浅析GSM—R系统的功能结构

摘要：GSM-R系统主要为铁路通信服务的基于GSM系统的专用通信系统，可实现列车调度、站点通信、应急通信及综合监控等功能。本文首先介绍了GSM-R的内部结构，随后说明了GSM-R系统的功能类型，主要针对传输系统和接入系统进行分析，最后分析了GSM-R系统未来的发展方向。

关键词：GSM-R；功能结构；发展

中图分类号：G710 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）08-0275-02

一、GSM-R系统结构概述

GSM-R（Global System For Mobile Communications For Railway）系统是欧洲铁路综合调度移动通信系统的简称，是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统，它是在8时隙/200KHz TDMA多址方式GSM蜂窝系统上增加调度通信功能构成的一个综合专用移动通信系统，它基于GSM的基础设施及其提供的高级语音呼叫业务，提供铁路特有的调度业务，并以此为信息化平台，使铁路部门可以在这个平台上实现铁路管理信息的共享。铁路GSM-R数字移动通信系统是铁路专用移动通信网，是直接为铁路运输生产和铁路信息化服务的综合通信平台。GSM-R系统主要包括：网络子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、运行与支持子系统（OSS）和终端设备等四个部分。

1.网络子系统：包括移动交换子系统（SSS）、移动智能网（IN）子系统和通用分组无线业务（GPRS）子系统。（1）移动交换子系统（SSS）：主要完成用户的业务交换功能，完成用户数据与移动性管理、安全性管理。①移动业务交换中心（MSC）。MSC是NSS的核心，包含了MSC的所有交换功能，但是比固网的交换机功能更多，包括了移动用户位置登记与更新，小区切换，对无线资源进行管理，处理用户的交换功能，对呼叫进行统计，对信息进行加密，短消息的传送等。②拜访位置寄存器（VLR）。当一个用户进入一个MSC内的小区时，需要进行位置登记，是临时性的，当用户脱离此MSC管辖范围后，HLR就将其信息删除。③归属位置寄存器（HLR）。HLR是一个用户的数据库，包含了所有移动用户的信息，类似于我们的居住地的个人档案一样，当一个用户进入某个MSC管内时，VLR中没有这个用户的信息，那么他将向HLR索要这个用户的一切相关信息。④鉴权中心（AuC）。AuC对用户进行鉴权，对各种信息进行加密，采用了一个参数组，两边一致后，说明这个用户是合法用户，可以连接入网络。⑤其他部件。除了上述主要部件以外还包括以下部件：互连功能单元（IWF）、组呼寄存器（GCR）、短消息服务中心（SMSC）、确认中心（AC）等设备。（2）移动智能网（IN）子系统：主要是在SSS中引入的智能网功能实体，将网络交换功能和业务控制功能相分离，实现对呼叫的智能控制。IN包括GSM业务交换点（gsmSSP）、GPRS业务交换点（gprsSSP）、智能外设（IP）、业务控制点（SCP）、业务管理点（SMP）、业务管理接入点（SMAP）以及业务环境接入点（SCEP）等设备。（3）通用无线分组数据业务（GPRS）子系统：负责为无线用户提供分组数据承载业务。主要包括服务GPRS支持节点（SGSN）、网关GPRS支持节点（GGSN）、域名服务器（DNS）、认证服务器（RADIUS）、分组控制单元（PCU）等设备。

2.基站子系统（BSS）：通过无线接口直接与移动台相接，负责无线信号发送接收和无线资源管理，与MSC相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。基站子系统（BSS）主要由基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）构成。（1）基站控制器（BSC）主要负责对无线侧的功能，具有对一个或多个BTS进行控制的功能，实际上它是一台具有强处理能力的小型交换机，主要负责无线资源管理，功率控制等功能，是个很强的业务控制点。（2）基站收发信机（BTS）是无线接口设备，完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。

3.运行与支持子系统OSS，其主要功能为以下几点：（1）对交换网、智能网、GPRS系统、基站、直放站等设备进行网管功能；（2）对用户识别卡进行管理；（3）计费、结算、营帐、客服等功能，均由软件实现。

4.移动终端。移动终端是指用户端把所需传送的信号转换成无线电波的设备。移动台的类型可分为车载台、便携台和手机。专门用于GSM-R网络的手机外观上与普通手机大同小异，这种手机除了能像普通GSM手机那样进行语音通话外，还增加了铁路运输专用的调度通信功能，甚至能够无线传输图像和数据信息。

二、GSM-R系统功能应用

GSM-R的电信业务是在GSM的电信业务的基础上，根据铁路通信的特殊需要进行修改和补充后形成的，所以GSM-R不仅可以提供GSM网络的话音、数据业务，除了GSM所具有的越区切换、漫游等特性外，而且还具有如下专有的特性：

1.功能寻址（Functional Addressing，FA）：按使用用户的功能来建立信道，不是用某一个电话号码，比如将车次号和司机功能码向借口就是某列车上的用户，便于固定（移动）用户拨号呼叫列车上移动用户的一种方式，而不需要拨打很冗长的电话号码。

2.基于位置的寻址（Location Dependent Addressing，LDA）：把整条铁路分割成若干个调度区，不同的服务区域可以设备成一个位置区，列车行驶时经过的这些位置区，直接通过位置识别能直接与该区域的调度员联系。

3.语音广播服务（Voice Broadcast Service，VBS）：VBS可用来在指定区域（可跨多个小区）内广播消息或紧急呼叫（一点对多点的呼叫，主呼者讲话而众多的被呼方只能收听）。区域的定义和选择可动态设定，从而具有极大的灵活性。

4.语音组呼服务（Voice Group Call Service，VGCS）。移动或固定用户拨打组呼ID号，可与指定区域内的小组成员建立呼叫。该组内所有成员均可通过同一业务信道进行接听；该小组的成员也可通过按键讲话（PTT）方式发出通话请求，系统依据“先请求先服务”的原则建立一个上行链路来提供通话服务。

5.增强的多级优先与强占权（Enhanced Multi-Level Precedence and Pre-emption，EMLPP）。铁路紧急呼叫或列车自动控制等许多通信应用，都要求网络无论处于何种负载状况下均能迅速建立呼叫。如果在一个无线电小区发生拥塞（所有无线电频率和业务信道均被占用），EMLPP可立即切断低优先权的呼叫而优先建立高优先权的呼叫。

国际铁路联盟UIC计划从2014年开始进行GSM-R向LTE-R的演进工作，确保GSM-R的生命周期随电信技术的不断发展而获得延长。另一方面，鉴于3G技术使用频点太高，不能满足铁路部门希望经济、实惠地实现在广泛地域内的大覆盖目标，而且在语音业务上，3G技术与2G技术并没有本质区别等诸多因素，UIC明确表示3G技术不适用于铁路。因此，未来GSM-R不会过渡到3G，而是直接过渡到4GLTE-R。

参考文献：

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