高速公路移動通信系統設計方案研究
2014-10-17 17:53:04靳麗君
現代電子技術 2014年19期
靳麗君
摘 要： 高速公路移動通信系統是實現智能高速公路系統的基礎，是現代高速公路系統的重要組成部分。為了解決現有的覆蓋區域性的高速公路移動通信系統中部分路段存在“死區”的問題，建立能覆蓋全國范圍的高速公路移動通信系統，利用GSM?R技術，結合高速公路的實際特點，設計了基于GSM?R技術的高速公路移動通信系統，并對高速公路移動通信系統的設計方案進行了具體分析。
關鍵詞： 移動通信系統； 高速公路移動通信系統； GSM?R系統； 設計方案
中圖分類號： TN914?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）19?0057?03
Design scheme of expressway mobile communication system
JIN Li?jun
（Xian Railway Vocation and Technical Institute， Xian 710014， China）
Abstract： The expressway mobile communication system is a foundation to realize the intelligent expressway system， and the important part of modern expressway system as well. In order to eliminate the “dead zone” caused by covering regionality in some road segments of the existing expressway mobile communication system， a system that can cover the whole nation needs to be built. An expressway mobile communication system based on DSM?R technology was designed in combination with the practical characteristics of the expressway. The design scheme of the expressway mobile communication system is analyzed specifically in this paper.
Keyword： mobile communication system； expressway mobile communication system； GSM?R system； design scheme
0 引 言
移動通信技術起源于1921年的美國，以2 MHz的帶寬設計了車載移動電話通信系[1]。1946年，貝爾實驗室設計了第一個公用移動通信系統；1947年，美國的紐約市與波士頓市之間的高速公路系統就使用了帶寬為35～40 MHz的移動通信系統[2]。隨著通信技術的發展，蜂窩移動通信系統得到迅猛的發展，1983年，美國投入使用了世界上第一個面向公眾的蜂窩移動通信系統。到20世紀80年代，GSM數字蜂窩通信系統成為人們研究的重點[3]。
高速公路地理環境的限制，使得高速公路移動通信系統的建設難度加大。我國已經建成的覆蓋區域性的高速公路移動通信系統不能完全覆蓋全國范圍的高速公路網絡，在某些路段存在移動通信的“死區”[4]。因此，建立一個更完善的能覆蓋全國范圍的高速公路網絡的移動通信系統是現代高速公路系統的基礎性的建設。
對于城市公路移動通信系統的建設，不需要重新建設專門的城市公路移動通信系統，因為公網GSM系統已經覆蓋了全部城市公路網絡區域。只需要在公網系統中建設虛擬網就可以實現城市公路交通系統的指揮調度與管理[5]。
全國高速公路主干網移動通信系統的建設，利用GSM?R技術[5]來實現。通過對GSM?R系統重新設計來實現高速公路的指揮調度控制，將多個子系統集成于一體，實現平面調車通信系統，隧道無線電系統以及用于維修與管理人員通信的無線電系統。
1 GSM?R技術
鐵路綜合數字移動通信系統標準（GSM for Railway，GSM?R）是在GSM蜂窩系統的基礎上，增加通信調度功能和適應高速運行環境下進行數據通信的功能而研發的無線數字通信系統[6]，它將現有的鐵路數據通信應用系統與其他的數據傳輸業務結合到單一的數據通信平臺上。
1.1 GSM?R通信系統的結構
圖1顯示了GSM?R通信系統的體系結構。GSM?R通信系統通過其網絡交換子系統（NSS）中網關移動交換中心（GMSC）實現與其他數據通信網絡之間的數據傳輸業務，而且通過通用分組無線業務（GPRS）中的網關業務支持點（GGSN）實現與其他數據通信網絡的分組域的數據傳輸業務[7]。
網絡交換子系統（NSS）負責用戶端到端的呼叫、用戶通信數據管理、移動性管理以及實現與固定網絡的連接功能、用戶的數據傳輸業務交換功能、用戶數據的移動性管理、系統安全性管理所應具備的相應數據庫功能。
基站子系統（BSS）的主要任務是負責與某覆蓋區域內的所有移動臺（MS）進行數據通信，實現對空中接口的管理。基站子系統是系統的MS與NSS之間進行數據通信的橋梁[8]。
通用分組無線業務系統（GPRS）用于實現通信系統中分組數據之間的交互。
智能網系統（IN）的主要功能是實現功能尋址、位置尋址和管理功能號。
固定用戶接入交換系統（FAS）子系統實現調度臺、車站臺等終端設備接入GSM?R網絡。
運行與維護子系統（OMC）的主要任務就是管理和監控整個GSM?R網絡，它的一側連接GSM?R系統的網絡設備，而另一側則連接控制計算機操作臺和GSM?R的人機交互接口。
1.2 GSM?R數字移動通信系統的業務功能
在成熟的公共無線通信系統（GSM）[9]之上構建的GSM?R系統是專門為滿足鐵路系統的應用而開發的無線通信系統。因而，GSM?R系統具有某些更加完善的業務功能子系統，如列車調度、列車控制和高速列車信息通信等子系統，是一種非常適合于高速鐵路數據通信的綜合而高效的無線通信系統；同樣地，GSM?R技術也非常適合于構建高速公路網絡的移動通信系統[8]。GSM?R系統主要承載的業務有語音業務和調度業務。
（1） 語音業務
GSM?R系統同時支持固定或者移動設備用戶之間的話音通話業務，其中包括點對點的雙向語音呼叫、點對點的緊急語音呼叫、廣播語音呼叫、組語音呼叫和多用戶語音呼叫，同時支持短消息業務、普通數據傳輸應用、自動傳真業務和列車控制應用[9]。
（2） 調度業務
功能尋址：包括信息注冊/注銷。
與位置有關的尋址：對于某一給定功能的呼叫，選擇其通信路由，搜索到與用戶位置相關聯的目標地址。
2 GSM?R技術高速公路移動通信系統設計方案
高速公路網絡的移動通信系統屬于專用的移動數據通信網絡，該網絡由兩個主要的區域組成：高速公路網絡主干線、路段上的各通信中心或者站點（有人通信站或者無人通信站）。構建的高速公路移動通信網絡應該滿足高速公路中各個區域之間的移動數據通信業務[10]。專門為高速鐵路網絡設計的GSM?R系統也非常適合于高速公路移動通信系統的建設，利用GSM?R系統的優勢來完善和提高高速公路移動通信系統的數據傳輸能力，構建完善的智能交通系統。
2.1 移動匯接網絡規劃方案
利用GSM?R系統構建高速公路數據傳輸系統時，采用如圖2所示的二級網絡結構構建網絡架構，它由移動匯接網TMSC和移動本地網MSC組成。
使用GSM?R技術構建高速公路數據通信系統的移動通信網絡時，只需要在整個高速公路網絡的少數幾個大區域內設置移動匯接網TMSC，而且TMSC網絡之間使用網狀網連接。這種網絡構架在保障數據通信質量的基礎之上，節約了技術投資成本。
2.2 高速公路移動通信系統中GSM?R本地網設計
高速公路移動通信系統中的GSM?R業務本地網的主要組成設備有[11]：移動交換中心（MSC）、網關移動交換中心（GMSC）和歸屬位置寄存器（HLR）等功能設備。
在高速公路移動通信系統中，移動交換中心MSC的配置原則如下：
在高速公路移動通信系統的GSM?R網絡設計中，一個移動交換中心MSC可以應用于多個區域，因此，移動交換中心MSC的設置需要考慮地理環境的因素。
在大的區域內，盡量設置較大容量的交換設備，對于業務量不多的移動業務本地網不設置單獨的MSC。
移動交換中心MSC應該盡量設置在高速公路路段管理的通信中心或者道路管理信息化的信息流中心。
2.3 信令與接口
（1） GSM?R系統內的業務交換點（SSP）點均包括MSC、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權中心（AUC）、短消息中心（SMSC）等，而且所有信令點均采用直連方式。
（2） GSM?R系統的各個MSC之間均為E1數字接口，使用24位信令點編碼的七號信令。
（3） MSC與BSC之間的信息傳輸使用El數字接口，使用14位信令點編碼的七號信令。
（4） GSM?R系統與HLR、SMSC之間的信息傳輸使用El數字接口，使用24位信令點編碼的七號信令[12]。
（5） GSM?R系統與專用調度模塊、確認中心（AC）、RBC之間的數據通信使用El數字接口，使用ISDN信令。
2.4 網間相互通信
（1） GSM?R系統的移動電話網通過MSC與高速公路系統的專用電話網相連。
（2） 根據GSM移動電話網絡高速公路系統的運營維護管理體制的需要，與公眾通信網（包括中國電信、中國網通、中國移動、電信運營商等運營商的PSIN，PLMN，IP網）預留互聯條件。
2.5 GSM?R系統同步時鐘
（1） GSM?R網絡與外部網絡之間的同步時鐘
GSM?R系統的同步時鐘采用的是主從同步方式，該系統的數字同步基準使用的是公用數字同步網的標準。
（2） GSM?R網內同步時鐘
MSC與BSS之間的數字鏈路同時作為它們之間同步鏈路，BSS從MSC中獲取所需要的同步時鐘信號[12]。
3 結 語
高速公路移動通信系統的建設是智能交通系統的核心，也是難點。本文在分析GSM?R系統的體系結構和主要業務功能的基礎上，提出了利用GSM?R系統構建高速公路移動通信系統的設計方案，并對高速公路移動通信系統的主要業務功能和組成模塊進行了分析和論證。
參考文獻
[1] 酆廣增.移動通信技術發展[J].南京郵電學院學報，2002，22（3）：20?24.
[2] 胡金泉.蜂窩通信技術的發展與競爭[J].移動通信，1996（1）：20?23.
[3] 戴虎.GSM網絡體系結構及其網絡優化[J].武漢理工大學學報，2005，27（1）：10?14.
[4] 黃威，賈利民，鐘彬.GSM?R數字移動通信系統及其應用[J].鐵路計算機應用，2005，14（12）：43?45.
[5] 熊磊，路曉彤，鐘章隊，等.高速鐵路GSM?R系統無線信道特性仿真[J].中國鐵道科學，2010，31（5）：84?89.
[6] 李恒.高速公路通信網絡技術的研究[J].交通科技，2010（4）：96?98.
[7] 李紅芳，程多.智能光網絡在通信系統中的應用[J].中國交通信息產業，2010（1）：95?97.
[8] 王繼芳，曾盛.ASON技術在高速公路通信系統中的應用[J].電信工程技術與標準化，2008（7）：69?72.
[9] 陸新儒.ASON技術在高速公路智能通信系統中的應用研究[D].西安：長安大學，2012.
[10] 張志軍.高速公路通信系統方案[J].中國西部科技，2010（4）：35?36.
[11] 李桂花.高速公路通信系統的應用原理[J].中國新技術新產品，2008（8）：52?53.
[12] 王文箐，孫蕓麗，吳建華.ASON技術在高速公路干線通信中的引入[J].中國交通信息化，2012（2）：72?73.
運行與維護子系統（OMC）的主要任務就是管理和監控整個GSM?R網絡，它的一側連接GSM?R系統的網絡設備，而另一側則連接控制計算機操作臺和GSM?R的人機交互接口。
1.2 GSM?R數字移動通信系統的業務功能
在成熟的公共無線通信系統（GSM）[9]之上構建的GSM?R系統是專門為滿足鐵路系統的應用而開發的無線通信系統。因而，GSM?R系統具有某些更加完善的業務功能子系統，如列車調度、列車控制和高速列車信息通信等子系統，是一種非常適合于高速鐵路數據通信的綜合而高效的無線通信系統；同樣地，GSM?R技術也非常適合于構建高速公路網絡的移動通信系統[8]。GSM?R系統主要承載的業務有語音業務和調度業務。
（1） 語音業務
GSM?R系統同時支持固定或者移動設備用戶之間的話音通話業務，其中包括點對點的雙向語音呼叫、點對點的緊急語音呼叫、廣播語音呼叫、組語音呼叫和多用戶語音呼叫，同時支持短消息業務、普通數據傳輸應用、自動傳真業務和列車控制應用[9]。
（2） 調度業務
功能尋址：包括信息注冊/注銷。
與位置有關的尋址：對于某一給定功能的呼叫，選擇其通信路由，搜索到與用戶位置相關聯的目標地址。
2 GSM?R技術高速公路移動通信系統設計方案
高速公路網絡的移動通信系統屬于專用的移動數據通信網絡，該網絡由兩個主要的區域組成：高速公路網絡主干線、路段上的各通信中心或者站點（有人通信站或者無人通信站）。構建的高速公路移動通信網絡應該滿足高速公路中各個區域之間的移動數據通信業務[10]。專門為高速鐵路網絡設計的GSM?R系統也非常適合于高速公路移動通信系統的建設，利用GSM?R系統的優勢來完善和提高高速公路移動通信系統的數據傳輸能力，構建完善的智能交通系統。
2.1 移動匯接網絡規劃方案
利用GSM?R系統構建高速公路數據傳輸系統時，采用如圖2所示的二級網絡結構構建網絡架構，它由移動匯接網TMSC和移動本地網MSC組成。
使用GSM?R技術構建高速公路數據通信系統的移動通信網絡時，只需要在整個高速公路網絡的少數幾個大區域內設置移動匯接網TMSC，而且TMSC網絡之間使用網狀網連接。這種網絡構架在保障數據通信質量的基礎之上，節約了技術投資成本。
2.2 高速公路移動通信系統中GSM?R本地網設計
高速公路移動通信系統中的GSM?R業務本地網的主要組成設備有[11]：移動交換中心（MSC）、網關移動交換中心（GMSC）和歸屬位置寄存器（HLR）等功能設備。
在高速公路移動通信系統中，移動交換中心MSC的配置原則如下：
在高速公路移動通信系統的GSM?R網絡設計中，一個移動交換中心MSC可以應用于多個區域，因此，移動交換中心MSC的設置需要考慮地理環境的因素。
在大的區域內，盡量設置較大容量的交換設備，對于業務量不多的移動業務本地網不設置單獨的MSC。
移動交換中心MSC應該盡量設置在高速公路路段管理的通信中心或者道路管理信息化的信息流中心。
2.3 信令與接口
（1） GSM?R系統內的業務交換點（SSP）點均包括MSC、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權中心（AUC）、短消息中心（SMSC）等，而且所有信令點均采用直連方式。
（2） GSM?R系統的各個MSC之間均為E1數字接口，使用24位信令點編碼的七號信令。
（3） MSC與BSC之間的信息傳輸使用El數字接口，使用14位信令點編碼的七號信令。
（4） GSM?R系統與HLR、SMSC之間的信息傳輸使用El數字接口，使用24位信令點編碼的七號信令[12]。
（5） GSM?R系統與專用調度模塊、確認中心（AC）、RBC之間的數據通信使用El數字接口，使用ISDN信令。
2.4 網間相互通信
（1） GSM?R系統的移動電話網通過MSC與高速公路系統的專用電話網相連。
（2） 根據GSM移動電話網絡高速公路系統的運營維護管理體制的需要，與公眾通信網（包括中國電信、中國網通、中國移動、電信運營商等運營商的PSIN，PLMN，IP網）預留互聯條件。
2.5 GSM?R系統同步時鐘
（1） GSM?R網絡與外部網絡之間的同步時鐘
GSM?R系統的同步時鐘采用的是主從同步方式，該系統的數字同步基準使用的是公用數字同步網的標準。
（2） GSM?R網內同步時鐘
MSC與BSS之間的數字鏈路同時作為它們之間同步鏈路，BSS從MSC中獲取所需要的同步時鐘信號[12]。
3 結 語
高速公路移動通信系統的建設是智能交通系統的核心，也是難點。本文在分析GSM?R系統的體系結構和主要業務功能的基礎上，提出了利用GSM?R系統構建高速公路移動通信系統的設計方案，并對高速公路移動通信系統的主要業務功能和組成模塊進行了分析和論證。
參考文獻
[1] 酆廣增.移動通信技術發展[J].南京郵電學院學報，2002，22（3）：20?24.
[2] 胡金泉.蜂窩通信技術的發展與競爭[J].移動通信，1996（1）：20?23.
[3] 戴虎.GSM網絡體系結構及其網絡優化[J].武漢理工大學學報，2005，27（1）：10?14.
[4] 黃威，賈利民，鐘彬.GSM?R數字移動通信系統及其應用[J].鐵路計算機應用，2005，14（12）：43?45.
[5] 熊磊，路曉彤，鐘章隊，等.高速鐵路GSM?R系統無線信道特性仿真[J].中國鐵道科學，2010，31（5）：84?89.
[6] 李恒.高速公路通信網絡技術的研究[J].交通科技，2010（4）：96?98.
[7] 李紅芳，程多.智能光網絡在通信系統中的應用[J].中國交通信息產業，2010（1）：95?97.
[8] 王繼芳，曾盛.ASON技術在高速公路通信系統中的應用[J].電信工程技術與標準化，2008（7）：69?72.
[9] 陸新儒.ASON技術在高速公路智能通信系統中的應用研究[D].西安：長安大學，2012.
[10] 張志軍.高速公路通信系統方案[J].中國西部科技，2010（4）：35?36.
[11] 李桂花.高速公路通信系統的應用原理[J].中國新技術新產品，2008（8）：52?53.
[12] 王文箐，孫蕓麗，吳建華.ASON技術在高速公路干線通信中的引入[J].中國交通信息化，2012（2）：72?73.
運行與維護子系統（OMC）的主要任務就是管理和監控整個GSM?R網絡，它的一側連接GSM?R系統的網絡設備，而另一側則連接控制計算機操作臺和GSM?R的人機交互接口。
1.2 GSM?R數字移動通信系統的業務功能
在成熟的公共無線通信系統（GSM）[9]之上構建的GSM?R系統是專門為滿足鐵路系統的應用而開發的無線通信系統。因而，GSM?R系統具有某些更加完善的業務功能子系統，如列車調度、列車控制和高速列車信息通信等子系統，是一種非常適合于高速鐵路數據通信的綜合而高效的無線通信系統；同樣地，GSM?R技術也非常適合于構建高速公路網絡的移動通信系統[8]。GSM?R系統主要承載的業務有語音業務和調度業務。
（1） 語音業務
GSM?R系統同時支持固定或者移動設備用戶之間的話音通話業務，其中包括點對點的雙向語音呼叫、點對點的緊急語音呼叫、廣播語音呼叫、組語音呼叫和多用戶語音呼叫，同時支持短消息業務、普通數據傳輸應用、自動傳真業務和列車控制應用[9]。
（2） 調度業務
功能尋址：包括信息注冊/注銷。
與位置有關的尋址：對于某一給定功能的呼叫，選擇其通信路由，搜索到與用戶位置相關聯的目標地址。
2 GSM?R技術高速公路移動通信系統設計方案
高速公路網絡的移動通信系統屬于專用的移動數據通信網絡，該網絡由兩個主要的區域組成：高速公路網絡主干線、路段上的各通信中心或者站點（有人通信站或者無人通信站）。構建的高速公路移動通信網絡應該滿足高速公路中各個區域之間的移動數據通信業務[10]。專門為高速鐵路網絡設計的GSM?R系統也非常適合于高速公路移動通信系統的建設，利用GSM?R系統的優勢來完善和提高高速公路移動通信系統的數據傳輸能力，構建完善的智能交通系統。
2.1 移動匯接網絡規劃方案
利用GSM?R系統構建高速公路數據傳輸系統時，采用如圖2所示的二級網絡結構構建網絡架構，它由移動匯接網TMSC和移動本地網MSC組成。
使用GSM?R技術構建高速公路數據通信系統的移動通信網絡時，只需要在整個高速公路網絡的少數幾個大區域內設置移動匯接網TMSC，而且TMSC網絡之間使用網狀網連接。這種網絡構架在保障數據通信質量的基礎之上，節約了技術投資成本。
2.2 高速公路移動通信系統中GSM?R本地網設計
高速公路移動通信系統中的GSM?R業務本地網的主要組成設備有[11]：移動交換中心（MSC）、網關移動交換中心（GMSC）和歸屬位置寄存器（HLR）等功能設備。
在高速公路移動通信系統中，移動交換中心MSC的配置原則如下：
在高速公路移動通信系統的GSM?R網絡設計中，一個移動交換中心MSC可以應用于多個區域，因此，移動交換中心MSC的設置需要考慮地理環境的因素。
在大的區域內，盡量設置較大容量的交換設備，對于業務量不多的移動業務本地網不設置單獨的MSC。
移動交換中心MSC應該盡量設置在高速公路路段管理的通信中心或者道路管理信息化的信息流中心。
2.3 信令與接口
（1） GSM?R系統內的業務交換點（SSP）點均包括MSC、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權中心（AUC）、短消息中心（SMSC）等，而且所有信令點均采用直連方式。
（2） GSM?R系統的各個MSC之間均為E1數字接口，使用24位信令點編碼的七號信令。
（3） MSC與BSC之間的信息傳輸使用El數字接口，使用14位信令點編碼的七號信令。
（4） GSM?R系統與HLR、SMSC之間的信息傳輸使用El數字接口，使用24位信令點編碼的七號信令[12]。
（5） GSM?R系統與專用調度模塊、確認中心（AC）、RBC之間的數據通信使用El數字接口，使用ISDN信令。
2.4 網間相互通信
（1） GSM?R系統的移動電話網通過MSC與高速公路系統的專用電話網相連。
（2） 根據GSM移動電話網絡高速公路系統的運營維護管理體制的需要，與公眾通信網（包括中國電信、中國網通、中國移動、電信運營商等運營商的PSIN，PLMN，IP網）預留互聯條件。
2.5 GSM?R系統同步時鐘
（1） GSM?R網絡與外部網絡之間的同步時鐘
GSM?R系統的同步時鐘采用的是主從同步方式，該系統的數字同步基準使用的是公用數字同步網的標準。
（2） GSM?R網內同步時鐘
MSC與BSS之間的數字鏈路同時作為它們之間同步鏈路，BSS從MSC中獲取所需要的同步時鐘信號[12]。
3 結 語
高速公路移動通信系統的建設是智能交通系統的核心，也是難點。本文在分析GSM?R系統的體系結構和主要業務功能的基礎上，提出了利用GSM?R系統構建高速公路移動通信系統的設計方案，并對高速公路移動通信系統的主要業務功能和組成模塊進行了分析和論證。
參考文獻
[1] 酆廣增.移動通信技術發展[J].南京郵電學院學報，2002，22（3）：20?24.
[2] 胡金泉.蜂窩通信技術的發展與競爭[J].移動通信，1996（1）：20?23.
[3] 戴虎.GSM網絡體系結構及其網絡優化[J].武漢理工大學學報，2005，27（1）：10?14.
[4] 黃威，賈利民，鐘彬.GSM?R數字移動通信系統及其應用[J].鐵路計算機應用，2005，14（12）：43?45.
[5] 熊磊，路曉彤，鐘章隊，等.高速鐵路GSM?R系統無線信道特性仿真[J].中國鐵道科學，2010，31（5）：84?89.
[6] 李恒.高速公路通信網絡技術的研究[J].交通科技，2010（4）：96?98.
[7] 李紅芳，程多.智能光網絡在通信系統中的應用[J].中國交通信息產業，2010（1）：95?97.
[8] 王繼芳，曾盛.ASON技術在高速公路通信系統中的應用[J].電信工程技術與標準化，2008（7）：69?72.
[9] 陸新儒.ASON技術在高速公路智能通信系統中的應用研究[D].西安：長安大學，2012.
[10] 張志軍.高速公路通信系統方案[J].中國西部科技，2010（4）：35?36.
[11] 李桂花.高速公路通信系統的應用原理[J].中國新技術新產品，2008（8）：52?53.
[12] 王文箐，孫蕓麗，吳建華.ASON技術在高速公路干線通信中的引入[J].中國交通信息化，2012（2）：72?73.
