《GPRS在中国铁路的应用.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GPRS在中国铁路的应用.doc（5页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、GPRS在中国铁路的应用王海龙（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京100073）摘要：介绍通用分组无线业务（GPRS）铁路应用网络，阐述GPRS的组网结构、通信方式和交互信息等。在G S M-R网络的基础上引入G P R S，用来承载实时性和安全性要求不是很高的铁路数据业务，有 利于加快铁路信息化进程。关键词：GSM-R；GPRS；通信流程；交互方式Abstract: This paper introduces the application of General Packet Radio Service (GPRS) in railway industry, and elaborate
2、s the network structure, communication mode and information exchange of GPRS. The introduction of GPRS to GSM-R network, to support railway data services with lower requirements for real-time performance and safety, can accelerate the development of informatization in railway industry. Keywords: GSM
3、-R; GPRS; communication process; exchange modeDOI: 10.3969/j.issn.1673-4440.2012.04.010务，加快铁路发展的信息化进程。1概述2GPRS铁路应用网络铁路列车与地面之间的无线通信一直是信息化发展中的最薄弱环节。随着铁路的发展，铁路信息 化要求的无线数据传输内容越来越多，一方面，列 车运行，列车安全监控、诊断以及承载货物等实时 信息需要传送到地面上来，为实现列车信息实时追 踪、客票发售、货运计划、货车追踪、集装箱追踪 等提供基础信息，满足铁路路网移动体（机车、车 辆等）实时动态跟踪信息传输的需要 ；另一方面， 以旅
4、客为主体的移动信息，需要在车地之间实时进 行传送，为旅客提供多方位的综合信息服务。这些 业务具有业务点分散、突发性强、非周期性、小容 量数据和频繁传输等特点。GSM-R 是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 G S M 并在功能上有所 超越，增加了调度通信功能，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。在 GSM-R 网络的基础上引入 G P R S，用来承载实时 性和安全性要求不是很高的铁路数据业务，一方面 能够更好的利用无线资源，避免电路交换业务数量 急剧增加造成的网络拥塞 ；另一方面，利用 GPRS 的特点和优势，拓展 GSM-R 应用于铁路的新业2.
5、1铁路中GPRS组网结构GPRS 是 GSM Phase 2+ 引入的一种基于分组 交换的数据业务，在 GSM-R 原有网络的基础上叠 加了一层网络组成 GSM-R/GPRS 网络，在高速移 动体上可以提供比 G S M 网络更高的数据传输，整 个网络结构如图 1 所示。GPRS 网络设备包括 ：基站 B T S、基站控制 器 B S C、分组控制单元 P C U、服务 GPRS 支持节 点 SGSN、网关 GPRS 支持节点 GGSN、域名服务 器 DNS、Radius 等。GSM-R 分组域应用接口设备 主要包括机车综合无线通信设备、GPRS 网络设备、 GPRS 接口服务器（GRIS）、
6、维护信息 GPRS 接口 服务器（M-GRIS）、G P R S 归属服务器（G R O S） 以及铁路信息系统通信服务器等，完成车地之间各 种数据信息的传输，为铁路运营安全和效率提供了 一个很好的信息平台。GRIS 和 GROS 设备一般放置于 GSM-R 机房， 通过局域以太网接口与 GPRS 网络中的三层交换机 连接，进而实现与 GGSN 等设备的通信。GRIS 与 CTC 等系统的 GSM-R 通信服务器连接通过以太网铁路通信信号工程技术(RSCE) 2012年8月，第9卷第4期28Hc HoJQ Technological Innovation 技术创新 JQETT2TNBQOp/8
7、2 HTN.S0HQST接口连接，长距离情况下，采用光纤传输。GROS 设备只和 GPRS 网络连接，和 C T C 不连接。车载 设备通过 GPRS 的方式接入网络，目前主要通过机 车综合无线通信设备（C I R）实现。GPRS 应用网 络结构如图 2 所示。GPRS 网络设备，按照网络规划由路局配置， 各设备配置如下。GRIS ：各 GPRS 业务节点（各路局）配置 GRIS 设备，设备配置和线路连接应采用“1 1”热备冗余方式。GRIS 负责 GPRS 系统与 CTC/ TDCS 等铁路信息系统之间通信协议和 I P 地址的 转换功能，并辅助 C I R 向 GROS 查询当前 GRIS
8、 的 IP 地址。GROS ：北京和武汉 GPRS 业务节点配置 GROS 设备，设备配置和线路连接应采用“1 1” 热备冗余方式。GROS 负责 CIR 或其他移动终端查HTN.SHTN.SHQSTCUTNo.4 王海龙：GPRS在中国铁路的应用29Modem BankCTTQDVCUTCUTCUTCTDTEICTTCUTCUTQDVCTDTEIDUD0UEDTDUD0UEDT / / / / DUD0UEDT DUD0UEDT HSPTHSJTHSJTHQSTSbejvtEOTHHTOTHTOTHTOHHTOTTTJO TNTDIMS0BvDTDQTNQTDFQOp/8Op/8MUDQ0D
9、0EBDNTD0WMSF0HHNTDNTD0WMS0HDS0JXGTTQETT2BHsHQSTCTTUSBVTHTOHHTOHSJTBufsHcHo HjDCDCTDBcjtQDVCUTVnPTTPND CUT Technological Innovation 技术创新 询当前 GRIS 的 IP 地址。GSM-R 通信服务器 ：铁路信息系统应配置该 设备，线路连接和设备配置可采用“1 1”热备冗 余方式。铁路信息系统 G S M - R 通信服务器负责本 信息系统通过 GRIS 与 GPRS 网络互联，实现车与 地间信息的传送。路由器和防火墙 ：GPRS 网络与铁路信息系统 各自设置，以保证
10、自身网络安全。车载应用终端，包含两部分 ：C I R 和车载应用 实体。一般情况下，每个路局一套 GRIS 设备（含一 主一备），路局 TDCS 中心设置一套 GSM-R 通信 服务器（含一主一备），客运专线 C T C 中心设置一 套 GSM-R 通信服务器，路局调度所与客运专线调 度所合设时，GSM-R 通信服务器合设一套。GRIS 通过两条通道分别与铁路局 GSM-R 通信服务器和 客运专线调度所 GSM-R 通信服务器直连。2.2GPRS在GSM-R中的通信方式CTC/TDCS 与 CIR 之间的行车作业数据采用 GPRS 方式传输。CTC/TDCS 系统的调度台、车 务终端、自律机等
11、设备发往 C I R 的数据信息，通过 GSM-R 通信服务器转发到 GPRS 网络中。CIR 发 往 CTC/TDCS 系统的数据信息通过 GRIS 转发到 CTC/TDCS 系统中。GSM-R 通信服务器采用“单发双收”的方 式，GRIS 采用“单收双发”的方式。GRIS 同时向 一套两台 GSM-R 通信服务器转发车载终端的上行 数据，GRIS 采用广播方式同时向路局和客运专线 调度所 GSM-R 通信服务器转发车载终端的上行数 据，由 GSM-R 通信服务器根据小区位置、公里标 判断 CTC 区段 ；两台 GSM-R 通信服务器只能通 过一台 GRIS 设备发送下行数据。GSM-R 通
12、信服务器与 GRIS 之间的传输层采 用 T C P 协 议，网络层采用 I P 协 议。GPRS 网 络 中，调度命令和无线车次号数据传输的传输层采用 UDP 协议，网络层采用 IP 协议。GRIS 负责 GPRS 与 CTC/TDCS 系统之间传输层和应用层的协议转 换以及两个系统之间 IP 地址的转换。CIR 向 GROS 查询当前所属 GRIS IP 地址以及 GROS 给 CIR 返 回响应采用 U D P 协议，网络层采用 I P 协议。数据 传输的协议分层如图 3 所示。HQSTHTN.SGRISHQST4 2.3铁路中GPRS网络的交互信息铁路中 GPRS 网络的交互信息包括以
13、下内容。2.3.1IP地址信息包括当前 GRIS IP 地址查询和 GRIS IP 地址 更新。1）GRIS IP 地址查询时的交互如下。* CIR 向 GROS 发送当前 GRIS IP 地址查询信 息的时机。* “查询当前 GRIS I P 地址”格式指令内容包 括机车号、车次号、线路号 + 公里标、当前位置信 息（LAC+CI）、经纬度等信息。* GROS 按照线路号 + 公里标经纬度当前 位置信息（LAC+CI）顺序，查询 CIR 当前所对应 的 GRIS IP 地址，并返回 CIR 当前所对应的 GRIS 的 IP 地址。* C I R 接收当前 GRIS I P 地址信息后，更新
14、GRIS IP 地址并存储。2）GRIS IP 地址更新时的交互如下。* GRIS 收到 GPRS 终端发送的无线车次号校 核信息后，根据列车当前的位置信息，按照“线路 代码 + 位置区 I D + 小区 I D”“位置区 I D + 小区 I D”的优先顺序，判断列车不在 GRIS 管辖范围内 时，GRIS 代替 GPRS 终端同时向主备用 GROS 发 送“查询当前 GRIS IP 地址”指令。* 承担业务的 GROS 收到“查询当前 GRIS IP 地址”指令后，向发起查询请求的 GRIS 发送应答 信息。* 承担业务的 GROS 根据 GRIS 发送的列车 位置信 息，按 照“线路代码
15、 + 位置区 I D + 小区 I D”“位置区 I D + 小区 I D”优先顺序，查询到 当前 GRIS 的 IP 地址，向 GPRS 终端发送“返回当铁路通信信号工程技术(RSCE) 2012年8月30VEQVEQJQJQ VEQ JQ VEQ JQ Technological Innovation 技术创新 前 GRIS I P 地址”指令。若 GROS 不能确定当前目的 GRIS 的 IP 地址时，不向 GPRS 终端发送更新 指令。* GPRS 终端收到“返回当前 GRIS IP 地址” 指令后，向 GROS 发送“IP 地址更新响应”指令。2.3.3工务轨道动态监测信息通过 C
16、I R 将轨道动态监测装置监测到的轨道晃 动信息采用 GPRS 的方式发送到地面服务器，可以 实时掌握线路轨道的信息。对于车载式轨道动态监测系统业务，其车载设 备存储 GRIS 的 IP 地址与位置的对应范围。车载设 备根据 T A X 箱的公里标信息，获取相应的 GRIS I P 地址，加上相应的端口号，作为目的通信地址。 CIR 根据目的 IP 地址进行转发，GRIS 和 GROS 不 对该业务的目的 IP 地址进行管理。2.3.4铁路客车运行安全监控系统（TCDS）利用 GPRS 将客车运行，供电状态实时传送到 地面基地监测系统，全程监测提速客车的运行安全。 列车运行状态查询系统，利用
17、GPRS 移动通信，将 机车监控装置，TAX 箱的机车运行状态监测，机车 走行部监测信息实时传送到地面，全程监测机车的 运行安全。* GPRS 终端存储接收到的当前 GRIS 址，实现 IP 地址更新。2.3.2行车业务信息I P 地包括无线车次号校核信息、调度命令信息、调车作业信息、列车完整性参考信息。 车次号校核信息由 CIR 发送给 CTC/TDCS，用于列车车次号识别和校核，并提供部分列车速 报信息。列车每跨过一个进站、出站、区间信号 机，在非监控状态下速度由 0 变为 5 k m / h，司机 操作运行记录器开车键为车次号校核信息的发送 时机，C I R 自动向当前所在路局 CTC/
18、TDCS 中 心单向转发 1 次车次号校核信息，不需要 CTC/ TDCS 确认。调度命令信息包括调度命令、行车凭证、列车 接车进路预告信息、调车作业单以及其他相关信息。 调度命令信息由 CTC/TDCS 发送给 CIR。调度命 令信息可以在任何时间发送给机车，C I R 应正确显 示、存贮、打印、查询调度命令，并把自动确认和 手动签收信息发送给 CTC/TDCS 系统。在规定的 时间内 CTC/TDCS 系统未收到自动确认信息，自 动重发调度命令信息，重发次数为 2 次。若在规定 时间内收到自动确认，停止重发。调车作业信息包括调车作业单、调车请求、调 车请求已收到等信息。调车作业单、调车请求
19、已收 到等信息由 CTC/TDCS 系统向 CIR 发送。调车请 求信息由 CIR 向 CTC/TDCS 系统发送。列车完整性参考信息应包括车次号、机车号、 机车经纬度、列尾经纬度、列车长度等信息。C I R 计算列尾与机车之间的距离，超过规定值时，判断 为列车完整性发生异常。C I R 在列车停稳或列车 完整性发生异常时，应及时将列车完整性参考信息 发送给 CTC/TDCS。CTC/TDCS 根据列车完整 性参考信息，并结合相关的进路占用情况等信息对 列车完整性作出最终判断。每条列车完整性参考 信息单向发送 1 次，不需要 CTC/TDCS 发送确 认信息。3GPRS网络铁路应用实例目前，在
20、我国已有多条线路采用 GPRS 网络，本文以京沪高速铁路为例，说明 GPRS 网络在铁路 中的实际应用。该线路北京局的分组网络结构，如图 4 所示。SJTTHTOHSJT5 HQST下面分别以京沪高速铁路北京局和济南局 C I R 查询当前 GRIS IP 地址为例，介绍通信流程的实现 方式。1）京沪高速铁路北京局 C I R 查询当前 GRIS No.4 王海龙：GPRS在中国铁路的应用31HHUEDTTOEOT Sbejvt HSPTHHLR/AuCPCUNTD0WMS0TTQCTDHQSTTDQCUTCUTCUTHQSTDUD0UEDT Technological Innovation
21、技术创新 IP 地址流程如图 5 所示。* CIR 通过北京 SGSN/GGSN 向北京 GROS 发起“查询当前 GRIS IP 地址”；* 北京 GROS 通过北京 GGSN/SGSN 向 CIR 返回当前 GRIS IP 地址信息。中枢纽和并线区段越来越多，随之而来产生的技 术问题也增多，对于 GSM-R 网络中的重要部分， GPRS 网络也面临着各种技术难题。枢纽地区的 GPRS 网络应用有待进一步研究。最后，结合我国 GSM-R 目前发展前景、现阶 段各类业务需求的划分、以及 U I C 对 L T E 项目的 部署，我国铁路移动通信由 GSM-R 系统向 LTE 的演变，其中涉及到
22、的 GPRS 网络的发展也是将来 研究的重点。2766 DJSHSJT JQ2）京沪高速铁路济南局 C I R 查询当前 GRIS IP 地址流程如图 6 所示。* CIR 向济南 SGSN 发起“查询当前 GRIS IP 地址”；* 济南 SGSN 向济南 GGSN 转发“查询当前 GRIS IP 地址”；* 济南 GGSN 向北京 GROS 发起“查询当前 GRIS IP 地址”；* 北京 GROS 返回当前 GRIS IP 地址（济南 GRIS IP）给济南 GGSN ；* 济 南 GGSN 把 当 前 GRIS I P 地址给济南 SGSN ；参考文献1 钟 章 队， 李 旭， 蒋 文
23、 怡， 铁 路 综 合 数 字 移 动 通 信 系 统 (GSM-R)M北京 ：中国铁道出版社，20032 钟章队，蒋文怡，李红君GPRS 通用分组无线业务 M 北京 ：人民邮电出版社，2001.3 韩斌杰GPRS 原理及其网络优化 M北京 ：机械工业出版社，20034 胡东源GSM-R/CTCS 在中国铁路的应用与发展战略 S中国铁路2003（2）：11-145 王伟通用分组无线业务（GPRS）在 GSM-R 网络中关键问题的研究 D北京 ：北京交通大学，20056 铁道部科学技术司，铁道部运输局GPRS 系统技术条件S7 铁道部科学技术司，铁道部运输局GSM-R 数字移动通信应用技术条件第九分册 ：数据传输应用接口技术条件 S8 铁道部科学技术司，铁道部运输局GSM-R 车次号传送系统主要技术条件 暂行 S9 铁道部科学技术司，铁道部运输局GSM-R 与 CTC/TDCS系统数据传输接口规范（暂行）S* 返回当前 GRISIP 地址信息。2347657 DJSHSJT JQ（收稿日期：2012-06-18）4总结随 着 GSM-R 网络在全国的发展，全路系统 铁路通信信号工程技术(RSCE) 2012年8月324HSPTHHTOTHTO DJS35HHTOTHTODJSHSPT
