列車無線車次號校核信息傳送功能在GSM-R網中的實現

王希慶

（西安鐵路職業技術學院 陜 西 西 安 7 10014）

列車無線車次號校核系統是調度集中/列車調度指揮系統（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、列車啟動和停穩等信息傳送給CTC/TDCS系統進行校核，從而使CTC/TDCS系統對列車進行實時監視和控制。它是列車進路自動控制的基礎；是實現調度命令、行車憑證不停車交付和進路信息自動預告的前提；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代化的有力手段。

1 系統組成

車次號校核信息傳送可以采用鐵路數字移動通信網絡（GSM-R）或450 MHz列車無線調度通信系統完成。在GSMR模式下，系統由GSM-R網絡、CTC/TDCS設備、GPRS歸屬服務器、GPRS接口服務器 （GRIS）、機車綜合無線通信設備（CIR）、機車數據采集編碼器、機車安全信息綜合檢測裝置等組成。具體設備連接如圖1所示。

系統核心設備是GRIS，它通過GSM-R通信服務器負責GPRS網絡與CTC/TDCS系統之間的通信，并以以太網方式與網關GPRS支持節點 (GGSN)和GSM-R通信服務器連接。主要實現傳輸層和應用層通信協議轉換、IP地址轉換；數據存儲轉發；IP地址更新；通過用戶鑒權保證網絡和信息傳輸的安全性；告警提示；日志記錄和管理等功能。

機車數據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；機車數據采集編碼器和CIR之間采用了7芯電纜連接。

2 系統主要功能

1)機車數據采集編碼器采集機車安全信息綜合檢測裝置的數據，每200 ms向CIR發送一次，CIR按規定條件發送車次號信息。數據符合以下條件之一時發送一次車次號信息：①監控狀態下，列車進入新的閉塞分區、進站、出站；②非監控狀態下，列車運行速度由0變為5 km/h；③非監控狀態轉為監控狀態時；④列車停穩時發送一次列車停穩信息，列車啟動時發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)發送端采集編碼器和接收端CTC/TDCS設備可以對發送的車次號信息、列車停穩和列車啟動信息進行存儲。

5)機車數據采集編碼器具有發送車次號測試信息的功能。

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

圖1 列車無線車次號校核信息傳送系統原理圖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網中的實現過程

在GSM-R模式下，車次號信息的傳輸采用GPRS方式，利用UDP協議，CIR和GRIS分別固定在UDP端口20000和20001上進行UDP數據包的接收[1-10]。

3.1 目標設備IP地址的獲取

CIR要在GSM-R網絡中實現數據域業務，必須首先獲取目標設備（GRIS）的IP地址。通過3個過程實現：

3.1.1 附著（ATTACH）

是系統根據移動終端的簽約數據確定移動終端在當前請求的GPRS路由區域中是否允許進行數據業務訪問。CIR可以在開機時通過無線接入鑒權獲得無線信道后向GPRS業務支持節點（SGSN）發起“附著請求”消息，SGSN得到CIR的IMSI標識后，向歸屬位置寄存器（HLR）請求進行認證，并根據HLR下達的用戶簽約數據對CIR進行鑒權，同時SGSN將終端的當前位置信息上傳HLR。鑒權通過后，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的鑒權許可，建立終端與基于GPRS分組域之間的數據通道。PDP激活過程由CIR發起，首先向SGSN發起 “激活請求”消息；SGSN根據消息中攜帶的參量向HLR查詢相應的GGSN地址，然后再向 G GSN發送 “創建請求”；GGSN可以通過RADIUS服務器對終端進行簽權，并將鑒權結果以及各項參數攜帶在“響應請求”消息中，回送給SGSN；由SGSN再向CIR發送“接受激活請求”消息，從而完成PDP激活過程。

3.1.3 獲取當前GRIS的IP地址

GPRS歸屬服務器的IP地址預存在CIR內，通過GSMR網絡，CIR向GPRS歸屬服務器查詢當前GRIS的IP地址。IP地址查詢指令的內容包括機車號、車次號、公里標、當前小區號、經緯度等信息，根據這些信息歸屬GRIS獲得列車當前對應GRIS的IP地址，經GSM-R網絡會送給CIR，作為車次號校核信息傳送的目的地址。

3.2 目標設備IP地址的更新

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

方式一：列車運行到鐵路局的交界處，當前CTC/TDCS通信服務器判斷CIR即將移出管轄區域時，向GRIS發送“越界指示”，內容包括當前GRIS列車機車號、車次號以及接管鐵路局代號等信息。當前GRIS根據收到的接管鐵路局代號信息查詢數據庫，獲得接管GRIS的IP地址，并向CIR發送“IP地址更新”數據幀。CIR接收數據幀，首先回復“IP地址更新響應”，當前GRIS收到CIR回復的“IP地址更新響應”后，再向CTC/TDCS通信服務器發送回復“越界指示響應”。CIR將收到的IP地址作為車次號校核信息，列車停穩及啟動信息傳送的目的地址，實現IP地址的更新。若GRIS在規定的時間內沒有收到“IP地址更新響應”，應重發“IP地址更新”數據幀。重發次數為3次。

方式二：當機車運行到新的CTC/TDCS管轄范圍，若CTC/TDCS中心未能及時向GRIS發送越界指示或者由于通信網絡原因造成IP地址更新的相關信息未能正常傳輸時，CIR仍然向原GRIS發送車次號校核信息。GRIS內存儲了全國各鐵路局的管轄范圍（經緯度、公里標、小區號等位置信息）和相應GRIS的IP地址。原GRIS根據CIR發送的車次號校核信息中列車當前的位置信息判斷列車不在管轄范圍內，則可以根據自身存儲的各鐵路局GRIS的IP地址負責通知CIR進行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從機車數據采集編碼器獲取機車安全信息綜合檢測裝置的數據，當數據滿足相應規定條件時 (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(數據包控制單元)→SGSN→GGSN→GRIS→GSMR通信服務器→CTC/TDCS通信服務器，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，將查詢命令發送給GRIS，GRIS將查詢命令轉發給CIR，CIR接收到查詢車次號信息的命令后，向CTC/TDCS中心發送一次當前位置的車次號信息。

4 結論

本文通過對采用鐵路數字移動通信網絡（GSM-R）實現車次號校核信息傳送功能的分析,說明這種技術完全可以滿足鐵路安全運輸生產的要求,同時解決了原來使用450MHz列車無線調度通信系統實現車次號校核信息傳送功能帶來頻率利用率低且干擾嚴重的問題。它必將成為今后車次號校核信息傳輸的主要手段。

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