（通信与信息系统专业论文）gsmr传输干扰率的研究及测试软件的开发.pdf

j i 盔塞蠛盔堂亟 土翌这簸奎童塞擅鏊 中文摘要 摘要：g s m r 是建立在g s m 基础上的铁路专用系统，该系统作为铁路综合通信 平台，主要鹰受黄列羧等涉及安全闷题鸵应用，嚣此期络熬运行憷能帮廪垂成为 铁路运管的关键因素之一，研究铁路环境下g s m r 网络数据传输服务质量问题就 显得极为重要。本文生要介缨了电路域q o s 测试中传翰予拢率豹指标，通过对指 标的分析指导测试软件的丌发和应用。 第一章弓l 墓对g s m r 系统在列控孛的疲雳现状傲了篱单豹介绍，之卷又介绥 了传输干扰率的应用状况。 第二章分缓了g s m - r 数搓传输的模式弱过程，然后对q o s 以及关键幢g 指标 作了介绍，最后分析了两个参数，端到端传输延迟和传输干扰率。 第三三章善先穷绍了数据链路层豹协议，其次对镥输干扰率作重点分析。 第四章在前几章分析的璁论基础上，对测试分析软件的设计和开发作了一个介 绍，最螽附土了一个爨体翡溅试流程作为论证。 第五章对全文做出总结，以及提出未来的研究方向。 关键因：g s m r 、q o s 溺 式、e t c s 、数据传输予扰率、关键惶能指标 分类号：t n 9 1 5 8 5 2 j e 塞銮通厶堂亟堂位j 佥塞旦曼! 王 a bs t r a c t a b s t r a c t ：o nt h eb a s i so fg s m ，g s m - ri so n eo fs p e c i f i c a l l ys y s t e m sf o rt h e r a i l w a y a st h ep l a t f o r mo ft h er a i l w a yi n t e g r a t e dc o m m u n i c a t i o n ，i t h a sag r e a tr o l e f o rt h ea p p l i c a t i o ni nt h es a f e t yf i e l d ，s u c ha st h et r a i nc o n t r o le r e o n eo ft h ek e y f a c t o r sf o rt h er a i l w a yo p e r a t i o ni st h ep e r f o r m a n c ea n dq u a l i t yo ft h en e t w o r k t o r e s e a r c ht h eq u a l i t yp r o b l e mo ft h eg s m rn e t w o r kd a t at r a n s m i s s i o no f f e r i n gi nt h e r a i l w a yi so fg r e a ti m p o r t a n t t h i sp a p e rm a i n l yd e s c r i b e st h ei n d e xo ft r a n s m i s s i o n i n t e r f e r e n c er a t ed u r i n gt h eq o st e s t i n gi nt h ec i r c u i td o m a i na n dg u i d et h e d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no ft h et e s t i n gs o f t w a r eb ya n a l y z i n gt h ei n d e x c h a p t e ri i n t r o d u a i o nb r i e f l yi n t r o d u c e st h ea p p l i c a t i o ns t a t u so ft h eg s m - ri n t r a i nc o n t r 0 1 n e x t ，i n t r o d u c et h es t a t u so f t r a n s m i s s i o ni n t e r f e r e n c er a t e c h a p t e ri ii n t r o d u c et h em o d u l ea n dp r o c e s so ft h eg s m r d a t at r a n s m i s s i o n ，t h e n i n t r o d u c et h eq o sa n dt h ek e yp e r f o r m a n c ei n d e x f i n a l l ya n a l y z et w op a r a m e t e r , e n d t o - e n dt r a n s f e rd e l a ya n dt r a n s m i s s i o ni n t e r f e r e n c er a t e c h a p t e ri l lf i r s t l yi n t r o d u c e st h ep r o t o c o lo ft h ed a t al i n kl a y e r s e c o n d l yf o c u s e s o nt h ea n a l y s i so ft h et r a n s m i s s i o ni n t e r f e r e n c er a t e c h a p t e rvo nt h eb a s i s o ft h ea n a l y z i n gt h e o r yi np r e v i o u sc h a p t e r s ，t h i sc h a p t e r i n t r o d u c e st h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to ft h et e s t i n ga n a l y s i ss o f t w a r e a tl a s ta t t a c ha s p e c i f i ct e s t i n gp r o c e s sa st h ed e m o n s t r a t i o n c h a p t e r sv ih a v eas u m m a r y f o rt h i sp a p e ra n dt h er e s e a r c hd i r e c t i o nf o rf u t u r e k e y w o r d s ：g s m r 、q o st e s t 、e t c s 、t r a n s m i s s i o ni n t e r f e r e n c er a t e 、k p i c l a s s n o ：t n 9 15 8 5 2 i v 致谢 本论文的工作是在我的导师彭朋和钟翠队教授的悉心指导下完成的，彭朋和 钟章队教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影口向。在此衷 心感谢三年束彭朋和钟章队老师对我的关心和指导。 钟章队教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向钟章队老师表承衷心的谢意。 彭盟和钟章队教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此 表示裘心的感谢。 在实验童工作及撰写论文期削，蒋文怡、丁建文老师还有许多同学对我论文 中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感激家人，他们的理解祁支持僮我能够在学校专心完成我的学业。 1 引言 1 1g s m r 网络在列控中的应用状况 1 1 1列控信息传输方式的发展方向 在铁路通信信号领域，轨道电路已经有百余年的历史，轨道电路在保证铁路 安全运输中起到了重要作用但是轨道电路存在缺点是传输环境恶劣，传输信息 量小，速率低；闭塞分区长度按最小制动性能列车能在红灯前停车的距离划分， 限制了区间通过能力的进一步提高；适应能力差，列车速度提高后，为保障安全， 必须增加信号显示数目甚至重新分隔轨道电路，需投入大量资会，而且改造的同 时会影响既有线路上列车的运行；轨道线路设备更新、维护费用高。历史发展到 今天，传统的基于轨道电路的列车控制系统，已经不能满足现代铁路运输信息化 发展的需要。随着人类进入高速列车时代，为了保证高速列车安全运行，实现列 车自动控制，要求列车与地面之间进行双向、大量信息传输。这些信息包括：列 车状念、列车速度、列车位置、列控信息、线路数据信息、桥隧信息及环境信息 等等。 为了增加列车与地面之间信息量的传输，国外提出几种不同的方案，有的已 投入运行，有的还在试验之中，其中包括：德国l z b 自动闭塞系统采用轨道电缆 方式，f i 本在上越新干线上采用漏泄电缆方式，欧洲e t c s 系统采用g s m r 纯无 线方式试验也在进行之中 国外于8 0 年代初，开始研究基于无线通信的铁路信号系统c b t c ( c o m m u n i c a t i o nb a s e dt r a i nc o n t r o ls y s t e m ) ，希望通过c b t c 能够降低系统造价， 节约能源，缩短列车间隔时分，增强铁路运输管理能力，增加旅客乘坐舒适性 1 9 9 5 年，国际铁路会议指出t b s 是未来铁路信号系统的发展方向。用无线方式传 输列车控制数据示现代铁路发展的方向。 c b t c ( c o m m u n i c a t i o nb a s e dt r a i nc o n t r 0 1 ) 一基于通信的列车控制系统，是 随着无线通信技术的发展及其在铁路上的应用而产生和发展起来的，就是在车载 设备和地面设备之间，利用无线通信系统双向传输列车控制信息，可以实现地面 对列车的闭环控制，并且可以传输大容量的信息，满足铁路发展对列车控制系统 的要求，是铁路列车控制系统发展的方向。 国外研究c b t c 的时间较早，技术发展也比较快，目前相对比较成熟的有欧 洲列车控制系统( e t c $ - - e u r o p e a n t r a mc o n t r o ls y s t e m ) ，北美的先进列车控制系 统( a t c s - - a d v a n c e dt r a i nc o n t r o ls y s t e m ) ，同本的计算机和无线通信列车控制系 统( c a r a t - - c o m p u t e ra n dr a d i oa i d c dc o n t r o ls y s t e m ) 等等。其中e t c s 是影响 面最广，应用的最多的一种基于无线通信的列控系统，它也是e t r m s 的一个重要 组成部分。可见无线通信是未来列车控制中车地之间进行数据传输的发展方向。 目前中国列车控制系统c t c s 正在起步和发展阶段，它参照e t c s 的分级方式分 为0 4 级，其中3 、4 级利用无线通信系统g s m r 来双向传输列控信息，是中国 铁路通信信号的发展方向。 1 1 2基于g s m r 的列车运行控制系统 下面介绍一下基于g s m r 的列车运行控制系统。 基于g s m r 的列控系统的示意图如下图1 1 所示。 图1 - 1 基于g s m r 的列控系统示意圈 f i g u r e1 1t r a i nc o n t r o lo v e rg s m - r 由图1 1 可以看出，利用g s m r 网络，地面的无线闭塞中心( r b c ) 可以和 车载设备进行双向数据通信。另外，维护管理中心( 1 ( m c ) 负责向r b c 发送用于 确保安全通信的认证密钥。线路上每隔一定距离铺设应答器，r b c 从联锁设备获 得车站联锁信息，通信传输网络一般幽光纤环路构成 2 无线闭塞中心是一个安全计算机系统，它根据来自外部信号系统( 如联锁设 备) 的信息，以及与车载子系统交换的信息，经过计算，产生发送给列车的消息 这些消息主要是列车运行许可消息，以保证列车在无线闭塞中心的管辖范围内安 全运行。g s m r 网络接入设备主要是连接无线闭塞中心和g s m r 网络的服务器， 可以方便实现接入控制。 对于车载设备和无线闭塞中心之间的信息传输，要使用g s m _ r 网络的数据承 载业务。数据承载业务是指在g s m - r 网络中，从移动侧( 如列车) 的终端设备( t e ) 到固定侧( 如r b c ) 与p s t n 或i s d n 相互作用的网关之间进行数据接入和传输。 g s m r 网络提供下列需要的承载业务和特性： 夺在电路交换模式下的数据传输； 数据传输允许多速率数据流，即速率自适应； 全速率无线信道； 夺异步透明传输模式。 所需的数据率列表如下： 表1 - 1g s m r 承载业务 t 曲i e i 】t h es e r v i c eo v e rg s m r 承载业务要求 异步2 4 k b p s 透明 可选 异步4 8 k b p s 透明 必选 异步9 6 k b p s 透明必选 在使用端到端承载业务时，对无线接口的业务质量要求的限制还不充分。必 须在业务接入点对端到端业务质量进行设定。业务接入点是指：建立或释放物理 连接的信令栈的业务接入点或者数据信道的业务接入点。 g s m r 网络应支持车速很高时，车到地和地到车的透明数据通信，如经过隧 道、坡道、桥梁和车站时的情况。网络提供的列控数据传输业务的q o s 应至少满 足下表1 2 的要求各参数对于同一列车的一个端到端连接有效。所要求的q o s 参数应独立于网络负载。这些性能指标反映了铁路运营需求，可以根据修订和可 能的变化修改。 表1 2e t c s 对g s m - r 网络q o s 需求【1 】 t a b l e1 2t h er e q u i r e dq o so fe t c sf o rg s m r 【1 】 q o s 参数 数值 移动主叫连接建立延迟 8 5 s ( 9 5 ) 。蔓1 0 s ( 1 0 0 ) 连接建立火败概率 1 0 2 端到端传输延迟( 3 0 字。仃的帧) 蔓o 5 s ( 9 9 ) 连接丢失率s1 0 - 2 h 传输干扰周期 7 s ( 9 9 ) 网络注册五亟迟 s 3 0 s ( 9 5 ) 。3 5 s ( 9 9 ) 1 0 0 0 h 。 能满足列车运行控制所需信息吞吐量和实时性要求。 必须是一种故障安全传输方式，所谓故障安全传输是指由于传输设备的故 障或传输道路的噪声使传输的信息发生错误的情况下，能够极力防止倒向 危险侧信息的错误传输的一种传输方式 要满足上述的条件，需要考察网络相应的q o s 指标是否满足要求在这不在 4 讨论其它指标，重点是传输干扰率。从最新的文档【l 】中可以看到目前对传输干扰率 的说法作了改动，衡量传输干扰率的好坏改由两个参数进行衡量，分别为传输干 扰周期和无错周期，但是其本质还是传输干扰率。 传输干扰率是一个很重要的指标，它可以衡量传输过程的误码性能，对于上 下行的信道，由于无线环境的衰落损耗，地形的复杂性的影响。以及网络本身的 组网机制的影响，特别是在小区间越区切换的地方，无线信道的性能可能不是稳 定的，是时变的，某些地点时闻传输的信息根本不可用，此时收到的信息应被丢 弃，需要重新传送该信息。只有对这些参数研究清楚，经过测试这些参数能够满 足规范设定的值才可以放心地采用无线方式传输列控信息。 欧洲法国，德国，意大利三国在传输干扰率指标测试中，认为该指标可以衡 量误码性能对列车控制信息传输的影响，这些将在文中去讲述，因此，国内也采 用传输干扰率作为电路域q o s 测试的个重要指标。 目前，q o s 测试在青藏线积极进行着，包括北电公司和北京交通大学g s m r 实验室都在这方面做出了自己的测试软件，理论都基于s u b s e t - 0 9 3 协议。传输干 扰率指标测试的差别在于，北电公司发送的帧格式并不完全符合协议中的规定， 只是近似成协议中的帧。因此，在统计方面，两家统计的方法也有差别。 i 3本论文的主要工作和贡献 本论文在自 人的分析的基础上，开发实际的测试软件和分析软件，验证理论 的可行性，重点分析传输干扰率。 本论文的主要工作与贡献： 夺深入分析o s m - r 网络原理及相关规范； 分析g s m - r 数据传输原理； 分析了q o s 测试原理； 根据实际需求开发q o s 测试软件以及传输干扰率分析软件； 在青臧线进行实际测试，分析测试数据。 2g s m r 数据传输与关键性能指标 本文的目的就是要对传输干扰率进行定性定量的测试，因此。本章将叙述数 据传输原理，这样在实际测试过程中，对数据的流程将会更加清楚明白。此外， 为了方便下一章的叙述，在本章的后半部分还对q o s 参数以及关键性能指标作了 叙述，作为下一章的铺熟。 2 1 数据传输模式 数据传输有两种模式：透明和非透明模式【4 】。 ( 1 ) 透明模式( t 模式) 透明模式下信息流通过无线信道时仅由无线信道传输方案提供的前向纠错机 制完成纠错，t a f 和i w f 之间的路径可以看成为同步电路，两者之间有固定的吞 吐量和传输时延，但误码率不定。采用透明模式在传输速率较低的情况下能得到 较好的传输效果。 ( 2 ) 非透明模式( n t 模式) 除了由无线信道传输方案提供的前向纠错机制外，该模式在t a f 和i w f 之间 使用了差错重发机制，当另一端未能正确收到本端发送的信息时，本端能重发该 信息在非透明模式下，t a f 和i w f 之间的信息传输可以看作为分组数据流，其 残余误码率优于透明模式，但是吞吐量和传输时延会随着无线信道传输质量情况 而变化。 作为一种分组传送方式，非透明模式必然涉及两个关键技术：一是t a f 和i w f 之间的无线链路规程协议( r i j ) ，它负责信息的差错检查和重发；另一个是信息 的流量控制，它有三种方式：端到端的控制、反压式控制和r l p 接收未准备好控 带0 。 2 2 数据传输过程 在g s m r 网络中，数据的单向流程为，车载应用数据经过一系列速率适配和 协议处理后，传送至移动交换机m s c ，m s c 中的i w f 将数据转换成固定网络 ( i s d n ) 要求的格式后，再将其送至固定端。 2 2 1m s 数据流程 6 m s 中的数据业务流程如图2 1 所示 、 l j 6 i2 - 1m s 中的数据业务流样 f i g u r e2 - it h ed a t as e r v i c ep r o c e d u r ei nm s r a 0 模块功能【习 用户数据一般采用异步方式发送，通过r a 0 实现了异步数据和同步数据之间 的转换。转换方法是把输入的异步数据通过填充附加的“停止比特”，使其速率刚 好等于相同的同步数据速率或者最接近的较高同步数据速率。r a 0 输出的速率为2 的n ( 0sns6 ) 次方乘以6 0 0 k b i t s ，1 4 4 k b i t s 或2 8 8 k b i v s 。因此，对于速率为 7 5 b i t s 和3 0 0 b i t s 的异步用户数据都适配到速率为6 0 0 b i t s 的同步数据。表2 1 给 出了g s m - r 中r a 0 的速率转换关系。 表2 - 1g s m r 中r a 0 适配对鹿芙系 异步刖户数据速率同步用户数据速率 0 6 k b i t s 0 6 k b i v s 1 2 k b i t s1 2 k b i t s 2 4 k b i t s2 4 k b i t s 4 8 k b i t s4 8 k b i t s 9 6 k b i t s9 6 k b i f f s 对于9 6 k b i t s 的异步用户数据，转换成9 6 k b i t s 的同步用户数据时，采用的 是修改过的c c i t tv 1 1 06 0 比特帧格式。通过这种帧格式转换，用户数据速率为 9 6 k b i t s 时，可以计算出帧的速率达到了1 2 k b i t s 转换后帧格式如表2 - 2 所示 表2 - 29 6 k b i t s 的同步用户数据帧格式 t a b l e2 - 2t h ef r a m ef o r m a to f 9 6 k b i f f ss y n c h r o n a lu s e r s 字节编比特编号 号 1234567 o d 1d 2d 3d 4d 5d 6s 1 l d 7d 8d 9d 1 0d d 1 2x 2d 1 3d 1 4d 1 5d 1 6d 1 7d 】8s 3 3d 1 9d 2 0d 2 】d 2 2d 2 3d 2 4s 4 4e 4e 5e 6e 7d 2 5d 2 6 d 2 7 5 d 2 8d 2 9d 3 0s 6 d 3 l d 3 2 d 3 3 6d 3 4d 3 5 d 3 6x d 3 7 d 3 8 d 3 9 7d 4 0d 4 l d 4 2 s gd 4 3d 4 4d 4 5 8d 4 6d 4 7d 4 8s 9 - r a ! ，模块功能【6 】 r a l 实现了同步数据速率与无线接口速率之间的转换。表2 3 给出了g s m r 中p a l 的速率转换关系。 表2 - 3g s m r 中r a l 适配对应关系 t a b l e2 - 3r a t ea d a p t i o n1 i ng s m - r 同步_ l = i j 户数据无线接口速率 2 4 k b i d s3 6 k b i t s 4 8 k b w s 6 k b i t s 9 6 k b i l j s1 2 k b i t s 2 2 2b s s 数据流程 b s s 中的数据业务流程如图2 - 2 所示。 b s s 信道编码单元c c u码型变换器 r a l r a l i t r a u u m ff e cljr a ailr a ahr a 2 卜 8 豳2 - 2b s s 中的数据业务流程 f i g u r e2 - 2d a t as e r v i c ep r o c e d u r ei nb s s r a l r a l 模块功能【7 】 数据通过u m 接口发送到b s s 后，r a l r a l 模块进行无线接口速率和中间速 率的透明转换。r a l 先把无线接口速率转换成同步数据速率，r a l 再接着转换成 中间速率。通过比特重复和附加帧可以转换为以下几种中间速率：8 k b i t s ，1 6 k b i t s ， 3 2 k b i f f s 或6 4 k b i t s 。表2 7 给出了g s m r 中r a l 模块的速率转换关系。 从r a l 输出的数据采用c c i t tv 1 1 0 协议里规定的8 0 b i t s 帧格式。下面以 2 4 k b w s 和9 6 k b i t s 的同步用户数掘为例，说明帧格式的转换。 2 4 k b i f f s 的同步用户数据速率转换成8 k b i e s 的中问数据速率，转换后的帧格 式如表2 _ 4 所示。 表2 4g s m - r 中r a 适配对应关系 同步用户数据速率 中阃速率 s2 4 k b i t s 8 k b i t s 4 8 k b i f f s8 k b i t s 9 6 k b i d s1 6 k b w s 表2 - 52 4 k b i t s 同步用户数据到8 k b i t s 中间速率适配帧格式 字：肖 比特编号 编号 1 2345678 00oo00ooo 1 1d ld 1d 2d 2d 3d 3s 1 21d 4d 4d 5d 5d 6 d 6x 31d 7d 7d 8d 8d 9d 9s 3 4ld l od 1 0 d 1 1d 1 1d 1 2d 1 2s 4 511】0 e 4 e 5e 6 e 7 61d 1 3 d 1 3d 1 4d 1 4d 1 5d 1 5s 6 71d 1 6d 1 6d 1 7d 1 7d 1 8 d 1 8x 81d 1 9 d 1 9d 2 0d 2 0d 2 ld 2 ls 8 91d 2 2d 2 2d 2 3d 2 3d 2 4 d 2 4s 9 可以看出，对于8 0 比特的v 1 1 0 帧，其中含有数据2 4 比特，对用户数据进行 了比特重复。j 下好满足如下关系式： 8 0 ( b i t f r a m e ) ，2 4 ( b i f f f r a m e ) = 8 ( k b i t s ) 2 4 ( k b i t s ) 9 9 6 k b i t s 的同步用户数据速率转换成1 6 k b i t s 的中间数据速率，转换后的帧格 式如表2 - 9 所示。 可以看出，对于8 0 比特的v 1 1 0 帧，其中含有数据4 8 比特。f 好满足如下关 系式： 8 0 ( b i f f f r a m e ) 4 8 ( b i t r e a m e ) = 1 6 ( k b i l s ) ，9 6 ( k b i t s ) - r a a 模块功能网 在c c u 和t r a u 之间是以t r a u 帧方式进行传输的，其传输速率是1 6 k b i t s 。 因此，r a a 实现了c c i t t v 1 1 08 0 比特帧格式和t r 觚) 数据帧位置区中修改后的 c c i t tv o l l o7 2 比特帧格式之间的转换。只需将用户同步的全0 字节去掉或者加 入。t r a iy 的数据帧格式如表2 - 6 所示。 袭2 - 69 6 k b i t $ 同步用户数据剑1 6 k b i t s 中间速率适配帧格式 t a b l e2 - 6t h ef r a m ef o r m a to f s y n c h m n a lu s e r d a t af r o m9 6 k b i t st o1 6 k b i f f s 字节比特编号 编号 i2 3 45 6 7 8 oo0oo00o 11 d 1 d 2d 3d 4d 5d 6s 1 21d 7d 8d 9d 1 0d 1 1d 1 2x 31d 1 3d 1 4d 1 5d 1 6d 1 7d 1 8s 3 4ld 1 9d 2 0d 2 1d 2 2d 2 3d 2 4s 4 5 1e 1e 2e 3e 4e 5 e 6e 7 61d 2 5d 2 6d 2 7d 2 8d 2 9d 3 0s 6 71d 3 ld 3 2d 3 3d 3 4d 3 5d 3 6x 8ld 3 7d 3 8d 3 9d 4 0d 4 1d 4 2s 8 9ld 4 3d 4 4d 4 5d 4 6d 4 7d 4 8s 9 1 r i 认u 帧格式中，c 1 一c 1 5 为控制比特，其编码格式如表2 7 所示。数据帧位 置区l 4 存放的是v 1 1 07 2 比特帧。帧的填充规则如下： 中间速率为8 k b i t s 的速率适配过程：将两个v 1 1 07 2b i t 数据帧填入到一 个t r a u 数据帧中。其中，第一个数据帧填入位置区1 ，第二个数据帧填 入位置区3 。在n 认u 的数据帧位置区2 和4 中，所有的比特都填入“1 ”； 中间速率为1 6 k b i f f s 的速率适配过程：将四个v 1 1 07 2b i t 数据帧填入到 个t r a u 数据帧中其中，第一个数据帧填入位置区1 ，第二个数据帧填 入位置区2 ，依次类推。 如果数据帧在矸u 帧之前结束，则泌u 帧中余下的位置区中均填入“1 ”。 1 0 表2 7t r a u 数据帧格式 t a b l e2 7d a t af r a m ef o r m a to f t r a u 字诲编号 比特编号 l234567 8 0o00ooo0o l o00oo00o 2lc 1c 2c 3c 4c 5c 6c 7 3 c 8c 9c 1 0 c 1 1 c 1 2c 1 3c 1 4 c 1 5 41 5 1 6 1 7l数据帧位置区1 81 6 3b i t ( 包括9 个“1 ”的同步比特，共7 2b i t ) 9l l o 1 1 1 1 1 21 1 3 2 l1数据帧位置区2 2 2 3 0 l 数据帧位置区3 3 】1 3 21 3 3l 3 4l数据帧位置区4 3 51 6 3b i t ( 包括9 个“1 ”的同步比特，共7 2b i t ) 3 61 3 7 1 3 8 1 3 91 表2 - 8t r a u 数据帧格式 t 曲l e2 8d a t af r a m ef o r m a to f t r a u 描述 上行下行 帧类型c 1 c 5 ：c 1 c 5 ：1 0 1 1 0 ( c 1 c 5 ) 0 1 0 0 0 中间速率适配 0 ：8 k b i t s0 ：8 k b i t s 比特率 l ：1 6 k b i t s1 ：1 6 k b i t s ( c 6 ) c 7 c 1 5 空闲( 设置为空闲( 设置为 “1 ”)“1 ”) c c u 中的r a a 模块把中间速率的帧( 8 0 b i t ) 力l 入到t r a u 帧中( 变成7 2 b i t ) ， t r a u 模块中的r a a 模块则把t r a u 帧中的中间速率帧取出来，传输给r a 2 模 块，进行最终速率的适配。 一r a 2 模块功能f 9 】 r a 2 实现了8 k b i t s 、1 6 k b i t s 中间速率和6 4 k b i t s 最终数据速率之间的转换。 6 4k b i t s 的数据以8 个比特为一个单元，中间速率数据按下列规则适配到“ k b i t s ： 8k b r s 的数据流占用8 个比特中的第1 个比特，即每个比特后面填入7 个“1 ”； 1 6k b i t s 的数据流占用8 个比特中的第1 、2 个比特，即每连续2 个比特 后面填入6 个“1 ”； 所有未用的比特都填“l ”。 例如，假设用户数据用d 表示，适配结果如表2 - 9 所示。 袭2 - 9 中间速率到最终速率的适配 比特数 l2345678 8 k b i t s 数据适配 d l l1 lll l 结果 1 6 k b i t s 数据适 ddjll1l1 配结果 用户数据适配到6 4 k b i t s 以后，就进入交换机进行交换。 2 2 3m s c 数据流程 m s c 中的数据业务流程如图2 3 所示。 2 占一i 伍幻 幽 幽2 - 3m s c 中的数据业务流程 f i g u r e2 - 3d a ms e r v i c ep r o c e d u r ei nm s c g s m r 与其它网络的互连，需要i w f 来实现。i w f 是位于m s c 中的一个功 能模块，在i w f 中的数据处理是以用户速率进行的，这就需要对数据速率进行调 整。因此6 4 b i f f s 的数据逐步通过r a 2 ，r a l 和r a o ，实现和m s 、b s s 中相反的 适配过程。接下来根据用户终端业务类型，选择适配到p s 耵i 网络还是i s d n 网络， 从而实现g s m r 与其它网络的互连【1 0 l 。 2 3q o s 及其参数介绍 2 3 1 q o s 定义 q o s 的最初定义由i t u - t 给出：“q o s 是一个综合指标，用于衡量使用一个 服务的满意程度。”q o s 的进一步定义可在r a c e ( r e s e a r c hi n t oa d v a n c e d c o m m u n i c a t i o n f o r e u r o p e ) 中找到：“q o s 描述了关于一个服务的某些性能特点。 这些性能特点是用户可见的，它以用户可理解的语言表示为一组参数。这些参数 具有客观值或者主观值。”客观值刻画了系统的行为性能( 如失败概率、吞吐量) ， 主观值刻画了系统的其它服务性能( 如安全性、优先级) 。 通俗地说，q o s ( q u a l i t yo fs e i c c ) 即服务质量，是指发送端和接受端的用 户之间，以及用户和传输信息的集成服务网络之间关于信息传输的质量约定。服 务质量包括用户要求质量( u s e rr e q u i r e m e n t ) 和网络服务系统提供者的行为 ( a c t i v i t y ) 。 对用户来说，q o s 是业务的质量要求，而对网络来说服务质量最终体现为网 络性能。i t u t 的e ，8 0 0 建议认为；服务质量是业务性能的集中体现，这些业务性 能决定了用户对业务的满意程度，网络性能是网络的一部分在用户之间提供通信 的能力，网络性能对业务性能的完整性有重要影响。 2 3 2 关键性能指标k p i q o s 可以用一系列具体参数来描述，在不同的网络中，被选择用来描述q o s 的具体参数也可能有所不同。用于描述g s m r 网络的q o s 参数包括： ( 1 ) 与呼叫控制有关的参数 呼叫控制参数包括连接建立时延、连接建立成功率等，这些参数描述终端发 起呼叫时，网络能否接受这个呼叫，并成功地为这个呼叫建立一条连接，以及从 呼叫发起到连接建立所需的时间。网络性能中与呼叫有关的参数决定于网络的可 用资源、网络处理信令的能力、速度以及网络的状态。 ( 2 ) 连接保持过程中的参数 连接保持过程中的参数有：连接丢失率、最大切换中断时间、切换成功率。 ( 3 ) 与信息传递有关的参数 与信息传递有关的网络性能参数有上行下行3 0 字节消息端到端传输时延、数 据传输干扰率等。 2 4 数据传输q o s 参数分析 2 4 1 端到端传输延迟 端到端传输延迟( e n dt oe n dt r a n s f e rd e l a yo f3 0b y t em e s s a g e ) 定义为请求 转移运载者用户数据块与显示成功转移端到端用户数据块之间的实耗时间。测试 中一般测试一组数据的传输延迟，假定数据块为3 0 字节，每个字节为1 0 比特， 测试其从发端发送到收端接收的时间。计算传输延迟时要减掉发端发送数据的时 间( 或者收端接收数据的时间) 。如下图2 - 4 所示，”是从开始发送到完成接收 3 0 字节数据的延迟时间，要在t 3 中减去t 1 得到的才是端到端的传输延迟。 c a u e rc a l l e d s t a r ts e n d i n g s t a r tr e c e i v i n g e n dr e c e i v i n g 4 t 3 图2 - 4 端剿端传输时延示薏图 f i g u r e2 - 5e n dt oe n dt r a n s f e rd e l a ys k e t c hm 印 端到端传输延迟的计算公式如下： t r a n s f e r d f a y t 3 = t i m e ( e n d d a t a r e c e p t i o n ) - t i m e ( s t a r t d a t a e m i s s i o n ) ( 2 1 ) t r a n s f e r d e l a y t 2 = t r a n s f e r d e l a y t 3 一t 1 ( 2 - 2 、 测试方法是在m s 和p c 自j 的r s 2 3 2 接口，以及i s d n 调制解调器和p c 间的 r s 2 3 2 接口之间收发数据块。测试中要求发送方和接收方的时间保持同步，或者 采用一个带有记录和输出设备的数字示波器，将两个接口的信息都连接到数字示 波器。如图2 5 所示，这样就不需要对两侧事件的时间戳进行外部同步。e u r o r a d i o f f f i s 所要求的异步数据格式为：1 个起始比特，8 个数据比特，一个停止比特。 因此，一个3 0 字节的消息相当于2 4 个字符。测试中要采用足够多的的测试样点， 以保证真正结果不会比测得的结果长1 0 有9 5 的置信区间测试过程中会进行 该计算。要取3 0 个样点中的最小值。 计算方法定义如下： n fs a m p l c s 2 8 94 i s t a n d a r d d c v i a t i o no f d d a y , l i n l e u l 、a l u oo t d c l a 、 i 图2 - 5 发送币i 接收协同定位的测试系统示意图 f i g u r e2 - 5t e s ts y s m ms k e t c hm a p u i c s u b s e t - 0 5 2 中规定3 0 字节数据块端到端平均传输延迟为4 0 0 m s 到 5 0 0 m s 。而u i c s u b s e t - 0 9 3 中规定3 0 字节数据块端到端最大传输延迟小于等于 5 0 0 m s 】 下表是m o r a n e 公布的法国s n c f 、意大利f s 及德国d b 三条试验线测试 结果：( 数据速率9 6 k b i f f s ) 袭2 1 0 端到端传输延迟( 9 ，6 k b i f f s ) t a b l e2 - 10e n dt oe n dt r a n s f e rd e l a y ( 9 6 k b i t s ) 线路测试m o c 平均测试m o c 平均延迟测试m o c 平均延迟 ( 速度l c f n h ) 样点延迟 样点 样点 数数数 s n c f ( 3 0 0 ) 5 6 82 5 0 m s4 2 52 6 1 m s ( a l c a t e l )o r t e l ) f s ( 2 0 0 ) 1 0 02 2 1 m s d b ( = 2 0 0 ) 5 82 4 7 m s2 9 62 5 8 m s8 1 42 1 4 m s ( a l c a t e l )( n o r t e l ) ( s i e m e n s ) 表2 - 1 1 端剑端传输延迟( 2 4 k b i f f s ) 线路测试样点数m o c 平均延迟测试样点数m o c 平均延迟 ( 速度k m h ) s n c f ( 8 0 )8 3 92 2 4 m s2 3 92 6 1 r a s ( a l c a t e l ) o r t e l ) 从上表2 1 0 和表2 1 1 中可以看出三条试验线的测试结果完全满 u i c s u b s e t - 0 5 2 对端到端传输延迟的要求。 2 4 2 传输干扰率 传输干扰率( t r a n s m i s s i o ni n t e r f e r e n c er a t e ) 是u i c 定义的e t c s 对g s m r 网络性能要求的一个新指标。描述g s m r 网络误码性能对列车控制信息传输的影 响，用一段时间内传输干扰发生的次数来表示网络的误码性能。 传输干扰率定义为单位时间内传输干扰期的次数。干扰时间超过规定的最大 可接受时间1 v r i ，或者恢复期小于规定的最小可接受时间t r e e ，就算作一个干扰 期。这里传输干扰指的是接收数据帧中任意数目字节与发射数据流中对应的字节 不一致。 传输干扰率中定义的两个定时器：传输干扰的最大可接受持续时间( 1 旺) 和 恢复最小可接受持续时间( t r e c ) 来监督传输干扰时间和恢复时间。 下列两种情况下，传输干扰时蒯的数值( 用来计算传输干扰率) 也要增加： 如果定时器n 1 终止而定时器m c 不工作：例如，传输干扰时间比指定 的最大值长。 如果在定时器t r e c 工作期间启动定时器r n ：例如，恢复时间比指定的 1 6 最小值短 假定在接收数据流中的一个字节与发送数据流中的相应字节不一致时启动定 时器珊定时器r n 从来不被迫停止或重新启动。 假定在接收数据流中的一个字节与发送数据流中的相应字节一致时启动定时 器也c 。定时器n 也c 在以无误方式传输的最后一个字节停止。 t 翻r t - t i m w h 围2 - 5t i r 的测量 f i g u r e2 - 5t e s to f t i r 1 传输干扰率测试的前提条件： 测试接口为i o s m ( t ) 和1 f i x ( t ) ，测试点就是i o s m ( t ) 和i f i x ( t ) 连接已成功建立。 当接受数据流中的一个字节与发射数据流中相应的字节不一致时，传 输干扰开始。 第一个错误字节以后，其他错误字节的出现可能是没有规则的，在某 些情况下有一定的规则。传输干扰终止于恢复期开始前最后一个错误 字节。恢复期的标志就是接受数据流和发射数据流一致 如果恢复期小于规定的最小可接受时间n m c ，那么这段时间应作为 传输干扰期的一部分。因此，正确字节中分布着错误字节的一个序列 应看作一个干扰。 如果错误字节持续时间小于规定的最大可按受传输干扰时间1 t i ，则 不能看作一个干扰来参与传输干扰率的计算。 i 帧序列最后一个i 帧发生错误，发送方没有收到其确认消息，则传输干扰开 始定时器t 1 终止，发送一个r r 帧( 测试比特集) 。 当接收到r r 帧时，表示前面的i 帧传输成功，丢失的i 帧将被重传。 发送方再次