中介，它实现了系统的集中操作与维护，完成了包括移动用户管理、移动设备管理及网络操作维护等功能。它的一侧与设备相连，另一侧是作为人机接口的计算机工作站。这些专门用于操作维护的设备被称为操作维护中MOMC。系统的每个组成部分都可以通过特有的网络连接至OMC，从而实现集中维护。（四）通用分组无线业务子系统（GPRS）需在GSM系统中引入3个主要组件，这3个主要组件是：业务支持节点（SGSN）、网关支持节点（GGSN）和分组控制单元（PCU）；除此之外，还需对GSM系统中的相关部件（如MSC/VLR、HLR、BTS等）进行软件升级，以支持GPRS的移动性管理、路由管理及用户数据传送等。SGSN的功能与MSC/VLR类似，具有网络接入控制、路由选择和转发、移动性管理、计费信息的收集等功能；GGSN的主要功能是网络接入控制、移动性管理和边界管理等，支持与外部网络的透明和不透明连接；PCU处理从话音业务中分离出的数据业务，控制无线信道的分配。图3-26GPRS系统结构三、GSM-R系统的主要接口类型和位置:Um接口Abis接口A接口MS:BTS:BSC:MSCCIII移动台（MS）:基站子系统（BSS）:网络子系统（NSS）图3-27接口位置图入接口采用标准2MPCM数字传输链路来实现。传递的信息包括移动台管理，基站管理，移动性管理，接续管理等。Abis接口采用2M或64KPCM数字传输链路来实现。它支持所有向用户提供的服务，支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。空中接口为移动台与基站之间的通信接口，称为Um。是GSM-R系统中最主要的一个接口，也是最复杂，最难控制的一个接口。Um通过无线链路实现。传递的信息包括无线资源管理，移动性管理，接续管理等。第四节我国铁路GSM-R系统核心网络我国铁路GSM-R核心网络包括三个部分，分别是（1）移动交换（2）智能网（3）GPRS网络。1、移动交换网GSM-R核心网络采用二级网络结构，包括移动汇接网和移动本地网，设立TMSC和MSC。（1）TMSC:3个，、XX、XX，兼作MSC和GMSC；（2）MSC:共计19个，在18个铁路局所在地及XX设置MSC。TMSC、MSC设置及汇接表：大区汇接中心TMSC（3个）汇接的移动业务本地网端局MSC（19个）、XX、XX、呼和浩特、XX、XXXXXX、XX、XX、XX、XX、XXXXXX、XX、XX、XX、XX、XX、乌鲁木齐图3-28我国GSM-R核心网结构图网关局(GMSC):与MSC同址设置，作为与其他网间的互联互通点。网络建设初期由移动端局MSC兼任，当网络规模和业务量达到一定程度时，可考虑独立设置。HLR的设置：全路在和XX设置2个HLR，采用地理冗余成对配置，主用，XX备用，成对的两个HLR间实时数据复制。容量按照全网MSC用户容量的120〜150%进行配置，确定HLR容量为800000用户，远期可进行扩容。短消息服务中心(SMSC):在、XX分别设置1套SMSC，并互为备用。根据全路19个MSC的用户容量，按每用户每天发送3条短信的话务模型，确定SMSC容量为40万BHSM，远期可根据全路GSM-R系统建设的情况进行扩容。紧急呼叫确认中心(AC):在MSC所在地各设置1套AC记录存储设备，对紧急呼叫的相关信息进行记录、储存。2、智能网在、XX各设置1套智能网设备，主备工作方式。其他核心网节点与MSC合设1套SSP。3、GPRS网络GPRS网络建设包括GPRS数据网和GPRS节点两部分。GPRS数据网络分为骨干网和本地网两个层次。骨干层由、XX、XX3个大区节点的骨干路由器组成，为网状连接。本地层由19个GPRS业务节点所在地的路由器组成。本地层路由器与骨干层路由器互连。为保证网络的可靠性，每个本地网节点的本地路由器成对设置，分别接入不同的骨干网节点。GPRS节点的设置：、XX各设置一套全网DNS和RADIUS服务器，全路共享。、XX、XX设骨干层路由器，在铁路局所在地及XX等地新设19个GPRS节点（GGSN、SGSN）。第五节XX局GSM-R相关系统应用一、GSM-R无线综合测试系统1、系统简介。GSM-R无线综合测试系统加载了GSM-RTrace模块、GSM-R模块、GPRS模块、GPS模块、计距模块。多模块可以同时协调使用，在完成QOS指标测试的基础上，可以全面提供Um接口无线网络参数、空中接口信令信息等网络指标和无线事件统计值，减少测试的往返次数，提高测试效率，节约成本。本测试系统还可用于评估GSM-R网络质量，排查网络故障，系统验收开通测试和日常运行维护测试，为GSM-R网络满足铁路调度通信、列车控制系统等特殊要求提供相关数据。2、系统构成。GSM-R无线综合测试系统由八部分构成：GSM-RTrace模块（一至两块）、GSM-R模块（一至两块）、主控模块、测试软件、GPRS模块、机箱、GPS模块、计距模块。GSMRTrace模块GSMR模块GSMR模块GPS模块电源管理模块交流电220V直流12V天线接口串口图3-29GSM-R无线综合测试系统结构图3-30测试系统图3、系统功能。（1）语音业务与非列控类数据传输QOS质量测试。端到端建立时间及连接建立失败概率测试端到端延迟测试越区切换中断时间及切换成功率测试强制测试（2）列控类数据传输QOS质量测试呼叫建立时延/连接失败概率指标测试用户数据传送时延/链路断开概率指标测试传输无差错时间和传输干扰时间指标测试网络注册时延测试指标测试（3）扫频测试图3-31扫频测试频点图GPRS网络测试。GPRS网络数据传输时延及丢包率测试GPRS网络数据传输吞吐量测试二、GSM-R干扰测试系统1、系统简介GSM-R无线干扰测试系统，具有功能强大且易用的特点，针对GSM-R的各种要求，提供GSM-R信令测试，干扰测试与定位。此外，还能将现场接收到的测量数据进行记录，以便进行回放和干扰分析。2、系统构成.尺晚M失金usziri图3-32干扰测试系统图3、系统功能扫频干扰测试。i.attk4*ArLifirti*图3-33扫频干扰测试图z.±.£.ZJL5L-iM±Ro£>ix«E:wglxlw当前il试中〔小区）德试成功〔有干扰）81试成功（无于扰）德试失败图3-34干扰定位图三、GIS管理系统1、系统简介铁路机车综合通信设备地理信息数据库管理系统是基于铁道部跨局长大交路行车的需求，借鉴国外发达国家在铁路地理信息系统的建立及应用的成功经验，结合国内目前铁路技术装备情况，满足铁路实际运输需要而提出的。该系统收集整理全路铁路地理信息数据，形成详细的全国铁路电子地图；集中管理机车通信设备所用地理信息数据，制定全路统一的地理信息数据版本，为机车调度通信在全路实现自动频率制式切换提供标准的数据源。2、系统构成系统由铁道部数据库服务器、铁道部数据库管理器、铁路局数据库管理器、采集管理器、自动采集终端、手持采集终端和连接铁道部与铁路局的2M专用网络组成。北京通信技术中心怏道部被蹈局H接入巍锹路局阡接入魏暗局败需管璀罚歌?&局X接入级暮1US受使曹厦者■■■-■I由E)M柬fiUfM也拒弗圮洱携GIS系统小-意图图3-48GIS系统示意图图3-49GIS系统2M连接示意图3、系统功能系统从功能上可分为地理信息数据库建立和数据应用两部分。地理信息数据库建立数据库建立过程包括原始数据采集与编辑、数据组织与整理、数据存储；为了建立一个全路完整的数据库，要收集全国所有铁路线的数据，根据铁路线型分布的特点，以线路为基本单元来采集数据。（2）数据应用数据库应用方面，目前的主要应用是为机车通信设备提供自动工作模式所需的线路信息数据，另外也为铁道建设后续发展规划提供完善的地理数据及地图资料。图3-50GIS系统地图演示示意图四、SIM卡管理系统1、系统简介铁路GSM-RSIM卡是铁路GSM-R用户身份识别模块，是GSM-R系统的重要组成部分。为规XSIM卡管理和配置开发了SIM卡管理系统。GSM-RSIM卡管理系统设计符合三层体系架构，严格遵守国家、铁道部有关标准规X，使系统具有良好的灵活性、易操作性和可扩展性。系统维护SIM卡数据管理<>SIM卡资源管理k,J/\SIM卡存库管理SIM卡发卡管理VJ数据字典管理SIM卡业务受理SIM卡个人化接口管理2、系统构成铁路GSM-RSIM卡管理系统由铁道部数据管理中心、核心机房主机设备、铁道部SIM卡业务管理终端、铁路局SIM卡业务管理终端、读卡器等通过铁路数据网相连接用。3、系统功能SIM卡数据管理SIM卡资源管理SIM卡个人化SIM卡业务受理4、系统使用SIM卡申购上报SIM卡数据下发SIM卡业务上报持卡人信息上报曰城sn-i-FM-FSUiEDf：lUS滞试也昼血用尸鼻功torn用的1日1&心*■»*■:[»Cwffi螃1.泌泮*iB咔福申购携1忒心iMi代单也]*2j(M*-ll-t7-HK-!海1试入吴宙却世]主FCTCE5WMIS己横建。诵amtJLfi1S-F工粉a卷日泌阵小购舍间SW藉试尊也晌此攵5主乍Visits2.ci^:t-rm;4：r己段也购上推网别1±莹也QJ试窝性5主卡皿2口：M己枝准&虫阵中蛔霓肉宣恒陌0MR5H5主右潮■而:砌沁*莅】必棉8时.厦:我科试人员AU4l世蛔尚性j主FBtSft也TA圜补杉H4伊|卜||匚|口共湖.第L顼印奶qnM乍苗前洛mHHiWh网共面4您甲心fiID^D^JEE星I】侦卡!fi乍政！I；.抖卡氏|胃息上推国E沁洋业耳斯STuffi.nTHS■昂国tSD3阮遂津管理机车K含无螭通侑设驾SI*卡运用统计表**aTMIMIQ^MXCIffl-RSJ生阵回可菖DSDfi式代由布式氏酒榕式西安钛府局机车螺合无戏通信设常SIM卡运用雄汁表0WCS!&寻fKKPSCira重I.5J.WJM2®i^-li-^叶母1WM*n=«Ha买整1mlf-F■工EHcmJttfP0*nKKEEfflicr4.UrarfflPS53i:-■■■：■'■■n』：:rMik:•:■:Ei^SnucDuO.1>.Ii».S3rue™OTM114±田4MW-gWWTflLEO?<•IT1HWWTWO5•wawwiwoiraME1OCTBfrlUin.13.rw.(■KfflxraiL4cos--SEP-UHS-~~B~■i-跛E：TmvW.审*-it而毒IT-A^h.¥Kg5i：SHS5而厂ii.■M^£jiWASiKiuaYW-lR~UTTi；心1~~cueHEIMSKEZOHLw^tsnomiMiLDMKffiSOSC^L'SKEMEaL4«K^TDQIIAUstii^MiGasa;的AMXRQSmocaXMTkD.11.lilD.DKSOOHL0_C1H2OTTO4iCUGOOK.O4if■WWVYWui.i.4-Mzna±fi♦XEtSSUOMMmaixm□皿kuwi4tiIiZ1.3lMi.a13-他3QZMW1]wsnnR4enn»^»ixoM5S5BMCMW1!LCKMminHMMTOX"WCGUBMaOMHlS■SMSJOOTOI；WH1>XC11!-IGL3LIEH：SaaJDKLMinuwVIlb4阳jam^ouE口fflSWJSOWCTL4WfJ(firiWGTWft^WWiaiWMMOHOtifOtaffiH4.11.UOi.1KUflJ^VTmu—Ji®™T1ratv;mLk4LAWOKCinsmi0^0421alH「「Trc?aiISlIS-an】g]3E-[ExnsjisnsaiK*:+&anx^H!0K>M14H-MHTOOW-*We■■:WnwnmwHvivnwvIff1.7E3Vvtwmm±4ma□-□Md-4»H»»4dMOKKM33MLQMDi心tMGMKSSNiOaaUMIdZ皿»l-SKOK]3FIg3W0WS4■MSOMEWS4-H--EOM5PWOW4ldw™k54MSnBW5*KXH34WWWfJ„^-'.J.^1E7+TM•!■IQ13L«*30L*5W»S4承3园图3-51SIM卡管理系统示意图五、GSM-R数据管理系统1、系统简介根据《SIM卡管理系统需求规X》关于数据管理的有关需求定义和编号2.0定义的数据X围，结合当前数据管理办法、填报办法等有关数据管理工作的规定，利用数据库技术实现对GSM-R网络数据的信息化管理。2、系统构成GSM-R数据管理系统分为铁道部级和铁路局级。(1)铁道部级业务管理部门：中心数据管理室。包括：数据管理员、数据审核员、系统管理员；对全路数据进行维护、审核和业务

流程

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管理。使用部门：部通信处、中心移动室、技术部领导和两级业务主管领导；对全路部分数据进行查询使用。(2)铁路局级业务管理部门：局数据管理室。包括：数据管理员、数据审核员;对局管部分数据进行维护和数据业务流程操作。3、系统功能用户角色、用户权限管理数据维护功能数据统计查询及报表功能数据有效性管理基础数据发布功能业务管理功能补充增强功能可实现工作通知、业务申请、信息公告、管理文件等功能。可以进行GSM-R基础数据、终端数据、管内车站信息等数据录入。