基于GSM-R技术在铁路通信应用及发展
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作者: 吴钢
摘要：GSM-R属于专用移动通信，专用于铁路的运营管理，是有效的调度指挥通信工具。本文介绍了GSM-R技术及系统组成。
关键词：ＧＳＭ－Ｒ系统；铁路通信
中图分类号：TN915.852 文献标识码：A
1 ＧＳＭ－Ｒ技术介绍
ＧＳＭ－Ｒ是一种专门为铁路设计的专业无线数字通信系统，基于ＧＳＭ系统技术平台，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统，并将铁路移动通信所具有的特色（群呼、组呼、优先级别、强插、强拆等功能）加进去，构成ＧＳＭＲ用于铁路的全球移动通信系统的解决方案。从集群通信的角度来看，ＧＳＭ－Ｒ是一种数字式的集群系统，能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修组通信等语音通信功能。
2 GSM-R系统组成
GSM-R系统包括网络子系统、基站子系统、运行和业务支撑子系统和终端设备等四个部分。其中，网络子系统包括移动交换子系统、移动智能网子系统和通用分组无线业务子系统。
2.1 网络交换子系统。主要完成业务交换及用户数据、移动性管理、安全性管理功能，由一系列功能实体构成：移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AuC）、互连功能单元（IWF）、组呼寄存器（GCR）、短消息服务中心（SMSC）、确认中心（AC）、移动智能网（IN）。各功能实体之间通过No.7信令协议互相通信。
2.2 通用分组无线业务子系统。GPRS子系统负责为无线用户提供分组数据承载业务。GPRS子系统包括核心层和无线接入层。核心层由SGSN、GGSN、DNS、RADIUS等功能实体组成。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。
2.3 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。BSS由基站控制器（BSC）、编译码和速率适配单元（TRAU）、基站收发信机（BTS）、弱场设备等功能实体构成。
2.4 运行与支持子系统。OSS包括网络设备维护管理系统和用户管理系统。
2.5 终端。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。
3 GSM-R系统在铁路通信中的应用
GSM-R技术开发的铁路应用业务可以分为两大类：调度与司机通信业务、列车控制业务。
3.1 调度与司机通信业务
3.1.1 调度语音业务
①调度台呼叫机车台，该业务利用了网络中智能网。在线运行的机车台通过智能网注册车次功能号码，车次功能号在机车担当牵引任务时有效。列车在线运行期间，调度员需要和司机通话时通过拨打机车台注册的车次功能号呼叫司机，这种方式调度免去了记忆繁琐的机车台MSISDN号码。
②司机呼叫调度员，该业务也是通过智能网来实现的。司机拨打短号码1200呼叫调度员，省去了记忆每个调度台的ISDN号码，智能网根据司机当前所在的位置,自动接续当前位置对应的调度台。
③语音组呼类业务，网络可以把不同专业的铁路运维人员进行编组（通过HLR中的用户属性），根据业务需要分组、分区域进行通话。
3.1.2 GPRS数据业务
在机车运行过程中，调度员会不断的根据线路的运行情况向机车发送调度命令，根据线路等级不同调度命令发送方式也不同。传统方式是进行语音呼叫通过对话方式传达调度命令。GSM-R系统应用后，利用GRRS技术实现了调度台给机车台发送调度命令数据。目前利用GPSR数据业务的除调度命令外还有无线车次号校核、CIR出入库检测等。
3.2 列车控制业务
我国铁路基于GSM-R传递列车控制信号的有青藏线的ITCS、大秦线的LOCOTROL，还有目前正在武广、郑西线进行试验的CTCS-3, 这种业务方式需要给通信双方分配一条永久在线的数据电路，来保证数据传输的实时可靠，传输速率为4.8或9.6kbps。这种方式适用于数据量不大但对数据的实时性要求高的列控业务。
4 对于我国铁路通信ＧＳＭ－Ｒ技术发展建议
4.1 推动互联互通现场测试工作
我们在进行铁路通信ＧＳＭ网络大规模建设时，为保护工程投资，应考虑解决ＧＳＭ－Ｒ系统的开放性和不同厂家设备之间的互联互通问题。进行互联互通工作有利于ＧＳＭ－Ｒ更好地服务于中国铁路，有利于设备供货市场形成良好竞争局面，保护工程投资，降低风险有利于形成全程全网的解决方案，按照目标网进行网络规划和建设，最大限度发挥总体效益；有利于网络长远发展，对ＧＳＭ－Ｒ技术在中国推广起到积极的推动作用。
4.2 改进信息传输安全平台的设计
ＧＳＭ－Ｒ在铁路通信的应用中，从实用、安全、可靠的角度出发，今后需要不断改进铁路移动信息传输安全平台的设计方案，设计公用网与铁路专用网安全互联、移动设备与地面网络可靠互通的铁路移动信息传输安全平台。铁路移动信息传输安全平台应有完善的硬件系统和软件系统组成。平台硬件系统应该由内外网通信服务器、行车监控及业务系统设备为主的时实监控和传输设施组成，平台软件系统主要由外网传输处理子系统、内网传输处理子系统、管理监视子系统构成。将ＧＰＲＳ数据接人点部署在铁路局，每个铁路局设立统一的外网通信服务器，作为各个业务系统地面数据处理中心，承担所有应用系统车、地间和内、外网间的数据交换任务，使各应用系统中所有从ＧＰＲＳ下载的实时信息统一由铁路局外网通信服务器接收，再经网络安全传输平台进入铁路运输生产系统。
4.3 处理好ＧＳＭ－Ｒ与３Ｇ的关系
ＧＳＭ－Ｒ的基础ＧＳＭ系统已经在全世界１３０多个国家和地区得到部署和应用，无论是网络设备、终端还是业务应用等等都已经非常成熟。ＧＳＭ－Ｒ能够满足铁路应用对可靠性、可用性、可维护性和安全性的苛刻要求。目前３Ｇ规范中还未考虑铁路特色业务，其应用在我国也尚未开展。但是，ＧＳＭ－Ｒ与固定通信网的发展是紧密关联的，与先进的网络技术是同步发展的，与３Ｇ移动通信有着良好的后向兼容性。因此，我们在大力建设我国ＧＳＭ－Ｒ网络的同时，应该积极探讨ＧＳＭ－Ｒ网络向３Ｇ的演进方案，包括网络自身的演进、应用业务的演进以及各个应用接口的演进等等。
4.4 尽快完善适合我国铁路应用的ＧＳＭ－Ｒ技术规范体系
通过制定标准与规范，一方面为网络规划、建设和运维管理提供技术依据，确保网络完整、统一和安全可靠，提高服务质量、合理地利用频谱、码号等资源；另一方面，也为各厂家平等接入提供可循的技术依据，为网络设备质量认证和监督的提供依据。此外，通过参与标准研究工作，还可以有效地提高人才的业务素质，为我国ＧＳＭ－Ｒ健康发展打下坚实的技术基础。
5 结语
通信技术在飞速的发展，作为铁路专用通信的GSM-R系统也可以在GSM的基础之上持续发展，依照GSMR-C /GPRS/WCDMA-R/LTE-R发展的道路，与通信产业保持一致，能够持续稳步的超这移动分组数据、宽带多媒体、基于IP的核心网络方向融合发展。
参考文献
[1]钟章队.路数字移动通信系统（GSM-R）应用基础理论[M].北京:铁道出版社,009
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