第七章gsm-r铁路专用移动通信系统

第六章

GSM-R铁路专用移动通信系统一、什么是GSM-R？名词缩写GSM:GlobalSystemForMobileCommunications全球移动通信系统GSM-R:GSMforRailways 全球铁路移动通信系统GSM-R（GlobleSystemofMobileforRailway）专门针对铁路对移动通信的需求而推出的专用系统，它基于GSM并在功能上有所超越，是成熟的技术。是通过无线通信方式实现移动话音和数据传输的一种技术体制。

2023/3/254GSM与GSM-R的关系--业务模型GSM基础设施eMLPPVBSVGCS电信业务-ASCI功能寻址与位置有关的寻址接入矩阵铁路运营特色

铁路应用功能号的表示安全综合移动信息服务自动列车控制(CTCS)远程遥控铁路紧急救援移动服务调车作业移动服务轨道维护移动服务铁路客站综合移动信息服务铁路货站综合移动信息服务机车综合移动信息服务(无线列调)旅客列车综合移动信息服务GSM电信业务2023/3/255以GSM技术为基础,与公众移动通信网共同发展GSM-R=GSM+集群(融合发展)+铁路特色功能GSM-R

=移动通信+轨道电路GSM-R可以连接GSM,PSTN,PDN,IP,卫星,…综合,数字,移动,多媒体,……….铁路相对GSM公网的特殊需求：（1）用户级别不同（高级语音呼叫，包括：组呼、群呼、增强多优先级与强拆）（2）功能寻址（调度）（3）基于位置的寻址（机车呼叫前方车站、后方车站）（4）高速情况下的移动通信（5）大量特殊的数据业务需求（列控、列尾、车次号等）1、现有铁路无线通信系统存在许多问题2、铁路发展出现许多新业务需求3、欧洲选择GSM-R的原因和发展状况二、为什么要建设GSM-R?2023/3/2581.中国铁路需要综合数字移动通信网络满足以旅客为主体的移动信息服务系统的需要，包括车上订票服务、电子移动商务、旅客移动增值服务等；满足铁路路网移动体(机车、车辆、集装箱等)实时动态跟踪信息传输的需要，为开展实时网上信息查询和各种管理信息息统提供移动传输通道；作为无线列调的更新换代产品，同时能够满足区间公务移动、紧急救援、调车编组作业、站场无线等移动话音通信的需要；满足DMIS无线车次号传输、列车尾部风压、机车状态信息、车辆轴温监测、线桥隧道监护、铁路供电状态监视、道口防护等移动和固定无线数据传输的需要；TMIS的源点信息采集和传输；满足以移动列车为主体的安全信息分发与预告警系统的需要，确保沿铁路线的施工、轨道养护、平交道口与车辆、车站等人员和设备的安全，减少事故；2023/3/259青藏铁路需要建设基于无线的列车控制系统；铁路提速、高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/地信息传输通道；技术发展的需要中国铁路移动通信从无到有，从模拟到数字，从单一业务到多业务再到综合业务，这一方面是铁路运输发展的需要，也是技术进步的趋势；IT业在过去20年突飞猛进，其技术进步必将推动铁路综合数字移动通信网络的发展；数字移动通信(GSM、CDMA)在全世界广泛采用,得到广泛验证；铁路专用通信是历史发展必然，无线移动通信在全世界普遍受欢迎，铁道部经过12年(1990年开始)的探索与跟踪，欧洲GSM-R是符合铁路需要的。2023/3/25102.中国铁路既有无线通信的不足模拟无线列调单信道制式严重制约铁路应用，枢纽地区同频干扰严重、信道接入困难已经开始妨碍使用；铁路移动数据通信业务日益增多，无线车次号传输、尾部风压无线传输等等都叠加在无线列调之上，造成本已紧张的无线列调信道更是不堪重负；铁路工种繁多，各部门无线移动通信自成体系，不能互联互通；模拟无线列调不能满足新一代基于通信的列车控制系统(CBTC)对车/地传输通道的要求；单信道无线列调不能满足客运专线和高速铁路等现代铁路运输的信息化和旅客服务对车-地间传输提出的更高要求。

2023/3/25113.中国铁路选择GSM-R专门为铁路服务是GSM-R明确的发展目标，其标准、技术、设备、在铁路上的应用得到欧洲许多国家的验证，符合高速铁路、普通铁路运输的要求，在德国、瑞典等国家也开始商业运营。GSM成熟的标准、技术和良好的工业是GSM-R发展的基础。GSM被100多个国家200多个电信运营商采纳，其网络设施和移动终端在世界上各种地形地物环境、各种气候条件下得到了广泛的验证，在网络规划、建设、运营维护等方面积累了非常丰富的成功经验。GSM-R可以在GSM基础上实现可持续发展，走GSM-R/GPRS/WCDMA发展的道路，与整个通信产业保持一致，能够持续稳步地朝着移动分组数据、宽带多媒体、基于IP的核心网络方向融合发展。GSM-R在欧洲的发展状况：目前已在欧洲13个国家开始广泛实施，具体包括：德国、英国、法国、意大利、斯洛伐克、荷兰、瑞典、瑞士、西班牙、捷克、芬兰、挪威、比利时。其中，瑞典、德国、意大利、瑞士、挪威、西班牙、荷兰等7个国家开通了商用GSM-R网络。最早开始建设的国家：瑞典（1998年）在全国范围内普速干线建设的国家：意大利（7500km）、荷兰（2800km）GSM-R覆盖里程最长的国家：德国（36000km）最早在高速线开通ETCS2的国家：意大利，罗马－那不勒斯，2005年12月21日商用，运营时速347km/h；米兰－都灵2006年2月10日正式商用运行，设计时速350km/h。2023/3/2513根据国情路情实际出发，CTCS共划分为五级。CTCS0级：既有线的控车模式，区间轨道电路+站内电码化+通用机车信号+列车运行监控装置。CTCS1级：基于既有设备改造的固定闭塞系统，即主体化机车信号＋点式设备＋安全型监控装置。CTCS2级：基于轨道电路信息的固定闭塞系统，地面车载一体化系统设计。CTCS3级：基于轨道电路和无线通信（GSM-R）的固定闭塞系统。CTCS4级：完全基于无线通信（GSM-R）的移动闭塞系统。4.中国列车控制系统(CTCS)2023/3/25145.GSM-R在铁路上的应用无线列调；无线机车信号；CTCS3/CTCS4；调度指令传输；尾部风压检测传输通道；车次号传递与列车跟踪；编组站综合移动信息系统；机车调度数据传输综合通道；旅客列车移动信息服务通道。三、GSM-R系统介绍----系统结构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）3、运行与支持子系统（OSS）（1）网管（2）SIM卡管理系统（3）计费、结算、营帐、客服子系统4、终端设备三、GSM-R系统介绍-----网络子系统移动交换子系统：主要完成用户的业务交换功能，完成用户数据与移动性管理、安全性管理。移动业务交换中心（MSC）：负责用户的移动性管理和呼叫控制；拜访位置寄存器（VLR）：负责存储进入该区域内已登记用户的信息；归属位置寄存器（HLR）：是一个负责管理移动用户的数据库。HLR存储本归属区的所有移动用户数据，如识别标志、位置信息、签约业务等；鉴权中心（AuC）：是存储用户鉴权算法和加密密钥的实体，AuC只通过HLR和其他网络实体通信；互连功能单元（IWF）：与固定网络的数据终端之间提供速率和协议的转换；组呼寄存器（GCR）：用于存储移动用户的组ID；短消息服务中心（SMSC）：负责向MSC传送短消息信息；确认中心（AC）：记录、存储铁路紧急呼叫相关信息。智能网子系统IN：是在SSS中引入的智能网功能实体，将网络交换功能和业务控制功能相分离，实现对呼叫的智能控制

。GSM业务交换点（gsmSSP）GPRS业务交换点（gprsSSP）智能外设（IP）业务控制点（SCP）业务管理点（SMP）业务管理接入点（SMAP）业务生成环境点（SCEP）。GPRS子系统：负责为无线用户提供分组数据承载业务。铁路上目前有数据应用的迫切需求，地车之间、现场与数据中心之间的数据传输，例如：书面调度命令、无线车次号传输、旅客信息服务等。GPRS核心层：由SGSN、GGSN、DNS、RADIUS等功能实体组成；GPRS无线接入层：由PCU、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GPRS系统基站。SGSN:服务GPRS支持节点,移动性管理、寻路等功能。GGSN:网关GPRS支持节点,为GPRS网与外部数据网络相连的网关。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。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。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。三、GSM-R系统介绍----基站子系统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。基站控制器（BSC）编译码和速率适配单元（TRAU）小区广播短消息中心（CBC）基站收发信机（BTS）弱场设备（直放站、漏缆）BSS移动终端MSC无线接口A接口三、GSM-R系统介绍---运行与支持子系统OSS（1）网管交换、智能网、GPRS网管、基站网管、直放站网管等。（2）SIM卡管理系统（铁道部管理中心、路局发卡中心两级结构）（3）计费、结算、营帐、客服子系统三、GSM-R系统介绍

----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，包括移动台和无线固定台。（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。注：FAS系统及终端不属于GSM-R系统。三、GSM-R系统介绍

（二）系统功能1、业务类型（1）语音业务（2）数据业务智能业务1、业务类型（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）1、业务类型（2）数据业务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5～10s（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2.4、4.8、9.6kbps，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（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9.05～171.2kbit/s。三、GSM-R系统介绍

（二）系统功能1、业务类型（3）智能业务基本业务

①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。②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。③精确位置寻址④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。三、GSM-R系统介绍

（二）系统功能1、业务类型（3）智能业务扩展业务

①基于位置的呼叫限制业务将用户（包括调度员、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。②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。

③短信的智能业务

包括短信的功能寻址和基于位置寻址等。

三、GSM-R系统介绍

（二）系统功能三条已建线的业务及实现情况－大秦线序号系统设计功能试验情况使用情况1调度通信试验成功尚未投入实际应用2机车同步操控信息传送试验成功已投入实际应用3区间移动通信试验成功已投入实际应用4列车无线车次号校核及列车停稳信息传送静态试验成功，需进行动态测试尚未投入实际应用5调度命令传送静态试验成功，需进行动态测试尚未投入实际应用6列尾装置信息传送静态试验成功，需进行动态测试尚未投入实际应用7调车机车信号和监控信息传送静态试验成功，需进行动态测试尚未投入实际应用三、GSM-R系统介绍

（二）系统功能三条已建线的业务及实现情况－青藏线序号系统设计功能试验情况使用情况1列车调度通信试验成功已投入实际应用2列车控制系统（ITCS）数据传输试验成功已投入实际应用3调度命令传送试验成功已投入实际应用4列车无线车次号校核及列车停稳信息传送试验成功已投入实际应用5区间移动通信试验成功已经投入实际应用6其它铁路信息化应用正在进行方案研究三、GSM-R系统介绍

（二）系统功能三条已建线的业务及实现情况－胶济线序号系统设计功能试验情况使用情况1调度通信试验成功试运行2车次号校核信息传送试验成功试运行3调度命令传送试验成功试运行三、GSM-R系统介绍

（二）系统功能业务实现方式三、GSM-R系统介绍

（二）系统功能业务类别主要应用实现方式1、列控类列控、同步操控、调车机车信号和监控信息电路域数据传输2、调度指挥类无线列调话音通信车次号、调度命令、近路预告信息GPRS3、运行安全监控类列尾、接近预警、工况运况信息、综合维护信息GPRS4、其他应急语音、站场及其他公务移动通信、静图话音＋数据GSM-R无线网建设现状：已建线路：3条，大秦线：666公里，货运专线，同站址双网，同MSC青藏线：1142公里，新建线路，同站址双网，异MSC胶济线：473公里，客货混运线路，单网待建线路：客专，京津城际，武广、广深港、石太、郑西四、GSM-R网络规划

吉林九江2007－2008上半年建设的客专线路（10条）北京－天津城际（2006.8－2007.10）石家庄－太原客专（2007.7－2008.10）郑州－西安客专（2008.3－2009.3）广深港客专广深段（2008.4－2009.12）武汉－广州客专（2007.7－2008.10）合肥－武汉客专（2007.3－2008.6）合肥－南京客专（2007.1－2007.8）长春－吉林城际（2007－2008）上海－南京城际（2007－2008）九江－南昌城际（2007－2008）2007－2008上半年建设的客专线路（10条）序号线路名称正线里程（km）途径省市工期1合宁166安徽、江苏2007.1~2007.82京津126北京、天津、河北2006.8~2007.103合武359安徽、湖北2007.3~2008.64石太190河北、山西2007.7~2008.105武广968湖北、湖南、广东2007.7~2008.106郑西473河南、山西2008.3~2009.37广深港105广东2008.4~2009.128长吉98吉林2007~20089九昌92江西2007~200810沪宁296上海、江苏2007~2008合计28733个直辖市、10个省温州大连秦皇岛宁波厦门深圳蒲田福州向塘龙岩福州－厦门（2007～2009）龙岩－厦门（2007～2009）2008下半年启动的客专（5条）和新建线路（8条）天津－秦皇岛客专（2009~2010）石家庄－武汉客专（2009~2010)北京－上海高速北京－石家庄客专（2009~2010）哈尔滨－大连客专（2009.1~2010.1）温州－福州（2007～2009）甬台温（2007～2009）厦门－深圳（2007～2009）向塘－莆田（2007～2009）宜昌武汉－宜昌（2007～2009）利川重庆－利川（2007～2009）福州－厦门（2007～2009）龙岩－厦门（2007～2009）向塘龙岩厦门深圳福州温州莆田2008下半年启动的客专（5条）序号线路名称正线里程（km）途径省市工期1哈大900黑龙江、吉林、辽宁2009.1~2010.12京石278北京、河北2009~20103津秦245天津、河北2009~20104石武838河北、河南、湖北2009~20105京沪1320北京、河北、山东、江苏、安徽、上海－合计35813个直辖市、9个省2008下半年新建线路（8条）序号线路名称正线里程（km）途径省市工期1温州－福州312浙江、福建2007－20092甬台温282浙江3福州－厦门273福建4厦门－深圳493福建、广东5向塘－莆田640江西、福建6武汉－宜昌291湖北7龙岩－厦门171福建8重庆－利川244重庆、湖北合计27061个直辖市、5个省五、GSM-R调度通信系统五、GSM-R调度通信系统个别呼叫组呼广播呼叫紧急呼叫五、GSM-R调度通信系统——个别呼叫移动终端按MSISDN号码呼叫移动终端

移动终端按功能寻址呼叫移动终端

移动终端按ISDN号码寻址呼叫固定终端

移动终端按位置寻址呼叫固定终端

固定终端按MSISDN号码呼叫移动终端

固定终端按功能寻址呼叫移动终端

固定终端呼叫固定终端

五、GSM-R调度通信系统——组呼VGCS移动终端发起组呼

以GSM-R组ID向GSM-R网络发起组呼

固定终端发起组呼以组地址向FAS发起组呼五、GSM-R调度通信系统——广播呼叫VBS在特定区域内进行呼叫一方说，多方听的点对多点通信快速呼叫建立呼叫优先级VGCS—随时随地的移动电话会议

VBS—实时的语音事件广播通知五、GSM-R调度通信系统——紧急呼叫紧急299移动发起方以紧急呼叫组ID发起优先级为0级的紧急呼叫。紧急情况，可以发起“299或599

”呼叫六、GSM-R在铁路运营和服务中的特殊业务与应用——功能寻址北京东环调度台京秦西调度台唐山枢纽调度台京山三调度台京山四调度台调度呼叫司机T302120K212Y333L2922车站值班员呼叫司机六、GSM-R在铁路运营和服务中的特殊业务与应用——基于位置的寻址北京东环调度台京秦西调度台唐山枢纽调度台京山三调度台京山四调度台司机1200呼叫调度T302120K212Y333L2922瑞典GSM–R的发展规划瑞典全国铁路线总长10216公里，GSM-R网络覆盖7500公里。1998年，瑞典开始规划和建设GSM-R网络，2