GSMR系统介绍学习教案

1、会计学1GSMR系统介绍系统介绍基础传送网（传输：DWDM、SDH）业务网（固定电话网PSTN）（移动电话网GSM-R）支撑网（信令）（网管）（同步）GSM-R在通信网中的地位与作用一、GSM-R系统结构第1页/共75页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系统的基本组成第2页/共75页SIM卡管理各子系统网管服务BuilderINSCP智能

2、网设备交换机（MSC）服务BuilderINSGSNGPRS设备GGSN外部数据网BTSADMADMADMADMBTSBTSADMBTSRRRBTSBTSADMBTSADMADM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系统组成示意图第3页/共75页第4页/共75页nSSS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。n提供的业务：基本话音呼叫业务；电路域数据传输。n话音呼叫：点对点话音呼叫（话音呼叫：点对点话音呼叫（MS之间，之间，MS与有线与有线FT之间）；组呼之间）；组呼、广播呼叫、多方通信、公众紧急呼叫。、广播呼叫、多方通信、公众

3、紧急呼叫。n电路域数据传输：提供透明传输通道。如与列控电路域数据传输：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。传送。n组成：由MSC、HLR、VLR、GCR、AC、SMSC等组成。1、网络子系统（1）移动交换子系统第5页/共75页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）：

4、到外网的关口，可与MSC合设，也可分设 来访 MSC: 服务 MS 的 MSC第6页/共75页呼叫处理功能(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移动业务交换中心第7

5、页/共75页n 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。入用户的数据。n 存储信息包括：移动用户存储信息包括：移动用户IMSI，MSISDN，位置区等，支持，位置区等，支持寻呼功能。用户漫游入该控制区时，寻呼功能。用户漫游入该控制区时，VLR从从HLR获取上述信获取上述信息；用户漫游出该控制区时，息；用户漫游出该控制区时，VLR删除上述信息。删除上述信息。n VLR与与MSC之间交互数据量大，为了提高移动管理和呼之间交互数据量大，为了提高移动管理和呼叫建立的速度，叫建立的速度，VLR与与MSC一般合适于同

6、一物理实体。一般合适于同一物理实体。拜访位置寄存器（VLR）注：注：位置区划分由人为规定，位置区划分由人为规定，1 1个个MSCMSC划分为若干个位置区。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。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。 第8页/共75页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, MS

7、RN, HON, 三参数组,.) 这些数据一直有效直到重新登记到其它 VLR!MSC移动业务交换中心第9页/共75页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 第10页/共75页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

8、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,.第11页/共75页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，也可以分设第12页/共75页组呼寄存器(GCR)MSCMSCGCR最多可定义100000个组区 (00000 99999)最多可定义1000个组号 (000 999)组呼获取区号和组号寻呼和呼叫完成 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

9、用户列表、MSC控制的小区列表。与MSC合设于同一物理实体第13页/共75页n 短消息服务中心（SMSC）n 提供短消息的存储与转发功能。提供短消息的存储与转发功能。n 短消息业务是信令承载业务，建网初期用户数少，应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。集中设置。SMSC应能与全网应能与全网MSC相互寻址。设置地点应相互寻址。设置地点应方便接入全网。方便接入全网。n 确认中心（AC）n MSC将终端用户发起或接受高优先级呼叫或紧急呼叫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，传送到的相关呼叫信息，传送到AC进行记录。进行记录。n AC对接收到的相关信息进行记录

10、、存储，为事后分析提供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。数据依据。第14页/共75页确认中心（AC ）MSCBSS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第15页/共75页小结第16页/共75页（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 机车号呼叫第17页/共75页交换网实现铁路基本电信业务MSC1TMSC1TMSCnSCP1HLR1SCP2HLRnMSC2MS

11、C3MSCnTMSC2HLR3HLR2TCP/IPFNFN实时地同步数据信息用户平面控制平面智能网实现铁路运营业务智能网在GSM-R网中的地位和作用第18页/共75页智能网（IN）子系统构成第19页/共75页n业务控制点（SCP）：呼叫控制和处理功能n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。 n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。n业务管理接入点（SMAP）：为业务管理员提供接入到SMP的能力 n智能外设（IP）及业务生成环

12、境点（SCEP）主要功能实体第20页/共75页q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。q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。传统方式智能网方式第21页/共75页传统方式：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交换机设备既有业务处理功能，还有基本呼叫处理功能能传统业务提供方式第22页/共75页智能

13、网方式：智能网方式：交换设备只具有基本呼叫处理功能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业务处理功能集中在几个节点上智能网业务提供方式第23页/共75页扩展业务n基于位置呼叫限制基于位置呼叫限制。n短信智能业务。短信智能业务。第24页/共75页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

14、GPRS系统基站。(3)GPRS子系统第25页/共75页SGSN设备(Serving GPRS Support Node) nSGSN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。nSGSN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 ：n移动性管理移动性管理n会话管理会话管理 n用户数据管理用户数据管理n安全性安全性n计费计费 第26页/共75页n网关功能n会话管理nIP地址分配n安全性n计费GGSN设备(Gateway GPRS Support Node) 第27页/共75页n DNS：负责域名解析，将网元域名转换成为

15、实际IP的地址。n 如哈局的列尾主机：如哈局的列尾主机：LWZJLWZJ车次号车次号HEBHEBMSMSGPRSGPRSn 铁路GPRS网的域名解析主要有四个用途：n在在PDPPDP上下文激活过程中，上下文激活过程中，SGSNSGSN将将APNAPN提交给提交给DNSDNS进行解析，获得用户所使用进行解析，获得用户所使用的的GGSNGGSN的的IPIP地址。地址。n 在在SGSNSGSN间路由区更新过程中，新的间路由区更新过程中，新的SGSNSGSN通过域名解析查找原通过域名解析查找原SGSNSGSN的的IPIP地地址。址。n实现系统各网元之间通信时网元域名至网元实现系统各网元之间通信时网元域

16、名至网元IPIP地址间的解析。地址间的解析。n机车台、列尾主机等车载机车台、列尾主机等车载GPRSGPRS设备的域名至其设备的域名至其IPIP地址的解析。地址的解析。DNS第28页/共75页nRADIUS服务器：n 负责存储用户身份信息，对用户认证请求（用户名、密码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）进行确认，给用户分配权限，完成用户的认证和鉴权功能。能。n 存储所有机车号、车次号与存储所有机车号、车次号与IPIP地址的映射表。地址的映射表。 n 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。第29页/共75页u

17、 SGSN:服务GPRS支持节点, 移动性管理、寻路等功能。 u GGSN:网关GPRS支持节点,为GPRS网与外部数据网络相连的网关。u 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。 u 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。 u 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。 小结第30页/共75页VLRBSCBTSMSCGMSCHLRAUCPSTN铁路应用系统GGSNSGSNBTS第31页/共75页第32页/共75页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

18、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。u基站控制器（BSC）u编译码和速率适配单元（TRAU）u小区广播短消息中心（CBC）u基站收发信机（BTS）u弱场设备（直放站、漏缆）BSS移动终端MSC无线接口A接口2、基站子系统（BSS）第33页/共75页基站控制中心BSC第34页/共75页基站(BTS)及覆盖第35页/共75页AbisAterABTSBSCTCUM SCBTSBSCTRAUMSC13kbit/s16kbit/s64kbit/s无线子系统接口第36页/共75页3、运行与支持子系统OSS5 5种功能：安全管理、配置管理

19、、故障管理、告警管理、性种功能：安全管理、配置管理、故障管理、告警管理、性能管理。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（按照职能：网络管理中心（NMCNMC）和本地操作维护管理中心）和本地操作维护管理中心（OMCOMC）。）。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。限更改等操作功能，支撑业务的正常运行。包括包括SIMSIM卡管理系统以及计费、结算、营帐和客服系统等。卡管理系统以

20、及计费、结算、营帐和客服系统等。第37页/共75页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。第38页/共75页业务是通过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

21、第39页/共75页（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）第40页/共75页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、，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（

22、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。（2）数据业务第41页/共75页基本业务 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）智能业务第42页/共75页 扩展业务 基于位置的呼叫限制业务 将用户（包括调

23、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。 第43页/共75页 三、GSM-R系统承载的业务第44页/共75页(一)中国铁路对GSM-R系统的应用需求第45页/共75页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，

24、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、列车运行控制类第46页/共75页（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）、

25、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、列车调度指挥类第47页/共75页（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

26、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。第48页/共75页（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第49页/共75页（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

27、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、其他业务第50页/共75页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解决方案第51页/共75页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。第52页/共7

28、5页BTSBSCMSCGSM-R网络Copyright 1996 Northern Telecom调度员 #2调度员 #1FAS网络调度通信、应急语音通信系统图第53页/共75页主要组呼类型：(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。第54页/共75页序序号号组呼类组呼类型型优先优先级级号号码

29、码发起者发起者组呼成员组呼成员覆盖范围覆盖范围单网单网同址同址双网双网单网单网交织交织1 1相邻三相邻三小区小区0 0299299车站助理值车站助理值班员班员工务巡道工工务巡道工司机司机运转车长运转车长道口值班人道口值班人员员车站助理值车站助理值班员班员工务巡道工工务巡道工司机司机运转车长运转车长道口值班人道口值班人员员调度员调度员车站值班员车站值班员本站，本站，2 2个个邻站邻站本站，本站，2 2处邻处邻站站本站，本站，左右左右各各2 2个个邻站邻站2 2车站基车站基站区站区3 3210210车站值班员车站值班员车站助理值车站助理值班员班员机车司机机车司机运转车长运转车长车站值班员车站值班员

30、车站助理值车站助理值班员班员机车司机机车司机运转车长运转车长车站车站基站基站车站车站基站基站车站车站基站，基站，2 2个邻个邻站站3 3调度辖调度辖区区3 3571571调度员调度员调度辖区内调度辖区内所有车站值所有车站值班员班员调度辖区内所有基站调度辖区内所有基站第55页/共75页2、CTCS-3列控信息传送第56页/共75页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RBCCTCS-3仍为固定闭塞第57页/共75页CTCS-3级列控系统示意图 ATPRBC第58页/共75页1

31、、列控系统RBC车载通信单元：u移动授权：与前车的距离、行驶速度、进路解锁时间等；u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；u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：u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：第59页/共75页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：第60页/共75页人机接口DMI基站控制器BSC移动交换中心MSC无线闭塞中心RBC基站BTSCTCS车载通信单元车站联锁CTC调度中心TSRTCC第61页/共75页车站联锁无线闭塞中心（RBC）临时限速系统（TSRS）列车位置、速度信息限速信息进路信息轨道电路占用信息速度曲线列车位置、速度信息行车许可列车位置、速度信息第62页/共75页 由多台机车牵引的组合列车，在牵引过程中，必须实现