（交通信息工程及控制专业论文）GSMR高级语音呼叫业务在铁路调度通信中应用的建模与仿真研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 g s m r 作为新一代的铁路综合数字移动通信网，在世界范围内得到了越来 越广泛的应用，也是我国铁路移动通信的发展方向。随着高速铁路的大量建设和 投入使用，g s m r 在中国得到了巨大的发展。 调度通信是g s m r 在铁路上的主要应用之一，在提高运行效率、保证行车 安全方面起着重要作用。g s m r 提供的高级语音呼叫业务，包括v g c s 、v b s 业务和e m l p p 业务，用于点对多点建立群组呼叫业务，实现调度指挥、紧急通 知等特定功能，尤其适用于铁路的列车指挥调度部门，很好地解决了g s m r 网 络可用频点数不多，无线信道资源紧张的问题，为铁路专网通信的稳定性和可靠 性提供了很好的保障。 论文从g s mr 的研究现状及其结构入手，分析了语音组呼与语音广播之间 业务实现的异同，以及e m l p p 业务的实现原理，提出了v g c s 各阶段实现的具 体业务流程；接着，利用时间自动机建模方式，将语音组呼业务实现过程抽象为 几个状态转移过程，用u p p a a l 模型验证工具对建立的模型进行分析验证；最 后，用软件设计方式，仿真高级语音呼叫业务过程，功能仿真结果表明：本文所 做工作能满足铁路调度通信语音通信应用需求。 关键词：g s m r ；高级语音呼叫业务；语音组呼业务；u p p a a l ； 西南交通大学硕士研究生学位论文第l l 页 a b s t r a c t a san e wg e n e r a t i o no fi n t e g r a t e dd i g i t a lm o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ， g s m rb e c o m e st h e d e v e l o p m e n t d i r e c t i o no fc h i n a s r a i l w a ym o b i l e c o m m u n i c a t i o n , w h i c hh a sb e e nm o r ew i d e l yu s e di nt h ew o r l d c o u p l ew i t ht h el a r g e n u m b e ro fh i g h s p e e dr a i l w a yc o n s t r u c t i o na n d p u ti n t ou s e ，g s m rh a v eb e e nh u g e d e v e l o p e di nc h i n a d i s p a t c hc o m m u n i c a t i o ni so n eo ft h em a jo ra p p l i c a t i o n so fg s m ro nt h e r a i l w a y ，w h i c hp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei ni m p r o v i n ge f f i c i e n c y ，a n de n s u r e st r a f f i c s a f e t y a s c ip r o v i d e db yg s m r ，i n c l u d ev g c s ，v b sa n de m l p p ，w h i c he s t a b l i s h s e r v i c eo fp o i n t - t o - m u l t i p o i n tc o m m u n i c a t i o nt o a c h i e v e d i s p a t c h i n gc o n t r o l ， e m e r g e n c yn o t i f i c a t i o na n do t h e rs p e c i f i cf u n c t i o n s i ti se s p e c i a l l ys u i t a b l ef o rt h e t r a i nd i s p a t c h i n gd e p a r t m e n to nr a i l w a y ，a n ds o l v e st h e p r o b l e m so ff r e q u e n c yp o i n t s a n dw i r e l e s sc h a n n e lr e s o u r c es h o r t a g e ；i ts p e c i f i c a l l yp r o v i d e sa g o o dp r o t e c t i o nf o r t h es t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo fn e t w o r kc o m m u n i c a t i o no nr a i l w a y l a u n c h i n go nt h eo v e r v i e wo ft h ea d v a n t a g ea n ds t a t u so fg s m ra n di t s a r c h i t e c t u r e ，v g c s ，v b sa n de m l p pa r ei n t r o d u c e d ，a n dt h e n a n a l y z e s t h e d i f f e r e n c eb e t w e e nv g c sa n dv b s t h e p a p e rp u t s f o r w a r dt h e s p e c i f i c i m p l e m e n t a t i o np r o c e s so fe v e r ys t a g eo fv g c s t h e n ，u s i n gt i m e da u t o m a t a m o d e l i n ga p p r o a c h ，t h ev g c si sa b s t r a c t e di n t os e v e r a ls t a t et r a n s i t i o np r o c e s s e s 、a n d i sv a l i d a t e dt h em o d e lw i t ht h em o d e lv e r i f i c a t i o nt o o l s u p p a a l f i n a l l y ，d e s i g nt h e s o f t w a r ee m u l a t i n gt h ep r o c e s so fa s c i f u n c t i o n a ls i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h e w o r kd o n et om e e tt h en e e d so fv o i c ec o m m u n i c a t i o na p p l i c a t i o n so nt h er a i l w a y d i s p a t c h i n gc o m m u n i c a t i o n k e y w o r d s ：g s m r ；a s c i ；v g c s ；u p p a a l ； 西南交通大学曲南文通大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密瓯使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“寸) 学位论文作者躲冷晚霞 指导老师签名：始糸盆 日期：乃夕歹7 日期：2 - - 01 0 、占7 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： ( 1 ) 深入分析了语音呼叫业务的技术原理，包括语音组呼业务、语音广播 业务以及增强多优先级与强拆业务。对高级语音呼叫建立过程进行了较为详细的 说明，具体针对高级语音呼叫业务实现的主要过程，如：处于不同m s c 辖区范 围的呼叫建立过程、上行信道控制过程、上行信道抢占过程等，给出了实现方案， 包括具体流程和信令过程。 ( 2 ) 对g s m r 系统网络结构和各功能实体进行了充分的研究，具体分析 语音呼叫建立过程的状态迁移图，利用有限状态机思想，对语音呼叫建立、上行 信道控制、上行信道抢占等过程，进行时间自动机建模，并用时间自动机验证方 法u p p a a l 对其验证，结果证明，在本文讨论的范围内，该系统模型的每个模 块均达到了预期的功能。 ( 3 ) 在该系统模型的基础上，对高级语音呼叫方案进行系统总体设计以及 各模块的具体设计，最后用v c h 仿真实现了高级语音呼叫业务过程，仿真结果 表明，在考虑列车运行的区段范围条件下，系统实现了语音组呼、语音广播以及 高优先级抢占业务。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得 的成果。除文中已经注明弓i 用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作 了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名： 零7 惦 日期：勿勿否8 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 概述 第一章绪论 近年来，我国铁路经历了重载运输、电气化改造、既有线提速、高速铁路和 区际干线建设等一系列的技术进步，推动了铁路通信信号技术的发展。截止2 0 0 9 年底，我国铁路营业里程达到8 6 万公里，跃居世界第二。“十一五 末，我国 铁路营业总里程将超过9 万公里。在这样庞大的铁路交通运输网中，要想大幅度 提高铁路复线率、电气化率、自动闭塞比重，实现主要繁忙干线客货分线运输， 必须选择一种新的铁路数字移动通信技术【l j 。铁路提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、大容量的车地间安全和调度指挥的信息传输通道。 目前世界领先的g s m r ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n sf o rr a i l w a y ) 系统是最适合中国铁路建设需要的综合数字移动通信系统【2 j 。 g s m r 是专门为铁路设计的移动通信系统，我国从1 9 9 4 年就开始对g s m r 技术进行研究，并最终确定其作为我国铁路移动通信的发展方向。g s m - r 网络 在g s m 蜂窝系统平台上增加了多种铁路业务和适合高速环境下使用的要素，能 满足铁路通信的要求。g s m r 是面向未来的技术，它将从广阔的g s m 公网市场 和g s m 技术的不断演进中获益，具有巨大的发展空间1 3 j 。 1 2 国内外发展现状 1 9 9 3 年国际铁路联盟( u i c ) 与欧洲电信标准化组织( e t s i ) 协商，提出了 欧洲各国铁路下一代无线通信以g s m p h a s e 2 + 为标准的g s m r 技术，这一提议 在1 9 9 5 年经u i c 评估并得到确认。1 9 9 7 年，2 4 个国家的3 2 个铁路组织签署了 g s m r 谅解备忘录，签字的铁路组织至少要将g s m r 用于过境运输通信。欧洲 在经过了周密的标准制定、试验论证、法律准备、实施计划，选择发展新一代铁 路综合数字调度移动通信网络，并使g s m r 在欧洲取得了巨大的成功。 我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，于2 0 0 0 年底正式确定g s m 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t 况信息传输、铁路沿线的 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 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c t c s 3 采用g s m r 发展固定闭塞的列车运行控制系 统，c t c s 4 采用g s m r 发展移动闭塞的列车运行控制系统【4 刊。 为了适应中国铁路实现跨越式发展的需要，2 0 0 2 年我国铁路全面采用 g s m r 技术建设铁路综合移动通信网。经过一段时间的考察后，相关专家在一 些线路上展开了设计规划，并于2 0 0 3 年1 月与西门子公司建成了国内第一个 g s m r 实验室。按照相关规划，我国铁路到2 0 1 0 年将实现全国3 万公里铁路的 g s m r 覆盖，最终到2 0 2 0 年实现中国铁路全部1 0 万公里铁路的g s m r 覆盖。 可见，中国铁路g s m r 的发展，大有可为。 语音组呼与广播业务是g s m r 系统与g s m 系统的主要区别之一，也是 g s m r 的一个特征业务，它突破了点对点通信的局限性，能够以简捷的方式建 立呼叫，实现调度指挥、紧急通知等铁路特定功能，在铁路调度通信中发挥了重 要作用。 无线列调系统负责列车调度通信，是调度通信系统的一个重要组成部分。 g s m r 调度通信系统一般由网络子系统( n s s ) 、基站子系统( b s s ) 、操作子系 统( o s s ) 、f a s 台、调度台、车站台、机车综合通信设备、作业手持台及其他 通信终端等构成。 列车调度通信主要用户包括：分局列车调度员、车站值班员、机车司机、运 转车长、助理值班员、机务段( 折返段) 调度员、列车段( 车务段、客运段) 值 班员、机车调度员、电力牵引变电所值班员、救援列车主任以及其他相关人员。 目前g s m r 组呼区域可分为：调度辖区、车站基站区、相邻三小区、相邻 三车站及其两区间。g s m r 网络中引入e m l p p ( 增强多优先级与强拆) 业务， 为组呼和个呼赋予优先级，高优先级的呼叫可以强拆低优先级呼叫，从而为铁路 专网通信的稳定性和可靠性提供了更好的保障1 7 叫。在中国目前己建成投入使用 的青藏、胶济、大秦、京津、郑西、石太、武广、合武、合宁等铁路线上都实现 了语音组呼业务的功能，保障铁路的安全可靠运输。 1 3 本论文研究的意义 随着我国高速铁路广泛应用g s m r 技术，对高级语音呼叫业务的研究也越 来越广泛，包括：对语音组呼、语音广播以及拥塞抢占业务的互联互通测试研究 1 0 , - - 1 3 】；对语音呼叫业务话音与数据同时传送问题的研究【h 】；利用短消息方式实 现语音组呼业务的研究i l 副；对语音呼叫过程中出现越区切换情况进行的相关研 究【1 “1 8 】；提出虚拟组呼和动态组呼的概念1 9 2 0 1 等。对于高级语音呼叫业务的分 析，大多是以文字叙述或者用信令流程图的方式说明，或者是着重于系统测试部 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 分的研究，并没有系统地实现该业务。高级语音呼叫业务是g s m r 系统的特征 性业务，是调度通信的发展方向，本文着眼于将高级语音呼叫业务进行系统建模， 并仿真实现该系统的语音组呼、语音广播和优先级抢占功能。希望本文所探讨的 内容，能为g s m r 系统中高级语音呼叫业务的研究，作出一些有益的尝试。 目前，铁路调度通信系统存在技术落后、彼此不兼容、频率资源浪费以及通 信质量差等问题。以合宁线、合武线为例，已经开通使用高级语音呼叫业务，但 应用过程出现组m 分配不合理和人员误操作的问题，语音呼叫业务在无线调度 通信中的优势没有得到充分发挥。 由于上述原因，语音呼叫未能大量应用于铁路调度通信，有必要进行仿真系 统研究：一方面，对特定线路运用仿真系统进行模拟，使呼叫优先级和业务用户 合理配置，减少现场实际应用中无效组呼和对其他作业的影响；另一方面，加强 管理，运用仿真软件对相关人员进行培训，防止误操作的发生，规范语音呼叫的 使用。 1 4 论文的主要工作 本文分析了g s m r 系统的结构和业务模型，主要研究了高级语音呼叫业务 的实现过程。 1 详细分析了高级语音呼叫业务的实现过程，考虑到语音广播业务和语音 组呼业务在实现模式上的相似性，重点对语音组呼业务的实现方案进行探讨，包 括业务流程和信令过程。 2 针对语音组呼呼叫建立过程，进行时间自动机建模，包括网络侧呼叫建 立、上行信道控制、上行信道抢占、移动用户( 列车) 侧呼叫建立过程以及对实 现语音呼叫的两个重要模块，逐个建模，并作整体系统模型仿真以及模型功能验 证。通过建模验证，说明本文所建立的模型，可以实现高级语音呼叫业务预期的 功能。 3 对高级语音呼叫业务进行v c + + 的仿真实现，包括线路区段设计、用户 号码编制、优先级设置、若干调度通信实例设计等，最终仿真实现该系统。 另外，本文是在考虑列车运行的区段限制和各业务用户的优先级顺序等因素 的基础上，结合铁路调度通信的实际情况，对高级语音组呼业务进行了仿真。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第二章g s m r 高级语音呼叫 2 1g s m r 系统概述 我国铁路正在大力建设高速铁路，所有的列车控制业务以及其它车地通信业 务都要靠g s m r 网络来提供承载平台，高级语音呼叫业务的顺利进行，对列车 调度通信意义重大，是g s m r 系统的重要组成部分【4 ，2 1 1 。图2 1 为铁路g s m r 车地通信示意图。 弋无g 线s m 网- r 络。弋然螽、溺警 星塑鬯墼矍塑 图2 1g s m r 车地通信示意图 上图中，b s 为基站设备，b s c 为基站控制中心，m s c 为移动交换中心，i s d n 为综合业务数字网络，r b c 为地面无线闭塞中心。从图中可以看出， g s m r 无线网络为车载设备与调度中心之间建立连接，完成双向数据通信和无线列调通 f 皇【2 2 】 i 口 o 2 1 1g s m r 系统结构 g s m r 移动通信网络主要由基站子系统( b s s ) 、网络子系统( n s s ) 以及 操作与维护子系统( o s s ) 三部分组成，其基本结构如图2 2 所示【2 3 1 。这几个功 能实体相互联系，各个部分所实现的功能的集合就是g s m r 网络提供给用户的 基本业务与补充业务。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 e e 、。， o 号 夕n b s s 图2 - 2g s m r 系统结构图 b s s 由一个基站控制器( b s c ) 和若干个基站收发信机( b t s ) 组成，b t s 与b s c 之间通过a b i s 接口通信。b t s 主要负责与一定覆盖区域内的移动台( m s ) 进行通信，并对空中接口进行管理；b s c 用来管理b t s 与m s c 之间的信息流。 b s s 中还可能存在编码速率适配单元( t r a u ) ，它实现了g s m r 编码速率向标 准的p s t n 或i s d n 速率的转换。t r a u 与b s c 通过a t c r 接口连接。 n s s 建立在移动交换中心( m s c ) 上，负责端到端的呼叫、用户数据管理、 移动性管理和与固定网络的连接。n s s 通过a 接口与b s s 连接，与固定网络的 接口决定于互联网络的类型。 o s s 是相对独立的子系统，为g s m r 网络提供管理和维护功能。它的具体 功能由操作维护中心( o m c ) 来完成，其中o m c r 负责管理b s s ，o m c s 负 责管理n s s 。o s s 主要提供移动用户管理、移动设备管理、网络操作和控制三 类功能。 2 1 2g s m r 业务模型 g s m r 网络既有电路交换也有分组交换，承载的业务非常丰富，能够提供 包括话音、数据在内的综合移动通信业务。因为是由已标准化的g s m 设备改进 而成，此设备已经能成熟地提供大量的业务，所以在引入铁路专用的功能时，只 需最低限度地改动，就能保证价格低廉、性能可靠地实现和运行。g s m r 系统 在g s mp h a s e2 + 中添加了a s c i ( 高级语音呼叫业务) 特性，能灵活地提供专网 中所需的语音调度服务。总的来说，g s m - r 的业务模型可以概括为： g s m r 业务= g s m 业务+ 语音调度业务十铁路基本业务+ 铁路应用，如图 2 3 所示【2 4 】。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 墼堡至亘堡墨垂三：l 至亘三 亟至夏丑 r - _ 。_ - - 。_ 。- 。_ - 。_ 。- 。_ _ - _ _ 。_ ，- _ _ 。_ 。_ 。，_ 。_ - 。j 。- - _ _ - - 。一 机车同步操作控制l 轨道维护移动服务 铁路紧急救援移动服务 铁r - 1 路铁路客站练台移动信息服务 j 帮o j 用 铁路货站综合移动信息服务 铁路基本业务匝e 囝匣 至堕 高级语音呼叫 ：五； ：i l 磊：f 图2 3g s m r 业务模型 g s m r 系统的基本业务首先包括g s m 提供的所有业务，还支持铁路必需 的特殊基本业务，包括功能寻址、功能号表示、接入矩阵、位置寻址等。此外， 由于g s m r 是专门为铁路通信设计的综合移动通信系统，为了满足铁路系统的 需求，g s m r 系统增加了高级语音呼叫业务( a s c i ，a d v a n c e ds p e e c hc a l l i t e m ) ：语音组呼业务( v g c s ，v o i c eg r o u pc a l ls e r v i c e ) 、语音广播呼叫业务 ( v b s ，v o i c eb r o a d c a s ts e r v i c e ) 和增强多优先级与强拆( e m l p p ，e n h a n c e d m u l t i l e v e lp r e c e d e n c ea n dp r e e m p t i o ns e r v i c e ) 。 2 2v g c s 和v b s 比较 v g c s 是v o i c eg r o u pc a l ls e r v i c e 的缩写，即语音组呼业务，又简称组呼。 组呼业务定义了一种由多方参加( 车载移动台或固网调度员) ，其中一部分人可 以讲话、多方聆听的点对多点语音半双工通信方式。v g c s 用组d 就能呼叫到 所有该组的成员。参与同一个v g c s 呼叫的移动用户可以分布在多个蜂窝小区 内，另外，v g c s 还支持业务用户实现讲者和听者身份之间的转变。无论是业务 用户还是调度员都能建立v g c s 呼叫。一旦呼叫建立，调度员将保持双向语音 连接，可随时进行通话，他的话音可以广播给所有成员，而区域内的其他业务用 户( 非调度员) 只能有一个讲话者。主叫用户可以释放上行链路供其他用户讲话 用，当主叫用户和非调度员移动用户越出组呼区域后，呼叫会中断，回到区域中 时，呼叫又能恢复。如果最后一个讲话人结束组呼后没有新的申请者，m s c 过 段时间后自动结束组呼。 v g c s 突破了点对点通信的局限性，能够以简单快捷的方式建立组呼，实现 调度指挥、紧急通知等特定功能，尤其适用于铁路的列车指挥调度部门。在铁路 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 系统中，v g c s 有以下两个应用： 火车司机和行车调度员在预定义区域的组呼； 铁路上工人、调度员、车站工作人员和类似群组间在局部区域的组呼 2 5 , 2 6 。 v b s 是v o i c eb r o a d c a s ts e r v i c e 的缩写，即语音广播业务，它允许建立点对 多点的单向语音呼叫连接，使用户可以将语音呼叫广播到预定区域内预定的一组 目的用户，目的用户群通过群组d 识别。只有“调度员”或主叫用户才能与 m s c 之间建立双工通信，其他用户只能收听。移动用户成员进入广播区域时自 动加入正在进行的语音广播呼叫，离开的时候通话将被切断。而固定线路目的用 户和调度员则可以处于广播呼叫区域之外。最多可以存在5 个i s d n 固定用户或 移动调度员连接到一个广播呼叫上。 在铁路系统中，v b s 有以下两个应用： 由行车调度员向控制区域内的某几组火车发送广播消息； 由火车或调度队成员向指定区域的管理员或其他m s 发送广播消息【3 ，2 7 】。 v b s 与v g c s 在业务定义、信令流程、呼叫控制、以及对系统和终端的需 求等方面都非常相似。但v g c s 与v b s 在呼叫处理上有如下一些差异： 1 v g c s 呼叫中存在上行链路管理过程，对于申请成为讲者的业务用户，网 络要做好将此用户接入上行链路的安排；而在v b s 呼叫过程中无需考虑这种情 况。 2 v g c s 中需要定义了一个非活动时间，当某次v g c s 呼叫没有讲话声音的 时间超过了设定值后，网络会自动终止此次呼叫，而v b s 中没有这个概念。 3 v g c s 的呼叫发起者离开组呼区域，网络不会因此停止v g c s 呼叫，移动 业务用户可以被假定为发起者；而v b s 呼叫过程中，当网络确认呼叫发起者离 开了组呼区域，网络会立即停止此次v b s 呼叫。 总的来看，v b s 属于v g c s 的一个特例，因此，在实现中总是将这两个功 能放在一起，本文在第三章的业务流程分析和第四章的时间自动机建模时，主要 以v g c s 来说明。 2 3 在铁路无线调度通信中的应用 目前，我国铁路运输管理机制分为三级，铁道部、铁路局及铁路局管辖下的 若干车站。在铁路行车调度指挥中，根据线路的行车密度，每位行车调度员都管 辖了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驶的所 有列车都要听从该行车调度员的指挥。每个车站都有一个车站值班员，管辖一个 车站的范围，位于车站管辖范围内的所有列车只听从该车站值班员的指挥。一般 一个调度所管理多个车站，因而行车调度员的管辖范围大于车站值班员的管辖范 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 围【2 4 】。 调度指挥是通过列车无线调度电话( 简称无线列调) 来完成相互之间通信的。 无线列调是重要的铁路行车通信设备，在保证列车正点运行、提高通过能力、通 告险情、防止事故、救援抢险等各方面都具有不可替代的作用，目的是保障列车 的正常运行。 无线调度通信如图2 ，4 所示，调度a 管辖车站1 及2 ，调度b 管辖车站3 及 4 。a 、b 各自负责其管辖的调度区段的行车指挥。车站值班员管辖一个车站范 围。 、 薯 、 m s y 斤= 下= 彳= = 图2 4 列车无线列调通信示意图 高级语音呼叫业务突破了g s m 网络点对点通信的局限性，以简洁的方式建 立呼叫，特别适用于铁路的行车指挥调度部门。 语音组呼的通信范围一般是在一个调度区段或一个车站管辖范围内，呼叫类 型包括：行车调度员呼口l 调度区段内的所有司机和运转车长、呼叫某个车站的车 站值班员以及所有司机和运转车长、呼叫调度区段内的所有运转车长，还有车站 值班员呼叫车站管辖范围内的所有司机、呼叫助理值班员、呼叫助理值班员以及 车站管辖范围内的所有司机和运转车长、呼叫车站管辖范围内的所有运转车长等 岔占 奇。 语音广播的通信范围一般是个调度区段，呼叫对象包括列车司机和运转车 长等。呼叫类型有列车调度员呼叫列车司机和运转车长等 2 s - 3 0 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 4e m l p p 介绍 e m l p p 业务是一种电信补充业务，是m l p p 业务的一种。e m l p p 补充业务 是铁路通信所特有的，是g s m r 系统与公用g s m 系统的主要区别之一。开展 e m l p p 业务的主要目的是给用户提供不同的优先级水平，使得在呼叫建立期间 和越区切换期间，系统根据优先级水平对网络资源进行分配。e m l p p 业务包含 了优先级和资源抢占这两个方面【3 川。 e m l p p 的优先级分配 优先级是指在呼叫建立时给该呼叫指配一个优先级别，并和该呼叫的建立时 间类型一起来参与网络资源的竞争与调配。比如，在铁路紧急呼叫区域内，不管 是否有空闲的信道，紧急呼叫必须马上建立。e m l p p 业务优先级功能可以为编 组调车通信与列车辅助通信根据不同的要求提供高低不同的优先级，强拆功能可 使正在进行的低优先级通话马上释放信道，让位于高优先级呼叫。 e m l p p 的资源抢占 资源抢占是指当网络没有空闲资源可用时，具有较高优先级的呼叫将抢占正 在被较低优先级呼叫占用的信道资源。e m l p p 的资源抢占能力指在建立一个高 优先级呼叫时无线接口或g s m r 网络发生拥塞，或一个高优先级呼叫切换到一 个拥塞小区时，网络拆除一些进行中的、较低优先级的呼叫，将资源分配给较高 优先级呼叫使用的能力。本论文着重讨论语音呼叫过程中，高优先级用户对上行 信道资源的抢占。 2 5 编号方案 编号方案规定了在g s m r 网络中进行呼叫所使用的号码的结构，号码的内 容包含了移动用户的地址信息。号码具有身份认证和寻址功能，在建立呼叫时， 号码可以为呼叫提供路由信息和移动用户的位置信息，因此可以作为语音呼叫时 建立连接的依据。 2 5 1g s m r 网络用户号码的结构 l 、国际g s m r 网络用户号码的结构 国际g s m r 网络用户号码由两部分组成：国际代码( i c ，i n t e r n a t i o n a lc o d e ) 、 国内g s m r 网络用户号码组成。如图2 - 5 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 k ! 空! ! 竺：竺! 竺! ! ! 竺 ，l 图2 5g s m r 网络用户号码的结构 国际代码( i c ) 用于将呼叫路由到其他国家g s m r 网络，我国铁路g s m r 网络国际代码( i c ) = 0 8 6 。 2 、国内g s m r 网络用户号码 图2 - 4 中，国内g s m r 网络用户号码是由呼叫类型( c t ，c a l lt y p e ) 和用户 号码( u n ，u s e rn u m b e r ) 组成。 ( 1 ) c t 用来区分g s m r 网络内不同类型的呼叫，由1 到3 个数字组成， 其定义见表2 1 。 表2 - 1 呼叫类型 呼叫类型c t用途 1 短号码 2 车次功能号 3 机车功能号 4 车号功能号 5 0语音组呼 5 l 语音广播 ( 2 ) c t _ 2 ，3 ，4 ，9 1 等时，u n 由用户识别号( u i n ，u s e r i d e n t i f i c a t i o n n u m b e r ) 和功能码( f c ，f u n c t i o nc o d e ) 组成。 。 ( 3 ) c t = 5 0 、5 1 ，u n 由业务区号s a ( s a ，s e r v i c ea r e a ) 和组i d 组成。 s a 为5 位数字，用来确定组呼和广播的有效区域，在m s c 管辖范围内统 一分配。在m s c 管辖范围的边界地区，业务区在双边协调的基础上分配。业务 区分为调度辖区、车站基站区、相邻3 车站及区间、相邻3 基站小区等类型。 组d 为3 位数字，目前定义了列调、货调、电调及维修等调度组呼，以及 各工种的专业组呼1 3 2 , 3 3 】。见表2 2 所示。 表2 2c t = 5 0 、5 1 组标识定义表 组标识( g i d )优先级组呼类型 l x x 保留国内使用 2 x xo 、2 、3 列车调度组呼 3 x x4 货运调度组呼 4 x x4 牵引供电调度组呼 5 x x0 、2 、3 调车及维修组呼 6 x x 7 x x4 调度、车务、公务、电务、机务、车辆、 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 站场、施工养护、道口、应急通信等组呼 8 x x 9 x x保留国内使用 0 x x 保留国内使用 其中，调度身份用户包括各类调度通信业务的调度员和值班员。 2 5 3 移动用户号码及固定用户号码 每个移动台可以使用一个或多个号码用作呼叫号码，这些号码采用i s d n 的 编号方案，称为移动台的i s d n 号( m s i s d n ) 。 m s i s d n 号码由两部分组成：国家代码( c c ，c o u t r yc o d e ) 、国家移动台 号码组成，国家移动台号码由国家目标代码( n d c ，n a t i o n a ld e s t i n a t i o nc o d e ) 和用户号码s n 。如图2 - 6 所示： 广 广 厂 国家代码i 】国家目标代码用户号码 ! !型里! ! j 整墅鱼鱼堕! ! 里塑兰曼 - i 图2 6m s i s d n 的号码结构 我国国家代码c c 为8 6 ，n d c 为国家目标代码，暂定为1 4 9 。用户号码s n 长度为8 位，移动用户号码结构为：h l r 识别号( x 1 x 2 x 3 ) + 移动用户号码 ( x 4 x 5 x 6 x 7 x 8 ) 。移动用户号码中，x 4 表示用户类型o 1 ，5 “为预留，2 4 为调度通信用户，7 - 9 为其他用户。x 8 表示不同工种的用户。固定用户结构为： f a s 识别号( x 1 x 2 x 3 ) + f a s 用户号码( x 4 x 5 x 6 x 7 x 8 ) 。f a s 号码中，x 4 表示路局内的f a s 局向。x 8 表示不同工种的用户【3 2 矧。 2 5 4 位置区识别码 位置识别码( l a i ，l o c a t i o na r e ai d e n t i f i c a t i o n ) 的组成由移动国家代码 ( m c c ，m o b i l ec o u n t r yc o d e ) 、移动网络代码( m n c ，m o b i l en e t w o r kc o d e ) 与位置区代码( l a c ，l o c a t i o na r e ac o d e ) 组成，如图2 7 所示： 图2 7 位置区识别码结构 我国的m c c 为4 6 0 ，m n c 表示所在国家的g s m r 网络代码，现在暂定为 2 0 ，l a c 由一个2 字节1 6 进制码( x 1 x 2 x 3 x 4 ) 组成，x 1 x 2 全路在各局统一 分配，如成都为6 1 ，北京为2 1 。x 3 x 4 由各局按行车调度分配【3 3 2 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 2 5 5 全球小区识别码 全球小区识别码( g c i ，g l o b a lc e l li n d e n t i f i c a t i o nc o d e ) 是用来识别一个基 站小区所覆盖的区域，可以表示为小区的标识( c e l l i d ) ，在l a i 的基础上再加 上小区识别码( c i ，c e l li d e m i f i c a t i o n ) 构成【3 ，3 2 1 ，其结构如图2 8 所示： 图2 8 全球小区识别码 小区识别码c i 由2 字节1 6 进制码( x 1 ) ( 2 x 3 x 4 ) 组成，由各m s c 自定。 2 6 本章小结 本章从g s m r 系统功能出发，对比了v g c s 和v b s 两种语音呼叫业务实 现方式的不同点，列举了语音组呼和广播业务在无线调度通信中的应用，介绍了 e m l p p 的实现原理，系统阐述了g s m r 的编号方案，其中包括用户号码和位置 码的定义，为后续章节的系统仿真实现奠定基础。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 第三章高级语音呼叫业务流程分析 消息序列图可以方便地表示出消息在各个模块问的流向，消息所携带的参数 以及消息内容的变化等，都可以直观地表示在消息序列图中，这对了解和分析消 息在各个模块间的传递带来了很大的方便。同时，消息序列图还可以直观地描述 消息发送的先后次序【3 6 】。基于以上特点，本文利用消息序列图，辅助进行高级 语音呼叫业务方案的具体流程探讨。 本章针对高级语音呼叫业务处理的具体流程进行详细设计，以消息序列图的 形式进行描述说明。消息序列图可以更加直观地描述呼叫过程及各子进程的配合 处理。高级语音呼叫业务处理流程的详细设计参照了基本呼叫的相关协议，以及 补充业务相关协议【3 7 4 1 1 ，从呼叫建立的不同阶段( 呼叫的发起、建立、上行信 道管理、抢占和呼叫释放等阶段) 和主叫用户所属的不同m s c 管辖范围( 主叫 用户处于主控m s c 还是中继m s c 的管辖范围) 这两个角度，对v g c s 功能实 现的业务流程进行了分析，为后续程序的编码设计提供一定的参考。 本章对于语音呼叫业务的流程分析，着重于对语音组呼业务流程的分析。正 如2 2 节所述，实现v b s ，只需要为主叫用户分配上行信道进行讲话即可，它不 支持讲话者与聆听者间角色的转变，只有在广播呼叫彻底释放以后，其他用户才 能进行v b s 呼叫。显见，相对于v g c s ，v b s 的实现过程更为简单，在本文进 行软件仿真实现时，可以视为是v g c s 实现过程的情况之一，限于文章篇幅， 本章不再单独做详细分析。 3 1 业务用户发起呼叫 业务用户( 这里主要指移动业务用户) 发起语音呼叫时，依据不同的m s c 管辖范围，可以分为业务用户处于主控m s c 和中继m s c 两种情况，具体实现 流程分析如下： 3 1 1 在主控m s c 区发起n t n l i 流程 业务用户在主控m s c 区发起组呼，其组呼区域中的用户可能包括本m s c 区的用户，中继m s c 区的用户以及固网用户( 如调度员以及车站值班员) 等。 为了使分析过程具有普遍性意义，本节所分析的情况，包含了以上三种用户。业 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 务用户在主控m s c 区发起呼叫流程如图3 1 所示： 信邋请求 信道分配 业氟请求 业务请隶核查开五 l 一2 - 组呼业务 一3 - 扳臻砖j 一，一 鉴 鸱里一一一一_ _ - 一密过程 l ! 竺! 妻垩塑皇 棱查发起 组呼权限 一6 - 权限确认 一6 一 专用借it 指配过程 - 7 一一一 查询组 呼一性 一 一性运回 莲接固思调度员 建立s c c p 连接 一 组呼信道分配请求 1l 一 组呼信道分配 一】1 t 丧习；接 组呼可以开始 发送主叫i m s l 号 1 j 固同连接建立 组呼信谨建立 一 i ，、 - - - - - - - - - 11 一 呼叫毫工 上信道释放坠 。 上倩遣空用 l l配钨呼j 信道 图3 1 业务用户处于主控m s c 发起呼叫流程 其中，m s 指当前发起呼叫的用户，m s 指组呼区的其他用户，b s s 指m s 所属基站子系统，m s c a 指m s 所属主控m s c ，v l r 指拜访寄存器，g c r 指 组呼寄存器，f n t 指固网调度员，m s c r 指属于组呼区的中继m s c 。 ( 1 ) 业务用户向网络发起信道分配请求，并在消息中指明请求原因为要发 起语音呼叫。b s s 发送立即指配消息，为发起信道请求的移动用户分配一条独立 专用控制信道( s d c c h ) ，以便使用此信道发送后续的交互信令。 ( 2 ) 业务用户在接收到b s s 为其指配业务信道消息后，向m s c 发送业务 请求消息，指示请求业务为v g c s ，其中包含了组呼的初始信息。 ( 3 ) m s c 将接收到的组呼初始信息发送给v l r ，与v l r 中的用户注册数 据进行对比，以确认此用户是否有开通组呼业务，并将校验的结果返回给m s c 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 ( 4 ) m s c 发起鉴权和加密过程应答用户发起的业务请求，用户对m s c 发 起的鉴权进行应答。 ( 5 ) 用户在收到网络应答业务请求的消息后，将向网络发送s e t u p 消息( 或 用环压m e d i a t e s e n j p 消息来发起紧急语音呼叫) ，向m s c 提供该v g c s 的详 细信息，包括默认优先级和组i d 等。 ( 6 ) m s c 将s e t u p 消息中包含的该组呼的d 号发送给v l r ，v l r 通过 与所存储的该用户已激活的组呼i d 列表进行对比，来确认用户是否具有发起该 组呼的权限，并且将权限确认结果返回给m s c 。 ( 7 ) 如果网络允许该用户发起此组呼，m s c 将请求b s s 为此组呼发起用 户分配一条专用信道。b s s 为该发起用户分配专用信道，并向该用户发送指配命 令消息。用户接收到指配命令消息后，如果能够接受所分配的信道，将返回一条 指配完成消息给b