GSM-R分组域应用介绍及维护探讨

CIR向GROS查询当前所属GRIS IP地址以及GROS给CIR 返回响应采用UDP协议，网络层采用IP协议。
现代通信研究所
3.1 通信协议栈
机车综合无线 通信设备 GPRS 接口服 务器 GSM-R 通信服 务器
应用层
应用层
存储转发 协议转换 数据封装 UDP IP 数据封装 UDP IP 数据封装 TCP IP 数据封装 TCP IP
GSM-R通信服 务器（A）
GSM-R通信服 务器（B）
防火墙（A） 路由器(A)
防火墙（B） 路由器（B）
GPRS接口服务器（A）
GPRS接口服务器（B）
现代通信研究所 目录
第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 第六部分 第七部分 概述 GSM-R分组域应用网络构成与设备配置 通信方式及交互信息 通信流程 GPRS接口服务器/GPRS归属服务器介绍 石太线应用举例
GPRS网络设备包括：基站BTS、基站控制器BSC、分组 控制单元PCU、服务GPRS支持节点SGSN、网关GPRS支 持节点GGSN、域名服务器DNS、Radius等。
现代通信研究所 2.1 组网结构-应用
现代通信研究所 2.1 组网结构-GPRS网络
SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS
s
old SGSN BSS
CIR
new SGSN
HLR
现代通信研究所 4.2 CIR激活PDP，获取自身IP地址
CIR注册GPRS网络成功后，进行PDP激活操作（采用正确 的APN），采用非透明方式，以机车号作为用户名和密码。
DNS
BSS SGSN GGSN
Radius
CIR
现代通信研究所 4.2.1 DNS服务器的作用
业务点移动性强
业务点分散
非周期间断数据传输
频繁小容量数据传输 个别大容量数据传输 数据传输实时性要求不高
现代通信研究所
1.2 GSM-R无线接入技术比较
GSM电路交换
可靠性好 实时性高 需要占用一条独立的信道 适用安全数据传输
分组交换GPRS
分组交换 与现有数据网的无缝连接 优化了对网络资源和无线资 源的利用 需要传输数据时才占用信道
现代通信研究所
1.1 GSM-R/GPRS在我国的发展现状
GSM-R是一种基于目前世界最成熟、最通用的公共无 线通信系统GSM平台上的、专门为满足铁路应用而开 发的数字式无线通信系统。
在欧洲GSM-R标准体系中并没有将GPRS技术应用到铁 路通信中。我国铁路先于欧洲发展基于GSM-R的GPRS 业务，是根据运输对通信业务需求量大、但频率资源 紧张的实际情况而进行的技术决策。
Gr
MSC ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱLR
A
GMSC
D
SIEMENS SIEMENS
ISDN
BTS
BSC
Gs
C
HLR
Gr Gc
GROS
Gb Abis
SIEMENS
SIEMENS
SGSN (SLR)
Gn
GGSN
GRIS
BTS
Gi
现代通信研究所 2.2 设备配置
GPRS网络设备，按照网络规划按路局配臵
GRIS：各GPRS业务节点（各路局）配臵GRIS设备，设 备配臵和线路连接应采用1＋1热备冗余方式
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北京、武汉GROS地理冗余设置
现代通信研究所 4.1 CIR开机附着GPRS网络
CIR开机或重启后，首先注册GPRS网络；HLR将用户是 否能使用GPRS业务、以及APN信息和QoS信息等发给 SGSN。
Radius服务器通过Gi接口与GGSN相连；
RADIUS服务器的作用是验证用户的合法性， 对其用户信息进行鉴权后为其分配IP地址， 使其接入到GPRS网络中，实现应用业务信息 的传输； Radius设臵：北京和武汉各设臵一套，互为 地理容灾备份； 由GGSN去判断使用哪个Radius；
列车停稳指列车速度由非零到零并保持5秒。
列车启动指列车停稳状态下速度由零变为5Km/h。
CIR在列车发车启动和进站(或者区间)停稳后，将信 息发送给CTC/TDCS。
每条列车启动和停稳信息单向发送1次，不需要 CTC/TDCS确认。
现代通信研究所 3.3.7 工务轨道动态监测信息
通过CIR将轨道动态监测装臵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，有效地避免安全隐患。
GRIS分别与铁路局GSM-R通信服务器和客专调度所 GSM-R通信服务器直连（通过两条通道），如下图。
现代通信研究所 2.3 GRIS与CTC的连接方式
铁路局CTC/TDCS中心 CTC(A) CTC(B) 客专调度所CTC/TDCS中心 CTC(A) CTC(B)
GSM-R通信服 务器（A）
GSM-R通信服 务器（B）
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（CIR）实现。
现代通信研究所 2.3 GRIS与CTC的连接方式
一般情况下，每个路局一套GRIS设备（含一主一备）， 路局TDCS中心设臵一套 GSM-R通信服务器（含一主一 备），客专CTC中心设臵一套GSM-R通信服务器，路局 调度所与客专调度所合设时，GSM-R通信服务器合设 一套。
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第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 第六部分 第七部分 概述 GSM-R分组域应用网络构成与设备配置 通信方式及交互信息 通信流程 GPRS接口服务器/GPRS归属服务器介绍 石太线应用举例
北京、武汉GROS地理冗余设置
现代通信研究所 2.1 组网结构
GSM-R分组域应用网络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）、GPRS 归属服务器（GROS）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、 效率提供了一个很好的信息平台。
现代通信研究所 3.2 通信协议
GSM-R通信服务器与GRIS之间的传输层采用TCP协议， 网络层采用IP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。
现代通信研究所 3.3.3 调车作业
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。
现代通信研究所 3.3.4 列车启动和停稳信息
列车启动和停稳信息包括车次号、机车号、启停标志、 位臵等信息。
列车运行状态查询系统，利用GPRS移动通信，将机 车监控装臵，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。
现代通信研究所
3.3.8 铁路客车运行安全监控系统（TCDS）
TCDS车载数 据终端
BSS SGSN GGSN
GRIS
TCDS地面 服务器
现代通信研究所 目录
在青藏线有实际应用。
现代通信研究所 3.3.7 工务轨道动态监测信息
BSS
CIR 工务晃车车载 数据采集终端
SGSN
GGSN
GRIS
工务晃车地 面服务器
现代通信研究所 3.3.8 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。
北京、武汉GROS地理冗余设置
现代通信研究所 3.1 通信方式
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同时向路局和客专调度所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 根据小区位臵、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。
铁路客车运行安全监控系统（TCDS）
现代通信研究所 3.3.1 车次号校核信息
校核信息由CIR发送给CTC/TDCS，用于列车车次号 识别和校核。
车次号校核信息的发送时机：
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5Km/h； 司机操作运行记录器开车键时。 满足以上任一条件时，CIR自动向当前所在路局 CTC/TDCS中心单向转发1次车次号校核信息，不需 要CTC/TDCS确认。
现代通信研究所
GSM-R分组域应用介绍
丁建文
2009年4月1日
现代通信研究所 目录
第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 第六部分 第七部分 概述 GSM-R分组域应用网络构成与设备配置 通信方式及交互信息 通信流程 GPRS接口服务器/GPRS归属服务器介绍 石太线应用举例
北京、武汉GROS地理冗余设置
DNS服务器通过Gn接口与SGSN相连；
DNS服务器的作用是进行域名解析，实现 APN域名至GGSN IP地址的解析； 例如：GRIS.BJ.MNC020.MCC460.GPRS>10.13.1.76
DNS设臵：北京和武汉各设臵一套，互为地 理容灾备份；
现代通信研究所 4.2.2 Radius服务器的作用
GROS：北京和武汉GPRS业务节点配臵GROS设备，设备 配臵和线路连接应采用1＋1热备冗余方式
GSM-R通信服务器：铁路信息系统应配臵该设备，线 路连接和设备配臵可采用1＋1热备冗余方式 路由器和防火墙：GPRS网络与铁路信息系统各自设臵， 以保证自身网络安全
车载应用终端，包含两部分：CIR和车载应用实体
多用户共享一个分组数据传 输通道
需要传输数据时才占用信道
现代通信研究所
1.2 GSM-R主要应用业务分类
安全数据业务举例
ITCS
非安全数据业务举例
调度命令 车次号 客车运行安全监控 移动售票 工务轨道动态监测
LOCOTROL
CTCS-3
现代通信研究所
铁 路 非 安 全 数 据 业 务 特 点
现代通信研究所
1.2 铁路应用数据传输需求
列车作为铁路运营的中心载体，是一个巨大的信息源， 列车上的数据如列车位臵、列车尾部风压信息、旅客 和货物实时信息都需要传送到地面上来，这样就需要 在列车与地面之间建立一条双向的数据传输通道。
GSM-R应用于铁路后，GPRS的技术特点决定了其能满 足实际业务要求，又能充分利用频率资源。 GPRS可以为铁路提供非安全无线数据传输业务。这其 中包括：铁路运行调度信息、铁路设施维护管理信息、 旅客服务信息、其他服务信息。
现代通信研究所 3.3.2 调度命令信息
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、出入库检测、调车作业单以及其它相关 信息。
调度命令信息由CTC/TDCS发送给司机。 调度命令信息可以在任何时间发送给机车，CIR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。
GPRS 网络
以太网
图2
数据传输的协议分层示意图
现代通信研究所 3.3 交互信息
GRIS IP地址查询-CIR要发送数据的目的地址
GRIS IP地址更新 行车业务信息 车次号校核信息 调度命令信息(含行车凭证) 调车作业信息 列车启动和停稳信息
列车完整性参考信息(可选)
图形方式列车进路自动预告信息(可选) 工务轨道动态监测信息
现代通信研究所 2.3 连接方式
GRIS和GROS设备一般放臵于GSM-R机房，通过局域网 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CTC不连接。
现代通信研究所
1.2 GSM-R主要应用业务分类
现代通信研究所
1.2 GSM-R主要应用业务分类
安全数据业务
列车控制有关的信息传送业 务
非安全数据业务
调度指挥、运营监控、管理 维护等传送业务
对传输质量要求较高
采用CSD模式 全程占用信道资源 采用了eMLPP业务，分配优 先级为1
采用GPRS模式
红色粗线框为gris设备绿色西线框为信号设备现代通信研究所63石太线北京局cir激活pdp流程图石太线北京局cir北京sgsn北京ggsn北京dns北京radiuscir把apn域名地址发送至北京sgsnggsn向sgsn返回pdp激活请求响应ggsn向cir分配ip地址pdp激活成功现代通信研究所64石太线北京局cir查询当前gri京局cir北京sgsn北京ggsn北京groscir通过北京sgsnggsn向北京gros发起查询当前grisip地址返回当前grisip地址信息返回当前grisip地址信息现代通信研究所65石太线北京局cir在太原局管内发送调车请求消息流程京局cir北京ggsn太原gris太原ctccir通过北京sgsnggsn太原数据网设备向太原gris发起调车请求信息北京sgsn太原gris通过北京ggsnsgsn转发ctc的确认消息cir上显示调车请求确认消息太原数据网设备现代通信研究所66石太线北京局cir在太原局管内调度命令接收消息流程京局cir北京dns太原gris太原ctc北京sgsn北京ggsn太原gris根据机车号信息向北京dns查询机车号对应的ip地址dns返回机车号对应的ip地址太原gris根据ip地址向通过北京ggsnsgsncir转发调度命令cir通过北京ggsnsgsngris发送确认信息cir接收调度命令太原数现代通信研究所67石太线北京局cir在北京局管内发送调车请求消息流程京局cir北京ggsn北京gris北京ctccir通过北京sgsnggsn向北京gris发起调车请求信息北京sgsn北京gris通过北京ggsnsgsn转发ctc的确认消息cir上显示调车请求确认消息现代通信研究所68石太线北京局cir在北京局管内调度命令接收消息流程京局cir北京dns北京gris北京ctc北京sgsn北京ggsn北京gris根据机车号信息向北京dns查询机车号对应的ip地址dns返回机车号对应的ip地址北京gris根据ip地址向通过北京ggsnsgsncir转发调度命令cir通过北京ggsnsgsngris发送确认信息cir接收调度命令现代通信研究所69石太线太原局cir激活pdp流程图石太线太原局cir北京sgsn太原ggsn北京dns北京radiuscir把apn域名地址发送至北京sgsnsgsn向ggsn发起pdp激活请求太原ggsn向北京radius进行机车号签权请求