铁路GSMR系统.docx

1、铁路GSMR系统浅析铁路GSM-R系统互联互通及测试摘要文章主要从工程角度探讨了中国铁路GSM-R网络互联互通的重要性和必要性，在给出国外互联互通测试进展的基础上，着重从我国GSM-R互联互通测试的主要接口及测试内容、测试环境搭建、测试实施步骤、实施效果等方面进行了阐述。1、前言近年来，铁道部已经将GSM-R作为一项重要的技术装备政策，相继在青藏线、大秦线和胶济线进行GSM-R网络的建设与试验，并且取得了很大的成功。根据铁道部中长期铁路网规划的安排，我国铁路将扩大建设规模，完善路网结构，快速扩充运输能力和提高铁路装备水平，并在未来几年内新建12万公里的客运专线。客运专线的高速性、安全性和应用于

2、客运专线列车控制系统、调度指挥系统及信息化系统等对铁路通信系统提出了极高的要求。GSM-R为调度通信、列车控制和信息化提供了综合的平台。GSM-R系统基于公网GSM系统演进而来，GSM-R基于GSM，在网络结构、设备功能方面无太大差别，重要的改变是为了适应铁路需求，一方面在GSM标准基础之上，通过在GSM Phase 2+标准中引入支持集群通信的高级语音呼叫项目（ASCI），包括语音组呼业务、语音广播业务、增强多优先级与强拆业务等，实现点对多点语音通信的业务；另一方面，通过引入智能网实现铁路特定业务，包括功能寻址、基于位置的寻址、接入矩阵、基于位置的呼叫限制等。考虑到通信协议的灵活性以及厂家对

3、协议理解的差异性，各设备供货商在实现同类产品的同一功能时，所采用的方式上有所不同，包括呼叫流程及其所包含的具体信元的编码、消息的传递顺序以及消息参数的设置等，因此，有可能造成在构建系统时不同厂家的设备之间不能进行互联互通。国内GSM-R系统设备的供应商主要有西门子、北电和华为公司，在进行GSM-R网络大规模建设时，为确保GSM-R更好地服务于中国铁路，保护工程投资，首先应考虑解决GSM-R系统的开放性和不同厂家设备之间的互联互通测试（IOT，Interoperability testing）的问题。2、互联互通必要性及与工程建设的关系2.1互联互通的必要性GSM-R系统的互联互通是不同厂家的设

4、备接口按照统一协议标准进行互联，保证各项功能可在不同厂家设备构成的网络中实现。实现互联互通有利于设备供货市场形成良好竞争局面，节省投资，降低运行成本，利于网络长期发展，具体表现在以下方面：（1）有利于形成良好竞争局面，保护工程投资，降低风险。设备之间的互联互通是形成多厂商供货局面的技术基础，是各厂家市场竞争的主要决定因素。而我国GSM-R网络具有规模大、投入高和技术复杂等特点，因此只有在完成设备互联互通测试的前提下，才可能引入多厂商供货，使设备供货市场形成良好竞争局面，从而节省网络建设投资和运行维护成本，充分保证厂家的售后服务支持力度。（2）有利于形成全网解决方案，按照计划进行网络规划和建设，

5、最大限度发挥总体效益。GSM-R网络建设的目标是为全路运输指挥调度、列车控制、运营管理系统中的移动体提供综合通信平台。设备的互联互通是全网优化设计的前提基础，只有在这样的前提下，才可能保证整个网络按照统一规划、统一标准、统一资源原则进行组网，使整个网络构成一个有机的整体，共享基础设施和资源，开展综合应用，最大限度发挥总体效益；才可能保证网络架构的合理性，使其既能满足近期发展的需要，又符合网络的发展趋势，充分保证系统的一致性、可靠性和可维护性；才可能便于网络后向平滑升级，减少不必要的升级次数，保证网络的稳定性。（3）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。建设GSM-R

6、是推进铁路信息化建设的重要组成部分，也是全面带动和提升铁路通信技术装备的有效途径。GSM-R系统设备的互联互通是关系到GSM-R技术发展的最重要的因素。只有充分保证设备之间的互联互通，才能确保网络健康持续发展，从而形成与铁路网发展相适应的数字化、综合化的通信信息平台，使之不断与铁路现代化日益发展目标相适应，全面满足铁路运输指挥和生产的需要，适应铁路信息化发展，为扩充铁路运输能力、提高铁路综合效益提供有力的技术支持和保障。2.2互联互通测试与工程建设的关系在我国，随着客运专线建设的逐步开展，GSM-R系统的建设也随之进行。客运专线为了保护投资，可以采用不同厂商的网络设备，但前提是这些设备必须能够

7、互联互通。中国铁路GSM-R市场潜力大，各厂家对待互联互通积极性高，因此实现互联互通是可行的。具体实施时，可以将静态实验室的互联互通测试工作与GSM-R工程建设同步进行，第二部分现场测试与工程建设相结合，验证和完善第一部分的测试结果。 3、国外GSM-R系统互联互通及测试情况在欧洲，GSM-R网络建设基本上是一个国家由一个设备供应商来集成，在一个国家内部，基本上不需要考虑GSM-R网络设备的互联互通。但随着欧洲高速铁路网的建设和列车跨国运行的需要，要求GSM-R网络跨国界使用，因此，随着GSM-R网络的普及，互联互通问题日益突出。在2002年1月的ERIG（European Radio Imp

8、le-mentation Group）会议上，互联互通被提上议事日程，主要对西门子和北电公司的产品之间的接口进行测试。测试在两个厂家的实验室进行。测试工作分为4个阶段：（1）第一阶段：西门子和北电公司的网络子系统（NSS-NSS）之间的互联互通测试，网络结构为双方网络覆盖没有接壤区域，主要验证漫游功能、用户在非归属网络中能够建立呼叫等。该测试已经完成。（2）第二阶段：西门子和北电公司的网络子系统（NSS-NSS）之间的互联互通测试，网络结构为双方网络覆盖接壤但没有共享组呼区域，主要验证GSM-R功能（功能寻址，语音组呼、广播、增强多优先级与强拆）。该测试已经完成。（3）第三阶段：西门子和北电公

9、司的网络子系统（NSS-NSS）之间的互联互通测试，网络结构为双方网络覆盖接壤并有共享组呼区域，主要验证语音组呼跨不同厂商MSC时的实现和越区切换。该测试已经完成。（4）第四阶段：西门子网络子系统和北电无线网设备之间的互联互通测试以及北电网子系统和西门子无线网设备之间的互联互通测试。该测试已经完成绝大部分工作。4、我国铁路GSM-R系统互联互通与欧洲所完成的互联互通测试相比较，我国铁路GSM-R网络存在以下不同：（1）我国GSM-R业务中基于位置的寻址、功能寻址和接入矩阵等业务是基于智能网实现的，而且采用了CAMEL3协议，这方面欧洲各国铁路尚未统一，因此，围绕CAMEL3智能网的互联互通测试

10、必须进行。（2）我国在GSM-R网络发展中同步建设GPRS网络，用于非安全数据传输，而欧洲尚未使用GPRS，GPRS在公网中已经经过一些互联互通测试，为了保证铁路业务的需要，有必要针对铁路应用进行相应的测试。（3）我国铁路的GSM-R编号方案与欧洲存在一些差异，编号方案直接与网络相关，因此，编号方案也与网络设备的互联互通密切相关。（4）欧洲参与GSM-R互联互通测试只有两家公司，而我国目前是三家公司。因此，我国铁路GSM-R互联互通工作应在欧洲铁路GSM-R互联互通工作的基础之上，吸取公网互联互通的经验，把握铁路新增业务，结合实际需求进行。我国GSM-R互联互通的主要内容可以包括智能网设备与交

11、换机之间的互联互通测试、交换机之间的互联互通测试、交换机与无线网络之间的互联互通测试、GPRS设备之间的互联互通测试。4.1我国GSM-R互联互通测试接口根据我国GSM-R的核心网的规划及建设情况，我国GSM-R互联互通测试所涉及的接口及可能的测试内容如下：（1）C/D接口-归属位置寄存器（HLR）与移动业务交换中心/拜访位置寄存器（MSC/VLR）之间的接口：包括位置更新、补充业务、用户数据管理、点对点呼叫处理、功能号注册/注销/查询及接口健壮性测试等。（2）A接口-移动业务交换中心（MSC）与基站子系统（BSS）之间的接口：包括位置更新、资源指配和释放、话音越区切换、数据呼叫越区切换、语音

12、组呼业务、语音广播业务、增强多优先级与强拆业务、功能号注册/注销/查询、功能寻址、基于位置的寻址、补充业务及接口健壮性测试等。（3）E接口-移动业务交换中心（MSC）与移动业务交换中心（MSC）之间的接口：包括跨MSC的点对点呼叫测试、跨MSC的越区切换、补充业务、跨MSC的语音组呼及广播业务、多优先级与强拆业务及接口健壮性测试等方面。（4）L接口-智能网业务控制点（SCP）与业务交换点（SSP）之间的接口：包括功能寻址、基于位置的寻址、接入矩阵、基于位置的呼叫限制、基于MSISDN的呼叫限制、不唯一车次号呼叫等测试。（5）Gr接口-归属位置寄存器（HLR）与服务GPRS支持节点（SGSN）之

13、间的接口：路由区更新、用户数据管理、信令链路管理等测试。（6）Gb接口-服务GPRS支持节点（SGSN）与分组控制单元（PCU）之间的接口：包括GPRS附着/去附着、GPRS路由区更新、PDP上下文激活/去激活、GPRS上下行数据传输、GPRS业务挂起和恢复、复位等。（7）Gn接口-服务GPRS支持节点（SGSN）与服务GPRS支持节点（SGSN）之间：包括SGSN间路由区更新、跨SGSN间的数据传输和健壮性测试等。4.2互联互通测试环境各厂商在各自的实验室准备好测试环境，具备将被测网络设备连接起来的传输电路。组网示意图如图1所示，其中分组域电路采用100M以太网接口连接，电路数量根据当时实际

14、需求确定，向电信运营商租用。图1互联互通测试组网示意图 4.3互联互通测试时间及最新进展根据中国铁路GSM-R建设进度需求，我国铁路GSM-R互联互通测试分两个大阶段进行：第一阶段：实验室静态测试，主要完成GSM-R汇接节点与本地节点之间、本地节点之间的互联互通测试以及GSM-R本地节点与无线网络之间的互联互通测试。第二阶段：围绕铁路应用对互联互通现场综合验证测试。按照计划进度安排，目前静态实验室互联互通测试已经完成大部分的工作，在完成实验室测试的基础上，将根据测试结果和工程建设的情况开展现场设备的互联互通验证。4.4互联互通测试实施步骤参考NV（Network Vendor）-IOT FOR

15、UMN的IOT工作流程，结合实际情况，我们在实施互联互通测试时，遵循如下步骤，如图2所示：图2互联互通测试流程（1）各厂家提交各自参加互联互通测试的设备所遵照的规范版本，测试工作组经讨论，确定各接口的规范版本。（2）在确定接口规范版本的基础上，测试工作组制定测试大纲，包括测试配置、测试项目等内容，经讨论审议通过后实施。（3）在测试大纲的基础上，工作组制定测试案例和测试表格文档，具体内容应包括测试方法、测试结构、测试前提条件、测试数据预置、测试方案以及具体测试项目。（4）各厂家在各自的实验室进行自测试。（5）按照测试组网图进行网络搭建，网络调测正常后工作组进行正式测试。（6）阶段测试项目完成后，

16、工作组提交联合测试报告，专家组审核。联合测试报告内容包含互联互通测试中的主要事件（测试计划、测试过程中取得的成果等）、测试项目的最终状态。（7）测试完成后，测试工作组提交各个接口的互联互通测试规范。（8）测试工作组保存整个测试过程中的工作记录备查。4.5互联互通测试实施效果经过测试，互联互通测试工作取得了显著效果，验证了各厂商设备对于3GPP规范、欧洲UIC规范和中国铁路GSM-R相关技术条件的满足程度，同时也对于技术规范的制订和修改积累了丰富的数据。5、展望实施GSM-R互联互通测试是GSM-R发展历史上的一个重要里程碑，它既为工程建设中遇到的问题提供了良好的解决方案，又为相关技术条件的完善

17、提供了技术保障，有利于中国GSM-R网络的和谐发展。GSM-R网络的测试与分析摘要针对铁路移动通信系统GSM-R网络的特点，文章详细介绍了GSM-R通信网络的无线电磁环境干扰测试、无线场强覆盖、GSM-R语音通信QoS、电路域列控数据QoS、GPRS性能测试、铁路特征业务验证测试、网络侧互联互通测试。1、前言由于既有的铁路无线通信系统主要针对语音通信设计，存在频率利用低、多用户抢占、制式不统一、不兼容等缺陷，无法满足中国列车控制系统（CTCS）信息安全传输的要求。根据中国铁路跨越式发展和铁路运输指挥信息化的要求，确立GSM-R作为铁路新一代综合数字移动通信系统，并且分别在青藏线、大秦线、胶济线

18、建成了试验线。由于GSM-R通信系统与铁路调度指挥直接联系，要求高度的可靠性与可用性。而GSM-R在中国铁路上是初步使用，很多技术应用要求与国外不同。这就要求对GSM-R的网络进行全面的测试与分析，及时发现网络中存在的问题与技术隐患，进行合理的分析后进行处理，确保GSM-R通信系统在铁路调度指挥中发挥应有的作用。2、GSM-R网络测试过程依据铁路GSM-R网络的组网特点，我们可以将GSM-R网络测试分为：无线电磁环境干扰测试、无线场强覆盖、GSM-R语音通信QoS、电路域列控数据QoS、GPRS性能测试、铁路特征业务验证测试、网络侧互联互通测试等。2.1无线电磁环境干扰测试GSM-R系统可以在

19、876MHz960MHz整个频率范围内工作，但CEPT（欧洲邮政与电信会议）为欧洲国家的铁路通信系统指定了一个专用频带，也即UIC（国际铁路联盟）的GSM-R频带：移动站到基站（上行链路）为876MHz880MHz，基站到移动站（下行链路）为921 MHz925MHz。中国铁路GSM-R获准的合法频段是上行频段在885MHz889MHz，下行频段930MHz934MHz，共计4MHz带宽。而该频段是与中国移动公众通信系统按地域共用。由于中国移动公众通信系统已经在全国范围内基本建成，对大部分铁路沿线进行了覆盖，这样对铁路新建的GSM-R通信系统存在同频干扰问题。考虑到这样的无线环境，在新建铁路G

20、SM-R通信系统前，需要对铁路沿线的无线环境进行检查，主要是距铁轨2km范围内的GSM-R频段进行测试，获得测试数据后，对全线基站的载频进行合理配置，并对强信号干扰大的区段，通过无线电定向测试技术手段寻找干扰源的具体位置，按照信息产业部无线管理局发布的相关管理文件，在当地无线电管理机构的协调下，配合相关单位进行清频工作。一个良好的无线环境，是GSM-R通信系统可靠运用的基础，正是由于GSM-R无线环境的复杂性，无线电环境干扰测试在GSM-R通信系统设计前显得非常关键。2.2无线场强覆盖场强测试是GSM-R网络建设中一项重要的测试内容，是衡量GSM-R通信系统服务质量的重要手段。在无线场强测试时

21、，测试数据必须包含全部的慢衰落和部分快衰落信息，目的是将地形、地物对信号的作用反映出来，同时考虑快衰落对信号的影响。为获得有效的测试数据，需要一个合理的采样标准，根据标准要求满足采样间隔为4cm。通过列车计轴系统脉冲输出至场强测量接收机进行采样测试。也可以根据铁路运营线的设计运营速度，合理设置测量接收机的采样速率进行采样。同时根据GPS电子地图位置信息，对铁路全线的所有区段按100M或10M区间进行统计，相关标准对于语音通信场强覆盖要求是95%的时间地点概率接收电平大于-98dBm。在测量GSM-R移动通信系统无线覆盖时，可采用快速扫频技术的测量接收机对GSM-R频段中的BCCH信道所在载频的

22、电平值进行测试。（1）GSM-R单层网络覆盖系统测试：单层网络覆盖如图1所示，配置2台接收机即可单程完成对GSM-R单层覆盖系统的场强覆盖测试。图1GSM-R单层覆盖场强测试测试方法：在A1基站测量接收机I测试A1的控制信道，测量接收机II测试A2的场强覆盖；测试车到达A2后测量接收机I测试A3基站的控制信道，以此类推，单程完成基站对上行和下行线路覆盖测试。（2）GSM-R交织覆盖、GSM-R同站址双层覆盖：网络覆盖如图2、3所示，测量接收机需具有高速扫频功能，可同时对2个载频进行测试，因此配置2台测试接收机单程即可完成对GSM-R双层覆盖系统的场强覆盖测试。图2GSM-R交织覆盖示意图图3G

23、SM-R同站址双层覆盖场强覆盖示意图 测试方法：在A1基站时测量接收机I测试A1、B1小区控制信道的场强覆盖，测量接收机II测试A2、B2小区控制信道的场强覆盖，到达A2基站时测量接收机II测试A3、B3小区控制信道的场强覆盖，以此类推，完成全区间覆盖测试。2.3GSM-R语音通信QoSGSM-R系统的语音通信主要包括了点对点呼叫、组呼、广播的呼叫类型，作为调度指挥联系的主要方式，语音通信QoS测试是非常重要的测试内容。语音QoS的主要测试项目如下表1所示。表1语音QoS的主要测试项目通过静态与动态测试并用的方式，通过列车司机的GSM-R车载模块（8W）与调度员间的呼叫通话，采集呼叫过程中Um

24、接口中各类3层信令消息流程，得出以上检测内容的数据。分析语音通信的QoS可以同时监测GSM-R网络侧如Abis接口、A接口等接口的信令消息进行综合分析，对网络系统参数进行合理配置，使全线语音质量达到最佳效果，语音主观评估MOS大于4级以上。2.4电路域列控数据QoS基于GSM-R的列车控制系统（ITCS），已经在我国青藏线上成功运用。它通过GSM-R承载业务传输固定控制端到列车移动自动控制端的数据传送，为地面控制中心与移动控制间的数据传送提供安全可靠的传输通道。无线通道的性能直接影响到列车运行的安全，是GSM-R网络服务质量测试的重中之重。按照欧洲铁路GSM-R系统在这方面的要求测试项目如表2

25、所示。表2电路域列控数据QoS测试项目列控QoS测试方法如图4所示，按照UIC 2475对于列控数据测试数据配置的详细要求，可以在移动控制端拨号呼叫到固定端的控制中心，通过GSM-R网络接续成功后，由移动端软件按照2475的相关规定要求发送数据，固定端针对移动端发送的数据进行自动响应，分别测试以上各项测试内容。图4电路域列控数据QoS测试方法由于GSM-R在整个列控系统仅作为传输通道来使用，是整个列控QoS系统中的一部分，它们之间的关系如图5所示。而上述的测试内容仅涉及GSM-R通信部分，未涉及GSM-R与信号列控系统间接口，建议在列控数据QoS测试时与信号系统的列控紧密配合，进行详细测试，共

26、同分析处理。图5列控数据QoS关系图2.5GPRS性能测试铁路GSM-R通信系统也可以提供分组域数据业务，GPRS技术与现有的公网技术一致，技术相当成熟，主要应用于调度命令传递、车次号传递、应急通信静图的传送等。主要的测试内容如表3所示：表3GPRS性能测试内容2.6铁路特征业务验证测试为了满足铁路调度通信的要求，在GSM PHASE+2标准引入了特殊的寻址方式和高级语音呼叫业务。铁路特征业务包括了功能寻址、位置寻址、语音组呼、语音广播、增强多优先级和强拆。依据GSM-R编号计划标准的要求，通过基本拨打测试来验证各类铁路特征呼叫业务。在拨打的同时，通过对Um接口、Abis接口、A接口间的信令跟

27、踪监测，分析各类呼叫业务的信令流程，分析各类呼叫不成功的原因，并进行正确的定位。通过优化各类网络参数和工程参数，提高各类呼叫成功率。2.7网络侧互联互通测试虽然GSM-R通信系统在我国的三条铁路试验线得到初步的运用，但GSM-R在我国的发展还是处于初级阶段，将来要在全国铁路范围内进行运用，建立全路统一的铁路综合移动通信系统网络。在这样一个大型的网络中，对于网络中的移动交换中心设备和基站系统设备，无论从经济角度和技术角度，都不可能由一个厂家设备来完成。这就要求不同厂家间的设备要求兼容，不同厂家MSC间的兼容、不同厂家MSC与BSC间的兼容。通过测试对系统间NO.7信令的兼容和一致性，铁路特征业务

28、的互通如功能寻址、位置寻址、语音组呼、语音广播、增强多优先级和强拆等。铁路GSM-R通信网络除了不同厂家间设备的兼容外，铁路移动通信必须与现有铁路固定调度通信系统（FAS）互通，如图6所示：图6铁路移动通信与现有铁路固定调度通信系统互联GSM-R网络系统与FAS系统通过30B+D接口实现物理互联，系统间采用标准的数字1号信令系统（DSS1），系统间的信令协议必须一致。系统间实现各类铁路调度通信业务的互通如功能寻址、位置寻址、语音组呼、语音广播、增强多优先级和强拆等。通过固定调度通信系统与移动通信系统间的互联互通，铁路调度通信系统形成一个完成铁路专用调度通信网络。3、测试采用的方式GSM-R的测

29、试方式有2种类型，分为静态和动态测试。静态测试偏重于信令协议方面的检测和业务功能验证方面。动态测试偏重于无线侧性能测试，根据铁路的设计运营速度进行详细测试，如场强覆盖、GSM-R语音通信QoS、电路域列控数据QoS、GPRS性能测试。根据GSM-R铁路调度通信系统的特征，由于大部分的通信业务发生在高速移动的列车上，这就要求GSM-R通信系统的测试也必须注重于这一点。4、结束语由于GSM-R系统涉及的技术比较多，还要结合中国铁路调度通信的特点，而且在中国铁路内属于新技术。这就对测试人员要求比较高，即要具备熟悉GSM-R技术又要有丰富的铁路通信经验。本文从中国铁路GSM-R通信系统不同方面提出测试

30、要求和分析，希望能对中国铁路GSM-R网络的建设和优化起到一定的参考意义。 GPRS 迎接优化GSM-R挑战当前世界各国的铁路移动通信正处于从第一代模拟通信系统向第二代数字移动通信系统、从话音到数据转变的过渡阶段。这一转变是否顺利，直接关系到铁路运输现代化能否尽早实现。中国铁路对此采用的解决方案为GSM-R(GSM for Railway)系统。目前，GSM-R在我国铁路已经开始进行试验建设。基于GSM-R网络的GPRS体系结构引入GPRSGSM-R由GSM发展而来，所以它也带有GSM的一些先天不足。比如：采用电路交换方式、传输速率低，呼叫建立时间长，传输短数据不经济等。而铁路目前有许多数据应

31、用的迫切需求，急需解决地车之间、现场与数据中心之间的数据传输通道。这些业务的特点是业务点分散、非周期间断数据传输、频繁小容量数据传输及个别的大容量数据传输，有些业务点同时又是移动的。因此，需要引入更先进的数据传输解决方案。GPRS将分组交换模式引入到GSM网络中，较之GSM在数据传输上产生了由电路交换到分组交换的质的飞跃。GSM网用户数据传输速率只有9.6kb/s，而GPRS具有四级可变编码方案，可提供从9.05kb/s-171.2kb/s(理论上)的可变速率，并可实现资源的灵活配置，特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。在GSM-R中引入GPRS技术

32、，可以克服GSM的不足之处，同时又能开展更多新应用，从而满足未来铁路发展的需要。GPRS的实现方案 GSM-R网络中引入GPRS只需要添加SGSN(GPRS业务支持节点)、GGSN(GPRS网关支持节点)和PCU(分组控制单元)三种新的逻辑网络实体。同时，需要对既有的一些网络设备进行软件升级，并采用支持GPRS的移动台，如所示。SGSN：主要功能是对移动台进行鉴权和移动性管理，进行路由选择和数据转发，并进行记费和业务统计，类似于传统的GSM/GSM-R网络中的MSC/VLR。SGSN建立移动台到GGSN的传输通道，接收基站子系统透明传来的移动数据，进行协议转换后通过GPRS骨干网传送给GGSN或反向工作。GGSN：它是接入外部数据网络的节点，提供GPRS网络与外部分组数据网络之间的交互操作，对外部网路来说，它就是一个子网路由器。主要功能是路由选择和转发