列車無線車次號校核信息傳送功能在GSM-R網(wǎng)中的實現(xiàn)

王希慶

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜 西 西 安 7 10014）

列車無線車次號校核系統(tǒng)是調(diào)度集中/列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（CTC/TDCS）的重要組成部分。它能以無線方式將列車車次號、機車號、位置、運行速度、列車啟動和停穩(wěn)等信息傳送給CTC/TDCS系統(tǒng)進(jìn)行校核，從而使CTC/TDCS系統(tǒng)對列車進(jìn)行實時監(jiān)視和控制。它是列車進(jìn)路自動控制的基礎(chǔ)；是實現(xiàn)調(diào)度命令、行車憑證不停車交付和進(jìn)路信息自動預(yù)告的前提；是保證行車安全、提高運行效率的重要條件；是運輸指揮和管理現(xiàn)代化的有力手段。

1 系統(tǒng)組成

車次號校核信息傳送可以采用鐵路數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)（GSM-R）或450 MHz列車無線調(diào)度通信系統(tǒng)完成。在GSMR模式下，系統(tǒng)由GSM-R網(wǎng)絡(luò)、CTC/TDCS設(shè)備、GPRS歸屬服務(wù)器、GPRS接口服務(wù)器 （GRIS）、機車綜合無線通信設(shè)備（CIR）、機車數(shù)據(jù)采集編碼器、機車安全信息綜合檢測裝置等組成。具體設(shè)備連接如圖1所示。

系統(tǒng)核心設(shè)備是GRIS，它通過GSM-R通信服務(wù)器負(fù)責(zé)GPRS網(wǎng)絡(luò)與CTC/TDCS系統(tǒng)之間的通信，并以以太網(wǎng)方式與網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點 (GGSN)和GSM-R通信服務(wù)器連接。主要實現(xiàn)傳輸層和應(yīng)用層通信協(xié)議轉(zhuǎn)換、IP地址轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)；IP地址更新；通過用戶鑒權(quán)保證網(wǎng)絡(luò)和信息傳輸?shù)陌踩裕桓婢崾?；日志記錄和管理等功能?/p>

機車數(shù)據(jù)采集編碼器和機車安全信息綜合檢測裝置之間采用RS485接口；機車數(shù)據(jù)采集編碼器和CIR之間采用了7芯電纜連接。

2 系統(tǒng)主要功能

1)機車數(shù)據(jù)采集編碼器采集機車安全信息綜合檢測裝置的數(shù)據(jù)，每200 ms向CIR發(fā)送一次，CIR按規(guī)定條件發(fā)送車次號信息。數(shù)據(jù)符合以下條件之一時發(fā)送一次車次號信息：①監(jiān)控狀態(tài)下，列車進(jìn)入新的閉塞分區(qū)、進(jìn)站、出站；②非監(jiān)控狀態(tài)下，列車運行速度由0變?yōu)? km/h；③非監(jiān)控狀態(tài)轉(zhuǎn)為監(jiān)控狀態(tài)時；④列車停穩(wěn)時發(fā)送一次列車停穩(wěn)信息，列車啟動時發(fā)送一次列車啟動信息。

2)獲取車次號信息傳送的目的IP地址并及時更新。

3)支持CTC/TDCS查詢指定列車的車次號信息。

4)發(fā)送端采集編碼器和接收端CTC/TDCS設(shè)備可以對發(fā)送的車次號信息、列車停穩(wěn)和列車啟動信息進(jìn)行存儲。

5)機車數(shù)據(jù)采集編碼器具有發(fā)送車次號測試信息的功能。

6)CTC/TDCS系統(tǒng)能對接收到的無線車次號信息進(jìn)行車次校核并對列車進(jìn)行追蹤。

圖1 列車無線車次號校核信息傳送系統(tǒng)原理圖Fig.1 Wireless transmission system for train number check information principle diagram

3 無線車次號校核信息傳送功能在GSM-R網(wǎng)中的實現(xiàn)過程

在GSM-R模式下，車次號信息的傳輸采用GPRS方式，利用UDP協(xié)議，CIR和GRIS分別固定在UDP端口20000和20001上進(jìn)行UDP數(shù)據(jù)包的接收[1-10]。

3.1 目標(biāo)設(shè)備IP地址的獲取

CIR要在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)域業(yè)務(wù)，必須首先獲取目標(biāo)設(shè)備（GRIS）的IP地址。通過3個過程實現(xiàn)：

3.1.1 附著（ATTACH）

是系統(tǒng)根據(jù)移動終端的簽約數(shù)據(jù)確定移動終端在當(dāng)前請求的GPRS路由區(qū)域中是否允許進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)訪問。CIR可以在開機時通過無線接入鑒權(quán)獲得無線信道后向GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點（SGSN）發(fā)起“附著請求”消息，SGSN得到CIR的IMSI標(biāo)識后，向歸屬位置寄存器（HLR）請求進(jìn)行認(rèn)證，并根據(jù)HLR下達(dá)的用戶簽約數(shù)據(jù)對CIR進(jìn)行鑒權(quán)，同時SGSN將終端的當(dāng)前位置信息上傳HLR。鑒權(quán)通過后，SGSN就會向CIR返回“接受附著”消息。

3.1.2 PDP（Packet Data Protocol）激活

通過PDP上下文激活過程，用戶獲得GGSN的鑒權(quán)許可，建立終端與基于GPRS分組域之間的數(shù)據(jù)通道。PDP激活過程由CIR發(fā)起，首先向SGSN發(fā)起 “激活請求”消息；SGSN根據(jù)消息中攜帶的參量向HLR查詢相應(yīng)的GGSN地址，然后再向 G GSN發(fā)送 “創(chuàng)建請求”；GGSN可以通過RADIUS服務(wù)器對終端進(jìn)行簽權(quán)，并將鑒權(quán)結(jié)果以及各項參數(shù)攜帶在“響應(yīng)請求”消息中，回送給SGSN；由SGSN再向CIR發(fā)送“接受激活請求”消息，從而完成PDP激活過程。

3.1.3 獲取當(dāng)前GRIS的IP地址

GPRS歸屬服務(wù)器的IP地址預(yù)存在CIR內(nèi)，通過GSMR網(wǎng)絡(luò)，CIR向GPRS歸屬服務(wù)器查詢當(dāng)前GRIS的IP地址。IP地址查詢指令的內(nèi)容包括機車號、車次號、公里標(biāo)、當(dāng)前小區(qū)號、經(jīng)緯度等信息，根據(jù)這些信息歸屬GRIS獲得列車當(dāng)前對應(yīng)GRIS的IP地址，經(jīng)GSM-R網(wǎng)絡(luò)會送給CIR，作為車次號校核信息傳送的目的地址。

3.2 目標(biāo)設(shè)備IP地址的更新

當(dāng)列車運行至新的CTC/TDCS區(qū)段時，車次號校核信息發(fā)送的目的地址也將隨之改變，因此需要將原來GRIS的IP地址更新為當(dāng)前管轄GRIS的IP地址，即IP地址更新。實現(xiàn)過程有如下兩種方式：

方式一：列車運行到鐵路局的交界處，當(dāng)前CTC/TDCS通信服務(wù)器判斷CIR即將移出管轄區(qū)域時，向GRIS發(fā)送“越界指示”，內(nèi)容包括當(dāng)前GRIS列車機車號、車次號以及接管鐵路局代號等信息。當(dāng)前GRIS根據(jù)收到的接管鐵路局代號信息查詢數(shù)據(jù)庫，獲得接管GRIS的IP地址，并向CIR發(fā)送“IP地址更新”數(shù)據(jù)幀。CIR接收數(shù)據(jù)幀，首先回復(fù)“IP地址更新響應(yīng)”，當(dāng)前GRIS收到CIR回復(fù)的“IP地址更新響應(yīng)”后，再向CTC/TDCS通信服務(wù)器發(fā)送回復(fù)“越界指示響應(yīng)”。CIR將收到的IP地址作為車次號校核信息，列車停穩(wěn)及啟動信息傳送的目的地址，實現(xiàn)IP地址的更新。若GRIS在規(guī)定的時間內(nèi)沒有收到“IP地址更新響應(yīng)”，應(yīng)重發(fā)“IP地址更新”數(shù)據(jù)幀。重發(fā)次數(shù)為3次。

方式二：當(dāng)機車運行到新的CTC/TDCS管轄范圍，若CTC/TDCS中心未能及時向GRIS發(fā)送越界指示或者由于通信網(wǎng)絡(luò)原因造成IP地址更新的相關(guān)信息未能正常傳輸時，CIR仍然向原GRIS發(fā)送車次號校核信息。GRIS內(nèi)存儲了全國各鐵路局的管轄范圍（經(jīng)緯度、公里標(biāo)、小區(qū)號等位置信息）和相應(yīng)GRIS的IP地址。原GRIS根據(jù)CIR發(fā)送的車次號校核信息中列車當(dāng)前的位置信息判斷列車不在管轄范圍內(nèi)，則可以根據(jù)自身存儲的各鐵路局GRIS的IP地址負(fù)責(zé)通知CIR進(jìn)行IP地址更新操作。

3.3 車次號信息傳輸過程

3.3.1 CIR主動向CTC/TDCS中心傳輸車次號信息

CIR從機車數(shù)據(jù)采集編碼器獲取機車安全信息綜合檢測裝置的數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)滿足相應(yīng)規(guī)定條件時 (見上文所述)，CIR主動向CTC/TDCS中心傳輸車次號信息。

如圖1所示，車次號校核信息的傳送路徑如下：CIR→BTS→PCU(數(shù)據(jù)包控制單元)→SGSN→GGSN→GRIS→GSMR通信服務(wù)器→CTC/TDCS通信服務(wù)器，最終傳送給CTC/TDCS中心。

3.3.2 CTC/TDCS中心向CIR查詢車次號信息

CTC/TDCS需要查詢運行列車的車次號信息時，將查詢命令發(fā)送給GRIS，GRIS將查詢命令轉(zhuǎn)發(fā)給CIR，CIR接收到查詢車次號信息的命令后，向CTC/TDCS中心發(fā)送一次當(dāng)前位置的車次號信息。

4 結(jié)論

本文通過對采用鐵路數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)（GSM-R）實現(xiàn)車次號校核信息傳送功能的分析,說明這種技術(shù)完全可以滿足鐵路安全運輸生產(chǎn)的要求,同時解決了原來使用450MHz列車無線調(diào)度通信系統(tǒng)實現(xiàn)車次號校核信息傳送功能帶來頻率利用率低且干擾嚴(yán)重的問題。它必將成為今后車次號校核信息傳輸?shù)闹饕侄巍?/p>

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