（通信与信息系统专业论文）ctcs3+qos的研究及相关运营场景的分析.pdf

中文摘要 摘要：随着社会的发展，为满足现代铁路通信信号技术一体化的需要，g s m r c t c s 3 成为铁路专用移动通信和列车运行控制系统的重要发展趋势。中国列车运 行控制系统第三级c t c s 3 是在借鉴欧洲e t c s 一2 的基础上发展起来的，同时兼 容c t c s 2 的功能，是保证列车安全、高速、高效运行的列车运行控制系统。g s m r 作为专门为铁路设计的数字移动通信系统，能够提供各种铁路所需的话音和数据 业务，同时还可以作为c t c s 3 列控系统的传输平台。 对于列车运营服务质量来说最重要的是它必须满足乘客的期望，这就要求铁 路运营系统必须有一个合理的运营服务标准。对于列车运营服务质量的评估主要 是通过列车到达时间的准确性来衡量的，而列车运营服务质量又体现在各种列车 运营场景中。一方面，作为列控数据传输系统的g s m r 的q o s 极大影响了c t c s 3 q o s 。另一方面，c t c s 3q o s 又紧接着关系到了铁路运营的q o s 。以往对于q o s 的研究多数源于g s m r 系统的q o s 指标定义或某一应用业务，而由顶至底的层 次化分析对于c t c s 3 g s m r 整体研究是十分必要的。 本文的研究涉及通信与信号两个领域的相关理论和应用。全文首先分析了 c t c s 3 级列控系统的功能结构，并对c t c s 3 级列控数据传输对g s m r 的业务 需求和q o s 要求进行了分类研究。在此基础上，从整体上提出列车运营q o s 、 c t c s 3 级列控系统q o s 和数据传输系统q o s 的层次模型，然后从列车运营的角 度出发对列车运营系统q o s 指标进行分配，将c t c s 3 级列控线路进行分类，并 对不同线路和不同运营场景进行q o s 的定量分析。最后，针对影响c t c s 3 级列 控系统q o s 的三种重要运营场景：行车许可( m a ) 扩展，等级转换，通信失效进 行深入的分析，结合武广客运专线c t c s 一3 g s m r 的实际情况，研究了行车许可 ( m a ) 扩展传输时延，g s m r 无线覆盖距离以及c t c s 3 通信失效定时器等影响 c t c s 3 g s m rq o s 的关键性能参数，并通过建模探讨了各种运营场景对于列车 运营服务质量的影响。 本论文中共有图2 1 幅，表1 6 个，参考文献3 1 篇。 关键词：c t c s 3 ；g s m r ；服务质量；行车许可；运营场景 分类号：t n 9 2 9 5 2 ；u 2 8 5 2 1 j 匕塞交道太堂亟堂位! 金塞 垦s 卫坠! a bs t r a c t a b s t r a c t ：w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i e t y , i no r d e rt om e e tt h en e e d so fm o d e m r a i l w a y st e c h n o l o g y i n c o r p o r a t i o n b e t w e e nc o m m u n i c a t i o na n d s i g n a l ， c t c s - 3 g s m rh a sb e c o m ea l li m p o r t a n td i r e c t i o no fr a i l w a y sd e d i c a t e dm o b i l e c o m m u n i c a t i o na n dt r a i nc o n t r o ls y s t e m b a s e do ne t c s 一2a n dc o m b i n e dw i t hc t c s 2 t h et h i r dc l a s so fc h i n e s et r a i nc o n t r o ls y s t e mc t c s 一3e n s u r e st h es a f e t y ，h i g hs p e e d a n dh i g he f f i c i e n c yo ft h em o v i n gt r a i n a sas p e c i a l t yo f d i g i t a lm o b i l ec o m m u n i c a t i o n d e s i g n e df o rr a i l w a y , g s m rc o u l dp r o v i d ev o i c ea n dd a t as e r v i c ef o rr a i l w a y , a n dt o b et h et r a n s m i s s i o np l a t f o r mo fc t c s - 3a tt h es a m et i m e w h a tc o u n t sm o r ef o rt h er a i l w a y si st h e i ro b l i g a t i o nt om e e tt h e i rc u s t o m e r s e x p e c t a t i o n sw h i c hd e m a n d sa l la p p r o p r i a t ep e r f o r m a n c em e a s u r ef o rt h e i rt r a n s p o r t s e r v i c e t h er e q u i r e m e n tf o rah i g ho p e r a t i o n a lq u a l i t yo fs e r v i c ei se x p r e s s e dm a i n l y b yt h ea c h i e v e m e n to fp u n c t u a l i t yt a r g e t s ，a n dd i f f e r e n tr e l e v a n ts c e n a r i o se m b o d i e st h e q u a l i t yo fs e r v i c e f i r s t l y , q o so fd a t a - t r a n s m i s s i o ns t r o n g l yi m p a c t st h eq o so f c t c s 一3 s e c o n d l y , t h er e s u l t a n tc t c s 一3q o si n f l u e n c e st h eo v e r a l lq o so ft h e o p e r a t i o n a lr a i l w a y s oi ti sn e c e s s a r yt oa n a l y z ec t c s - 3 g s m - rq o sf r o mt o pt o b o t t o m t h er e s e a r c hi nt h i st h e s i sb o t hr e l a t e st ot h et h e o r i e sa n da p p l i c a t i o n so f c o m m u n i c a t i o na n ds i g n a l t h i sd i s s e r t a t i o n p r o p o s e d ap y r a m i d a lm o d e lo f i n t e r d e p e n d e n c yo fr a i l w a ys y s t e mq o s ，a l l o c a t e dq o st o d i f f e r e n te l e m e n t sf r o m p e r s p e c t i v eo fr a i l w a yo p e r a t i o na n dm a d eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s o fd i f f e r e n tr a i l w a y r o u t e sa n do p e r a t i o n a ls c e n a r i o s o nt h eo t h e rh a n d ，t h ep a p e rm a d ed e e p l ya n a l y s i so f t h r e ei m p o r t a n ts c e n a r i o si n c l u d i n gm ae x t e n s i o n ，l e v e lt r a n s f e ra n dt h el o s so f c o m m u n i c a t i o n ，w h i c hh a v es i g n i f i c a n ti n f l u e n c eo nc t c s 一3 g s m - rq o s f r o ma b o v e a n a l y s i s ，t h r e ec r i t i c a lp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r si n c l u d i n gm ae x t e n s i o nt r a n s m i s s i o n d e l a y , t h ed i s t a n c eo fg s m rc o v e r a g ef o rc t c s - - 3a n dt h et i m e ro fc t c s - 3f o r d e t e c t i n gt h el o s so fc o m m u n i c a t i o nw e r er e s e a r c h e dt a k i n gc o n s i d e r a t i o no ft h e r e a l i t i e so fw u h a n - g u a n g z h o ud e d i c a t e d p a s s e n g e rr a i l w a y b a s e d o nt h e s e ，t h e i n f l u e n c eo ft h e s e o p e r a t i o n a ls c e n a r i o st ot h eo p e r a t i o n a ld e l a yw a sc a l c u l a t e d t h i sd i s s e r t a t i o nc o n t a i n s21 f i g u r e s ，16t a b l e sa n d3 1r e f e r e n c e s k e y w o r d s ：c t c s 一3 ；g s m r ；q o s ；m a ；o p e r a t i o n a ls c e n a r i o s c l a s s n 0 ：t n 9 2 9 5 2 ；u 2 8 5 21 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 盍吴 签字日期：口d 7年月厂日 ， 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者繇盍关 签字日期：上呷年彭月心日 导师签名： 签字日期： 6 月力日 致谢 两年的学习生活即将结束，我也即将走上工作岗位，再次谨向我攻读硕士学 位期间指导、关心、帮助过我的老师和同学表示真挚的感谢。 本论文的工作是在我的导师钟章队教授的悉心指导下完成的，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响，使我树立了正确的科 学观和人生观。在学习上和生活上，钟老师都给予了我很大的关心和帮助，在此 衷心感谢三年来钟老师对我的关心和指导。 在此，还要对在实验室科研及工作期间给予我支持和帮助的朱刚老师、金晓 军老师、艾渤老师、蒋文怡老师、丁建文老师、武贵君老师、吴吴老师、张小津 老师表示衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，章鹏、汪浩、柳小舟等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。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1 引言 1 1 本课题研究的背景 1 1 1列车运行控制系统在国内外的发展 随着当代铁路的发展，铁路通信信号技术发生了重大变化，车站、区间和列 车控制一体化，铁路通信信号技术的相互融合，行车调度指挥自动化等技术，冲 破了功能单一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术理念，推动了铁路通信 信号技术向数字化、智能化、网络化和综合化( 简称“四化) 的方向发展。欧洲 列车控制系统e t c s 应用，将进一步推动铁路通信信号的技术进步，加快实现“四 化”的进程。 为实现高速列车在欧洲境内穿越国境时互通运营，结合欧洲各国铁路现状， 兼顾既有设备及今后运行控制系统发展趋势，e r t m s e t c s ( 欧洲铁路运输管理 系统欧洲列车控制系统) 技术规范最终确定了5 个应用等级，分别为：等级0 、 等级s t m 、等级1 、等级2 、等级3 。其中等级2 和等级3 都采用g s m r 网络作 为其车地数据传输平台。e t c s 在欧洲历经规范制定、产品研发和运行试验阶段， 目前已经进入了大规模商用阶段【2 。 中国铁路专家在深入研究g s m r e t c s 的基础上得到了深刻的启示，为中国 发展g s m r c t c s 提供了可以借鉴的经验。参照欧盟发展e t c s 的成功作法，从 中国国情路情实际触发，中国列车控制系统c t c s 共划分为5 个等级，分别为 c t c s 0 级、c t c s 1 级、c t c s 2 级、c t c s 3 级、c t c s 4 级。其中c t c s 一3 级和 c t c s 4 级分别基于e t c s 2 和e t c s 3 的基础，并在此基础上前向兼容c t c s 2 。 由于中国铁路列车运行密度高，列车种类繁多，交路复杂，同一种显示速度含义 不同，而且客货混跑、高低速列车共线运行，这些特殊性决定了发展中国的c t c s 比欧洲e t c s 技术上更难，要求更高。经过多年专家和决策部门充分的论证和比 较，已经选择g s m r 作为中国铁路综合移动通信的技术体制，因此基于此传输平 台上的c t c s 3 级列车运行控制系统就成为当前中国列车运行控制领域的重点研 究及发展对象p j 。 1 1 2g s m r 在国内外的发展 铁路综合数字移动通信系统g s m r 是在g s m 蜂窝系统上增加了调度通信功 能和适合高速环境下使用要素的系统，能满足国际铁路联盟提出的铁路专用调度 通信的要求。由于g s m r 可以实现跨越国界的高速列车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 g s m r 是由已标准化的设备改进而成，就能保证价格低廉、性能可靠地实现和运 行【4 1 。 1 9 9 3 年国际铁路联盟( u i c ) 与欧洲电信标准组织( e t s i ) 协商，提出了欧 洲各国铁路下一代无线通信系统以g s mp h a s e2 + 为标准的g s m r 技术，这一提 议在1 9 9 5 年经u i c 评估并最终确认。1 9 9 7 年，2 4 个国家的3 2 个组织共同签署了 谅解备忘录，决定采用g s m r 作为铁路专用通信技术。截止到2 0 0 5 年，已有包 括德国、瑞典、意大利、英国、荷兰、西班牙、比利时、芬兰、法国、挪威、斯 洛伐克、瑞士、捷克、印度、中国在内的1 5 个国家已经采用和计划采用g s m r ， 并在2 0 0 8 年底将达到3 4 个。 我国g s m r 建设和发展服从中长期铁路网规划的安排，分为三个阶段。 第一阶段为青藏线、大秦线和胶济线三条线的建设与试验，包括核心网和无线接 入网。该阶段的主要任务是把g s m r 网络引入中国铁路并与中国铁路的具体应用 相结合，再配套国内的自主研究开发成果，实现中国铁路特有的应用，证明g s m - r 网络完全能够满足中国铁路的调度、运输和生产对移动通信网络的需求。该阶段 的建设为g s m r 在中国铁路的全面推广应用积累了丰富的经验和打下了坚实的基 础。第二阶段为客运专线建设，着重构建中国铁路g s m r 核心网络的中心节点， 搭建网络骨架结构，并且以客运专线为主干线，建设相关的无线接入网络，为客 运专线以列车控制为代表的各种铁路应用提供完整的网络服务。第三阶段为全国 铁路g s m r 网络的形成与完善。随着新线的建设和既有线的改造，并以第二阶段 建设的中心节点为骨干，逐渐构建相关的无线接入网络，最终形成能够覆盖全国 铁路的g s m r 网络例。 1 1 3 国内外研究现状 e t c s 是欧洲铁路运输管理系统( e r t m s ) 的组成部分之一，是欧洲铁路和 欧洲信号工业在欧洲委员会的财政支持下，通过1 0 多年的努力制订的一套列车运 行控制系统，目的是为了改善信号制式互不兼容的状况，在全欧洲范围内创立一 个既可以兼容现有信号体制，又可以使各国的列车在欧洲铁路网内的互通运营、 提高运输效率。近年来，欧洲新建高速铁路的列车运行控制系统均采用e t c s 2 ， 2 0 0 6 年1 月欧洲第1 条采用e t c s 2 级的列车运行时速达3 0 0 k m 的高速铁路在意 2 匕塞交通太堂亟堂焦途室互l 直 大利罗马至那不勒斯高速铁路开通运行【6 1 。 g s m r 网络作为一个成熟、稳定以及能够适应移动台的高速移动的无线网络， 已经被欧洲铁路作为其新一代列车控制系统的“车一地 数据传输平台。同时， 列车控制系统也因其高可靠性、高可用性和高安全性而成为了g s m r 网络中最为 重要和关键的应用。从g s m r 网络角度看，e t c s 2 为其承载了一个电路交换数 据应用业务。从e t c s 2 角度看，g s m r 网络为其承载平台，为e t c s 2 的“车 一地 数据通信提供实时、可靠和透明的数据通道。 e t c s 一2 级系统必须利用g s m r 网络进行数据传输，因此，g s m r 网络的服 务质量直接影响到e t c s 系统的可靠性、可用性等关键指标 7 1 。e t c s 2 定义了 g s m r 做为数据传输系统应当满足的接口需求，物理和电气特性，业务类型等准 则【8 】，并且指出g s m - r 通信网络在“车一地”间进行信息交互的协议和流程【9 1 ， 同时为了保证列控信息在网络中安全、 可靠、 及时地传递，g s m r 网络要提供 满足电路交换模式的数据传输、非限制数字信息、全速率无线信道、非语音数据 交替、异步透明传输模式等要求的承载业务，同时补充主叫识别显示和增强多级 优先级与强拆业务。e t c s 在连接建立时延、连接建立失败率、最大端到端传输延 时、连接丢失率、传输干扰周期和传输恢复周期等方面对列控数据传输服务质量 也提出了较高的要求i o 。2 0 0 0 年，r u d o l f s c h r e n k 等人通过在德国、法国、瑞士和 瑞典等国的e t c s 2 线路的q o s 测试，指出q o s 测试的评估体系和计算策略，并 应用典型的测试工具和q o s 理论值对装备有西门子g s m r 通信网络的线路进行 最优化评估】。为了加强r u d o l fs c h r e n k 等人q o s 测试的理论支持，2 0 0 3 年， a r m i n z i n m m e r m a n d 等人利用确定随机p e t r i 网t i m e n e t 对g s m - r 的q o s 参数 进行了分析，文中根据e t c s 2 技术规范，建立了g s m r 信道传输模型，模型中 综合了信道连接中断等引发的失效参数，其研究结果表明e t c s 2 规范中提出的参 数指标较为苛刻【l2 1 。2 0 0 5 年，h o l g e r h e r m a n n 等人提出了推广的u m l 状态图工具 s t o c h a r t s ，并根据e t c s 2 技术规范利用s t o c h a r t s 建立了e t c s 无线 信道的通信模型，给出在确定时问参数下的信道可靠性概率有晁分析3 1 。 g s m r 进入中国已有十余年的历程，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g s m 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g s m r 线路，客运专线的建设也已进入实施阶段。中国铁路在引进e t c s 2 系统的基础上， 结合中国铁路自身的需求和特点，制定出中国列车控制系统规范，简称c t c s 一3 ， c t c s ，3 g s m r 系统即将广泛应用于以客运专线为代表的各种高速铁路i l4 1 。近些 年来，国内已有一些学者致力于c t c s 3 g s m rq o s 的研究中，详细的定义了 g s m r 网络承载业务的q o s 参数，讨论各参数的测量和检测的方法，规范g s m r 3 网络的验收标准和运营期间的监测维护，保证客货运线路的安全运营【1 5 1 8 】，但没 有联系具体的线路进行实际分析，为了弥补了这一不足，又结合青藏线、大秦线 的实际应用情况提出了对机车信号的要求，综合分析青藏铁路接近连续式无线机 车信号系统的q o s 要求【1 9 】，以及大秦线同步操控系统的q o s 服务指标【2 0 1 。但上述 研究只是针对c t c s 3 g s m r 的某一特定业务进行分析或者仅仅对q o s 的指标进 行定义和解释，没有从实际运营角度出发分析c t c s 一3 g s m r 的q o s 与列车运营 服务质量的层次关系和相互影响，本文正是通过对列车实际运营场景进行深入的 分析，建立c t c s 3 g s m rq o s 的层次模型，并在此基础上研究了影响 c t c s 3 g s m rq o s 的关键性能参数。 1 2 本课题研究意义及目的 随着中国铁路运输安全方便、舒适快捷程度的提高，特别是拥有性能先进、 安全、可靠、高效的列车运行控制和综合调度指挥系统的客运专线相继运营，公 众对于列车运营服务质量也随之有了进一步的提升，这要求了列车运营系统必须 有一个合理的运营服务标准。公众对于列车运营服务质量的评估主要是通过列车 到达时间的准确性来衡量的。 在我国目前正在建设的武广客运专线上，即将采用c t c s 一3 级列控系统， c t c s 一3 既符合e t c s 2 的同一原理，又前向兼容了c t c s 2 ，这就为c t c s 3 的深 入研究并超越e t c s 2 奠定了基础。c t c s 3 g s m r 做为中国铁路在新建铁路干线 和已有线路的提速改造过程中重点应用的高新技术，一方面增加了铁路的吞吐量 和列车运行的速度，实现了与世界铁路先进技术的接轨，另一方面，在运营过程 中出现的技术故障会导致运营场景的失败，产生列车运营时延，影响列车的正点 到达率，从而影响到列车运营服务质量的提高。因此，面对即将广泛采用的 c t c s 3 g s m r 系统，我们的研究应该在借鉴e t c s 2 级列控系统的基础上，总结 出适合我国列控系统的运营服务质量体系。本课题的研究目的就在于研究列控运 营服务质量和c t c s 3 g s m rq o s 的之间的关系，分析影响c t c s 3 g s m rq o s 的重要运营场景，同时分析和运营服务质量密切相关的性能参数，为优化 c t c s 一3 g s m r 的服务质量提供理论基础，为提高我国列控系统整体运营服务质 量贡献自己的微薄之力。 1 3本文的内容和结构安排 本文是在对c t c s 3 级列控系统分析研究的前提下以及深入分析c t c s 3 级列 4 控数据传输对g s m r 网络的要求基础上，从运营的角度对c t c s 3q o s 进行了建 模分析。论文中，首先分析了c t c s 3 级列控系统q o s 的层次模型，从运营角度 出发，针对不同线路和不同运营场景进行了c t c s 3q o s 的计算。在此基础上重点 分析了影响c t c s 3q o s 的运营场景，m a 扩展，等级转换以及通信失效，对行车 许可( m a ) 扩展传输时延，g s m r 无线覆盖距离以及c t c s 3 通信失效定时器等 影响c t c s 3 g s m rq o s 的关键性能参数进行研究并分析了它们对运营时延的影 响。 第一章介绍了e t c s 在欧洲的应用，中国列车运行控制系统c t c s 的发展和 g s m r 在国内外的发展应用现状，并对国内外列控系统q o s 的研究进行了综述， 同时指出了本课题的研究意义和目的。 第二章分析了c t c s 3 级列控系统的结构组成、功能描述，g s m r 网络的基 本理论、网络模型，以及c t c s 3 级列控数据传输对g s m r 网络业务需求和q o s 要求。 第三章从整体上提出列车运营q o s 、c t c s 一3 级列控系统q o s 和数据传输系统 q o s 的层次模型，并从运营角度对c t c s 3q o s 进行了分析，计算出不同线路和不 同运营场景下的c t c s 一3q o s 目标值。 第四章对行车许可( m a ) 扩展、等级转换、通信失效三种影响c t c s 3q o s 的重要运营场景进行深入的研究，结合c t c s 一3 级列控数据传输对g s m r 网络的 要求，定量分析了行车许可( m a ) 扩展传输时延，g s m r 无线覆盖距离以及c t c s 3 通信失效定时器等影响c t c s 3 g s m rq o s 的关键性能参数，并研究了各种运营 场景对整体运营时延的影响。 第五章为全文的总结和对未来的展望。 5 2c t c s 3 级列控系统分析及对g s m r 的要求 c t c s 3 级列车运行控制系统是中国列车控制系统( c t c s ) 的重要组成部分 之一，它采用无线通信系统( g s m r ) 实现地面一列车问连续、双向的信息传输， 即c t c s 3 级是基于无线通信的列车运行控制系统。 2 1c t c s 3 级列控系统概述 2 1 1c t c s 3 级列控系统结构描述 c t c s 3 级系统的整体结构，如图所示，主要由地面设备和车载设备两部分构 成。车载设备内部模块，以及系统各组成部分间的信息交互均在图2 1 中充分体现： 列车机车司机 33 咬娶雩9 ，。、：一 裂辙始计一 系统一 一卜一 p i _ i i g s m r 嘲络 一 无线闭塞中心l 强ci j相钒r r r jl 手气 ， r 联锁设备 维护管理中心 令 调度集中设备 图2 - 1 基于g s m r 的列控系统逻辑结构图 f i g u r e2 - 1l o g i cs t r u c t u r eo ft r a i nc o n t r o ls y s t e mb a s e do ng s m - r c t c s 3 级地面设备包括： 1 ) 无线闭塞中心( r b c ) ，使用无线通信系统的列车间隔控制系统。它根 6 据列车占用情况及进路状念向所管辖列车生成行车许可，接收c t c 设备提供的临 时限速信息，并通过g s m r 向列控车载设备传送行车许可、临时限速及线路参 数信息等； 2 ) 无线通信( g s m r ) 地面接口设备，主要负责与地面g s m r 网络系统 相连，实现地至车间大容量的信息交换； 3 ) 应答器，主要提供列车运行方向及定位基准信息； 4 ) 轨道电路，主要用于列车占用检测及列车完整性检查； 5 ) 列控中心，向r b c 提供轨道占用信息； 6 ) 联锁设备，为列车安排进路。 c t c s 3 级车载设备包括： 1 ) 车载安全计算机，对列车运行控制信息进行综合处理，生成目标距离模 式曲线，控制列车按命令运行； 2 ) 无线通信( g s m r ) 车载接口设备，主要负责与车载g s m r 系统相连， 实现地至车间大容量的信息交换，接收地面r b c 传送的运行许可、临时限速及线 路参数等，向地面发送车次及列车的运行状态信息等： 3 ) 应答器接收模块( b t m )，完成应答器信息的接收与处理； 4 ) 测速模块，实时检测列车运行速度并计算列车走行距离； 5 ) 记录单元，对接收信息、系统状态和控制动作进行记录； 6 ) 入机接口，车载设备与司机交互的接口； 7 ) 运行管理记录单元，规范司机驾驶，记录与运行管理相关的数据。 2 1 2c t c s 3 级列控系统功能描述 c t c s 3 级地面设备的基本功能包括： 1 ) 在地面r b c 控制区域内，r b c 通过列车的c t c s 识别码获得列车的信息； 2 ) r b c 通过轨道电路提供的列车占用信息跟踪区域内列车： 3 ) r b c 根据联锁、轨道电路等系统提供的信息，生成管辖内每一列车的行 车许可； 4 ) r b c 接收调度集中系统( c t c ) 提供的临时限速信息； 5 ) r b c 向管辖内列车传送列车当前的行车许可、临时限速及线路参数； 6 ) 地面应答器负责提供列车定位基准信息及运行方向信息； 7 ) 轨道电路，主要用于列车占用检测及列车完整性检查； 8 ) 联锁设备接收r b c 的进路请求，为列车安排进路。 c t c s 3 级车载设备的基本功能包括： 7 1 ) 接收g s m r 传送的行车许可、临时限速及线路参数等信息； 2 )向列控地面系统发送列车运行的动态信息； 3 ) 接收地面应答器提供的定位基准信息、列车运行方向信息等； 4 ) 实时测量列车的运行速度和走行距离等； 5 ) 实时计算目标距离模式控制曲线； 6 ) 列车超速时，自动实施常用制动或紧急制动； 7 ) 显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等； 8 ) 以语音或声光报警方式显示工作状态。 2 2c t c s 3 级列控数据传输对g s m r 网络的要求 g s m r 作为通信网络为c t c s 3 列控系统提供服务的时候，各项技术指标首 先都必须满足铁路g s m r 数字移动通信系统工程设计暂行规定【2 l 】中相关规 定。g s m r 核心网包括移动交换子系统、g p r s 子系统、智能网子系统、应按照 全路核心网建设规划建设，各条客运专线接入相关节点。 其无线网络的覆盖采用交织冗余覆盖方式，排序为奇数或偶数的基站达到的 覆盖都分别能够满足系统规定的q o s 指标。这种覆盖结构允许在某个基站或直放 站远端机单点故障的情况下仍然能够满足系统规定的q o s 指标。 2 2 1c t c s 3 级列控数据传输对g s m r 业务的要求 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， 如图2 2 所示。 i g s m i f i x 图2 - 2c t c s 3 中g s m r 数据承载示意图 f i g u r e2 - 2g s m - rd a t ab e a r e rs e r v i c ei nc t c s 一3 g s m r 网络提供下列需要的承载业务和特性： 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； 无限制的数据信息( u d i ) 与i s d n 互联的才支持( 在传输通道中不 存在模拟调制解调器) ； 全速率无线信道； 仅传输数据( 没有可替换的语音数据) ； 异步透明传输模式。 所需的数据率如表2 1 所示： 表2 - 1g s m r 承载业务 1 a b l e2 1g s m rb e a r e rs e r v i c e 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 为了保证列控数据链路的可靠性，c t c s 3 级列控系统采用了g s m r 系统提 供的如下补充业务： 主叫线识别显示。g s m r 接人服务器能够识别列控车载台的用户号码。 增强多优先级与强拆。用于给列控呼叫设置高优先级。命令控制( 安全) 的优先级值应该按照表2 2 中分配。 9 表2 - 2g s m r 补充业务 t a b l e2 - 2g s m rc o m p l e m e n t a r ys e r v i c e u i c 优先级自动应答e m l p p 优先级设定业务抢占 铁路紧急情况 y0控制命令( 安全) 和 比它低级的情况 控制命令( 安全) yl 公共紧急情况和同一 区域内司机间组呼和 比它低级的情况 公共紧急情况和同一y 2 铁路运营( 如司机和 区域内司机间组呼控制员呼入或呼出) 和控制命令信息和比 它低级的情况 铁路运营( 如司机和控 y3铁路信息，其他信息 制员呼入或呼出) 和控和比它低级的情况 制命令信息 铁路信息和其他信息 n4 注：0 _ 4 等级和i s d nm l p p 业务兼容 2 2 2c t c s 3 级列控数据传输对g s m rq o s 的要求 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 的具体参数可能有所不同。c t c s 3 级列控系统对g s m r 网络提供的透明传输通 道所提出的q o s 指标是建立在列控系统本身特有的业务安全需求和保障措施之下 的，包括进入c t c s 3 级列控区段前的g s m r 网络注册、车载通信单元对r b c 的连接建立、数据传输质量、连接保持过程中的参数四个方面。 1 1 进入c t c s 3 级列控区段前的g s m r 网络注册的参数 进入列控区段阿的g s m r 网络注册有网络注册时延，g s m r 网络注册时延 定义为从注册请求到由收到成功注册响应指示的时间，g s m r 网络注册时延应该 3 0 s ( 9 5 ) ，3 5 s ( 9 9 ) ，g s m r 网络注册时延 4 0 s 应被认为注册失败。 2 ) 车载通信单元对r b c 的连接建立参数 车载通信单元对r b c 的连接建立包括连接建立时延、连接建立成功( 失败) l o 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。 移动台主叫的连接建立时延定义为主叫端发起建立数据连接请求到正确收到 链路应答响应的时间，应该包括移动终端引起的延时。由于列车数据通道是长期 在线，所以该参数不是为数据通道初次建立而定。本指标主要影响链路中断后再 次建立新的连接而占用的时间。 对于移动终端发起呼叫，从移动端发起呼叫请求到呼叫成功建立之间的时延。 移动终端发起的呼叫的连接建立时延应该 8 5 s ( 9 5 ) ，1 0 s ( 1 0 0 ) 。时延大 于1 0 s 应该被认为连接建立失败。连接建立时延不应该和用户数据异步承载业务的 速率有关，并且对于基于位置的寻址无效。 连接建立失败率定义为连接失败次数与总连接次数之比。连接失败次数包含 所有可能的由端到端承载业务引起的连接建立失败，连接建立时延大于1 0 s 应被认 为连接建立失败。在列车高速运行的情况，而为了达到c t c s 3 所要求的 1 0 - 4 ， g s m r 网络设计和列车控制系统设计都应该允许至少两个连续的呼叫建立尝试。 3 1 连接保持过程中的参数 连接保持过程中的参数有连接失效率等，定义为一定时间内连接无故释放的 次数，要求满足l o 2 l l 。 4 1 与数据传输质量有关的参数 与数据传输质量有关的网络性能参数最大端到端传输时延、数据传输干扰时 间以及数据传输恢复时间等。 最大端到端传输时延定义为发送方开始传输用户数据块的第一个比特到接收 方接收到此数据块最后一个比特的时延，对于3 0 b y t e 用户数据块要求o 5 s ( 9 9 ) 。 传输干扰时间定义为建立连接后，在数据传输的过程中存在别的载波干扰的 时间，用乙表示，要求满足 7 s ( 9 9 ) 。传输干扰是接收数据流中与发送数据流的相 应八位字节不符的一些八位字节。 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；数据信道的业务接入点。 g s m r 网络应支持车速高达5 0 0 k m h 时，车到地和地到车的透明数据通信， 包括经过隧道、坡道、桥梁和车站时的情况。网络提供的c t c s 3 级列控数据传输 业务的q o s 应至少满足下表2 3 的要求。各参数对于同- - y u 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