1、兰州交通大学毕业设计1摘要GSM-R（GSM for Railway）是在 GSM 蜂窝系统上增加了调度通信功能和适合高速环境下使用的组成要素，能满足国际铁路联盟提出的铁路专用调度通信要求的技术。由于 GSM-R 可实现跨越国界的高速和一般列车之间的通信，能将现有的铁路通信应用融合到单一网络平台中，以减少集成和运行费用，而且由于 GSM-R 是由已标准化的设备改进而成，GSM 平台上已经提供了大量的业务，因而引入铁路专用的功能时只需最低限度地改动，故能保证价格低廉、性能可靠地实现和运行。GSM-R 目前在我国铁路通信中的应用主要有：调度通信功能、车次号传输与列车停稳信息的传送功能、调度命令传送
2、功能、列车尾部装置信息传送功能、调车机车信号和监控信息系统传输功能以及列车控制数据传输功能等等。调度通信在 GSM-R 中有非常重要的地位，是保证行车调度员与其管辖区段内各个车站之间进行良好业务联系的专用通信系统，是为铁路运输行业提供实时信息、实现铁路运输统一指挥的重要手段。调度通信包括点对点呼叫、组呼和功能寻址等。GSM-R 调度通信系统主要负责列车调度通信、货运调度通信、牵引变电调度通信、其他调度及专用通信、站场通信、应急通信、施工养护通信和道口通信等。利用 GSM-R 进行调度通信系统组网，既可以完全利用无线方式，也可以同有线方式结合起来，共同完成调度通信任务。功能寻址是非常重要的先进寻
3、址功能，是实现集群调度通信多的关键技术和必要手段。在功能寻址业务中，每个 MSISDN 可以建立与多个功能号码的映射关系，但是一个功能号码一次只能指定给一个用户。功能寻址业务分为语音呼叫功能寻址和短消息功能寻址。论文从 GSM-R 的基础即 GSM-R 原理、网络结构和功能等入手，阐述了 GSM-R在铁路通信中的应用,并结合青藏铁路通信的现状对 GSM-R 的部分功能在青藏铁路通信中的应用进行了设计。当一个网络建成以后，网络的管路理与维护也相当重要，因此，在论文最后也对此做出了设计。关键词：GSM-R ；调度通信；应用；维护。兰州交通大学毕业设计2AbstractGSM-R (GSM for
4、Railway) is a system which adds the scheduling communication function and the elements used in suitable for high-speed environment to the GSM cellular system, and is able to feet with the special railway scheduling communication technology requirements of the International Union of Railways. Because
5、 GSM-R can control the communication between the cross-border high-speed trains with the general trains, can integrate the existing railway communications applications into a single network platform, to reduce integration and operating costs. And GSM-R is the improvement made by the standardization
6、of equipment, and the GSM platform has provided a lot of business, thus only need minimally changing during the introduction of the railway special features, and it can ensure low prices, and reliable performance to achieve and operation .Currently the using of GSM-R is in Chinas railway communicati
7、ons: scheduling communication functions, the information of transfer of train parked and the transfer of the train number functions, scheduling order transfer function, the train tail device messaging function, shunting locomotives, signal and control information system transfer capabilities, as wel
8、l as train control data transmission function.GSM-R dispatch communication system is mainly responsible for the train dispatching communications, scheduling communications for cargo, traction substation dispatch communications, scheduling and private communication, station communications, emergency
9、communications, construction maintenance communications, and crossing communications. Dispatching communication system network using GSM-R, both can take full advantage of the wireless, can also be combined with wired together to accomplish the scheduling communication tasks.Functional addressing is
10、 very important for advanced addressing, trunked dispatch communication technology and the necessary means. In the business of functional addressing, each MSISDN can be established with more than one function number mapping, but a function of number can only be assigned to a user. Functional address
11、ing business is divided into a voice calling capabilities addressing and the short message function addressing.The basis of the papers from the GSM-R that is GSM-R theory, network structure and functions on GSM-R railway communication, and the status of the Qinghai-Tibet railway 兰州交通大学毕业设计3communica
12、tion on the part of the GSM-R function in the Qinghai-Tibet railway communication the application has been designed. When a network is completed, the network of pipeline management and maintenance is very important, therefore, at the end of the paper on this to make the design.Keywords: GSM-R; Sched
13、uling Communication; Applications; Maintenance.目录摘要 .11 绪论 .11.1 引言 .11.2 铁路通信的发展历程和现状 .11.3 现代铁路运输对无线通信的发展要求 .21.4 GSM-R 的发展历史及技术特点 .42 GSM-R 系统概述 .52.1 GSM-R 基本原理 .52.1.1 带状覆盖 .62.1.2 面状覆盖 .82.2 GSM-R 的网络结构及功能 .142.2.1 BSS 结构和功能 .162.2.2 NSS 结构和功能 .172.2.3 OSS 结构和功能 .183 GSM-R 在青藏线中的应用 .193.1 青藏线
14、GSM-R 系统介绍 .193.1.1 GSM-R 设计的主要原则及标准 .193.1.2 GSM-R 传输网络 .203.1.3 GSM-R 基站的设置 .213.1.4 越区切换 .223.2 GSM-R 在青藏铁路上的的应用及设计 .223.2.1 调度通信 .223.2.2 功能寻址 .273.2.3 调度命令传送 .353.2.4 列尾装置信息传送 .363.2.5 调车机车信号和监控信息系统传输 .373.2.6 机车同步控制传输 .38兰州交通大学毕业设计13.2.7 其他应用 .394 GSM-R 的 维护与管理 .424.1 GSM-R 网络管理 .424.2 GSM-R 网
15、络的维护 .44总结 .48致谢 .49参考文献 .50兰州交通大学毕业设计21 绪论1.1 引言铁路是我国国民经济的大动脉，铁路的运输能力直接影响着我国国民经济的发展。进入 21 世纪，随着铁路跨越式的发展，铁路通信系统也迎来了划时代的转变，近年来随着运输量的日益增长，使得列车重量加大，列车编组加长。GSM-R 技术是基于成熟、通用的公共移动无线通信系统 GSM 平台之上，专门为满足铁路应用而开发的数字式移动无线通信技术。在铁路通信中，它能够提供定制的附加功能，如优先级和强插功能、话音组呼及广播功能、位置寻址及功能寻址和安全数据通信等，是一种经济高效的综合数字移动通信系统 2。铁路无线全球通
16、信系统 GSM-R 的建设和使用，表明中国铁路正不断吸取国外铁路的先进经验和成果，努力提升自身的经济技术结构和规模水平，加快发展步伐，争取在较短时间内运输能力满足国民经济和社会发展的需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。1.2 铁路通信的发展历程和现状新中国成立初期，铁路长途通信一直采用的是以架空明线和电缆为传输媒质的载波通信设备，电话交换大量发展步进制自动交换机及人工长途台，在专用通信方面，全路调度、各站、养路等通信系统改造为铁路支流脉冲选叫方式。进入 70 年代，随着国外铁路开始应用光纤技术，我国铁路光缆、数字通信也随之进入研究阶段；进入 80年代中后期，数字光纤通信已经在多条线上试用
17、成功；90 年代数字光纤通信已经在铁路通信中被广泛使用，这一时期除光缆建设迅速发展以外，其他数字通信建设也得到了相应的发展在交换方面大量采用程控交换设备。90 年代末全路长途交换网基本形成，在数据交换方面根据铁路运输管理信息系统 （TMIS ）、客票预定和发售信息系统及铁路其他信息业务的需要，建设了铁路第一个分组交换数据网 1。在专用通信方面由于光数字分插设备的应用，区段通信电缆数大幅度增加，中间站通信条件大为提高。调度等共线电话也推广采用了程控共线设备。铁路无线通信系统使用的单信道模拟制式无线通信设备主要是为满足话音通信设计的，主要使用 450M 频段，共 58 对频点，固定分配给了无线列调
18、、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，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兰州交通大学毕业设计3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。铁路无线通信系统枢纽地区干扰严重，不具备网络能力，移动终端对讲距离受限，邻站交界区易发生业务中断，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，无线、有线调度网基本独立，无法形
19、成有机融合的整体。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。随着我国铁路信息化建设的不断发展，铁路数据信息业务量的多样化和高速率，使得 GSM-R 系统在国内有着广阔的发展空间， GSM-R 技术也正是顺应时代的发展，利用其固有的 GSM-R 网络特性，为铁路信息化和自动化发展奠定良好的基础，利用通信的手段实现铁路移动设施和固定设施的无缝连接，确保列车平稳高速、安全地运行。GSM-R 进入中国已有十余年的历程，铁道部早期也制定了我
20、国建立 GSM-R 网络的目标：在全国建立一张移动通信网络，利用通信的手段实现铁路移动设施固定设施的无缝连接，确保列车平稳、安全、高速的运行。经过理论研究、技术之争、政策审核、网络建设、施工验收等层层考验，最终在 GSM-R 工程方面取得了骄人的成绩，初步建设了分别代表高原、重载和繁忙干线的青藏线、大秦线、胶济线三条 GSM-R 线路5。其中，青藏线是一条集多种领先技术于一身的往返于“世界屋脊”的铁路；大秦线是使中国步入重载领域先进行列的标志性工程，突破性的实现了年运量 2 亿吨的目标，现在技术还在不断创新，预计年运量将达到 4 亿吨；胶济线的建设是对 GSM-R 技术应用于具有中国特色环境的
21、一个尝试，它的成功与否影响着 GSM-R 技术在时速200km/h 铁路线路的普及率。1.3 现代铁路运输对无线通信的发展要求1、铁路信息化在铁路主要干线建设分散自律、调度集中系统（CTCS） ，实现调度指挥现代化。为满足以旅客为主体的移动信息服务系统的需要，包括车上订票服务、电子移动商务、旅客移动增值服务等；满足铁路路网移动体(机车、车辆、集装箱等)实时动态跟踪信息传输的需要，为开展实时网上信息查询和各种管理信息系统提供移动传输通道。2、调度指挥和安全生产兰州交通大学毕业设计4作为无线列调的更新换代产品，同时能够满足区间公务移动、紧急救援、调车编组作业、站场无线等移动话音通信的需要；满足 T
22、DCS 无线车次号校核、列车尾部风压、机车状态信息、车辆轴温监测、线桥隧道监护、铁路供电状态监视、道口防护等移动和固定无线数据传输的需要；满足以移动列车为主体的安全信息分发与预告警系统的需要，确保沿铁路线的施工、轨道养护、平交道口与车辆、车站等人员和设备的安全，减少事故。3、高速、客运专线铁路提速、高速和客运专线网络化、智能化、综合化的行车调度指挥系统需要高度可靠、高度安全、快速接入的综合移动通信系统，以及透明、双向、大容量的车/地信息传输通道。4、机车综合通信 具有网络以及功能号注册、注销功能； 支持调度通信系统功能； 支持通用数据传输功能； 支持不同制式下的自动或手动切换功能； 可向用户提
23、供机车所在的小区位置信息、GPS 信息等。5、基于通信的列车控制随着列车运行速度的不断提高，铁路智能交通系统中车地间的双向通信显然已经无法通过这些传统手段完成。为了实现铁路运输高效与安全，高速铁路智能交通综合信息系统在信息利用方面，必须采用基于通信的列车控制（CBTC）方式。与传统的基于轨道电路的列车控制（Track Circuit Based Train Control System，简称 TBTC）系统相比，CBTC 有很多优越性，其中最重要的是：1）列车和地面控制设备之间通过双向无线通信传递信息，构成闭环控制系统，使列车运行的安全性大大提高；2）CBTC 可以实现移动闭塞方式（Movin
24、g Automatic-block System，简称 MAS） ，使两列车追踪间隔大大缩短，提高列车在区间追踪运行的密度，从而大大提高铁路运输效率。目前国内对移动闭塞进行了初步研究。我国铁路移动通信从无到有，从模拟到数字，从单一业务到多业务再到综合业务，这一方面是铁路运输发展的需要，也是技术进步的趋势。IT 业在过去 20 年突飞猛进，表现在：微电子技术从微米向纳米技术过渡；交换网络已程控化，从单一业务向智能多业务交换发展；骨干传输网朝着全光网络方向发展；接入网出现三网融合(计算机、通信、广播)；蜂窝公众移动通信已经完成从模拟到数字的过渡，朝着宽带多媒体发展；兰州交通大学毕业设计5无线局域网
25、朝着宽带数据业务发展；计算机网络 IP 化，移动 IP 和移动计算成为电子商务的关键技术。IT 业的这些技术进步必将推动铁路综合数字移动通信网络的发展。1.4 GSM-R 的发展历史及技术特点最初开发 GSM-R 的原因是无线频率的利用效率较低，铁路网络之间不同的通信系统的互操作性有限。1992 年，欧洲铁路的主管组织 UIC（国际铁路联盟）认为，GSM正在逐渐成为移动通信的实用标准，并发现 GSM 的功能能够为铁路的新型数字通信系统提供一个理想的平台。于是，作为 EIRENE（欧洲统一铁路无线增强网络）项目的一部分，关于 GSM-R 数字无线标准规范化的工作陆续展开。1995 年，MORAN
26、E （欧洲铁路移动无线电通信）项目启动，EIRENE 制定的标准得到认可，开始生效。GSM-R 是一种基于目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统 GSM 平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统。从集群通信的角度来看，GSM-R 是一种数字式的集群系统，能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修组通信等语音通信功能。GSM-R 能满足列车运行速度为 0-500km/h 的无线通信要求，安全性好。此外，机车同步操控信息传送业务对无线通信系统还有一定的要求： 全
27、线不能存在无线通信盲区； 传输的数据包出现差错时允许重传，但传输连续失败不能超过规定的时间； 上、下行列车通信之间不能相互干扰； 允许在同一车站内同一个方向的多趟列车运行； 从控和主控之间的通信不受距离限制。GSM-R 正是满足上述要求的最佳系统，比基于常规对讲无线通信方式要优越的多。兰州交通大学毕业设计62 GSM-R 系统概述2.1 GSM-R 基本原理GSM-R（GSM for Railway）是在 GSM 蜂窝系统上增加了调度通信功能和适合高速环境下使用的要素组成，能满足国际铁路联盟提出的铁路专用调度通信要求的技术。由于 GSM-R 可实现跨越国界的高速和一般列车之间的通信；能将现有的
28、铁路通信应用融合到单一网络平台中，以减少集成和运行费用；而且由于 GSM-R 是由已标准化的设备改进而成，GSM 平台上已经提供了大量的业务，因而引入铁路专用的功能时只需最低限度地改动，故能保证价格低廉、性能可靠地实现和运行；在 GSM Phase 2中添加了 ASCI（增强的语音呼叫业务）特性，能灵活地提供专网中所需的语音调度服务如 VBS、 VGCS 和 eMLPP，因此 GSM-R 是面向未来的技术，它将从广阔的 GSM 公网市场和 GSM 技术的不断演进中获益，具有巨大的发展空间。GSM-R 在欧洲取得巨大的成功，目前超过 30 个铁路公司已承诺在其国际路网中使用该技术。GSM-R 系
29、统很多技术借鉴了公网的 GSM 技术，保留了 GSM 的大体结构，使得从一开始 GSM-R 系统就是一个成熟可靠的系统，它的绝大多数软硬件都已在现网中得到检验。不仅如此，由于二者都可以工作在 900M 频 段，因此在无线网络规划方面也是基本相同的。GSM-R 系统的规划设计也可借助于已成熟的 GSM 系统工具，可以方便快捷地为用户提供网络设计安装。GSM-R 的基本特性已在铁路网的 MORANE 试验中得到安装、测试和验证。出于众多的需要，GSM 新技术如 GPRS 已经规范化并将安装使用。向 UMTS 的演进将提供新的业务和更加强大的无线系统。GSM-R 据此可最大限度地引入新的业务。业务模型如图 2-1 所示。 调度通信平面调车自动列控制 （ C T C S ）远程控制铁路紧急救援移动服务尾部风压检测高速数字通信旅客综合列车信息移动服务区间移动通信轨道维护移动服务功能寻址 功能号的表示 与位置有关的寻址介入矩阵e M L P P V B S V G C S铁路应用铁路运营特色电信业务 - A S C I图 2-1 GSM 与 GSM-R 的关系业务模型
