GSM-R系统在城市轨道交通无线通信系统中的应用

敬欢 刘春兰

摘要：随着城市轨道交通建设的进一步推进，轨道交通控制调度工作对无线通信效率及质量也有了更高的要求，为满足这一要求，GSM-R系统的应用范围也得到进一步拓展。为进一步探究GSM-R系统在城市轨道无线通信系统中的应用，文章结合已有的相关资料和经验，首先介绍了GSM-R系统的基本情况，并提出了这项技术在城市轨道交通无线通信系统中的应用空白；其次，阐述了GSM-R系统在应用过程中的几项主要业务需求；最后，结合具体需求，从多个角度着手，详细探讨了城市轨道交通无线通信系统中GSM-R系统的主要应用方向，并探究了各个应用方向具体通信方式的实现路径，以期为后续工作中GSM-R系统的应用提供参考借鉴。

关键词：GSM-R系统；城市轨道交通；无线通信

中图分类号：TN929

文献标志码：A

0 引言

近年来，各地城市轨道交通建设仍在不断推进，为确保轨道交通系统的高效率运行，基于GSM-R技术打造相关的通信系统是不可或缺的重要举措。通过应用GSM-R系统，轨道交通车辆调度控制等方面将更为便捷，其现实意义较为突出。因此在实际工作中，应当进一步加强对GSM-R系统的研究与应用，推动城市轨道交通建设质量的进一步提升。

1 GSM-R系统及其在城市轨道交通领域应用的不足

GSM-R系统起源于欧洲国家，后传入我国，基于已有的经验，该系统目前在铁路专用通信领域已经取得较快发展。具体来看，该系统主要面向广义的轨道交通领域通信设计，属于一种典型的综合专用数字移动通信系统，将同一个无线通信平台统一纳入整体的轨道交通系统，实现自动控制信息的传输，以及语音调度通信等功能^［1-2］。在当前主流的GSM-R系统中，通常以GSM移动通信技术为核心，该系统的网络基本结构如图1所示。

由图1可知，GSM-R系统主要包括网络子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、操作与维护子系统（OSS）三部分。其中，基站子系统是由一个基站控制器（BSC）和若干个基站收发信机（BTS）组成。基站收发信机主要通过无线接口与移动台（MS）相连，其主要作用是，与一定覆盖区域内的移动台进行通信，并对空中接口进行管理。同时，所有基站收发信机均连接到基站控制器上。基站控制器的主要功能则是在其覆盖范围内，提供无线电资源管理、移动性管理和无线电网络运营与维护管理，上述功能模块之间的通信均基于A bis接口进行^［3］。

从目前的实际情况来看，虽然GSM-R系统已在多个领域得到较为广泛的应用，但其在交通领域的应用还相对较少。通过查阅大量参考文献可知，GSM-R系统在交通领域中的有限应用均集中于铁路交通领域，在城市轨道交通领域存在明显空白。因此，对GSM-R系统在城市轨道交通领域中的应用需求，仍需要做进一步分析，以明确城市轨道交通对GSM-R系统实现功能的需求，并以此对各个功能模块展开设计。

2 GSM-R系统在城市轨道交通领域应用中的主要业务需求分析

2.1 功能寻址方面的要求

功能寻址是GSM-R系统的典型特征之一，其允许通过功能号码对用户进行呼叫，而功能号码则是识别功能和应用的关键数据。通过对轨道交通中的要素赋予特定的功能号，即可保证用户号码和物理终端之间的独立性。具体来看，功能号的结构与传统的MSISDN结构相类似，也可从其他外部网络来拨打这些号码。由于功能号码业务在编号方案上具有一定的特殊性，因此其与普通呼叫方式存在一定差异，具体编号方案和触发方式，如表1所示。

在确定功能号码后，需要基于功能寻址过程实现较为精准的通信。在此环节中，强制向移动台发送功能相关的子地址，该“子地址”信息在功能号码中予以导出。在轨道交通领域中，功能寻址的主要作用是对轨道交通系统内的目标车辆进行准确锁定，以实现可能的调度需要。

2.2 基于位置的寻址需求

基于位置的寻址业务（以下简称“LDA”）功能模块在GSM-R系统中的重要性较为突出，通常与其他业务配合应用来实现对轨道交通系统内列车的管理。LDA业务确保一个从移动用户发起的呼叫可以被路由至正确的管理者。由于轨道交通系统下的列车位置呈现动态变化，因此在不同的位置区域，其相应的管理账户也呈现动态变化的态势^［4］。

具体来看，在基于位置的寻址业务中，其主要业务流程如下：（1）需要发出请求的移动用户（主要为列车驾驶人）向管理账户（主要为调度员和轨道交通車站值班人员）拨打短号码进行位置寻址。在满足触发条件后，移动台（MSC）向智能网发送操作指令“Initial DP”，其中，在参数Location Information中包含移动用户的识别码。（2）系统判断移动用户所拨出的号码是否有效。如号码有效，则根据呼叫产生的主叫位置信息和短号码，查找对应用户的功能号码。（3）系统查找到对应用户的功能号码后，发送Connect操作，实现二者之间的通信连接。在此环节中，仍基于DP3触发方式进行触发。通过以上业务流程，系统即可确定轨道交通系统中特定车辆的位置坐标信息，从而对其运行情况予以实时掌控，必要时发出相应调度指令。

2.3 增强型多级别处理要求

增强型多级别处理（以下简称“e MLPP”）主要提供对用户的多种优先级别的定义。由于轨道交通系统中各类用户的优先级不同，因此该业务模块基于优先级别上的差异，在呼叫建立和切换过程中需进行合理的系统资源分配。在呼叫进行过程中，优先提供资源给优先级别高的用户。具体来看，此环节的应用主要分为以下两个方面。

2.3.1 e MLPP用户起呼

当一个用户发起呼叫时，该用户首先对本次呼叫选择一个优先级别，该级别的数值可选择缺省值或非缺省值。如该优先级别的数值为非缺省值，则该优先级别会下放至系统中，而后系统将数据库中存储的用户信息中的优先级别与收到的优先级别进行比较，根据不同的比较结果，对优先级别进行分配和对话务进行接续。该环节主要存在以下几种可能：（1）如用户要求的优先级别不高于用户预设的优先级别，则系统分配数据库中预设的用户级别以进行呼叫；（2）如用户要求了更高的优先级别，则系统分配该用户的最高优先级别进行呼叫；（3）如用户对该次呼叫未要求优先级别，则系统提取该用户的缺省优先级别，并以此进行分配；（4）如发起呼叫的用户不属于e MLPP用户，则系统为其分配一个网络缺省优先级别，以完成本次呼叫。

2.3.2 e MLPP用户的预占用

在e MLPP业务模式下，允许一个移动用户接听优先级别高于自身优先级别的通话。同时，当被叫方具有呼叫等待功能，或被叫方拥有已激活的自动应答功能时，均会出现被叫预占用。当出现被叫预占用后，由被叫用户决定是否对本次通话进行预占用，如决定进行预占用后，则存在以下两种可能：（1）如被叫用户拥有呼叫保持业务，则被叫用户保持前次通话，并接续高优先级别通话。（2）如被叫用户无呼叫保持业务，则释放前次通话，优先开启高优先级别的呼叫；如被叫用户决定不接收预占用，则继续执行呼叫等待功能。在该业务模块中，为实现对优先级别的有效分离，e MLPP通常设置七个优先级别，分别编号为A，B，0～4。其中，A和B两个最高的优先级用于网络紧急呼叫，0～4则分配给轨道交通系统中的其他用户，数字越小则优先级别越高，反之亦然。概括而言，基于以上两方面的措施，管理人员将依托于GSM-R技术，对优先级较高的区间和车辆进行及时的响应和干预处理举措。

3 GSM-R系统在城市轨道交通无线通信中的应用策略

3.1 调度通信

在城市轨道交通运行过程中，轨道交通调度属于其中最为重要的通信手段，对提升轨道交通运行效率有着重要作用。结合实际功能需求来看，调度通信业务主要包括列车调度通信、牵引变电调度通信和其他调度与专用通信（包括施工维护、应急管理、站场通信等）。系统构成和组网方式如图2所示。

由图2可知，在GSM-R系统应用于调度通信环节中，通常并非单独应用，而是采取无线和有线混合组网的方式进行。具体来看，此类调度通信系统在构成上，主要可分为调度台、基本服务集系统（BSS）、固定用户接入交换机模块（FAS）、轨道交通专用通信移动终端、轨道车辆综合无线通信设备（CIR）等部分所构成。当前，无线网络在城市轨道交通系统中基本实现了全覆蓋，无线终端CIR也覆盖了轨道交通内的全部车辆，有线终端则主要用于满足轨道交通车站和调度台的需要。而在组网方面，有线与无线相结合的方式仍然是城市轨道交通通信网络组建过程的首选，通常在总调度室内设置固定用户接入交换机模块，并使之与MSC相连接，结合需要在沿线车站增设FAS或接入总调度室FAS，且车站台和调度台也可在此基础上，实现与MSC的连接，由此即可满足轨道车辆调度通信的实际需要，并进一步实现车机联控通信。

3.2 轨道车辆运行信息的传输

在轨道交通系统中，车辆运行信息的传送是一项至关重要的内容，主要包括轨道列车运行时的编号以及轨道列车停稳两方面的信息。为确保以上两方面的信息得以有效传输，在实际的GSM-R系统设计中，通常从以下两个部分着手进行设计：（1）包含GPRS和采集监控数据的GSM-R网络；（2）CIR模块。基于以上设计，即可对目标轨道车辆的IP地址进行自动更新。在此基础上，结合所获得的列车停稳信息，传输车辆编号信息，以进行后续的相关处理。

3.3 传输调度命令

在城市轨道交通的实际运行过程中，调度人员需要向车站及轨道列车发出相应的调度命令，对轨道交通系统内的列车运行情况、列车调度情况、突发状况等进行指挥控制，这是城市轨道交通系统运行管理工作中的重要组成部分，对提高轨道交通系统运行质量也起着决定性的作用。因此，在传输调度命令环节中，其关键是提升调度命令传输的速度和准确度，结合这一需要，通常以GPRS方式进行调度命令的传输。具体来看，该功能模块主要由综合无线通信设备、综合数字移动通信系统、调度指挥系统设备三方面所组成。在该功能模块中，GSM-R系统的主要作用是对调度命令的传输过程予以“加速”。

3.4 轨道列车进路预告

轨道列车进路预告信息是城市轨道交通系统调度工作中所需的重要信息，如何将此类信息予以及时采集和传输则是需要重点研究的一项内容。为实现上述目标，在实际工作中，该项业务通常由GSM-R系统中的GPRS（分组交换系统）提供的非安全无线数据传输业务。具体来看，在该业务模式下，GSM-R分组域应用网络主要包括列车综合无线通信设备CIR、GPRS网络设备、GPRS接口服务器（GRIS）、GPRS归属服务器（GROS）和其他通信服务器等模块，以实现轨道交通车辆与其他模块之间的信息高效传输。同时，在GPRS网络设备中，又可分为基站BTS、基站控制器BSC、分组控制单位PCU、服务GPRS支持节点SGSN、网关GPRS支持节点GGSN等部分。

基于上述功能模块，轨道列车进路预告的通信流程主要分为以下几个步骤：首先是CIR模块开机并附着在GPRS网络中。此环节下，CIR启动后会注册GPRS网络，由HLR模块将用户是否能够使用GPRS业务的信息发送至SGSN中。同时，此过程需要由SGSN和HLR对相关数据进行认证，认证通过后即可完成附着过程。其次是CIR获取自身IP地址，主要通过系统DNS服务器解析确定目标设备所属的网关支持节点GGSN。而后，由系统进行身份验证，如车辆设备的号码正确通过验证，则返回消息给网关支持节点GGSN。在该返回消息中，含有为CIR分配的IP地址。同时，CIR模块会按照设定的频次，定时向调度终端发送车辆信息，包括运行距离、车辆编号等，以实现准确定位，为发送调度指令和进路预告提供依据。

4 結语

整体来看，当前GSM-R系统在城市轨道交通无线通信中的应用尚处于初级发展阶段，仍具有较高的发展空间。在今后的工作中，为进一步发挥GSM-R系统的应用优势，需要结合实际情况和已有的研究经验，对GSM-R系统的具体架构和功能模块等部分进行优化调整，并考虑融入更多最新技术，使之朝着数字化、智能化和综合化的方向进一步发展。

参考文献

［1］田园，梁轶群，蒋韵，等.铁路GSM-R系统高速适应性测试及分析［EB/OL］.（2022-11-28）［2023-12-02］.https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？dbcode=CAPJ&dbname=CAPJLAST&filename=TDBS20221124000&uniplatform=NZKPT&v=YtRroQm NCknbvdqqxaUBOOhxkRMl-M7b6FBfh-635Lynwp5d_H-stwJo5rz6KDci.

［2］陈水庆，沈建辉.西部山区铁路GSM-R系统组网及配套工程设计方案优化［J］.中国铁路，2022（6）：99-105.

［3］丁珣.基于误差反向传播神经网络的GSM-R场强预测［J］.电气化铁道，2022（1）：67-70.

［4］刘盛尧，李坚.既有铁路GSM-R系统工程设计研究［J］.铁路通信信号工程技术，2021（10）：48-53.

（编辑 姚 鑫）

Application of GSM-R system in wireless communication system of urban rail transit

Jing Huan， Liu Chunlan

（Nanchong Vocational and Technical College， Nanchong 637131， China）

Abstract： With the further promotion of urban rail transit construction， the rail transit control and dispatching work also has higher requirements for wireless communication efficiency and quality. To meet this requirement， the application scope of GSM-R system has been further expanded.In order to further explore the application of GSM-R system in urban rail wireless communication system， the paper first introduces the basic situation of GSM-R system based on existing relevant information and experience， and then expounds several main businesses of GSM-R system in the application process; At last， the main application directions of GSM-R system in urban rail transit wireless communication system are discussed in detail from multiple perspectives， and the specific communication methods of each application direction are explored， so as to provide some reference for the application of GSM-R system in the follow-up work.

Key words： GSM-R system; urban rail transit; wireless communication