GSM-R网络结构及各系统概述

GSM-R网络结构及各系统概述
摘要：GSM-R技术是基于成熟、通用的公共移动无线通信系统GSM平台之上，专门为满足铁路应用而开发的数字式移动无线通信技术。

本文主要介绍了GSM-R的结构以及各系统概述。

关键词：GSM-R 结构系统
一、GSM-R系统概述
GSM-Railway属于移动通信的一种，专用于铁路的日常运营管理。

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，它在GSMPhase2+的规范协议的高级语音呼叫功能基础上，加入了基于位置寻址和功能寻址等功能，适用于铁路通信特别是铁路专用调度通信的需要。

二、GSM-R系统机构及概述
GSM-R系统包括网络子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、运行与管理子系统（OSS）和移动终端设备等4部分。

其中网络子系统包括移动交换子系统（SSS）、移动智能网子系统（IN）和通用分组无线业务子系统（GPRS），是GSM-R系统的核心组成部分。

2.1交换子系统（SSS）
SSS主要完成GSM-R系统的基本交换功能、呼叫接续功能以及用户数据管理和移动性管理。

组成：由HLR、VLR、MSC、GCR、AC、SMSC、EIR、AUC等组成。

2.1.1归属位置寄存器HLR
HLR实现对移动用户的管理，存储的信息通常包括：用户信息、位置信息、承载业务和终端业务信息、业务限制信息、语音组呼（VGCS）和语音广播（VBS）用户的组ID、补充业务信息、与AuC之间的信息交换。

2.1.2拜访位置寄存器VLR
VLR负责管理漫游用户的动态数据信息，存储、更新漫游用户的数据，存储信息包括：移动用户信息，位置信息等。

2.1.3移动业务交换中心MSC
MSC是GSM-R网络的核心，负责用户的移动性管理和呼叫控制，用于建立
业务信道和MSC之间或与其他网络之间交换信令信息。

2.1.4设备识别寄存器EIR
EIR存储有关移动台设备参数。

主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。

2.1.5组呼寄存器GCR
GCR是GSM-R网络特有的组件，负责存储移动用户的组呼参考以及发起呼叫的MSC是否负责处理呼叫的指示信息。

2.1.6短消息服务中心（SMSC）
SMSC作为一个独立的实体存在于交换子系统中，与MSC等功能实体互连，提供短消息的存储与转发功能。

2.1.7鉴权中心AuC
鉴权中心（AuC）为CS域和PS域的共用设备，有两个功能：一是对用户的IMSI号进行鉴权；二是为移动台和网络之间在无线路径上的通信进行加密。

2.1.8确认中心AC
MSC将终端用户发起或接受的高优先级呼叫或紧急呼叫的相关呼叫信息，传送到AC进行记录。

AC对接收到的相关信息进行记录、存储，为以后分析提供数据依据。

2.2无线子系统（BSS）
BSS子系统是GSM-R网络中最基本的组成部分，由基站控制器（BSC）、基站收发信机（BTS）、编译码和速率适配单元（TRAU）等功能实体组成。

2.2.1基站控制器BSC
BSC是BSS的控制部分，负责各种接口的管理，承担其覆盖区域内的无线资源和无线参数的管理，负责呼叫建立的信令处理以及小区中的信道分配，并提供无线电网络的运营与维护功能。

2.2.2基站收发信机BTS
BTS是BSS系统中的无线接入部分。

BTS由BSC控制，服务于某个小区的无线收发信设备，是网络中固定部分与无线部分之间进行通信的中继，它通过Abis接口与BSC相连，完成BSC与无线信道之间的转换，并通过空中接口Um
实现BSC与MS之间的无线传输以及相关控制功能。

2.2.3编译码和速率适配单元TRAU
TRAU通过Ater接口与BSC连接，通过A接口与MSC连接，负责在BSC 和MSC之间提供语音编码和速率适配功能，将13kbit/s的语音或数据转换成标准的64kbit/s数据。

2.2.4小区广播短消息中心CBC
CBC负责管理小区广播短消息业务。

2.3智能网子系统（IN）
IN子系统是在SSS中引入的智能网功能实体，在GSM-R系统中主要实现：功能号注册/注销与管理、功能寻址、位置寻址、基于MSISDN呼叫限制等功能。

智能网子系统主要由业务控制点（SCP）、业务交换点（SSP）、业务管理点（SMP）、业务管理接入点（SMAP）、业务生成环境点（SCEP）组成。

2.3.1业务控制点SCP
SCP接收SSP发出的指令，执行业务逻辑，实现业务控制功能，存储业务逻辑和网络、用户数据。

2.3.2业务交换点SSP
SSP检测智能业务的请求，与SCP通信，对SCP响应，允许SCP影响处理。

可与MSC合设，也可分设。

2.3.3业务管理点SMP
SMP管理SCP中的业务逻辑，用户数据。

2.3.4业务管理接入点SMAP
SMAP实现业务管理接入功能。

2.3.5业务生成环境点SCEP
SCEP用于开发、生成GSM-R智能网业务，对这些业务进行测试和验证，并将验证后的智能网业务的业务逻辑、管理逻辑和业务数据等信息输入的SMP 中。

2.4通用分组无线子系统（GPRS）
GPRS子系统负责为无线用户提供分组数据承载业务，如与铁路CTC/TDCS 系统互联，实现车～地、车～车数据信息传送。

GPRS子系统主要包括：GPRS 支持节点（SGSN）、网关GPRS支持节点（GGSN）、域名解析服务器（DNS）、AAA认证服务器（RADIUS）。

2.4.1 GPRS支持节点SGSN
SGSN是为移动终端提供业务的节点，激活GPRS业务时，SGSN建立一个移动性管理的环境，主要功能包括：网络接入控制（MS侧）、逻辑链路管理、路径管理、路由和隧道传输。

2.4.2 GPRS支持节点GGSN
GGSN是GPRS网络与外部数据网络相连的网关，提供GPRS网与铁路相关应用系统之间的接口，主要功能包括：网络接入控制、移动性管理和会话管理、路由选择与转发、分配IP地址。

2.4.3域名解析服务器DNS
DNS负责域名解析，实现网元域名至实际IP地址之间转换。

2.4.4 AAA认证服务器RADIUS
RADIUS负责存储用户身份信息，对用户认证请求进行确认，给用户分配权限，完成用户的认证和鉴权功能；存储所有机车号与IP地址的映射表。

2.5运行与管理子系统（OSS）
2.5.1网络管理系统
●5种功能：安全管理、配置管理、故障管理、告警管理、性能管理。

●按照专业分为：交换、分组、智能网、无线等网管系统。

●按照职能：网络管理中心（NMC）和本地操作维护管理中心（OMC）。

2.5.2用户管理系统
●管理本网用户的相关数据，提供开户、销户以及用户业务权限更改等操作功能，支撑业务的正常运行。

●包括SIM卡管理系统以及计费、结算、营帐和客服系统等。

2.6移动终端
终端设备是供GSM-R系统用户直接操作、使用，用来接入GSM-R网的设备包括移动台和无线固定台。

移动台由移动设备（ME）和用户识别模块（SIM卡）组成，主要包括：车载台和手持台。

无线固定台为非移动状态下使用的无线终端，具备与移动台相同的业务功能。

参考文献：
《铁路数字移动通信系统（GSM-R）应用基础理论》，钟章队等编著.2009年07月，清华大学出版社有限公司，北京
《西门子D900交换机指导手册》，诺基亚西门子公司，内部资料
《GSM-R铁路行业用户指导手册》，华为公司，内部资料。