增強(qiáng)型鐵路緊急呼叫（eREC）原理概述

喬紹虎 劉宇星 黃國(guó)旺 曾 敏

（深圳市桑達(dá)無線通訊技術(shù)有限公司，廣東深圳 518057)

增強(qiáng)型鐵路緊急呼叫（eREC）原理概述

喬紹虎 劉宇星 黃國(guó)旺 曾 敏

（深圳市桑達(dá)無線通訊技術(shù)有限公司，廣東深圳 518057)

目前，GSM-R使用的鐵路緊急呼叫會(huì)造成在線路交會(huì)處的終端收到其他線路上發(fā)起的緊急呼叫，引起正常通信業(yè)務(wù)的中斷，嚴(yán)重時(shí)影響行車安全并導(dǎo)致列車減速或緊急停車。介紹增強(qiáng)型鐵路緊急呼叫的基本原理、系統(tǒng)架構(gòu)和操作過程。使用eREC可以有效地解決用戶收到不必要的緊急呼叫問題，提升鐵路緊急呼叫的靈活性和安全性。

GSM-R；eREC；VGCS

當(dāng)前的鐵路緊急呼叫（Railway Emergency Call，REC）的業(yè)務(wù)基于組呼VGCS，通過系統(tǒng)定義的特殊組ID (例如299或者599)實(shí)現(xiàn)鐵路緊急呼叫。每個(gè)終端都激活組ID為299或者599的組呼，當(dāng)299的組呼發(fā)起時(shí)，所有的終端都會(huì)立即加入這個(gè)緊急組呼。如果終端進(jìn)行其他呼叫，也會(huì)被搶占并自動(dòng)加入鐵路緊急呼叫。加入鐵路緊急呼叫后的終端無法主動(dòng)退出該呼叫。當(dāng)兩條鐵路線交匯（例如在大的站點(diǎn)，平行線路，立交線路，距離很近的線路等情況）時(shí)，需要區(qū)分加入不同的鐵路緊急呼叫，而REC方案無法解決這個(gè)問題，這將可能導(dǎo)致終端收到不必要的鐵路緊急呼叫而中斷正常業(yè)務(wù)。

鐵路緊急呼叫經(jīng)常造成列車減速甚至停車，已經(jīng)被證明是生產(chǎn)率低下和有安全風(fēng)險(xiǎn)的。

1　概述

增強(qiáng)型鐵路緊急呼叫（enhanced Railway Emergency Call，eREC）是以VGCS為基礎(chǔ)的，eREC在呼叫建立、呼叫通知等相關(guān)信令機(jī)制上與REC相同。eREC是在REC的基礎(chǔ)上增加了一些相關(guān)屬性（例如eREC扇形標(biāo)識(shí)符），這樣就在同一個(gè)區(qū)域可以區(qū)分幾個(gè)eREC的呼叫,提供了額外的功能可以控制給定組呼區(qū)域內(nèi)的哪些用戶需要接聽增強(qiáng)型鐵路緊急呼叫，減少鐵路緊急呼叫造成的影響。在鐵路環(huán)境中，eREC一般會(huì)在使用REC導(dǎo)致效率降低的區(qū)域（比如小區(qū)域內(nèi)的并行鐵路線，密集的站域內(nèi)，水平交叉區(qū)域）使用。

2　eREC增強(qiáng)緊急呼叫

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架

在增強(qiáng)的鐵路緊急呼叫方案中，系統(tǒng)給不同的鐵路線分配不同的線路ID，當(dāng)列車進(jìn)入相應(yīng)的線路時(shí)， 通過特殊設(shè)備（例如鐵軌與機(jī)車通信的應(yīng)答器）通知列車上的終端改變其保存的線路ID（或者稱為扇區(qū)ID）。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)起eREC時(shí)，在空中接口的通知消息中增加一個(gè)信息單元以包含線路ID，支持eREC的終端只有比較通知消息中的線路ID與自己保存的線路ID相同時(shí)，才加入緊急組呼；否則忽略。而對(duì)于不支持eREC的終端，忽略通知消息中的線路ID，加入緊急組呼。

eREC框架概念如圖1所示，一些操作描述如下。

1）eREC服務(wù)需要終端進(jìn)行注冊(cè)激活。

2）在進(jìn)入eREC區(qū)域前，eREC終端會(huì)收到一個(gè)更新信息，該信息是要進(jìn)入eREC區(qū)域的eREC Sector identity。

3）當(dāng)處于eREC模式的終端發(fā)起一個(gè)eREC呼叫（VGCS），并且在呼叫中攜帶了eREC Sector 標(biāo)識(shí)；則網(wǎng)絡(luò)需要在相關(guān)的組呼區(qū)域建立一個(gè)eREC的299或者599呼叫，同時(shí)eREC Sector標(biāo)識(shí)會(huì)在空口進(jìn)行通知。

4）所有處于eREC模式的終端收到網(wǎng)絡(luò)空口的緊急呼叫通知時(shí)，需要判斷eREC Sector 標(biāo)識(shí)符是否跟本身在eREC Sector標(biāo)識(shí)更新中收到的匹配，如果匹配(或者空口的Sector為0），則加入該組呼。

5）其他沒有在eREC模式的終端或者處于eREC Standby模式的終端不用判斷eREC Sector標(biāo)識(shí)符，直接加入組呼。

6）如果網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的VGCS中沒有包含eREC Sector標(biāo)識(shí)，則不論是否是eREC終端都應(yīng)該加入該組呼中。

7）eREC終端可以通過注銷進(jìn)行去激活eREC服務(wù)，或者有相關(guān)的時(shí)間周期進(jìn)行控制去激活。

8）圖1中Line1和Line2在同一個(gè)組呼區(qū)域，如果不是eREC模式，則在該區(qū)域內(nèi)的緊急呼叫Line1和Line2都需要加入該組呼。如果是eREC模式，則Line1上的Sector ID和Line2上的Sector ID不同，在Line1上發(fā)起的eREC呼叫，就可以被Line2上的列車忽略。

2.2eREC狀態(tài)及轉(zhuǎn)換關(guān)系

如圖2所示，支持eREC服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，終端處于下面3個(gè)狀態(tài)之一。

1）REC模式：允許加入REC、eREC呼叫，不會(huì)接收到扇區(qū)識(shí)別碼更新指令。

2）eREC待機(jī)模式：允許加入REC、eREC，會(huì)接收到扇區(qū)識(shí)別碼更新指令。

3）eREC模式：允許加入REC，需要加入扇區(qū)識(shí)別碼相同的eREC以及扇區(qū)識(shí)別碼為0的eREC，會(huì)接收到扇區(qū)識(shí)別碼更新指令。

狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系如下。REC模式→eREC待機(jī)模式：注冊(cè)eREC服務(wù)；eREC待機(jī)模式→eREC模式：收到扇區(qū)更新指令，并更新本地扇區(qū)識(shí)別碼列表。

eREC模式→eREC待機(jī)模式：超時(shí)（Tsi）、手機(jī)處于組接收狀態(tài)、無有效扇區(qū)識(shí)別碼。

eREC待機(jī)模式→REC模式：超時(shí)（Tsr）、GSM-R網(wǎng)絡(luò)改變、注銷eREC服務(wù)。

eREC模式→REC模式：同上。

圖2中各個(gè)操作名稱如下:

1）注冊(cè)eREC；

2）注冊(cè)eREC回復(fù)；

3）USSD扇區(qū)識(shí)別碼更新指令；

4）HMI扇區(qū)更新；

5）小區(qū)廣播扇區(qū)識(shí)別碼驗(yàn)證；

6）Tri超時(shí)；7）Tsr超時(shí)；

8）USSD主動(dòng)更新扇區(qū)識(shí)別碼。

2.3eREC扇區(qū)標(biāo)碼（eREC Sector Identity）

eREC扇區(qū)標(biāo)識(shí)的組成如圖3所示。

組呼區(qū)域的組成：4個(gè)數(shù)字的組呼區(qū)域+1個(gè)數(shù)字的eREC扇區(qū)標(biāo)識(shí)。eREC扇區(qū)標(biāo)識(shí)的范圍是：S=1～9。S=0表示強(qiáng)制性的eREC（eREC終端需要加入該組呼，而不用考慮該值是否匹配他本身的eREC標(biāo)識(shí)）。

2.4eREC 呼叫的發(fā)起和接收

1）發(fā)起eREC的299或者599時(shí),需要在組ID前面增加一個(gè)eREC的標(biāo)識(shí)符（1～9），比如：3299；其中3是eREC的標(biāo)識(shí)符。

2）如果使用AT命令發(fā)起eREC，其命令形式如下：ATD*17*750*1#299；其中的*和#之間的“1”是eREC的扇區(qū)標(biāo)識(shí)符。如圖4所示。

3）對(duì)于終端接收的組呼應(yīng)該包含eREC的標(biāo)識(shí)符，比如3299；如果是AT命令形式，則收到的組呼標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該如下。

+CRING: VGC 12341, 299, 1, 0

其中的12341中的1234指的是組呼區(qū)域，后面的1指的是eREC標(biāo)識(shí)符。如圖5所示。

4）通過AT命令的CALCC進(jìn)行查詢時(shí)，eREC的格式如圖6所示。

2.5eREC服務(wù)的注冊(cè)、注銷、Sector Identity更新、驗(yàn)證

eREC和GSM-R網(wǎng)絡(luò)之間通過USSD進(jìn)行交互，包括注冊(cè)eREC、注銷eREC以及eREC扇區(qū)識(shí)別碼列表更新等。eREC所用的USSD在功能號(hào)[CT=2，6]的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充。USSD的格式如下。

[OC][SC]*[SI1]*[SI2]*[SI3]*[SI4]#

相關(guān)參數(shù)解釋如下。

OC：操作碼(**注冊(cè)，##注銷，*#查詢)

SC：服務(wù)碼（2～3個(gè)字母數(shù)字）

*：域分割符

#：結(jié)束字符

SIx：補(bǔ)充信息，其中SI4用于eREC相關(guān)的操作。

例如注冊(cè)的字符串類似：**214****#；注銷的類似：##214****#；在Train Mode下function number使用CT-2的功能碼（車次功能號(hào)），而在Shunting Mode下使用CT-6（調(diào)車）的功能碼。

eREC相關(guān)的SI4必須以eREC標(biāo)識(shí)符開頭，SI4的結(jié)構(gòu)如下。

1）一次注冊(cè)多個(gè)功能碼的格式

BULK＋＋0x20＋＋ 0x20＋EREC＋

2）單次注冊(cè)格式

eREC＋

ERECLAC，CellID，Lat，Long，Height，Speed，Heading，ET，Distance這些參數(shù)解釋如下。即為一條eREC的注冊(cè)SI4。eREC相關(guān)的域定義如表1所示。

補(bǔ)充：對(duì)于CT-2和CT-6功能碼的組成結(jié)構(gòu)，基本情況如下。

a.CT-2功能碼組成結(jié)構(gòu)：IC＋CT＋TN＋FC；如果是虛擬的車次功能碼，則TN＝00000， FC＝01。例如：03320000001 (IC=033（法國(guó)）, CT＝2，TN＝00000，F(xiàn)C＝01）。如果不是虛擬的，則按當(dāng)前的實(shí)際功能碼填寫。

表1　eREC域定義

b.CT-6的功能碼組成結(jié)構(gòu)：IC＋CT＋LN＋FC；如果是虛擬的調(diào)車功能碼，LN=00000，F(xiàn)C＝5001.例如：0336000005001（IC＝033 (法國(guó)），CT＝6，LN＝00000，F(xiàn)C＝5001）。如果不是虛擬的，則按當(dāng)前的實(shí)際功能碼填寫。

2.5.1eREC的注冊(cè)

eREC tag的字符串是“eREC”。eREC注冊(cè)各個(gè)域的順序如表2所示，“，”是各域之間的分割符，如果域沒有內(nèi)容，則保留分隔符“，”。

表2　eREC注冊(cè)UUSD的域定義

例如：**214*03120055501***EREC0001,2 BA3,,,,,,,#是一個(gè)注冊(cè)字符串，其功能碼為031200 55501，IC＝031（荷蘭），CT＝2，TN＝00555。在eREC的注冊(cè)中出現(xiàn)的順序是LAC=0001，CellID＝2B3A，其他的LAT，LONG，height，Speed，Heading，ET，Distance都沒有出現(xiàn)，但是保留了字符“，”。這個(gè)表示是為列車00555注冊(cè)eRec功能。

再例如：**214*0336000005001***EREC0001, 2BA3,,,,,,,#是一個(gè)注冊(cè)字符串，其功能碼為0336000005001,其中IC＝033，CT＝6，LN＝00000，F(xiàn)C＝5001，eREC的字符跟上面的相同。這個(gè)表示是為了虛擬調(diào)車成員000005001注冊(cè)eREC功能。

2.5.2eREC的注銷

eREC服務(wù)的注銷不包含eREC參數(shù)，舉例如下：

##214*04920000001***EREC#，是一個(gè)eREC注銷的操作，其中04920000001是功能碼，解析可以參考上面的功能碼解析。

手機(jī)在注銷CT＝2、6的功能號(hào)時(shí)，同時(shí)也會(huì)注銷eREC服務(wù)。

2.5.3eREC的注冊(cè)、注銷的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)答

網(wǎng)絡(luò)通過USSD進(jìn)行應(yīng)答，應(yīng)答中使用的eREC域如表3所示。

表3　eREC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)答UUSD的域定義

例如：01 EREC204,021,XXUX,S,21600, 86400；標(biāo)識(shí)移動(dòng)臺(tái)注冊(cè)成功，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)支持eREC，Sector ID的更新操作只允許USSD方式，Sector通過SMS-CB方式使能。

2.5.4eREC的更新操作

支持eREC的設(shè)備可以通過下面3種方式更新eREC扇區(qū)識(shí)別碼列表：USSD、HMI以及應(yīng)答器。網(wǎng)絡(luò)回復(fù)注冊(cè)eREC服務(wù)的消息包含扇區(qū)識(shí)別碼列表更新方法。eSIUM長(zhǎng)度為4的字符串：XXXX。

其中第1位可以為：H(HMI)或X；

其中第2位可以為：B(應(yīng)答器)或X；其中第3位可以為：U(USSD)或X；其中第4位暫未啟用，eSIUM可以是各種更新方法的組合。

1）使用USSD主動(dòng)進(jìn)行eREC更新操作請(qǐng)求中用到的eREC域定義，如表4所示。

例如**214*03220000001***EREC0001,2 BA3,,,,,,,#；需要注意的是更新的字符串與注冊(cè)的字符串是一樣的，但是所不同的是當(dāng)前終端的狀態(tài)，在終端處于REC模式時(shí)進(jìn)行的是注冊(cè)，在終端注冊(cè)eREC成功之后進(jìn)入eREC stanby狀態(tài)，這時(shí)進(jìn)行的是eREC扇區(qū)識(shí)別碼更新請(qǐng)求。

表4　eREC更新請(qǐng)求UUSD的域定義

USSD更新方式分為如下兩種：

a.主動(dòng)更新：當(dāng)手機(jī)處于eREC待機(jī)模式時(shí)，需要向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送扇區(qū)識(shí)別碼列表更新請(qǐng)求。

b.被動(dòng)更新：當(dāng)手機(jī)進(jìn)入新的扇區(qū)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)向注冊(cè)了eREC服務(wù)的手機(jī)發(fā)送扇區(qū)識(shí)別碼列表USSD。

2）網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的eREC扇區(qū)識(shí)別碼的更新USSD。

對(duì)主動(dòng)請(qǐng)求或者網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的eREC扇區(qū)識(shí)別碼的更新USSD,其中eREC域定義如表5所示。

表5　eREC更新指示UUSD的域定義

結(jié)構(gòu)為：##214*EREC<+eREC info>#

例如：##214*EREC126000000,HXUX,204,021 ,S,21600,86400#；是一個(gè)eREC更新字符串。其中126000000是eSIlist，HXUX是eSIUM，以此類推。eSIlist中的第一位1表示可以發(fā)起eREC的Sector，1,2，6是可以接收eREC的Sector。Sector更新通過HMI和USSD方式，Sector通過SMS-CB方式生效。

eSIlist是網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的eREC Sector ID的值，其解碼應(yīng)該按照如下方式進(jìn)行。

3）eSIlist編碼

eSIlist即為扇區(qū)識(shí)別碼列表，有9位數(shù)字，有效值為1～9,沒有使用的Sector ID 0默認(rèn)有效。eSIlist第一位為發(fā)起eREC的扇區(qū)識(shí)別碼，eSIlist里的有效位都用于加入eREC呼叫的扇區(qū)識(shí)別碼，

第一位的1表示用于發(fā)起通話的扇區(qū)識(shí)別碼。從左到右第一個(gè)0之前的數(shù)字都有效，其他無效，用于判斷是否加入eREC呼叫。空的update編碼為“000000000”。

比如：

eSIlist：126000000，其中1為發(fā)起eREC可以使用的Sector，可以接收的eREC sector值是1,2,6。

eSIlist：120600000，其中1是發(fā)起eREC可以使用的Sector，接收的Sector是1,2；值6因?yàn)樵?的后面，因此是無效的。

2.5.5小區(qū)廣播短消息（SMS-CB）驗(yàn)證

eREC的驗(yàn)證可以通過小區(qū)廣播短消息的形式發(fā)送。SMS-CB的消息格式定義參考TS23.041；在SMS-CB應(yīng)用于eREC時(shí)，定義的值如下：

Serial Number：

Geographical Scope：00（cell wide)

Message Code：1

Update Number: any value allowed

Message Identifier: 00 01

Data Coding Scheme: English = 01（7 Bit ASCII），see 3GPP TS 23.038 [4]

Page Parameter: 11

Content of Message：該區(qū)域內(nèi)eREC的信息以TLV的形式封裝，在TLV的value中存在的是eREC的 Sector ID列表，9個(gè)數(shù)字；

比如，終端在收到SMS-CB之前的eREC ID是1、2、3。如果在收到SMS-CB中收到的eREC Sector ID是120000000，那么終端將認(rèn)為eREC ID 3 是被去激活的，使能Sector ID是1、2。

3　REC和eREC的使用配置

eREC配置示意如圖7所示。圖7中的Line1和Line2是并行的兩條鐵路線，其中CID表示小區(qū)ID；GCA ID表示組呼區(qū)域ID。那么對(duì)于REC和eREC的配置情況如表6所示。

下面分別對(duì)該配置表進(jìn)行說明：

在該圖中Line1的Sector ID值為7，Line2的Sector ID值為8，Line1上列車為D1，Line2上列車為D2。

組呼區(qū)域?yàn)?001X的區(qū)域包含的小區(qū)：CID=0，CID=1，CID=2；如果在該組呼區(qū)域發(fā)起不帶Sector的組呼299，則組呼參考為10010299，組呼的通知小區(qū)ID值是0、1、2的區(qū)域，D1和D2都應(yīng)該加入該組呼；如果D1發(fā)起eREC呼叫（或者其他列車發(fā)起eREC），則該組呼參考為10017299，該組呼的通知小區(qū)ID值是0、1、2的區(qū)域，D2會(huì)收到該組呼，但是由于Sector ID與本身的Sector ID不同，因此，D2不會(huì)加入該組呼，只有D1會(huì)加入該組呼；同樣如果發(fā)起的組呼Sector值為8，則只有D1會(huì)加入，D2不會(huì)加入。

組呼區(qū)域?yàn)?002X區(qū)域包含的小區(qū)：CID=1、2、3、5；如果在該組呼區(qū)域發(fā)起不帶Sector的組呼299，則組呼參考為10020299，組呼的通知小區(qū)ID值是1、2、3、5區(qū)域，D1和D2都應(yīng)該加入該組呼；如果D1發(fā)起eREC呼叫（或者其他列車發(fā)起eREC），則該組呼參考為10027299，由于CID=5的小區(qū)不包含Sector=7的線路，因此，該組呼的通知小區(qū)ID值是1、2、3區(qū)域，只有D1會(huì)加入該組呼。同樣，如果Sector=8的eREC，則相應(yīng)的組呼區(qū)域的小區(qū)只有1、2、5；只有D2會(huì)加入該組呼。

組呼區(qū)域?yàn)?003X區(qū)域包含的小區(qū)：CID=2、3、4；如果發(fā)起eREC的Sector為7，則組呼區(qū)域的小區(qū)ID為2、3、4；此時(shí)如果發(fā)起Sector=8的eREC，則可以不在組呼區(qū)域?yàn)?003X的區(qū)域發(fā)起，可以考慮在組呼區(qū)域1002X的區(qū)域發(fā)起；因?yàn)榘l(fā)起Sector=8的eREC影響的小區(qū)只有CID=2的小區(qū)。

表6　eREC配置表

組呼區(qū)域?yàn)?0031區(qū)域，包含的小區(qū)ID為3、4、6；這個(gè)舉例要求D1在進(jìn)入CID=4的小區(qū)前退出eREC模式，這樣，在該組呼區(qū)域發(fā)送的組呼參考為10031299的組呼會(huì)被作為一個(gè)普通REC呼叫對(duì)待，因此D1需要加入該組呼。如果不退出eREC模式，并且依然使用Sector ID=7的eREC，則可以將該組呼區(qū)域定義為1004，發(fā)起eREC組呼參考可以是10047299，這樣D1就可以繼續(xù)以eREC方式加入組呼。

4　eREC的發(fā)展

增強(qiáng)型緊急呼叫的需求來自于歐洲各國(guó)鐵路的實(shí)際運(yùn)營(yíng)需要。并作為一個(gè)重要的新增功能出現(xiàn)在2014年EIRENE發(fā)布的System Requirements Specification 15.4.0中。在奧地利和波蘭的鐵路中均要求設(shè)備支持eREC功能；標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)該功能在歐洲國(guó)家的部署。

隨著中國(guó)鐵路的發(fā)展以及GSM-R網(wǎng)絡(luò)部署的加大，在站點(diǎn)等位置，同一個(gè)小區(qū)將覆蓋更多的線路，為了減少緊急呼叫對(duì)其他不相干線路的影響，eREC功能在國(guó)內(nèi)的需求應(yīng)該會(huì)逐漸提上日程。

[1] UIC.REFERENCE O-3151-1.2：enhanced Railway Emergency Call Specification，2013.

[2] UIC.REFERENCE O-3152-1.1：Definition and structure of eREC parameters，2013.

[3] UIC.EIRENE FRS 7.4：Functional Requirements Specification,2014.

[4] UIC.EIRENE SRS 15.4: System Requirements Specification，2014.

[5] 3GPP. TS27007，2010.

[6] ETSI TC-RT.TS 102 610，2012.

The current Railway Emergency Call (REC) applied in GSM-R network has been found that it may interrupt normal communication service in case of receiving emergency calls from other lines at line intersections, which will cause train braking deceleration or emergency stop, even train operation safety. This paper introduces the basic principles, system architecture and operation procedures of enhanced railway emergency call (eREC) in railway GSM-R network environment. The eREC can prevent receiving unnecessary emergency calls, and thus it can improve the fl exibility and safety of railway emergency calls.

GSM-R; enhanced railway emergency call (eREC); VGCS

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.03.009

2016-03-17）