GSM-R系统介绍.ppt

GSM-R系统简介,一、GSM-R系统结构 二、GSM-R系统功能 三、GSM-R系统承载的业务,基础传送网：提供透明传输通道 业务网：面向用户、提供通信服务 支撑网：支撑网络正常运行,GSM-R在通信网中的地位与作用,一、GSM-R系统结构,1、 网络子系统（NSS） （1）移动交换子系统（SSS） （2）移动智能网（IN）子系统 （3）通用分组无线业务（GPRS）子系统 2、 基站子系统（BSS） （1）基站 （2）弱场（直放站漏泄电缆） 3、运行与支持子系统（OSS） （1）网管 （2）SIM卡管理系统 （3）监测系统 4、终端设备,GSM-R系统的基本组成,SIM卡管理,各子系统网管,服务Builder IN,智能网设备,交换机 （MSC）,服务Builder IN,GPRS设备,外部数据网,R,R,R,B S C,TRAU,网络子系统,基站子系统,运营支持子系统,计费、结算、营帐,终端,GSM-R系统组成示意图,SSS主要完成GSM-R系统的基本交换功能、呼叫接续功能以及用户数据管理和移动性管理。 提供的业务：基本话音呼叫业务；电路域数据传输。 话音呼叫：点对点话音呼叫（MS之间，MS与有线FT之间）；组呼、广播呼叫、多方通信、公众紧急呼叫。 电路域数据传输：提供透明传输通道。如与列控RBC节点、机车同步操控地面节点之间进行互联，实现车地、车车之间数据信息传送。 组成：由MSC、HLR、VLR、GCR、AC、SMSC等组成。,1、网络子系统 （1）移动交换子系统,MSC 移动业务交换中心,呼叫处理功能 (类似固定网的交换机),移动通信特定的功能,NSS 的核心 服务几个 BSS (BSC) 建立并交换用户话务和信令 与 VLR 合设于同一物理实体 与HLR/AuC可合设，也可分设 网关 MSC（GMSC）：到外网的关口，可与MSC合设，也可分设 来访 MSC: 服务 MS 的 MSC,呼叫处理功能 (类似固定网的交换机),信令 / 用户话务连接的建立 信令分析 确定目的地 连接路径选择 不正常信令信息的处理 支持补充业务 呼叫监视 话务监视和测量 预防过负荷 计费 优先控制 (例如:紧急呼叫) 支持操作维护 O&M 功能,移动特定的功能,和 BSC, MS & NSS 数据库之间交换 信令 处理移动特定的业务 移动性管理 例如:寻呼, MSC之间的切换, 位置 更新,. 过负荷处理, 例如: OACSU 数据业务的交互功能 移动特定的录音通知,MSC 移动业务交换中心,动态数据库，负责管理漫游用户的动态数据信息，存储、更新漫游入用户的数据。 存储信息包括：移动用户IMSI，MSISDN，位置区等，支持寻呼功能。用户漫游入该控制区时，VLR从HLR获取上述信息；用户漫游出该控制区时，VLR删除上述信息。 VLR与MSC之间交互数据量大，为了提高移动管理和呼叫建立的速度，VLR与MSC一般合适于同一物理实体。,拜访位置寄存器（VLR）,注：位置区划分由人为规定，1个MSC划分为若干个位置区。 需要综合平衡位置更新频率和寻呼系统的寻呼能力来确定。,VLR 来访位置寄存器,任务: MSC区域中的用户管理 与MSC联合在一起 协调鉴权 启动加密 用户数据: 来自于 HLR 的用户数据 (MSISDN, IMSI,业务 (BS, TS, SS), 业务限制,) 临时用户信息 (LMSI, TMSI, LAI,IMSI attach/detach, MSRN, HON, 三参数组,.) 这些数据一直有效直到重新登记到其它 VLR!,MSC 移动业务交换中心,AuC 鉴权中心,任务: 储存安全数据 (Ki)（鉴权算法和加密信息） 产生三参数组 (VLR 请求)，负责对IMSI号进 行鉴权 与HLR一一对应关系，采用合设方式，通过HLR 与其他实体通信 数据 / 算法: Ki, IMSI, A3, A8,HLR 归属位置寄存器,任务:管理移动用户的数据，实现呼叫管理、位置更新、漫游区域的管理、鉴权设备的管理，协助完成呼叫和业务操作。 用户数据的集中储存/管理 传送数据给 VLR 查询 MTC 的路由信息 与 AuC 联合在一起 可以和MSC合设，也可以分设,用户数据: 半永久数据: MSISDN, IMSI, 业务,业务限制, . 临时用户信息: VLR 地址,LMSI, MSRN, SMS 标志,.,MSC 移动业务交换中心,IWF 互联功能单元,应用系统设备,任务: 负责GSM-R网络与其他网络之间的协议转换和速率适配 可以和MSC 合设，也可以分设,组呼寄存器(GCR),最多可定义100000个组区 (00000 99999),最多可定义1000个组号 (000 999),获取区号和组号,任务: 储存语音组呼相关数据：包括组呼参考（组ID和组呼区域）、组呼相关的用户列表、MSC控制的小区列表。 与MSC合设于同一物理实体,短消息服务中心（SMSC） 提供短消息的存储与转发功能。 短消息业务是信令承载业务，建网初期用户数少，应集中设置。SMSC应能与全网MSC相互寻址。设置地点应方便接入全网。 确认中心（AC） MSC将终端用户发起或接受高优先级呼叫或紧急呼叫的相关呼叫信息，传送到AC进行记录。 AC对接收到的相关信息进行记录、存储，为事后分析提供数据依据。,确认中心（AC ）,MSC,BSS,呼叫建立 语音/数据 确认,记录呼叫的详细信息：时间、发起者、接听者等,确认中心AC,移动业务交换中心（MSC）：负责用户的移动性管理和呼叫控制； 拜访位置寄存器（VLR）：负责存储进入该区域内已登记用户的信息； 归属位置寄存器（HLR）：是一个负责管理移动用户的数据库。HLR存储本归属区的所有移动用户数据，如识别标志、位置信息、签约业务等； 鉴权中心（AuC）：是存储用户鉴权算法和加密密钥的实体，AuC只通过HLR和其他网络实体通信； 互连功能单元（IWF）：与固定网络的数据终端之间提供速率和协议的转换； 组呼寄存器（GCR）：用于存储移动用户的组ID； 短消息服务中心（SMSC）：负责向MSC传送短消息信息； 确认中心（AC）：记录、存储铁路紧急呼叫相关信息。,小结,（2）智能网子系统 功能：是在交换子系统中引入的智能网功能实体，实现对呼叫的智能控制。主要目的是实现操作的便捷程度和智能程度。 例如： 短号码呼叫：列车司机用1200呼叫调度员，1300呼叫车站值班员。 功能号呼叫：车次号呼叫 机车号呼叫,交换网实现铁路基本电信业务,智能网在GSM-R网中的地位和作用,智能网（IN）子系统构成,业务控制点（SCP）：呼叫控制和处理功能 业务交换点（ gsmSSP gprsSSP）：检出智能业务请求，并与SCP通信，对SCP的指示作出响应，允许SCP的业务逻辑影响呼叫处理。 业务管理点（SMP）：业务配置、业务逻辑管理、用户业务数据的增删、修改、业务运行控制功能、账单、业务监视功能。 业务管理接入点（SMAP）：为业务管理员提供接入到SMP的能力 智能外设（IP）及业务生成环境点（SCEP）,主要功能实体,每增加一种新业务就需要在网络中所有交换机中增加相应的软件，新业务的引入周期较长、灵活性较低且成本很高。 基于这种方式要实现两种新业务，若两种业务的业务特征存在有许多相同点，但也必须分别实现，且当交换机更换后，这两种新业务还只能重新开发。 新业务生成对具体的交换机有很大的依赖性。,采用全新的“控制与交换相分离”的思想，新业务的提供、修改以及管理等功能全部集中于智能网，交换机则提供交换基本功能，而与业务提供无直接关联。 对业务的提供采用基于与业务无关的模块（SIB）来实现的，SIB是一种与具体的业务和实现业务的技术无关的模块，可重复使用。SIB的各种不同组合可组成不同的新业务，新业务的实现和修改均很方便，大大节省了新业务的投入费用和时间。,传统方式： 交换机设备既有业务处理功能，还有基本呼叫处理功能,传统业务提供方式,智能网方式： 交换设备只具有基本呼叫处理功能 业务处理功能集中在几个节点上,智能网业务提供方式,GSM-R智能网提供的业务,基本业务 功能号注册、注销与管理。 功能寻址。 位置寻址。 精确位置寻址。 基于MSISDN呼叫限制。,扩展业务 基于位置呼叫限制。 短信智能业务。,GPRS子系统：负责为无线用户提供分组数据承载业务。 GPRS核心层：由SGSN、GGSN、DNS、RADIUS等功能实体组成； GPRS无线接入层：由PCU(分组控制单元）、基站、终端等组成。GPRS无线接入层组网应充分利用GSM-R系统的设备资源，保护投资；与GSM-R系统共用频率资源；利用GSM-R系统的基站实现无线覆盖，不单独增加GPRS系统基站。,(3)GPRS子系统,SGSN设备(Serving GPRS Support Node),SGSN是移动终端提供业务的节点，激活GPRS业务时，SGSN建立一个移动性管理的环境。 SGSN主要负责移动台当前位置信息的登记，负责移动台和网络之间完成移动分组数据的存储与转发 ： 移动性管理 会话管理 用户数据管理 安全性 计费,网关功能 会话管理 IP地址分配 安全性 计费,GGSN设备(Gateway GPRS Support Node),DNS：负责域名解析，将网元域名转换成为实际IP的地址。 如哈局的列尾主机：LWZJ车次号HEBMSGPRS 铁路GPRS网的域名解析主要有四个用途： 在PDP上下文激活过程中，SGSN将APN提交给DNS进行解析，获得用户所使用的GGSN的IP地址。 在SGSN间路由区更新过程中，新的SGSN通过域名解析查找原SGSN的IP地址。 实现系统各网元之间通信时网元域名至网元IP地址间的解析。 机车台、列尾主机等车载GPRS设备的域名至其IP地址的解析。,DNS,RADIUS服务器： 负责存储用户身份信息，对用户认证请求（用户名、密码）进行确认，给用户分配权限，完成用户的认证和鉴权功能。 存储所有机车号、车次号与IP地址的映射表。 PCU：负责数据分组、无线信道的管理、错误发送检测和自动重发。,SGSN:服务GPRS支持节点, 移动性管理、寻路等功能。 GGSN:网关GPRS支持节点,为GPRS网与外部数据网络相连的网关。 DNS:域名服务器，负责提供GPRS网内部SGSN、GGSN 等网络节点的域名解析等。 RADIUS:认证服务器,负责存储用户的身份信息，并完成用户的认证和鉴权等功能。 PCU:分组控制单元，负责数据分组、无线信道管理、错误发送检测和自动重发。,小结,GPRS和GSM-R是两个网络 GPRS和GSM-R网具有相似性和对称性 GPRS和GSM-R网共用基站、HLR等设备,GPRS和GSM-R网络的相似性和对称性,公众GPRS网 用户多数处于静止状态或者缓慢移动状态 ； 传送信息内容为公众服务信息传送 ； 服务质量“尽力而为”，对可靠性、实时性要求不高。 铁路GPRS网 用户处于移动状态下甚至高速移动状态无线数据传输； 数据内容为铁路运输生产相关的信息； 对可靠性、实时性要求高。 二者在网络结构、业务功能、参数设置均有所不同！,与公众GPRS网的区别？,BSS通过无线接口直接与移动台相接，负责无线信号发送接收和无线资源管理；与MSC相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。 基站控制器（BSC） 编译码和速率适配单元（TRAU） 小区广播短消息中心（CBC） 基站收发信机（BTS） 弱场设备（直放站、漏缆）,2、基站子系统（BSS）,BSC是无线网络的中心 设计原则 铁路枢纽地区BSC与MSC同址设置，同归属； 铁路干线和没有MSC的枢纽，BSC设置在大通信站； 铁路支线不设置BSC； 为减少BSC间的切换，各BSC所控制的区域应相对集中，不跨铁路局、铁路分局管界。各BSC负荷应留出网络优化时调整的余量。 BSC应考虑今后小区广播短消息业务发展的需要。,基站控制中心BSC,铁路GSM-R数字移动通信系统基站的场强覆盖范围是指满足铁路作业所必需的场强的区域，在直辖市、省会城市和计划单列市的城区，铁路GSM-R系统的覆盖范围为铁路外侧轨道两侧各2km，其他地域覆盖范围为铁路外侧轨道两侧各6km。 铁路沿线GSM-R场强应连续覆盖，根据铁路中长期发展规划，场强覆盖指标应符合具体业务需求，并预留远期发展条件。山区、隧道、路堑等弱场区可根据需要采用光纤直放、射频直放站和LCX等技术措施。,基站(BTS)及覆盖,BSC与BTS间的Abis接口：不开放。 BSC与TRAU间的Ater接口 ：开放。 MSC与TRAU的A接口：开放。,无线子系统接口,3、运行与支持子系统OSS,5种功能：安全管理、配置管理、故障管理、告警管理、性能管理。 按照专业分为：交换、分组、智能网、无线等网管系统。 按照职能：网络管理中心（NMC）和本地操作维护管理中心（OMC）。,网络管理系统,用户管理系统,管理本网用户的相关数据，提供开户、销户以及用户业务权限更改等操作功能，支撑业务的正常运行。 包括SIM卡管理系统以及计费、结算、营帐和客服系统等。,4、终端设备,终端是供GSM-R系统用户直接操作、使用，用来接入GSM-R网的设备。 （1）移动台包括（机车、汽车）车载台，手持台、列控数据传输设备、列尾信息传输设备和防灾检测信息传输、车辆安全检测信息传输终端等。 移动台由移动设备和SIM卡组成。 （2）无线固定台为非移动状态下使用的无线终端，具备与移动台相同的业务功能。,业务是通过GSM-R网向用户提供的通信服务。 功能是指实现业务的某一方面的具体作用。 应用是各种业务在铁路运输实际生产环境中的具体 运用和体现。,1、业务类型 （1）语音业务 （2）数据业务 （3）智能业务,二、GSM-R系统功能,（1）语音业务 点对点话音呼叫业务 语音广播业务（VBS） 语音组呼业务（VGCS） 紧急呼叫 多方通信（最多五方）,电路交换数据传输业务 系统通过占用一条话音信道提供端到端的数据传输。 连接建立时间为510s（平均为6s）。建立完成后，每条链路数据独占一个时隙。数据传输速率2.4、4.8、9.6kbps，数据传输端到端时延不大于500ms（假设包长30字节）。传输方式分为异步透明和非透明两种传输模式。 短消息业务 系统提供通过信令信道传送简短信息的业务。消息应采用简单文本格式，消息分段信息长度最长为160个字符（7bit编码）。发送方可以在短消息发送出去后得到一条确认通知。 分组交换数据传输业务（GPRS） 系统采用无线资源动态分配方式和分组交换传送模式，向用户提供端到端的数据业务，传输速率为9.05171.2kbit/s。,（2）数据业务,基本业务 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号码来寻址。主叫方可以是有线用户，也可以是无线用户。 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。 精确位置寻址 基于MSISDN的呼叫限制 铁路紧急呼叫 列车紧急呼叫和调车紧急呼叫。,（3）智能业务,扩展业务 基于位置的呼叫限制业务 将用户（包括调度员、车站值班员和助理值班员）发起功能号呼叫的范围限制在其管辖区域内。 自动获取调度中心的IP地址业务 用于实现列车在运行中自动获取调度中心（TDCS中心）的IP地址。 短信的智能业务 包括短信的功能寻址和基于位置寻址等。,(一)中国铁路对GSM-R系统的应用需求 (二)各类应用业务的GSM-R解决方案 1、调度通信和应急语音通信 2、列控信息传送 3、机车同步操控 4、调车机车信号和监控信息传送 5、车次号、调度命令、列尾信息传送 6、站场平面调车 (三)GSM-R网络建设与应用业务关系,三、GSM-R系统承载的业务,已实现,(一)中国铁路对GSM-R系统的应用需求,1）列车运行控制信息传送：是中国列控系统(CTCS3）建设的基本前提。CTCS-3级是基于无线通信的固定闭塞，要求基于无线网络实现车地实时、双向、不间断的数据传送。 2）机车同步操控：机车同步操控信息传送是实现重载运输的必要条件。当由多台机车牵引组合列车时，为了实现牵引过程中同时加速、减速、制动，本务机车和补机机车之间需要通过无线信道实时传递控制命令。 3）调车机车信号和监控信息传送:实现地面主机对调车机车车载主机的站场调车机车信号、调车作业通知单和监控信息传送，车载主机接收信息，并进行相应的加工处理，与既有的列车运行监控记录装置交换显示，控制机车。,1、列车运行控制类,（1）调度通信：包括有线调度通信和无线调度通信，无线列车调度大三角（调度员、车站值班员、司机）和小三角（助理值班员、司机、运转车长）通信是基础的通信需求。 （2）列车无线车次号校核信息传送：将从机车运行安全监控记录装置（TAX箱）采集的车次号、机车号、位置（公里标）、机车速度、列车总重、车辆计长、车辆辆数等车次号信息，通过无线信道，在编组站、沿线车站的规定位置向车站实时传送，由CTC（TDCS）系统进行车次号校核。,2、列车调度指挥类,（3）调度命令信息传送：调度命令主要包括调度命令、行车凭证、调车作业单、进路预告信息、调车请求信息等，是调度员或车站值班员向司机下达的书面命令，是列车安全运行的重要依据，此信息应确保实时、可靠地从地面传递到运行机车上，运行机车收到调度命令后，应及时把确认信息传送至地面。 （4）站场调度通信：站场调度通信包括车站、驼峰调车、平面调车、货运、列检、车号和商检等站场移动通信业务，具体包括站场调车语音通信和站场调车数据传送。平面调车通信和驼峰调车通信是站场通信最重要的组成部分。,（1）列尾信息：列尾信息包括：司机发送的列车尾部风压查询信息、排风制动信息；列尾主机发送的电池欠压、主风管风压异常告警信息。异常情况下，列尾风压值应自动、间歇间隔不小于10秒循环多次发送给机车电台。 （2）晃车信息：在地面维修中心和车载设备之间传送轨道动态监测数据。 （3）机车工况信息：为确保行车安全，需要在车、地之间实现机车工况、车辆工况和牵引工况等信息的无线传送。,3、列车运行安全监控类,（1）应急语音通信：应急通信是指铁路在发生行车事故及自然灾害等公共突发事件时应提供的通信联络手段，实现事故现场与救援指挥中心以及事故现场救援人员之间的通信。 （2）图象传送：图像指包括照片、图像等在内的数据通信业务。 （3）旅客服务信息：包括运行列车上的售票补票业务、旅行信息查询服务等。,4、其他业务,1、调度通信和应急语音通信 2、列控信息传送 3、机车同步操控 4、调车机车信号和监控信息传送 5、车次号、调度命令、列尾信息传送 6、站场平面调车,（二）各类应用业务的GSM-R解决方案,1、调度通信、应急语音通信,调度通信、应急语音通信是基于话音通信、融入了调度功能的业务需求，是GSM-R网络通过个呼、组呼、广播呼等方式实现的。通过定义优先级高低，还可以控制不同用户的讲话权限等。,BTS,BSC,MSC,GSM-R网络,车站值班员,调度员 #2,调度员 #1,局 级 FAS,调度通信,CIR,FAS网络,站 段 FAS,应急通信,调度通信、应急语音通信系统图,主要组呼类型： (1)调度组呼（571）：3级优先级，调度员发起，成员为辖区内所有车站值班员； (2)车站基站区组呼（210）： 3级优先级，车站值班员、车站助理值班员、机车司机、运转车长组成，其中之一发起； (3)相邻三小区（299）： 0级优先级，移动终端发起（车站助理值班员、工务巡道工、司机、运转车长、道口值班人员），成员除上述人员，还包括调度员和车站值班员。,2、CTCS-3列控信息传送,线路被划分为固定位置、固定长度的闭塞分区 某一时刻，一个分区只能被一列车占用 列车间隔以闭塞分区为单位，与列车在分区内的实际位置无关 轨道电路将闭塞分区的占用情况发给RBC,CTCS-3仍为固定闭塞,CTCS-3级列控系统示意图,1、列控系统RBC车载通信单元： 移动授权：与前车的距离、行驶速度、进路解锁时间等； 线路数据：线路长度、起止点坐标、坡度、桥隧信息、牵引换相点数据等； 指令：进入调车模式，人工引导等特殊操作、限速 2、车载通信单元列控系统RBC： 列车位置、速度、状态（列车本身的编组、长度、制动性能等情况）、列车类型等。,列控传送信息内容：,1、实现了列车地面，地面列车的双向信息传送； 2、去掉了大规模分布于沿线的轨旁设备； 3、信息传送内容更加丰富； 4、列车控制曲线从台阶状变为圆滑的曲线。,未来无线列控系统与传统系统的比较：,1、一般消息 2、行车许可MA 3、临时限速 4、紧急停车 5、会话管理 ,1、位置报告 2、错误报告 3、会话管理 ,人机接口,DMI,基站控制器,BSC,移动交换中心,MSC,无线闭塞中心,RBC,基站,BTS,CTCS车载 通信单元,车站联锁,轨道电路,应答器,TSR,TCC,车站联锁,无线闭塞中心（RBC）,临时限速系统（TSRS）,由多台机车牵引的组合列车，在牵引过程中，必须实现机车同步操控，即多台机车同时加速、减速、制动，主控机车和从控机车之间需要通信并实时传递控制命令，使它们置于同步工况或独立工况，这就是机车同步操控。,3、机车同步操控,机车同步操控概念,B S C,GSM-R交换中心,地面应用节点 AN,启动！ 加速！ 减速！ 制动！,OCU及显示（主控）,机车同步操控,4、调车机车信号和监控信息传送,5、车次号、调度命令、列尾信息的传