GSM-R在铁路通信中的应用 本科毕业论文(5)

兰州交通大学毕业设计（论文）

第四章 GSM-R在呼和浩特局铁路通信中应用的设计

呼和浩特铁路局位于内蒙古自治区中西部。管内大部分线路北傍阴山，南沿黄河，由西向东穿越自治区二盟（阿拉善、锡林郭勒）、六市（呼和浩特、包头、乌海、鄂尔多斯、巴彦淖尔、乌兰察布），是连接西北、华北物资运输的主要通道，集二线又是通往蒙古国、俄罗斯及东欧的国际干线。

管界东起京包线（北京—包头）的古店站与孤山站间K380+500处与太原局毗邻；西至包兰线（包头东—兰州）的落石滩站与惠农站间K423+000处与兰州局相连；北到集二线的二连站至蒙古国扎门乌德站间K335+601处与蒙古国接壤。

呼局管辖干线8条：京包线、包兰线、集二线、临策线、包西线、集张线、临哈线、集通线。支线9条（含一条环线）：包满线、包石线、包环线、乌吉线、海公线、郭查线、包神线、呼准线、锡多线。管内线路总延展长3801.675公里，其中准轨正线2540公里，宽轨正线5.3公里。双线长度902.4公里，营业里程1630.6公里，全部实现内燃机车牵引。道岔总计4049组，其中准轨正线道岔1352组，宽轨线路道岔104组。桥梁1451座38138延长米。隧道9座3937延长米，涵渠1423座30755延长米。 车站133个，其中，一等站8个、二等站6个。配属机车545台，其中，内燃机车495台、蒸汽机车51台。配属客车1192辆，其中硬座车346辆，硬卧车456辆，软卧车97辆，餐车49辆，软座车4辆，双层客车28辆，发电车29辆。

信号设备总计1641.4公里，其中复线883公里；继电集中车站75个，计算机联锁站59个；驼峰编组场6个，自动闭塞488.9公里，半自动闭塞1154公里；一体化机车信号202台，通用式机车信号318台，道口信号18处；联锁道岔3602组，无联锁道岔254组，全局设备换算道岔45196组。固定资产1122035万元。

我国铁路移动通信从20世纪的60年代开始,设备不断发展,制式不断完善,至今已形成铁路全网的规模,成为保障铁路运输安全生产的重要手段。截至2002年底，我国铁路营运里程已达71500km,位居世界第三位。预计到2020年,全国铁路营业里程达到90000km左右。在这样庞大的铁路交通运输网中,要想大幅度提高铁路复线率、电气化率、自动闭塞比重, 实现主要繁忙干线客货分线运输,原有铁路模拟通信制式已经远远不能满足需要,选择一种新的铁路数字移动通信技术势在必行。

我国从1994年就开始对专用移动通信技术跟踪研究,当时的重点是对GSM-R和TETRA(陆上集群无线电通信)系统进行比较,经过专家们的论证认为GSM-R具有更适应铁路运输特点的功能优势, 更成熟的技术优势以及更符合通信信号一体化技术发展

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的需要,更重要的是GSM-R支持铁路移动通信的可持续发展[6。

2002年10月26日,铁道部在北京交通大学投资建成了第一个正式的GSM-R科研实验室—GSM-R研究与应用模拟系统实验室,实验室由北京交通大学和西门子联合萨基姆、Kapsch、中铁等公司共同建设和研究,并得到国家教育部的全力支持。此实验室负责对既有线提速、客运专线、青藏线建设和高速铁路等各种无线通信需求的研究。实验室成立至今,已经开发出功能寻址、基于位置的寻址、无线列车调度通信(包括“大三角”通信和“小三角”通信)、区间移动通信、尾部风压检测、车次号传递、列车位置跟踪、短消息业务、高速传真、接近连续式的无线机车信号等。目前已经完成CTCS(中国铁路控制系统)三级的研究,以及通信协议软件,GSM-R无线网络测试系统,机车同步操控系统等的开发。经过实验室的验证和研究证明,中国铁路采用GSM-R系统完全符合发展需要。铁道部非常重视GSM-R网络的建设,目前已在青藏线、大秦线、胶济线等运用了GSM-R技术[3]。

GSM-R目前在我国铁路通信中的应用主要有：调度通信功能、车次号传输与列车停稳信息的传送功能、调度命令传送功能、列车尾部装置信息传送功能、调车机车信号和监控信息系统传输功能以及列车控制数据传输功能。

本章将对GSM-R的部分功能在呼局铁路通信中的应用进行设计。

第一节 GSM-R功能寻址的实现

功能寻址是指用户可以由它们当时所担当的功能角色，GSM-R系统从某个角度也可以看做是在一定数量的物理终端上运行的一系列应用和功能。每一个应用和功能利用了最基本的电信业务（承载业务或终端业务）。一个物理终端可以是一个移动终端或移动终端的支持实体。功能号识别的是用户的功能，而不是终端号码。以下将对GSM-R的功能寻址在呼局铁路通信中的应用进行设计。

一、功能寻址的过程

功能寻址分为两个阶段：

·初始化数据结构以允许进行功能寻址的过程（Follow Me过程）

·呼叫过程使用这些数据结构对功能寻址进行处理（无条件呼叫前转过程） FM是一个补充业务，它允许把用户的功能同激活该功能的移动台的MSISDN号码关联起来。为了处理Follow Me，将要执行下面的用户过程：

·Follow Me注册——在功能号和MSISDN号间建立关联； ·Follow Me注销——删除先前建立的关联； ·Follow Me查询——查询用户签约文档。

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那些发起过Follow Me注册的用户可以进行Follow Me注销操作，另外，其他的授权用户也可以执行强制注销。在第二种情况下，应该给注册了该功能的用户（MSISDN）发出通知，以便告知移动台其状态已经发生了改变，同时也触发移动台的相关操作。

所有的Follow Me过程都使用USSD（Unstructured Supplementary Service Data，无结构补充业务数据）补充业务，以便在网络上携带信息。所有的USSD请求信息都有一个USSD响应信息，其中可能包含了请求数据。

FM业务是由FMm和FMf功能联合提供的。这些功能位于两个不同的逻辑设备上（也可能位于不同的物理设备）：FMm位于HLR，FMf位于FFN（Follow Me功能节点）。

由Follow Me补充业务来管理的功能号类型包括列车功能号、维护业务功能号以及车号。

1.Follow Me注册

Follow Me注册过程在功能号和MSISDN号之间建立了临时的关联。用户要为其终端支持的每个功能进行注册。网络应该将注册的结果送回移动台。如果注册失败，结果中还应包含失败的原因。

移动台可以在同一时刻最多注册3个不同的功能号组，但每一条命令（即每个USSD请求）只能注册一个功能号。

如图4-1所示，移动台通过第3层信令向HLR发送USSD请求，HLR对该请求进行验证，然后继续向FFN发送请求。FFN的主体是一个大型的数据库，当其收到HLR发来的注册请求后，它添加一条包含功能号和MSISDN号对应关系的记录。

MSBSS1. USSD RequestA**214*SC*FN***#MSC/VLR2. USSD RequestA HLR3. USSD RequestBFFN用户数据 IMSI MSISDN用户数据功能号 MSISDN图4-1 FM注册过程示意图

（1）移动台里的过程

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当触发注册时，每个移动台都要提供下面的数据： ·过程类型标识（注册）；

·用于Follow Me业务的业务代码（SC）； ·功能号（FN）。 功能号（FN）的格式如下：

FN=RAC+RSN=RAC+FUNCTIONAL NUMBER TYPE+ROOT+BRANCH 其中，RAC为铁路接入码；RSN为铁路用户号码。

功能寻址接口规范中包含了特定串的结构。如果成功，上面的数据都会存储在SIM卡上。

（2）MSC中的过程 信息无改变地通过MSC。 （3）VLR中的过程 信息无改变地通过VLR。 （4）HLR中的FMm过程

当触发注册过程时，HLR必须要求FFN为接收到的功能号激活呼叫前转。FMm功能(位于HLR中，并从移动台接收数据)要执行下面所列出的操作：

·执行对签约数据和功能的校验，以验证移动台有资格请求该过程，另外，它也检查消息中的分支部分；

·负责获得相应承载业务（BS）的MSISDN，而来自IMSI的注册请求中的功能号指示了这些承载业务；

·构造从HLR发送到FFN的USSD请求消息。该消息将激活FMf（位于由RAC识别的FFN中）。消息中将包含所有为激活呼叫前转所需的数据（如功能号和获得的MSISDN）；

·等待FMf的响应消息（由FFN传送到HLR）。

FMm（HLR）将来自FMf（FFN）的响应消息中继到移动台。USSD串要么包含成功的结果代码，要么包含由于Follow Me错误导致的失败结果代码。

（5）FFN中的FMf过程

位于FFN中的FMf功能获得功能号码（RAC、功能号码类型、root和branch），并将它作为用户号码来使用。FMf要确保当前没有任何在该号码上激活的呼叫前转。在校验了功能号后，FMf激活与该功能号相关的所有业务的呼叫前转。

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FMf（FFN）向FMm（HLR）返回接受请求或拒绝请求（仅当发生Follow Me错误时）的通知。该通知可以有选择地包含前转的号码。完成该通知要使用包含USSD串的USSD响应消息。USSD串由成功结果代码或由Follow Me错误而导致的失败结果代码组成。

2. Follow Me注销

Follow Me注销过程解除功能号和MSISDN号之间的关联，即解除对该功能号的呼叫前转激活。注销的结果是解除了功能号上的Follow Me业务的激活，其中前转号码即为MSISDN号码，它标识了不再激活该功能号所代表的功能的移动台。

可以使用下列两种方法将先前的注册操作注销：

·用户或FM业务监督者使用适当的控制过程能够特定地注销先前的注册操作； ·所有的信息都将随着补充业务的取消（管理处理）而消失。 FM的注销过程如图4-2所示。

MSBSS1. USSD RequestA*#214*SC*FN***#MSC/VLR2. USSD RequestA HLR3. USSD RequestBFFN用户数据 IMSI MSISDN用户数据功能号 MSISDN

图4-2 FM注销示意图

（1） 移动台中的过程

移动台触发注销时，要提供下列数据： ·过程类型标识（注销）；

·用于Follow Me业务的业务代码（SC）； ·功能号（FN）；

·监督指示符（用于强制注销）和要注销的MSISDN。 功能号应该为下面的格式：

FN=RAC+RSN=RAC+FUNCTIONAL NUMBER TYPE+ROOT+BRANCH 执行完成后，保存在SIM卡上的数据将相应地进行更新。

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