河南禹亳鐵路發(fā)展有限公司電務(wù)段 韓海玲 孫艷花 魏宏波

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GSM-R在鐵路通信中的應(yīng)用

河南禹亳鐵路發(fā)展有限公司電務(wù)段 韓海玲 孫艷花 魏宏波

【摘要】GSM-R屬于專(zhuān)用移動(dòng)通信，專(zhuān)門(mén)為鐵路的運(yùn)營(yíng)管理而服務(wù)，是調(diào)度通信的得力助手，因其能夠在綜合平臺(tái)上提供調(diào)度通信業(yè)務(wù)，特別是能夠?yàn)榱熊?chē)控制提供無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)，所以其具有強(qiáng)大的調(diào)度通信功能。

【關(guān)鍵詞】GSM-R；無(wú)線(xiàn)通信；調(diào)度

1 引言

隨著既有線(xiàn)提速工程、青藏鐵路以及高速鐵路的建設(shè)和發(fā)展，為鐵路通信技術(shù)的研究和發(fā)展提供了應(yīng)用空間。在我國(guó)鐵路發(fā)展的歷程中，總是以建立語(yǔ)音和數(shù)據(jù)集成化服務(wù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)平臺(tái)的現(xiàn)代通訊、信息傳輸和列車(chē)集中控制為最終目的,以向公眾提供鐵路運(yùn)輸業(yè)務(wù)和其他服務(wù)信息為出發(fā)點(diǎn)。GSM-R的形成是一項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)性工程，與鐵路的運(yùn)輸組織、生產(chǎn)、控制、安全等方面都息息相關(guān)，通過(guò)深入分析鐵路市場(chǎng)的變化規(guī)侓以及世界通信技術(shù)的發(fā)展方向，結(jié)合了3G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，同時(shí)結(jié)合了鐵路運(yùn)輸?shù)木唧w情況，然后對(duì)其展開(kāi)研發(fā)，并且要形成一張巨大的覆蓋范圍廣泛的鐵路網(wǎng)，在此背景下GSM-R的產(chǎn)生與發(fā)展是必然的趨勢(shì)。

移動(dòng)通信設(shè)備的研制與開(kāi)發(fā)，數(shù)字蜂窩通信網(wǎng)的成立，在歐洲一些國(guó)家，數(shù)字移動(dòng)通信這一概念的提出，專(zhuān)家們最先使用GSM來(lái)表示，后來(lái)這些專(zhuān)家逐步將其命名為“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”。為了滿(mǎn)足鐵路調(diào)度通信的需求，專(zhuān)家學(xué)者在GSM原有的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上增加了鐵路特有的元素，比如考慮了適合高速移動(dòng)的環(huán)境背景等因素。

2 GSM-R系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了給鐵路運(yùn)輸組織提供移動(dòng)通信的功能，GSM在原有的無(wú)線(xiàn)通信的基礎(chǔ)上結(jié)合鐵路運(yùn)輸組織的特點(diǎn)進(jìn)行研發(fā)，從而產(chǎn)生了GSM-R。一個(gè)GSM-R系統(tǒng)可能會(huì)有若干個(gè)功能實(shí)體，這些功能實(shí)體的作用都是為用戶(hù)提供一些基本業(yè)務(wù)或補(bǔ)充業(yè)務(wù)，還可能對(duì)用戶(hù)牽涉到的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作或管理。

圖1 GSM-R網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)框圖

該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由3個(gè)分系統(tǒng)來(lái)組成，具體結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。其中的移動(dòng)臺(tái)便是用戶(hù)終端設(shè)備。基站子系統(tǒng)BSS、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS、操作與維護(hù)子系統(tǒng)OSS是三大組成部分，根據(jù)需要，可能還會(huì)增加智能業(yè)務(wù)或者GPRS分組業(yè)務(wù)功能。

1)BSS是GSM-R系統(tǒng)中最基本的組成部分，它有2種最基本的組成設(shè)備，基站收發(fā)機(jī)BTS和基站控制器BSC，與移動(dòng)臺(tái)相接是通過(guò)無(wú)線(xiàn)接口來(lái)完成的，其作用主要是完成無(wú)線(xiàn)信號(hào)的發(fā)送與接收以及對(duì)無(wú)線(xiàn)資源進(jìn)行管理；連接到移動(dòng)交換中心,為能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)用戶(hù)與移動(dòng)用戶(hù)之間,移動(dòng)用戶(hù)和固定用戶(hù)之間的通信,也可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸系統(tǒng)和用戶(hù)信息管理等功能。

2)NSS是建立在一個(gè)移動(dòng)交換中心(MSC)的平臺(tái)之上，需要建立端到端調(diào)用,用戶(hù)數(shù)據(jù)管理、移動(dòng)和固定網(wǎng)絡(luò)連接等。并且能夠完成一系列的功能實(shí)體：MSC、VLR、HLR、AuC等，這些功能實(shí)體可以根據(jù)具體需要進(jìn)行選擇，各功能實(shí)體間是通過(guò)7號(hào)信令通信。

3)OSS是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)，兼有有維護(hù)與管理的雙向功能。具體作用將由OMC來(lái)發(fā)揮實(shí)現(xiàn)的,其中BSS的管理由OMC-R負(fù)責(zé)完成，NSS由OMC-S管理。這個(gè)子系統(tǒng)是操作人員與系統(tǒng)設(shè)備之間的紐帶，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的集中管理與維護(hù)，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶(hù)管理、設(shè)備管理及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等功能。

GPRS分組業(yè)務(wù)是為用戶(hù)提供了數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)而服務(wù)的。該子系統(tǒng)由兩層物理結(jié)構(gòu)組成：核心層和接入層。與此同時(shí)，任何一個(gè)完整的GSM-R網(wǎng)絡(luò)都必須與固定的網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，共同來(lái)完成各個(gè)用戶(hù)之間的通信。

3 GSM-R的特殊業(yè)務(wù)

GSM-R除了支持所有的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)之外，為滿(mǎn)足鐵路調(diào)度的需要，還增加了集群通信功能。在GSM的標(biāo)準(zhǔn)化定義中，有基本業(yè)務(wù)比如高級(jí)語(yǔ)音呼業(yè)務(wù)ASCI功能，另外還包括一些鐵路所特有的功能：功能尋址、基于位置的尋址以及基于GSM-R的無(wú)線(xiàn)列調(diào)等功能實(shí)體。

其中，功能尋址是GSM-R最基本的特征，這并不是通常意義下所說(shuō)的按照用戶(hù)終端的設(shè)備號(hào)進(jìn)行尋址的，其主要特點(diǎn)是通過(guò)功能號(hào)來(lái)呼叫用戶(hù)，所以通過(guò)編制功能號(hào)并通過(guò)選擇所需的功能號(hào)，來(lái)完成這一業(yè)務(wù)的，這一特征也保證了用戶(hù)功能號(hào)碼與用其前來(lái)應(yīng)答的物理終端之間的唯一性。

基于位置尋址是指移動(dòng)用戶(hù)發(fā)起的為一個(gè)特定的功能調(diào)用路由到另一個(gè)用戶(hù)目前目的地址的位置上,如司機(jī)呼叫車(chē)站服務(wù)員,這時(shí)就需通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)確定司機(jī)的位置,最終確定該呼叫那個(gè)車(chē)站的調(diào)度員或車(chē)站值班員。位置信息的確定一般由應(yīng)用層來(lái)完成，這樣就不會(huì)影響到GSM-R設(shè)備。

利用GSM-R進(jìn)行無(wú)線(xiàn)列調(diào)組網(wǎng)，既可以單獨(dú)利用無(wú)線(xiàn)通信，也可以將無(wú)線(xiàn)與有線(xiàn)通信有機(jī)的結(jié)合起來(lái)使用，一起來(lái)完成調(diào)度通信業(yè)務(wù)。具體做法是：鐵路沿線(xiàn)采用無(wú)線(xiàn)覆蓋，機(jī)車(chē)上采用的是無(wú)線(xiàn)終端，而車(chē)站值班員與調(diào)度員使用有線(xiàn)通信終端。此外，給每個(gè)呼叫設(shè)置一個(gè)優(yōu)先級(jí)，以此來(lái)增強(qiáng)無(wú)線(xiàn)列調(diào)的功能，滿(mǎn)足不同等級(jí)之間，不同的調(diào)度指揮部門(mén)之間建立通話(huà)時(shí)由誰(shuí)優(yōu)先占用通信資源的需求。

4 我國(guó)GSM-R的發(fā)展與應(yīng)用

GSM-R的研究與應(yīng)用在國(guó)外尤其是歐洲發(fā)展十分迅速，在我國(guó)由于各種條件的限制，研究相對(duì)滯后。但是國(guó)外的成功運(yùn)用為我們國(guó)家GSM-R的發(fā)展提供了良好的技術(shù)支持。1994年，我國(guó)才開(kāi)始對(duì)專(zhuān)用移動(dòng)通信進(jìn)行試探性研究。由于GSM-R更加適應(yīng)鐵路運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，更重要的是因?yàn)镚SM-R支持鐵路移動(dòng)通信的可持續(xù)性這一特點(diǎn)，我國(guó)真正意義上的開(kāi)發(fā)直到2000年之后，大規(guī)模的研究才正式開(kāi)展，經(jīng)過(guò)兩年的探討，于2002年首先在京秦線(xiàn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，之后的青藏線(xiàn)、大秦線(xiàn)等重載貨物鐵路線(xiàn)上也陸續(xù)采用。目前我們國(guó)家在青藏線(xiàn)、大秦線(xiàn)、膠濟(jì)提速工程中所采用的GSM-R系統(tǒng)方案，基本上可以滿(mǎn)足我國(guó)鐵路運(yùn)輸業(yè)務(wù)的十大功能需求。

1)青藏線(xiàn)上的應(yīng)用：由于青藏鐵路線(xiàn)路所經(jīng)地段環(huán)境特殊，因此對(duì)于該線(xiàn)路上通信網(wǎng)絡(luò)的部署以及后期維修提出了十分苛刻的要求?；谔厥獾牡乩憝h(huán)境等因素，青藏鐵路通信方式在沒(méi)有運(yùn)用任何模擬通信方式做支撐的條件下完全采用了GSM-R通信制式，這也是亞洲第一條完全應(yīng)用GSM-R通信的鐵路。此外，應(yīng)用GSM-R來(lái)傳輸用于列車(chē)控制安全的數(shù)據(jù)，這也為亞洲鐵路開(kāi)辟了新天地，同時(shí)安全性與可靠性是通過(guò)雙重覆蓋法來(lái)實(shí)現(xiàn)，很好的解決了因?yàn)閮鐾恋貛?lái)的信號(hào)傳輸不暢等問(wèn)題，大大減少了后期的維護(hù)工作量。

2)保障了大秦鐵路重載列車(chē)的調(diào)度通信。大秦線(xiàn)是重載貨物線(xiàn)，同時(shí)又具有山多、隧道多、曲線(xiàn)半徑小的特點(diǎn)。鐵道部組織專(zhuān)家進(jìn)行研究后決定，將機(jī)車(chē)信號(hào)與地面信號(hào)同步操作，以及車(chē)載設(shè)備和維護(hù)設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)重載列車(chē)同步操控提供了安全可靠的通信條件；同時(shí)，運(yùn)用在同站雙機(jī)熱備和基站相互交織的混合組網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在山區(qū)地段，因?yàn)樗淼篮颓€(xiàn)半徑小等困難地段的信號(hào)全覆蓋，保證了網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的可靠高效的要求；更為重要的是可控制列尾主機(jī)和控制盒的研發(fā)和使用，在節(jié)省機(jī)車(chē)數(shù)量的同時(shí)也減少了運(yùn)輸成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3)膠濟(jì)線(xiàn)提速工程是第一個(gè)應(yīng)用GSM-R的高速鐵路工程項(xiàng)目。膠濟(jì)線(xiàn)地處我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，因其是客貨混運(yùn)線(xiàn)路，行車(chē)作業(yè)十分繁忙，電磁干擾較嚴(yán)重。鐵路總公司組織了多家單位及專(zhuān)家，對(duì)GSM-R開(kāi)展了針對(duì)性的創(chuàng)新研究，并協(xié)調(diào)各電信運(yùn)營(yíng)商，對(duì)傳輸信道上的電磁干擾進(jìn)行障礙清掃，克服了外界干擾，優(yōu)化無(wú)線(xiàn)基站分布，通過(guò)開(kāi)展相關(guān)測(cè)試和研究，進(jìn)一步驗(yàn)證了GSM-R的系統(tǒng)性、應(yīng)用性和擴(kuò)展性，檢驗(yàn)了GSM-R通信和應(yīng)用特性是否滿(mǎn)足鐵道部的技術(shù)要求，為高速度鐵路合理運(yùn)用GSM-R系統(tǒng)積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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