喬紹虎 劉宇星 黃國旺 曾 敏

（深圳市桑達無線通訊技術有限公司，廣東深圳 518057)

增強型鐵路緊急呼叫（eREC）原理概述

喬紹虎 劉宇星 黃國旺 曾 敏

（深圳市桑達無線通訊技術有限公司，廣東深圳 518057)

目前，GSM-R使用的鐵路緊急呼叫會造成在線路交會處的終端收到其他線路上發(fā)起的緊急呼叫，引起正常通信業(yè)務的中斷，嚴重時影響行車安全并導致列車減速或緊急停車。介紹增強型鐵路緊急呼叫的基本原理、系統(tǒng)架構和操作過程。使用eREC可以有效地解決用戶收到不必要的緊急呼叫問題，提升鐵路緊急呼叫的靈活性和安全性。

GSM-R；eREC；VGCS

當前的鐵路緊急呼叫（Railway Emergency Call，REC）的業(yè)務基于組呼VGCS，通過系統(tǒng)定義的特殊組ID (例如299或者599)實現鐵路緊急呼叫。每個終端都激活組ID為299或者599的組呼，當299的組呼發(fā)起時，所有的終端都會立即加入這個緊急組呼。如果終端進行其他呼叫，也會被搶占并自動加入鐵路緊急呼叫。加入鐵路緊急呼叫后的終端無法主動退出該呼叫。當兩條鐵路線交匯（例如在大的站點，平行線路，立交線路，距離很近的線路等情況）時，需要區(qū)分加入不同的鐵路緊急呼叫，而REC方案無法解決這個問題，這將可能導致終端收到不必要的鐵路緊急呼叫而中斷正常業(yè)務。

鐵路緊急呼叫經常造成列車減速甚至停車，已經被證明是生產率低下和有安全風險的。

1　概述

增強型鐵路緊急呼叫（enhanced Railway Emergency Call，eREC）是以VGCS為基礎的，eREC在呼叫建立、呼叫通知等相關信令機制上與REC相同。eREC是在REC的基礎上增加了一些相關屬性（例如eREC扇形標識符），這樣就在同一個區(qū)域可以區(qū)分幾個eREC的呼叫,提供了額外的功能可以控制給定組呼區(qū)域內的哪些用戶需要接聽增強型鐵路緊急呼叫，減少鐵路緊急呼叫造成的影響。在鐵路環(huán)境中，eREC一般會在使用REC導致效率降低的區(qū)域（比如小區(qū)域內的并行鐵路線，密集的站域內，水平交叉區(qū)域）使用。

2　eREC增強緊急呼叫

2.1 系統(tǒng)構架

在增強的鐵路緊急呼叫方案中，系統(tǒng)給不同的鐵路線分配不同的線路ID，當列車進入相應的線路時， 通過特殊設備（例如鐵軌與機車通信的應答器）通知列車上的終端改變其保存的線路ID（或者稱為扇區(qū)ID）。當系統(tǒng)發(fā)起eREC時，在空中接口的通知消息中增加一個信息單元以包含線路ID，支持eREC的終端只有比較通知消息中的線路ID與自己保存的線路ID相同時，才加入緊急組呼；否則忽略。而對于不支持eREC的終端，忽略通知消息中的線路ID，加入緊急組呼。

eREC框架概念如圖1所示，一些操作描述如下。

1）eREC服務需要終端進行注冊激活。

2）在進入eREC區(qū)域前，eREC終端會收到一個更新信息，該信息是要進入eREC區(qū)域的eREC Sector identity。

3）當處于eREC模式的終端發(fā)起一個eREC呼叫（VGCS），并且在呼叫中攜帶了eREC Sector 標識；則網絡需要在相關的組呼區(qū)域建立一個eREC的299或者599呼叫，同時eREC Sector標識會在空口進行通知。

4）所有處于eREC模式的終端收到網絡空口的緊急呼叫通知時，需要判斷eREC Sector 標識符是否跟本身在eREC Sector標識更新中收到的匹配，如果匹配(或者空口的Sector為0），則加入該組呼。

5）其他沒有在eREC模式的終端或者處于eREC Standby模式的終端不用判斷eREC Sector標識符，直接加入組呼。

6）如果網絡下發(fā)的VGCS中沒有包含eREC Sector標識，則不論是否是eREC終端都應該加入該組呼中。

7）eREC終端可以通過注銷進行去激活eREC服務，或者有相關的時間周期進行控制去激活。

8）圖1中Line1和Line2在同一個組呼區(qū)域，如果不是eREC模式，則在該區(qū)域內的緊急呼叫Line1和Line2都需要加入該組呼。如果是eREC模式，則Line1上的Sector ID和Line2上的Sector ID不同，在Line1上發(fā)起的eREC呼叫，就可以被Line2上的列車忽略。

2.2eREC狀態(tài)及轉換關系

如圖2所示，支持eREC服務的網絡，終端處于下面3個狀態(tài)之一。

1）REC模式：允許加入REC、eREC呼叫，不會接收到扇區(qū)識別碼更新指令。

2）eREC待機模式：允許加入REC、eREC，會接收到扇區(qū)識別碼更新指令。

3）eREC模式：允許加入REC，需要加入扇區(qū)識別碼相同的eREC以及扇區(qū)識別碼為0的eREC，會接收到扇區(qū)識別碼更新指令。

狀態(tài)轉換關系如下。REC模式→eREC待機模式：注冊eREC服務；eREC待機模式→eREC模式：收到扇區(qū)更新指令，并更新本地扇區(qū)識別碼列表。

eREC模式→eREC待機模式：超時（Tsi）、手機處于組接收狀態(tài)、無有效扇區(qū)識別碼。

eREC待機模式→REC模式：超時（Tsr）、GSM-R網絡改變、注銷eREC服務。

eREC模式→REC模式：同上。

圖2中各個操作名稱如下:

1）注冊eREC；

2）注冊eREC回復；

3）USSD扇區(qū)識別碼更新指令；

4）HMI扇區(qū)更新；

5）小區(qū)廣播扇區(qū)識別碼驗證；

6）Tri超時；7）Tsr超時；

8）USSD主動更新扇區(qū)識別碼。

2.3eREC扇區(qū)標碼（eREC Sector Identity）

eREC扇區(qū)標識的組成如圖3所示。

組呼區(qū)域的組成：4個數字的組呼區(qū)域+1個數字的eREC扇區(qū)標識。eREC扇區(qū)標識的范圍是：S=1～9。S=0表示強制性的eREC（eREC終端需要加入該組呼，而不用考慮該值是否匹配他本身的eREC標識）。

2.4eREC 呼叫的發(fā)起和接收

1）發(fā)起eREC的299或者599時,需要在組ID前面增加一個eREC的標識符（1～9），比如：3299；其中3是eREC的標識符。

2）如果使用AT命令發(fā)起eREC，其命令形式如下：ATD*17*750*1#299；其中的*和#之間的“1”是eREC的扇區(qū)標識符。如圖4所示。

3）對于終端接收的組呼應該包含eREC的標識符，比如3299；如果是AT命令形式，則收到的組呼標準應該如下。

+CRING: VGC 12341, 299, 1, 0

其中的12341中的1234指的是組呼區(qū)域，后面的1指的是eREC標識符。如圖5所示。

4）通過AT命令的CALCC進行查詢時，eREC的格式如圖6所示。

2.5eREC服務的注冊、注銷、Sector Identity更新、驗證

eREC和GSM-R網絡之間通過USSD進行交互，包括注冊eREC、注銷eREC以及eREC扇區(qū)識別碼列表更新等。eREC所用的USSD在功能號[CT=2，6]的基礎上進行擴充。USSD的格式如下。

[OC][SC]*[SI1]*[SI2]*[SI3]*[SI4]#

相關參數解釋如下。

OC：操作碼(**注冊，##注銷，*#查詢)

SC：服務碼（2～3個字母數字）

*：域分割符

#：結束字符

SIx：補充信息，其中SI4用于eREC相關的操作。

例如注冊的字符串類似：**214****#；注銷的類似：##214****#；在Train Mode下function number使用CT-2的功能碼（車次功能號），而在Shunting Mode下使用CT-6（調車）的功能碼。

eREC相關的SI4必須以eREC標識符開頭，SI4的結構如下。

1）一次注冊多個功能碼的格式

BULK＋＋0x20＋＋ 0x20＋EREC＋

2）單次注冊格式

eREC＋

ERECLAC，CellID，Lat，Long，Height，Speed，Heading，ET，Distance這些參數解釋如下。即為一條eREC的注冊SI4。eREC相關的域定義如表1所示。

補充：對于CT-2和CT-6功能碼的組成結構，基本情況如下。

a.CT-2功能碼組成結構：IC＋CT＋TN＋FC；如果是虛擬的車次功能碼，則TN＝00000， FC＝01。例如：03320000001 (IC=033（法國）, CT＝2，TN＝00000，FC＝01）。如果不是虛擬的，則按當前的實際功能碼填寫。

表1　eREC域定義

b.CT-6的功能碼組成結構：IC＋CT＋LN＋FC；如果是虛擬的調車功能碼，LN=00000，FC＝5001.例如：0336000005001（IC＝033 (法國），CT＝6，LN＝00000，FC＝5001）。如果不是虛擬的，則按當前的實際功能碼填寫。

2.5.1eREC的注冊

eREC tag的字符串是“eREC”。eREC注冊各個域的順序如表2所示，“，”是各域之間的分割符，如果域沒有內容，則保留分隔符“，”。

表2　eREC注冊UUSD的域定義

例如：**214*03120055501***EREC0001,2 BA3,,,,,,,#是一個注冊字符串，其功能碼為031200 55501，IC＝031（荷蘭），CT＝2，TN＝00555。在eREC的注冊中出現的順序是LAC=0001，CellID＝2B3A，其他的LAT，LONG，height，Speed，Heading，ET，Distance都沒有出現，但是保留了字符“，”。這個表示是為列車00555注冊eRec功能。

再例如：**214*0336000005001***EREC0001, 2BA3,,,,,,,#是一個注冊字符串，其功能碼為0336000005001,其中IC＝033，CT＝6，LN＝00000，FC＝5001，eREC的字符跟上面的相同。這個表示是為了虛擬調車成員000005001注冊eREC功能。

2.5.2eREC的注銷

eREC服務的注銷不包含eREC參數，舉例如下：

##214*04920000001***EREC#，是一個eREC注銷的操作，其中04920000001是功能碼，解析可以參考上面的功能碼解析。

手機在注銷CT＝2、6的功能號時，同時也會注銷eREC服務。

2.5.3eREC的注冊、注銷的網絡應答

網絡通過USSD進行應答，應答中使用的eREC域如表3所示。

表3　eREC網絡應答UUSD的域定義

例如：01 EREC204,021,XXUX,S,21600, 86400；標識移動臺注冊成功，當前網絡支持eREC，Sector ID的更新操作只允許USSD方式，Sector通過SMS-CB方式使能。

2.5.4eREC的更新操作

支持eREC的設備可以通過下面3種方式更新eREC扇區(qū)識別碼列表：USSD、HMI以及應答器。網絡回復注冊eREC服務的消息包含扇區(qū)識別碼列表更新方法。eSIUM長度為4的字符串：XXXX。

其中第1位可以為：H(HMI)或X；

其中第2位可以為：B(應答器)或X；其中第3位可以為：U(USSD)或X；其中第4位暫未啟用，eSIUM可以是各種更新方法的組合。

1）使用USSD主動進行eREC更新操作請求中用到的eREC域定義，如表4所示。

例如**214*03220000001***EREC0001,2 BA3,,,,,,,#；需要注意的是更新的字符串與注冊的字符串是一樣的，但是所不同的是當前終端的狀態(tài)，在終端處于REC模式時進行的是注冊，在終端注冊eREC成功之后進入eREC stanby狀態(tài)，這時進行的是eREC扇區(qū)識別碼更新請求。

表4　eREC更新請求UUSD的域定義

USSD更新方式分為如下兩種：

a.主動更新：當手機處于eREC待機模式時，需要向網絡發(fā)送扇區(qū)識別碼列表更新請求。

b.被動更新：當手機進入新的扇區(qū)時，網絡會向注冊了eREC服務的手機發(fā)送扇區(qū)識別碼列表USSD。

2）網絡發(fā)送的eREC扇區(qū)識別碼的更新USSD。

對主動請求或者網絡下發(fā)的eREC扇區(qū)識別碼的更新USSD,其中eREC域定義如表5所示。

表5　eREC更新指示UUSD的域定義

結構為：##214*EREC<+eREC info>#

例如：##214*EREC126000000,HXUX,204,021 ,S,21600,86400#；是一個eREC更新字符串。其中126000000是eSIlist，HXUX是eSIUM，以此類推。eSIlist中的第一位1表示可以發(fā)起eREC的Sector，1,2，6是可以接收eREC的Sector。Sector更新通過HMI和USSD方式，Sector通過SMS-CB方式生效。

eSIlist是網絡下發(fā)的eREC Sector ID的值，其解碼應該按照如下方式進行。

3）eSIlist編碼

eSIlist即為扇區(qū)識別碼列表，有9位數字，有效值為1～9,沒有使用的Sector ID 0默認有效。eSIlist第一位為發(fā)起eREC的扇區(qū)識別碼，eSIlist里的有效位都用于加入eREC呼叫的扇區(qū)識別碼，

第一位的1表示用于發(fā)起通話的扇區(qū)識別碼。從左到右第一個0之前的數字都有效，其他無效，用于判斷是否加入eREC呼叫?？盏膗pdate編碼為“000000000”。

比如：

eSIlist：126000000，其中1為發(fā)起eREC可以使用的Sector，可以接收的eREC sector值是1,2,6。

eSIlist：120600000，其中1是發(fā)起eREC可以使用的Sector，接收的Sector是1,2；值6因為在0的后面，因此是無效的。

2.5.5小區(qū)廣播短消息（SMS-CB）驗證

eREC的驗證可以通過小區(qū)廣播短消息的形式發(fā)送。SMS-CB的消息格式定義參考TS23.041；在SMS-CB應用于eREC時，定義的值如下：

Serial Number：

Geographical Scope：00（cell wide)

Message Code：1

Update Number: any value allowed

Message Identifier: 00 01

Data Coding Scheme: English = 01（7 Bit ASCII），see 3GPP TS 23.038 [4]

Page Parameter: 11

Content of Message：該區(qū)域內eREC的信息以TLV的形式封裝，在TLV的value中存在的是eREC的 Sector ID列表，9個數字；

比如，終端在收到SMS-CB之前的eREC ID是1、2、3。如果在收到SMS-CB中收到的eREC Sector ID是120000000，那么終端將認為eREC ID 3 是被去激活的，使能Sector ID是1、2。

3　REC和eREC的使用配置

eREC配置示意如圖7所示。圖7中的Line1和Line2是并行的兩條鐵路線，其中CID表示小區(qū)ID；GCA ID表示組呼區(qū)域ID。那么對于REC和eREC的配置情況如表6所示。

下面分別對該配置表進行說明：

在該圖中Line1的Sector ID值為7，Line2的Sector ID值為8，Line1上列車為D1，Line2上列車為D2。

組呼區(qū)域為1001X的區(qū)域包含的小區(qū)：CID=0，CID=1，CID=2；如果在該組呼區(qū)域發(fā)起不帶Sector的組呼299，則組呼參考為10010299，組呼的通知小區(qū)ID值是0、1、2的區(qū)域，D1和D2都應該加入該組呼；如果D1發(fā)起eREC呼叫（或者其他列車發(fā)起eREC），則該組呼參考為10017299，該組呼的通知小區(qū)ID值是0、1、2的區(qū)域，D2會收到該組呼，但是由于Sector ID與本身的Sector ID不同，因此，D2不會加入該組呼，只有D1會加入該組呼；同樣如果發(fā)起的組呼Sector值為8，則只有D1會加入，D2不會加入。

組呼區(qū)域為1002X區(qū)域包含的小區(qū)：CID=1、2、3、5；如果在該組呼區(qū)域發(fā)起不帶Sector的組呼299，則組呼參考為10020299，組呼的通知小區(qū)ID值是1、2、3、5區(qū)域，D1和D2都應該加入該組呼；如果D1發(fā)起eREC呼叫（或者其他列車發(fā)起eREC），則該組呼參考為10027299，由于CID=5的小區(qū)不包含Sector=7的線路，因此，該組呼的通知小區(qū)ID值是1、2、3區(qū)域，只有D1會加入該組呼。同樣，如果Sector=8的eREC，則相應的組呼區(qū)域的小區(qū)只有1、2、5；只有D2會加入該組呼。

組呼區(qū)域為1003X區(qū)域包含的小區(qū)：CID=2、3、4；如果發(fā)起eREC的Sector為7，則組呼區(qū)域的小區(qū)ID為2、3、4；此時如果發(fā)起Sector=8的eREC，則可以不在組呼區(qū)域為1003X的區(qū)域發(fā)起，可以考慮在組呼區(qū)域1002X的區(qū)域發(fā)起；因為發(fā)起Sector=8的eREC影響的小區(qū)只有CID=2的小區(qū)。

表6　eREC配置表

組呼區(qū)域為10031區(qū)域，包含的小區(qū)ID為3、4、6；這個舉例要求D1在進入CID=4的小區(qū)前退出eREC模式，這樣，在該組呼區(qū)域發(fā)送的組呼參考為10031299的組呼會被作為一個普通REC呼叫對待，因此D1需要加入該組呼。如果不退出eREC模式，并且依然使用Sector ID=7的eREC，則可以將該組呼區(qū)域定義為1004，發(fā)起eREC組呼參考可以是10047299，這樣D1就可以繼續(xù)以eREC方式加入組呼。

4　eREC的發(fā)展

增強型緊急呼叫的需求來自于歐洲各國鐵路的實際運營需要。并作為一個重要的新增功能出現在2014年EIRENE發(fā)布的System Requirements Specification 15.4.0中。在奧地利和波蘭的鐵路中均要求設備支持eREC功能；標準的發(fā)布將會進一步促進該功能在歐洲國家的部署。

隨著中國鐵路的發(fā)展以及GSM-R網絡部署的加大，在站點等位置，同一個小區(qū)將覆蓋更多的線路，為了減少緊急呼叫對其他不相干線路的影響，eREC功能在國內的需求應該會逐漸提上日程。

[1] UIC.REFERENCE O-3151-1.2：enhanced Railway Emergency Call Specification，2013.

[2] UIC.REFERENCE O-3152-1.1：Definition and structure of eREC parameters，2013.

[3] UIC.EIRENE FRS 7.4：Functional Requirements Specification,2014.

[4] UIC.EIRENE SRS 15.4: System Requirements Specification，2014.

[5] 3GPP. TS27007，2010.

[6] ETSI TC-RT.TS 102 610，2012.

The current Railway Emergency Call (REC) applied in GSM-R network has been found that it may interrupt normal communication service in case of receiving emergency calls from other lines at line intersections, which will cause train braking deceleration or emergency stop, even train operation safety. This paper introduces the basic principles, system architecture and operation procedures of enhanced railway emergency call (eREC) in railway GSM-R network environment. The eREC can prevent receiving unnecessary emergency calls, and thus it can improve the fl exibility and safety of railway emergency calls.

GSM-R; enhanced railway emergency call (eREC); VGCS

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.03.009

2016-03-17）