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铁路客运作业运营中GSM-R网络的运用分析

发布时间:2019-06-17
  摘 要
  
  GSM-R 铁路数字移动通信系统是结合铁路运用需求,基于公共无线通信系统 GSM 平台开发出的通信系统。即通过在 GSM 蜂窝系统中增加符合铁路运输环境、调度指挥功能要求的要素,同时该技术符合国际铁路联盟提出的与铁路专用调度有关的相关要求。GSM-R 在中国铁路通信中的主要应用是:调度通信功能、列车编号传输和列车停止信息的传输功能、调度命令传输功能、列车尾设备信息传输功能、调车机机车信号和监控信息系统传送功能、列车控制数据传输功能。建设 GSM-R 网络全面提高了铁路移动通信系统,同时其数字无线通信平台能够满足各类铁路业务的应用需要,为信息化铁路建设奠定基础。
  
  本文分析了 GSM-R 系统的基本结构及其主要特点,当前呼和浩特局集团有限公司已经构建完成了 GSM-R 网络并投入实际使用。本文主要结合 GSM-R 的网络构成、铁路中实际运用 GSM-R 的情况,结合铁路客运作业运营说明了该系统在客货运服务、列车安全运行以及控制列车运行、调度指挥等各个方面的运用。

铁路客运作业运营中GSM-R网络的运用分析
  
  本文结合实际操作,对维护 GSM-R 中出现的具体情况进行分析,针对列车进路预告异常情况提出了具体的故障定位及判断方法,并对实际案例中发生的列车进路预告异常情况进行总结、研究,提出整改措施,最终解决了实际中的问题。
  
  关键词:  铁路通信;移动通信; GSM-R 系统;调度指挥;列车进路预告。
  
  Abstract
  
  The GSM-R railway digital mobile communication system was for the railway application requirements. In addition, it developed based on the GSM platform of the public wireless communication system. That is, adding elements which meet the requirements of the railway transportation environment and dispatching command functions in the GSM cellular system. This technology also meets relevant requirements related to railway special dispatch, which requested by International Railway Union. The main applications of GSM-R in China's railway communication are: dispatch communication function, train number transmission and train stop information transmission function, dispatch command transmission function, train tail equipment information transmission function, shunting machine locomotive signal and monitoring information system transmission Function, and train control data transmission function. GSM-R network has improved the railway mobile communication system comprehensively. Its digital wireless communication platform can meet the application needs of various railway businesses and lay the foundation for the construction of information railway.
  
  In this paper, the basic structure of the GSM-R system and its main features was analyzed.Currently, China Railway Hohhot Group Co.,Ltd. has completed the GSM-R network and put it into practical use. This paper mainly illustrated the application of the system in passenger and freight services, safe operation of trains,control of train operation, dispatching and commanding, by combining the network structure of GSM-R, the actual operation of GSM-R in railway, and the operation of railway passenger transport operation.
  
  In this paper, the specific situations that occur in the maintenance of GSM-R based on the actual operation has also been analyzed. It proposes specific fault location and judgment methods for the abnormal situation of the train route advance notice. It also summarized and studied the abnormal situation of train route advance notices in actual cases, proposed corrective measures, and finally solved the actual problems.
  
  Keywords:    railway communication; mobile communication; GSM-R system;dispatching command; train route advance notice。
  
  第一章 绪论
 
  
  1.1 课题背景与意义。

  
  铁路被称为国民经济的主动脉,在我国国民经济发展中离不开铁路运输生产。本世纪以来,铁路逐渐实现跨越式发展,在此背景下铁路通信系统进入新纪元,不断推进转型,与此同时随着铁路运输量的增大,不断加大、加长列车编组。公共移动无线通信系统 GSM 平台是公认的通用、成熟系统引入 GSM-R 技术,开发数字移动无线通信技术以服务于铁路的实际应用需求。该技术在铁路通信中的运用除了保持原有 GSM 功能之外,还额外增加了诸如强插入、优先级、广播、话音组呼、安全数据、功能寻址、位置等各种定制性功能[1]。作为通信系统,该系统表现出经济性、高效性等特点。通过全球建设 GSM-R 铁路无线通信系统充分说明我国正在积极汲取国外在铁路建设方面所取得的优秀的成果,正在夯实自我技术结构,扩大规格,推进现代化发展,积极在短时间之内实现转型,从而更好的服务于社会以及国民经济发展需要,当前主要设备已经达到或者接近国际水平。
  
  1.2 铁路通信的发展过程和现状。
  
  上世纪中叶,国内一直以载波通信设备作为铁路长途通信。此种设备的传输媒介是架空线与电缆。随着大量发展的电话交换逐步进入人工长途台、自动交换机。另外就铁路专用通信方面则通过改进各养路间互相通信、各站间通信以及全路进调度指挥,形成铁路交流脉冲选叫方式。70 年代,正式引入铁路光纤技术。这标志我国开始研究数字通信与铁路光缆。80年代中后期成功的在多条线上进行数字光纤通信测试;90 年代在铁路通信中普及推广应用数字光纤通信[2]。与此同时这一阶段国内的光缆建设如沐春风,其它数字通信建设也紧跟其后实现了较好的发展,并利用程控交换技术[3]。上世纪末,基本形成了长途交换网络,建成了第一个分组交换数据网络。数据交换一般可结合实际业务需要,具体包括预定客票、铁路运输管理信息系统、铁路信息业务等各个方面的需要进行。引入并应用光数字分插设备,因而显着的增加了区段通信电缆,如此一来极大的改善了中间站的通信条件。与此同时程控共线技术设备在各类共线电话、铁路列车调度系统中得到进一步推广使用。
  
  1.2.1 铁路无线通信的现状。
  
  现有铁路无线移动通信技术主要是基于列车无线调度通信系统,即无线列车调度指挥系统,制式为 400MHz 的模拟无线列车调度指挥系统。随着中国铁路向高速铁路和客运专用线方向发展,无线通信提供的业务和功能与现代铁路运输需要之间的差距一步步的扩大。这些差距主要体现在以下几个方面:
  
  1.铁路无线通信系统一般使用包含 58 个频点的 450M 频段,向各无线系统进行分配。这里的无线系统主要包括公安系统、站场调度指挥、无线列车调度等指挥系统。值得一提的是各部门间不可共享频点,这不仅浪费了大量频率资源,同时也一定程度阻碍了进一步发展用户数量。比如郑州、北京等重要枢纽地区已经出现未有可用频点的情况了。
  
  2.现有的铁路无线通信系统采用固定频点分配方式,一旦信道处于繁忙的状态即意味着长时间将信道分配给系统用户,使得其它系统用户仅可处于等待状态,频道上的用户因此而相互竞争、阻塞,进一步降低整个通信质量;其它系统用户在信道处于空闲的状态时,也不可使用该信道通信这同样会浪费频率资源,不利于发展用户。
  
  3.话音和数据服务竞争信道,数据传输能力差,传输可靠性低。经过测试计算,在 CTC以及 TDCS 区段部分,如果列车行驶的速度是 250 公里每小时,在此基础上综合考虑传送相关数据信息,比如进路预告、列车车次号、行车凭证、调度命令以及车机联控语音的实际通信需求,将形成密度较大的业务量,加大碰撞的机率。值得一提的是基于无线列调系统传输数据的效率非常低,仅为 1.2Kb/s。
  
  4.干扰十分严重的枢纽地区,降低了列车调度指挥的效率。中心枢纽站不仅仅汇集了多条线路,同时存在无序性的呼叫,进一步影响机车台无线信道,存在较为严重的小信号被大信号抑制的情况[4]。中心枢杻正是基于上述情况而设置了各类无线电台,其中部分电台所工作的频率是相同的,车站附近存在由于这些电台而引起的同频干扰,且其影响范围非常大,不利于车站值班员进行高度的调度指挥。
  
  5.无线列调系统是开放系统,其中没有任何认证、加密的处理,同时不需要对用户进行识别。其唯一的标准是无线列调以及无线终端用户的调制解析方式、频率一致,即可加入无线列调系统。如此一来就存在被其它干扰因素接收、窃听话音服务的可能性,这些极有可能影响列车安全。另外现有系统尚未能满足公安系统对保密性方面的要求。
  
  6.网络能力匮乏。移动终端十分有限的对讲距离,尤其是相邻车站的边界区域极易出现中断业务的情况;加之分散的无线通信系统,未能形成统一的组成系统,因此用户之间不能进行互相通信;另外从调度网络上分析铁路中相互独立的有线、无线通信,也未能充分融合,形成统一的整体[5]。
  
  现有的铁路无线通信系统已经随着技术发展和现代化铁路运输生产的需要,不能满足列车在 200-300km/h 高速运行条件下的行车调度指挥及车地信息传输安全性、可靠性、实时性的通信需要。
  
  1.2.2 现代化铁路对移动通信的要求。
  

  大规模建设高速铁路及客运专线铁路,有力地促进了中国铁路现代化的发展。其中,通信网络系统是铁路现代化的关键,也是铁路通信网络的重要组成部分,移动通信网络必须满足铁路现代化发展的需求,实现铁路各类移动信息资源的收集和传输,为铁路现代化调度,指挥和控制提供通信平台。
  
  1.高速铁路、客运专线对现代化铁路通信的基本要求。
  
  随着发展当前高速铁路、客运专线对通信系统在高速运行的条件下提出更多的要求,特别是便利性、实时性、安全性等方面的要求。铁路移动通信系统应提供各钟类型的语音服务和数据服务。其中,语音业务应满足调度通信和区间通信的特点,包括但不限于单个呼叫、组呼、多优先级呼叫和快捷呼叫,以及在移动用户和固定用户之间实现统一呼叫;数据业务应满足以下需求,如传输列控信息,调度指挥信息,列车安全监控信息,旅客综合信息等[6]。
  
  2.信息化传送的需求。
  

  一直以来地面与列车间的无线通信的信息技术发展较为薄弱。在铁路高速化、信息化发展的今天,对无线数据传输提出了更高要求,其内容不断增多。首先在列车运行时需要向地面实时传输与列车安全监控、承载货物等各类信息,只有通过完善的基础信息才能实时跟踪列车信息,货运计划、客票发售、集装箱等等。简而言之即实现实时动态的跟踪铁路路网移动体;其次需要多方位的基于地面与列车传递与乘客移动有关的综合信息[7]。
  
  3.列车调度指挥系统对融合无线、有线业务的客观需求。
  
  综合上述关于铁路业务发展需求突显现有系统的瓶颈性问题,基于此应结合新的业务需要构建完善化的系统,同时确保系统具有安全性高、强大的网络功能,以及高速、重载的运输和信息化需求的通信系统。
  
  1.3 论文的结构安排。
  
  本文总共分为五个章节:
  
  第一章是本文的绪论部分,主要对铁路通信的发展过程和现状进行了介绍,提出了现代化铁路对移动通信的要求。
  第二章是介绍 GSM-R 的网络系统结构研究,主要对 GSM-R 网络系统结构,GSM-R 的业务模型,GSM-R 各子系统组成及功能进行了介绍。
  第三章是 GSM-R 的网络在铁路中的应用研究,主要介绍了调度通信、车次号传输与列车停稳信息的传送、调度命令传送、GSM-R 网络列车进路预告原理等内容。
  第四章为动车近路预告业务异常情况分析研究,对列车进路预告业务异常情况、列车进路预告业务异常情况等进行了研究分析,并结合实际工作情况进行处理。
  第五章为总结部分,对本文成果进行总结,对铁路移动通信系统的发展进行展望。
  
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  第二章 GSM-R 网络的系统结构
  
  2.1 GSM-R 网络系统总体结构
  
  2.2 GSM-R 各子系统组成及功能介绍

  2.2.1 网络子系统(NSS)
  2.2.2 移动交换子系统(SSS)
  2.2.3 移动智能网子系统(IN)
  2.2.4 通用分组无线业务(GPRS)子系统
  2.2.5 运行与业务支撑子系统(OSS)
  2.2.6 基站子系统(BSS)
  2.2.7 终端设备
  
  2.3 GSM-R 的业务模型
  2.3.1 GSM 业务
  2.3.2 高级语音呼叫业务(ASCI)
  2.3.3 铁路 GSM-R 专有特性
  
  第三章 GSM-R 在铁路中的应用研究
  
  3.1 GSM-R 在铁路中的具体应用

  3.1.1 调度通信
  3.1.2 车次号传输与列车停稳信息的传送
  3.1.3 调度命令传送
  
  3.2 列车进路预告应用研究
  3.2.1 网络构成
  3.2.2 通信流程
  
  第四章 列车进路预告业务异常情况分析研究
  
  4.1 列车进路预告异常情况分析

  4.1.1 列车进路预告触发条件
  4.1.2 分析方法
  
  4.2 列车进路预告异常情况故障定位
  4.2.1 核心网公用设备域名服务器 DNS 等数据问题
  4.2.2 CTC(调度集中系统)设备问题
  4.2.3 GPRS 接口服务器 GRIS 设备问题
  4.2.4 核心网核心设备 GGSN、SGSN 等设备问题
  4.2.5 无线网络 BSS 问题
  4.2.6 机车无线综合设备 CIR 问题
  
  4.3 列车进路预告业务异常情况案例分析
  4.3.1 列车进路预告异常情况实例分析
  4.3.2 原因分析
  4.3.3 针对实例分析进行具体情况处理

  第五章 总结

  随着我国铁路的提速、客运专线和高速铁路的建设,以及技术的不断完善,GSM-R 系统将不断突破发展成为国内铁路通信中不可或缺的部分,并取代现有模拟制式铁路无线通信系统。该数字无线通信系统是基于 GSM 平台,同时基于铁路实际应用需求开发而成的。该系统是基于列车高速动运行、列车控制、列车调度等各要素而形成的一个具有高效性、经济性的 GSM-R 系统。

  目前 GSM-R 系统在中国铁路通信中的应用主要包括:调度通信,传送列车停稳信息、车次号;调度命令并传送;传送列车尾部装置信息;传输列车控制数据、监控信息以及调车机车号等信息,所以需要高度的安全性和可靠性作为保障。因此,系统在使用中能够持续处于运行良好的状态之中,解决各种问题。

  本系统主要结合优化 GSM-R 系统的相关经验,阐释分析了动车进路预告异常情况,在此基础上结合现有维护经验,对可能造成列车进路预告异常情况的部分进行深入研究,找到解决各个问题的方法和途径,通过这些从理论、实际经验为处理列车进路预告异常情况奠定基础。考虑到现有网络的特殊性,即存在差异化的网络资源以及多样化的业务形式,所以GSM-R 系统的具体优化以及动车进路预告异常情况的处理还需在实际维护过程中反复试验和深入研究来完善。

  参考文献

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