（通信与信息系统专业论文）gsmr无线覆盖盲区对分组数据业务影响的研究.pdf

中文摘要 中文摘要 摘要：g s m r ( g l o b a ls y s t e mm o b i l ef o rr a i l w a y s ) 是在g s m ( g l o b a ls y s t e m m o b i l e ) 蜂窝通信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，以服 务于铁路的专用调度通信系统。在g s m r 网络上引入g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i o s e r v i c e ) 是目前铁路通信信号领域研究的热点，如何实现铁路上分组数据可靠的 传输，g s m r 无线覆盖盲区对铁路分组数据业务影响范畴是当前铁路应用值得关 注的问题。 本文在了解分组数据业务在g s m r 网络中的应用及其传输的实现方案后，深 入研究了g p r s 移动台的移动性管理和会话管理状态及其相关的定时器。基于实 验室的g p r s 网络，模拟移动台进入盲区并返回覆盖区的各种情况，结合g b 接口 的信令消息，得出移动台进入无线覆盖盲区检测到脱网和离开无线覆盖盲区恢复 数据传输所需时间的理论值，并把理论和实验结果相结合，推算移动台发现自己 处于盲区的时间、小区重选时间、路由区更新时间等，进而得出数据中断的最长 时间。分析目前调度命令信息重传间隔的设置原因，依据盲区造成分组数据传输 中断时间的分析，讨论了目前分组数据重发时间的设定的不合理性，提出其改进 的方法。同时通过青藏线数据分析该改进方法的可行性与合理性，在保证信息及 时可靠传输的前提下，可充分利用g p r s 信道资源。 关键词t 盲区；g p r s ；优化；移动性管理；会话管理 分类号gt n 9 2 9 5 2 ；u 2 8 5 2 1 a b s t r a c r a b s t r a c t a b s t r a c t ：t h eg s m - rc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi sad i s p a t c h i n gc o m m u n i c a t i o n s y s t e md e s i g n e ds p e c i a l l y f o rt h e r a i l w a y i t s b a s e do nt h eg s mc e l l u l a r c o m m u n i c a t i o ns y s t e m , w h i c ha d d st h ee l e m e n t so ft r a i nd i s p a t c h i n gf u n c t i o na n df i t s f o rh i 曲s p e e de n v i r o n m e n t h o wt oa p p l yg p r si n t ot h eg s m - rn e t w o r kn o w a d a y si s ah o tp r o b l e mi nt h ef i e l do fr a i l w a yc o m m u n i c a t i o n m e a n w h i l e ，t h ea p p l i c a t i o no nt h e r a i l w a yf o c u s e so nt h ef o l l o w i n gp r o b l e m s ：h o wt oe n s u r et h a tt h ep a c k e td a t ac a nb e t r a n s m i t t e di nas a f ea n dr e l i a b l ew a yo nt h er a i l w a y ；, a n dh o wg r e a tt h eb l i n da r e aw i l l i n f l u e n c et h ep e r f o r m a n c eo fg p r si ng s m rn e t w o r k f i r s to fa l l ，t h et h e s i si n t r o d u c e dt h ea p p l i c a t i o no ft h ep a c k e td a t as e r v i c ei nt h e g s m rn e t w o r ka n dt h es o l u t i o no ft r a n s m i s s i o n t h e nt h em o b i l i t ym a n a g e m e n ta n d t h es e s s i o nm a n a g e m e n to ft h eg p r sm sa r ea n a l y z e d ，a sw e l la st h er e l a t e dt i m e r i n v o l v e d s e c o n d l y , b a s e do nt h et h el a b o r a t o r yo fg p r sn e t w o r k , t h ev a r i o u ss i t u a t i o n s o fm se n t e r i n gt ot h eb l i n da r e aa n db a c k i n gt ot h ec o v e r a g ew a ss i m u l a t e d w i t ht h e s i g n a lm e s s a g ei nt h eg bi n t e r f a c e ，t h et h e o r e t i c a lt i m ew a sg o tf o rd e t e c t i n gt h ed o 伍 f r o mn e t w o r k , w h e nm se n t e r st ot h eb l i n da r e aa n dt h et i m ef o rr e c o v e r i n gt h et r a n s m i t o fd a t aw h e nm sc o m eb a c k st ot h ec o v e r a g e a f t e rt h ec o m p a r i s o nb e t w e e nt h et h e o r e t i c a lv a l u e sa n dt h ea c t u a lv a l u e s ，t h et i m e a b o u tm sb e i n gi nt h eb l i n da r e a , c e l lr e s e l e c t i o n ，a n dr o u t eu p d a t i n gc a nb ec a l c u l a t e d t h u s ，t h el o n g e s ti n t e r r u p tt i m eo ft h ed a t at r a n s m i s s i o nc a nb ef i g u r e d a n a l y z i n gt h e r e a s o n sf o r t h es e to fs c h e d u l i n gc o m m a n di n t e r v a la n dc o n s i d e r i n gt h et i m et h a tb l i t a d a r e ac a nc a u s e d ，t h et h e s i sd i s e u s s e st h eu n r e a s o n a b l ef a c to ft h ei n t e r v a ld u r i n gd a t a r e t r a n s m i s s i o na n db r i n g su pas o l u t i o nt oi m p r o v ei t a n dt h e n ，b yu s i n gt h er e l e v a n t d a t ao fq i n g h a i t i b e tl i n e ，t h et h e s i sa n a l y s e st h ef e a s i b i l i t ya n dr a t i o n a l i t yo ft h i s i m p r o v e ds o l u t i o n t h es o l u t i o nc a nm a k e9 0 0 du t i l i z a t i o no ft h eg p r sc h a n n e l r 璐o u r c e s ，w h i c he r l s u l e st h es a f ea n di nc r e d i b l et r a n s m i s s i o no f m e s s a g e k e y w o r d s ：b l i n da r e a ：g p r s ；o p t i m i z a t i o n ；m o b i l i t ym a n a g e m e n t ；s e s s i o n m a n a g e m e n t c l a s s n 0 ：t n 9 2 9 5 2 ：u 2 8 5 2 1 北京交通大学硕士学位论文 图表目录 图1 - 1基于g s m - r 的中国铁路应用体系示意图l 图2 - 1 分组数据单元的传输过程6 图2 - 2 青藏线调度传输方案结构图7 图2 - 3g s m - r 车次号校核信息无线传送系统9 图2 - 4g s m - r 调度命令信息无线传送系统1 0 图2 - 6g s m - r 列尾装置信息传送系统构成图1 2 表3 - 1m s 侧t 3 3 1 4 定时器1 4 表3 - 2s g s n 侧t 3 3 1 4 定时器1 4 表3 - 3t 3 3 1 2 定时器1 5 表3 - 4m s 不可达定时器1 5 图3 - 1m s 发起的分组数据业务流程2 0 图3 - 2 网络发起的分组数据业务流程2 l 图3 - 3m s 侧移动台管理状态转移图2 2 图3 - 4s g s n 侧移动台管理状态转移图2 2 表4 - 1 通信概率指标和覆盖指标2 5 图4 - 1 就绪激活移动台g b 接口信令流程图一2 9 图4 - 2 就绪激活移动台g b 接口信令流程图二2 9 图4 - 3 就绪激活移动台g b 接口信令流程图三3 0 图4 - 4 就绪激活移动台g b 接口信令流程图四3 0 图4 - 5 就绪未激活移动台g b 接口信令流程图一3 1 图4 - 6 就绪未激活移动台g b 接口信令流程图二3 1 图4 - 7 就绪未激活移动台g b 接口信令流程图三3 2 图4 - 8 就绪未激活移动台g b 接口信令流程图四3 2 图4 - 9 待命激活移动台g b 接口信令流程图一3 3 图4 - 1 0 待命激活移动台g b 接口信令流程图二3 3 图4 - 1 1待命激活移动台g b 接口信令流程图三3 4 图4 - 1 2 待命未激活移动台g b 接口信令流程图一3 4 图4 - 1 3 待命未激活移动台g b 接口信令流程图二3 5 图4 - 1 4 待命未激活移动台g b 接口信令流程图三3 5 图4 - 1 5m s 返回到原小区的g b 接口信令流程图3 7 目录 图4 - 1 6 图4 - 1 7 图4 - 1 8 图4 - 1 9 图4 - 2 0 图4 - 2 1 图4 - 2 2 图4 - 2 3 图4 - 2 4 表4 - 2 图4 - 2 5 表1 1 ： m s 返回到同一路由区下小区的g b 接口信令流程图3 8 m s 返回到不同路由区下小区的g b 接口信令流程图3 9 m s 返回到不同位置区下小区的g b 接口信令流程图一4 0 m s 返回到不同位置区下小区的a 接口信令流程图4 0 m s 返回到不同位置区下小区的g b 接口信令流程图二4 0 移动台侧下行信令故障4 2 m s 从无线覆盖盲区进入服务区过程4 3 无存储b c c h 信息的小区选择过程4 4 g s m - r 与c t c t d c s 系统连接方式图4 6 g r i s 接口消息4 9 失败的g b 接口信令流程图5 0 数据集页6 4 独创性声明 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：_ 令鸯 签字日期沙夕年厂月肜日 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) 导师签名： 专吞十计 l 签字日期：如哆年b 月f 易日 致谢 本论文的工作是在我的导师张小津教授的悉心指导下完成的，张老师渊博的 学识，严谨的治学态度，平易近人的作风，积极向上的精神，使我在研究生的学 习中受益匪浅，并必将对我以后的工作和生活产生深远的影响。在此衷心感谢三 年来张老师对我的关心和指导。 钟章队教授悉心指导我完成了实验室的科研工作，在实验室的学习和科研上 都给予了我很大的关心和帮助。钟老师兢兢业业的精神，平和自然的心态，良好 的工作习惯，不断探索的求知精神无时无刻不在感染这我，在此向钟老师表示衷 心的谢意。同时也对实验室朱刚教授、李旭教授、吴吴副教授、蒋文怡、丁建文 和武贵君老师表示感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，索海燕、汪浩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。 另外也感谢我的父母，感谢他们的理解和支持，感谢他们的无私奉献。他们 的信任和鼓励，永远是我力量的源泉，使我能够在学校专心完成我的学业。 最后对评审和参加我论文答辩的各位专家表示感谢，并敬请不吝赐教，给予 批评和指正。 ；言 1 引言 1 1 综述 1 1 1g s m r 发展历程 g s m r 是专门为铁路通信量身打造的专用通信系统，它基于g s m 的基础结 构及其提供的电信业务，提供了铁路特有的基础业务，并以此作为一个信息化的 平台，使得用户可以在这个信息平台上开发各种各样的铁路应用。图1 - 1 为g s m r 系统的业务模型层次结构闭： 图1 - 1 基于g s m - r 的中国铁路应用体系示意图 f i g l - 1 c h i n a m i l w a y qa p p l i c a t i o ns y s t e m b a s e do n g s m - r g s m - r 晟早在欧洲发展起来，1 9 9 3 年，国际铁路联盟u i c ( i n t e r n m i o n a iu n i o n f o rr m l w a y ) 与欧洲电信组织e t s l ( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss d a n d a r d s i n s t i t u t e ) 协商，确定了欧洲各国铁路下一代无线通信以g s mp h a s e 一2 为标准的 g s m - r 技术。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。 同年，e i r e n e ( e u r o p e a n i n t e g r a t e dr a i l w a y r a d i o e n h a n c e d n e t w o r k ) 在德国、法 国、意大利开展了三个测试项目。1 9 9 9 年，第一个g s m r 网络在瑞典铁路建成 随后，德国、瑞士、荷兰、英国、意太利、西班牙、印度也相继开始建设自己的 g s m - r 系统。另外，匈牙利、芬兰、挪威、丹麦、比利时、波兰、捷克、奥地利、 北美、澳大利亚也开始对g s m r 进行招标或商业咨询。 我国从1 9 9 4 年就开始对专用移动通信技术跟踪研究，当时的重点是对g s m r 北京交通大学硕士学位论文 和t e t r a ( t e r r e s t r i a lt r u n k e dr a d i o ) 系统进行比较选择，支持两种不同制式的 研究者们在此期间发表各自的论点和论据，集思广益进行讨论，并经过了长期的 调研和考察。由于g s m r 具有更适应铁路运输特点的功能优势、成熟的技术优势 以及符合通信信号一体化技术发展的需要，更重要的是g s m r 支持铁路通信的可 持续发展，因此最终在2 0 0 0 年底确定将g s m r 作为我国铁路未来发展的方向， 之后基于g s m r 的各种铁路特色业务的开发，如无线列调、中国列车监控系统 c t c s ( c h i n e s et r a i nc o n t r o ls y s t e m ) 、g p r s 等在各大科研院所纷纷展开，并取得 了相当大的成果。g s m r 也在2 0 0 3 年下半年获得了频段的使用。2 0 0 4 年，北电 为青藏铁路线部署了g s m r 数字无线通讯试验网络，这也是整个亚洲首条完全基 于g s m r 的测试铁路，以及世界上第一个实施双网覆盖的工程。北电在艰苦的工 作环境下如期完成所有测试，并且与国内开发的铁路应用终端设备成功完成互联 互通测试。2 0 0 6 年7 月，应用国内首个g s m r 网络的全长1 1 4 2 公里的青藏铁路 线开始运营。我国正在大力建设客运专线，应用g s m r 网络的客运专线石太线、 合武线相继通车，还有多条g s m r 客运专线正在建设当中【3 】。g s m r 网络在中国 漫长的铁道线上铺设完毕后，一个更加便捷和迅速的铁道通信系统将大幅度增强 我国的客运能力，并进一步密切内地和沿海地区的交流。 1 1 2国内外g s m r 中g p r s 技术发展现状 目前，g s m r 网络主要承载话音业务、非安全数据传输业务以及列车控制等 安全数据传输业务。 安全数据传输对传输质量要求较高，目前均采用电路数据交换模式，且全程 占用信道资源。非安全数据采用或即将采用g p r s 模式，多用户共享1 个分组数 据业务信道，且只有当需要数据传输时才占用信道。 但是，采用电路数据交换模式传输数据对信道资源持续占用，大大降低了频 率资源利用率。因此国际铁路联盟u i c 成立了g p r sa d h o c 工作小组作为 e r t m s g s m r 项目中的一部分，提出面向分组数据交换数据传输的解决方案。 2 0 0 2 年，西门子已在荷兰完成了具有g p r s 功能的g s m r 网络。现阶段，u i c 正 在进行g p r s 传输安全数据的适应性测试，分析e t c s 向g p r s 演进的可行性。 相信在不远的将来，基于g p r s 的欧洲列车自动控制系统e t c s ( e u r o p e a at r a i n c o n t r o ls y s t e m ) 将会代替欧洲各国现有的互不兼容的列车控制系统m 1 。 中国已经先于欧洲将g p r s 系统引入g s m r 网络，开展了多种调度数据和旅 客服务应用。大秦铁路和青藏铁路试验段g s m r 工程都已实现了基于g p r s 数据 业务的列尾信息传送、调度命令传送、车次号传送等业务，并且完成了相关的测 2 引言 试工作。国内的g s m r 网络在电路交换网中引入分组网。一方面为g s m r 网络 向提供综合信息服务领域拓展提供了重要的网络平台，另一方面可以充分利用原 有的网络资源，为g s m r 网络做补充，并为g s m r 网向第三代演进打下基础。 我们也期望网络更早的提供移动互联网接入、车辆跟踪、移动售票、旅客信息服 务等各种新兴业务。 在我国大力建设g s m r 客运专线的同时，新技术的需求和发展为g p r s 网络 的建设和发展带来更广阔的空间。 1 1 3g s m r 系统g p r s 与公网中g p r s 的不同 g p r s 在公网中的应用很成熟，通过在g s m 网络中引入分组交换的功能实体， 实现铁路分组数据的传输。在欧洲g s m r 标准体系中，并没有将g p r s 技术应用 到铁路通信。我国铁路先于欧洲发展基于g s m r 的g p r s 业务，是根据运输对通 信业务需求量大，而频率资源紧张的实际情况而进行的技术决策。g s m r 系统中 g p r s 与公网中g p r s 又有所不同，主要体现在【7 】【3 】：一 ( 1 ) 移动性强。在公众g p r s 网络中，g p r s 用户多数处于静止状态或者缓慢 移动状态。而g s m r 网络中，列车多处于高速移动的状态，铁路g p r s 业务在很 多情况下是在高速移动状态下完成车地之间的数据通信。因此，移动性是铁路应 用g p r s 的一大特色。铁路g p r s 业务的移动性直接导致小区重选对g p r s 数据 传输的影响。根据我国现有的铁路运行情况，新开通的客运专线列车行驶速度将 达到2 5 0 k m h 以上。g s m r 小区半径一般在三公里左右，以现有旅客列车来计算， 列车穿行一个小区的时间在1 分钟左右，在此过程中的数据传输必然会受到小区 重选的影响。同时，列车高速前进会带来信号快速衰减、频移现象。这样对g p r s 系统的传输时延等q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 指标都会带来影响。 ( 2 ) 性能指标要求高。在公众g p r s 网络中，g p r s 提供的是一种尽力而为( b e s t e f f o r t ) 的服务。而在铁路上，g p r s 的应用多数直接服务于铁路生产，对数据传输 的可靠性、安全性要求很高。信息传送的任何差错和延误都可能直接为铁路生产 埋下安全隐患。 虽然g p r s 网络本身是一种尽力而为( b e s te f f o r t ) 的网络，但是为了在铁路生产 中应用，必须对g p r s 网络进行合理的配置优化，提高g p r s 网络的各项性能指 标，尤其是要保证特殊业务对性能指标的要求。 ( 3 ) 业务分布相对集中。在公网中，g p r s 的应用集中在城市，但分布区域很大。 而大部分铁路g p r s 应用主要分布在铁路沿线和各枢纽及车站的某些“特定的点一。 同时，铁路枢纽和车站与铁路沿线相比有通信的业务量大的特点。在这种情 3 北京交通大学硕士学位论文 况下，有利于根据业务量的分布提出对铁路g p r s 网络进行合理的优化。 ( 4 ) 业务相对固定。同公众网络相比，铁路g p r s 应用业务相对固定。铁路g p r s 一旦使用变动将很小，业务的使用方式改变很小，业务使用时间和使用地点相对 固定。 ( 5 ) 终端性能高。铁路移动终端必须有较高的性能。由于铁路生产中的环境比 较恶劣，因此铁路移动终端必须能够满足在不同条件下的安全、可靠、持久地作 业，否则将对铁路运输安全造成威胁。 1 2本课题的研究意义 g p r s 在进行分组数据业务传输时，具有传输速率高、网络频谱效率高、投资 少等优点，所以国内g s m r 网络广泛采用g p r s 进行铁路通信的数据传输。同时， g p r s 技术存在时延大，q o s 没有保证等问题，在铁路应用中适合于非安全性数据 传输。目前3 g p pg e r a n ( t h i r dg e n e r a t i o np a m l 盯s l l i pp r o j e c tg s m e d g er a d i o a c c e s sn e t w o r k ) 工作组在e d g e ( e n h a n c a dd a t ar a t ef o rg s me v o l u t i o n ) 技术基础 上做了大量研究工作，时延和q o s 有望在3 g p pr 7 规范中得到解决，在协议完善 后g p r s 技术将有望用于安全性数据业纠9 】。未来如果能在c t c s 中使用g p r s 传 输大流量的列车控制信息，将解决频谱资源有限的问题。 目前，g p r s 业务已经在大秦线、青藏线等铁路g s m r 工程中获得成功应用， 包括调度命令、列车进站信息、车次号等分组数据传输等，给铁路g p r s 网络的 应用带来更广阔的发展空间，也对网络的性能提出了更高的要求。在通信系统中， 信号的覆盖范围及稳定性是非常重要的，但是盲区始终是不可避免的。尤其在 g s m r 系统中，当移动台进入了信号无法覆盖的地区的时候，很可能造成不可估 量的损失。g s m r 网络如何为铁路通信提供安全可靠的信息化服务，g s m r 无线 覆盖盲区对铁路分组数据业务有多大影响是当前铁路应用关注的问题。同时，研 究无线覆盖盲区对铁路分组数据业务的影响也能为铁路g p r s 网络的优化提供更 好的理论支持。 1 3本论文的主要工作与贡献 g p r s 在铁路通信中的应用，包括调度命令、列车进站信息、车次号等分组数 据传输等。在对g s m r 无线覆盖盲区的定义、形成有深入理解后，通过研究不同 状态下的移动台进入盲区后状态转移及返回g p r s 覆盖区后移动台的数据传输情 况，得出盲区对铁路分组数据业务的影响，具体工作包括： 4 引言 研究g s m r 网络中g p r s 移动通信系统的特点，给出铁路上分组数据业 务的应用及其传输的实现方案； 通过对g p r s 移动台状态进行研究，分析移动台和网络之间在各种情况下 的信令处理和数据传输过程； 分析无线覆盖盲区对分组空闲模式下和分组传输模式下移动台的影响，得 到数据传输中断时间： 通过以上问题的讨论分析，本论文主要在以下几个方面对该课题的发展做出 了贡献： 研究了移动台进入盲区后回到覆盖区的状态转移和移动台回到覆盖区后 进行数据传输的信令流程； 计算移动台进入无线覆盖盲区检测到脱网和从无线覆盖盲区回到覆盖区 恢复数据传输的时间，为无线覆盖盲区对列控的影响提供了参考依据； 提出调度命令等重传时间间隔的改进方案，更有效地利用网络资源和频率 资源。 5 北京交通大学硕士学位论文 2 分组数据业务在g s m r 网络中的应用 2 1现有的铁路数据业务传输的实现方案 图2 1分组数据单元的传输过程 f i g 2 1t r a n s m i s s i o np r o c e s so f p a c k e td a t a u n i t 在g s m r 建网初期，g p r s 的业务需求量较低，仅需要对车次号和调度命令 进行传输，无线信道配置方案比较灵活，因此我们可以利用现有的g s m r 信令资 源作为g p r s 的信令资源，不需要专门的设置p b c c h 信道，可以直接利用b c c h 来携带g p r s 的系统广播消息，但g p r s 的分组业务信道则需要专门设定。 g p r s 进行数据传输是分为上下行分别进行的。分组数据单元( 调度命令等) 是如何按照g p r s 传输协议平台，从网络发往移动台的【n 1 4 1 ，如图2 1 所示。 在青藏线、大秦线等正在运行的铁路g s m r 网络中，数据业务的实现基于 g p r s 网络。铁路g p r s 网络实现了铁路调度数据、列尾风压信息、铁路客车运行 安全信息的传送。以青藏线为例，整个网络结构如图2 2 所示： 6 分组数据业务在g s m r 阿络中的应用 图2 - 2 青藏线调度传输方案结构图 f i 9 2 - 2q i n 咖i m b d l i n e d i s p a t c h t r a n s m i s s i o nc o n f i g u r a t i o n 各功能模块的作用： s g s n ：s g s n 为移动台提供业务的节点，相当于传统g s m 中的m s c 。在激 活g p r s 业务时，s g s n 建立起一个移动性管理的环境，包括这个移动终端的移动 性和安全性方面的信息。s g s n 主要作用是对移动台进行鉴权和移动性管理r 进行 路由选择，建立移动台到g g s n 的传输通道，并且在移动终端和s g s n 之间完成 分组数据的发送和接收。 g g s n ：g g s n 是接入外部数据网络和业务的节点。它接收移动台发送的数据 选路到相应的外部网络，或接收外部网络的数据，根据其他地址选择g p r s 网内 的传输通道，传给相应的s g s n 。 内d n s ：域名服务器，其中包含了a p n 与口地址的对应表格。它的作用就 是把从s g s n 收到的a p n ( 接入点名称) 对应为g g s n 的i p 地址。 外d n s ：域名服务器，其中包含了机车号与口地址的对应表格。c t c 要向机 车台发送信息的时候，就从外d n s 中获得机车台相应的坤地址。 r a d i u s 服务器：r a d i u s 服务器的功能是鉴权认证，为认证信息合法的g p r s 移动终端分配静态i p 地址。r a d i u s 服务器的作用是验证用户的合法性，对其用 户信息进行鉴权后为其分配口地址，使其接入到g p r s 网络中，实现应用业务信 息的传输。 g p r s 归属接口服务器：负责处理机车台发送上来的位置信息( 位置区、小区、 北京交通大学硕士学位论文 公里标) ，进行判断并发送给移动台相应的g p r s 接口服务器的p 地址。g p r s 接 口服务器和g p r s 归属接口服务器只有在铁路的g p r s 网络中才有，在全国的铁 路建设中，只有北京铁路局有一对g p r s 归属接口服务器，所有的机车台都知道 g p r s 归属接口服务器的i p 地址。 g p r s 接口服务器：完成车载应用实体和地面应用实体之间数据协议转换。实 现各种应用数据在车地之间的转发，同时进行转发数据存储。它还具有网络接入 功能，为各种铁路应用系统提供g p r s 网络接入。 数据业务传送的整个流程： g s m r 应用g p r s 网络系统传输铁路调度命令、列车尾部风压信息以及铁路 客车运行监控信息的传输。整个传输过程的流程如下： ( 1 ) 机车台开机，附着到g p r s 网络，在尝试p d p 上下文发起鉴权请求。机车 台会自动输入a p n ，用户名、密码。在内d n s 中得到与a p n 对应的g g s n 的i p 地址。 ( 2 ) g g s n 将其发送的鉴权消息送到r a d i u s 处进行用户名认证，鉴权通过后 r a d i u s 分配给移动台一个与用户名对应的i p 地址。机车台成功激活p d p 上下文。 ( 3 ) g p r s 归属接口服务器是通过机车台送上来的位置信息( 公里标、位置区号、 小区号) 来判断机车台所对应的g p r s 接口服务器的i p 地址。c t c t d c s 等地面 服务系统与接口服务器相连，则机车台与地面服务系统之间的通信链路就已经建 立好了。 ( 4 ) 机车台至地面服务系统的数据传输：机车台将采集的数据信息通过g p r s 网络发送指当前所属的g p r s 接口服务器。g p r s 接口服务器对其进行分析判断后， 按其业务类型转发至对应的地面应用实体。 2 2铁路数据业务介绍 铁路数据业务承载在g s m r 网络的g p r s 系统上，具有通信实时性好、数据 量大、免维护等明显优势，以无线方式实现数据拨号传输或“永远在线一实时监 测。这些业务可以采用g p r s 业务来提供无线传输通道，用户始终在线，不需要 等待拨号过程。采用c s l 和c s 2 编码方式，并可以在一段时间内绑定多个信道为 一个用户服务，多个用户共享一个信道，可以有效利用无线信道资源，优化了对 网络资源和无线资源的利用，1 提供与现有数据网的无缝连接。 我国铁路应用业务的特点是业务种类多，目前有许多数据应用的迫切需求， 急需解决地车之间、现场与数据中心之间的数据传输通道。这些业务的特点是业 务点分散、非周期间断传输、频繁小容量数据传输及个别的大容量数据传输。例 8 分组数据业务在g s m r 网络中的应用 如调度命令传输、无线车次号传输等，未来将用于旅客信息服务、移动互联网接 入、旅客列车售票、静止图像传输等业务。 根据铁道部暂行规范g p r s 主要应用有以下几个方面：铁路运行调度信息， 铁路设施维护管理信息，旅客服务信息以及其他服务信息。其中铁路行车调度信 息同铁路生产关系重大，下面将主要介绍铁路行车调度信息。 2 2 1铁路行车调度信息 行车调度信息主要包括车次号和监控信息、调度命令传送、列尾信息传送、 车站编组场综合移动信息等。 2 2 1 1 无线车次号校核信息 铁路列车无线车次号校核信息：以无线方式传送到c t c t d c s 的列车车次号、 机车号、位置、运行速度、列车启动和停稳等信息，由c t c f i d c s 进行车次号校 核。 在g s m r 工作模式下，系统由g s m r 数字移动通信网络( 以下简称g s m r 网络) 、c t c t d c s 设备( 含c t c t d c s 中心设备、c t c t d c s 车站设备) 、c i r 、 g r i s 、h g s 、机车数据采集编码器、机车安全信息综合监测装置等组成。c t c t d c s 中心设备由c t c t d c s 通信服务器、c t c f i d c s 列车调度台、g s m r 通信服务器 等组成【1 5 】。系统构成见图2 3 。 通讯服务器 车站设备 图2 - 3g s m r 车次号校核信息无线传送系统 f i g 2 - 3g s m rw i r e l e s sm a n s m i s s i o ns y s t e mf o r 咖i i ln u m b e rc h o c km f o r m a f i 无线车次号和监控信息传送用来解决机车同地面d m i s 系统之间的信息交互。 无线车次号和监控信息传送的特点在于存在周期性，用于传送车次和车辆位置信 息，为铁路行车调度提供列车的基本信息。在铁路实际应用中，无线车次号和监 9 菱= 一 慕= 北京交通大学硕士学位论文 控信息传送将根据铁路的实际情况在每一个闭塞区间内传送，因此其周期性相对 固定。同时，无线车次号和监控信息传送对信息传送的可靠性和实时性相对较高。 无线车次号和监控信息的传输必须满足以下功能： 每2 0 0 m s 将采集到的数据编码发送一次，c i r 按规定条件发送车次号信息； 实现车次号传送的目的i p 地址自动更新； 支持c t c t d c s 查询指定列车的车次号信息； 对发送的车次号信息、列车停稳信息和列车启动信息进行存储； c t c t d c s 根据接收到的无线车次号信息进行车次校核和追踪； c t c 厅d c s 具有按车站和按机车自动统计车次号信息传送成功率的功能。 2 2 1 2 调度命令 调度命令信息：包含调度命令、行车凭证、调车作业通知单、调车请求、列 车进路预告等信息。调度员在列车调度台上发送的调度命令信息包括调度命令、 行车凭证、调车作业通知单。车站值班员在终端上发送的调度命令信息包括行车 凭证、调车作业通知单。列车进路预告信息由c t c t d c s 自动生成。调车请求信 息由司机按调车请求键发送。 在g s m r 模式下，系统由g s m r 网络、c t c t d c s 设备( 含c t c t d c s 中 心设备、c t c t d c s 车站设备) 、调度命令机车装置( c i r ) 、g r i s 、h g s 、机车 数据采集编码器、机车安全信息综合监测装置等组成。c t c t d c s 中心设备由 c t c t d c s 通信服务器、c t c t d c s 列车调度台、g s m r 通信服务器等组成【1 6 j 。 列车调度台l 列车调度台n c t c 厂r d c s 通讯服务器 工 c t c t d c s 车站设备 图2 4g s m - r 调度命令信息无线传送系统 f i g 2 - 4g s m rw i r e l e s st r a n s m i s s i o ns y s t e mf o rd i s p a t c h i n gc o m m a n di n f o r m a t i o n 调度命令传送主要用在列车出、入站接受调度命令，列车司机要根据调度命 令进行相应的操作。因此，调度命令的特点在于其对可靠性要求很高。在传送过 程中不应出现误导司机的调度命令。根据铁道部的相关规范，调度命令信息正文 不大于6 0 0 字节。 l o 分组数据业务在g s m - r 网络中的应用 调度命令必须满足以下功能： 调度员能通过本系统向辖区内的运行列车发送调度命令、行车凭证、调车 作业通知单等信息； 车站值班员能通过本系统向辖区内的运行列车发送行车凭证、调车作业通 知单等信息； c t c t d c s 能自动向辖区内的运行列车发送列车进路预告信息； 调度命令机车装置能向发送方终端发送自动确认信息； 司机能够通过调度命令机车装置向发送方终端发送手动签收信息； 系统应支持跨区段发送调度命令信息； 在规定时间内c t c t d c s 系统未收到签收信息，应向调度命令信息发送方 给出提示； 司机利用操作显示终端( m m i ) 可发送调车请求信息； c t c t d c s 设备和调度命令机车装置应完整存储所有调度命令信息和操作 过程； 系统中各终端应具有文字提示功能，列车调度台和调度命令机车装置还应 具有语音提示功能； c t c t d c s 应具备分别按车站和按机车自动统计调度命令信息传送成功率 的功能。 2 2 1 3 列尾信息传送 列车尾部安全防护装置( 以下简称“列尾装置 ) 信息传送系统由通用分组无 线业务网络、机车综合无线通信设备( c i r ) 、列车尾部安全防护装置主机( 以下 简称“列尾主机 ) 和确认仪组成。确认仪是列尾专用管理设备，具有向列尾主机 输入机车号和发送关机指令等功能【1 7 1 。如图2 5 所示。 北京交通大学硕士学位论文 l c r l 囤 列车 图2 5g s m - r 列尾装置信息传送系统构成图 f i g 2 - 5g s m - r i n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o ns y s t e mf o re n d - o f - t r a i ns a f e t ye q u i p m e n t 列尾信息传送是关系到列车安全的重要信息传输，它对信息传送的实时性、 可靠性要求很高，同时，它还具有周期性的特点，需要在很短的周期内向牵引机 车提供尾部信息。列尾信息传送主要用来解决尾部风压传送到牵引机车的问题。 列尾信息传送必须满足以下功能： 列尾主机能与c i r 建立和拆除唯一对应关系； c i r 提供司机查询列车尾部风压的功能； c i r 能语音提示和显示接收到的列车尾部风压数值； 风压数值超过规定时间没有更新时，c i r 应进行声光报警； c i r 具有控制列尾主机排风制动的功能； c i r 能接收列尾主机发送的电池电量不足报警信息和列车管风压低于设定 值时的报警信息，并进行声光报警。 2 2 2g p r s 在铁路中的其他应用 g p r s 在铁路中的应用除了铁路行车调度信息之外，还有铁路设施维护管理信 息、旅客服务信息以及其他服务信息。这些应用主要完成列车同地面、现场与中 心之间的无线信息传送。 铁路设施维护管理信息 包括：机车工况信息的传送、牵引工况信息的传送、铁路线路监测状态数 据通信业务的传送等。 1 2 分组数据业务在g s m r 网络中的应用 旅客服务信息 包括：客车售检票信息的传送、旅客服务信息的传送等。同时在列车上旅 客可通过售票终端完成客票查询、订票、购票或者补票业务。 其他管理信息 包括：车辆管路、供水给电管理、工务管理等，也有大量信息流动。 2 3本章小结 介绍了分组数据单元传输过程，以青藏线为例分析铁路上分组数据业务传输 的实现方案。 对目前通过g p r s 网络传输的铁路数据业务的传输系统，传输方式，传输要 求等进行深入讨论。通过分析，发现目前这些数据业