（通信与信息系统专业论文）铁路gprs应用的qos研究.pdf

北京交通大学硕士论文摘要 摘要 随着铁路信息化的进展，g s m r 数字移动通信系统即将在我国 大规模应用。与此同时，在g s m r 基础上的g p r s 技术在铁路上的 应用也将逐步展开。由于g p r s 应用在铁路上有着更高的安全性、可 靠性、实时性的要求，因此需要对g p r s 在铁路上的应用提出合理的 优化，以提高q o s 指标。因此，本文主要论述了如何在铁路应用下 提高g p r sq o s 的问题，为今后g s m r 网络中g p r s 网络的建设和 应用提供参考和依据。 第一章概述了g s m r 以及g p r s 在国外和国内铁路发展历程及 现状，着重说明了提高铁路g p r s 应用0 0 s 的必要性： 第二章介绍g p r s 在铁路上应用的特点以及铁路应用g p r s 的各 种业务： 第三章着重分析了g p r s 的o o s 机制，并对能够提高g p r so o s 的参数进行了一般性分析： 第四章根据第三章的分析，对可以在铁路应用中特殊优化的参数 进行了实验，为今后铁路应用g p r s 提供数据配置方面的参考。 第五章对全文进行总结，提出了本论文以后应继续研究的重点内 容。 【关键词】 g s m rg p r sq o s 优先级时延可靠性 北京交通大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fg s m ri nc h i n a ，t h ea p p l i c a t i o n so f g p r sw i i lb eu s e di j lr a j l w a yw j d e l y t h ea p p i i c a t i o n so fg p r sj n r a i l w a yr e q u j r eah j g h e rr e a l b i l t ya n ds a f e t yt h a ni np l m n s oj ti sv e r y i m p o n a n t t os t u d yt h eg p r sq o si nr a 订w a y a p p l i c i t o n s b a s e d t h e a n a l y s j so fg p r sa n dt h ea p p l j c a t i o ni nr a i l w a y ，s o m eu s e h la d v i c e sa r e p u tf o r w a r d 1 _ l e6 r s tc h a p t e rg i v e sa no v e r v i e wo ft h eh i s t o f yf o rg s m ra n d g p r si n r a i 】w a ya p p l i c a t j o n a no v e rt h ew o f l d ， p o i n t i 玎g o u tt h e i m p o r t a n c et os t u d yl h eg p r sq o si nr a i l w a ya p p l i c a t j o n i nt h es e c o n dc b a p t e la d e s c r j p t i o no ft h eg p r sa p p l i c a t j o i i l r a i l w a yc o m m u n i c a t j o ni sp r e s e n t e da n dt h e nt b ec h a r a c t e ro fg p r si n r a j l w a yc o m m u n i c a t i o ni sd e s c r 如e d t h et h n dc h a p t e rp r o v i d e sa ni n t r o d u c t i o no fg p r sq o sp “n c i p l e a n dd j s c u s s ss o m e g e n e r a 】p a r a m e i e r s t h ef o u n hc h a p t e rp r o v i d e ds o m ec o n t r a s te x p e r i m e n t si nd i 虢f e n t p a r a m e t e rs e l t i n g a tl a s ls o m ep a r a m e t e rs e t t i n g sa r es u g g e s t e d t h ei a s tc h a p t e rd r a w sac o n c l u s i o na n dp o i i l t so u tt h ef i e l d sf o r f i i t h e rs f u d v 【k e yw o r d s 】 g s m rg p r s0 0 s p r i o r j t yd e l a yr e l i a b 锄y 北京交通大学硕士论文第一章引言 1 1 综述 第一章引言 1 1 1 g s m r 的发展历程 1 9 9 3 年，国际铁路联盟( u i c ) 与欧洲电信标准组织e t s i 协商， 提出了欧洲各国下一代无线通信以g s mp h a s e2 + 为标准的g s m r 技 术。1 9 9 5 年，m o r a n e ( 欧洲铁路移动无线电通信) 项目启动，e i r e n e 制定的标准得到认可，开始生效。全球第一个g s m r 网络于1 9 9 9 年在瑞典建成并投入使用，目前许多欧洲国家如瑞士、德国、法国等 都采用g s m ，r 网络为本国铁路系统服务，以适应铁路系统对列车不 断提速、铁路通信系统安全性不断提高、业务不断多样化的需求。 随着我国铁路的迅速发展，铁路通信信息化是铁路发展的必然趋 势。目前，铁路无线话音通信仍然采用模拟通信系统，信号质量、保 密性和功能日渐不能满足要求r 因此，迫切要求建立一套符合我国铁 路发展需求的数字移动通信网络。 我国从1 9 9 4 年就开始对专用移动通信技术跟踪研究，于2 0 0 0 年 底铁道部确定将g s m r 作为我国铁路通信未来发展的方向。之后基 于g s m r 的各种铁路特色业务的开发，g s m r 系统及终端试验等陆 续展开，并取得了相当大的成果。 2 0 0 5 年铁道部已经完成两个阶段的青藏铁路g s m r 试验网络及 终端的测试，青藏铁路将成为洲第一条完全基于g s m r 铁路移动 通信系统的试验铁路。大秦线g s m 。r 即将投入使用，胶济线正在建 设之中，铁道部g s m r 实验室的升级工作也已经完成，所有的这些 北京交通大学硕士论文 第一章引言 将为中国g s m _ r 今后的发展打下良好的基础。 1 1 2g s m r 系统简介 g s m r 是一种基于目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统 g s m 平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系 统。它基于g s m 的基础结构及其提供的电信业务，提供了铁路特有 的基础业务，并以此作为一个信息化的平台，使得用户可以在这个信 息平台上轻松开发各种各样的铁路应用。图1 1 为g s m r 系统的业 务模型层次结构。 图卜1g s m r 系统层次结构示意图 1 1 3g p r s 在中国铁路上的应用 在欧洲g s m r 标准体系中并没有将g p r s 技术应用到铁路通信 中。我国铁路先于欧洲发展基于g s m r 的g p r s 业务，是根据运输 北京交通大学硕士论文 第一章引言 对通信业务需求量大、但频率资源紧张的实际情况而进行的技术决 策。 根据需要g p r s 将为铁路提供非安全无线数据传输业务。这其中 包括：铁路运行调度信息、铁路设施维护管理信息、旅客服务信息、 其他服务信息。 目前，在青藏线试验段已经对g p r s 在铁路上的应用进行了基本 测试。通过测试结果来看，g p r s 基本能够满足铁路应用的需要。但 是也要看到，针对试验段的测试是在比较理想情况下进行的。在今后 的铁路应用中，将面对更加复杂的实际环境，如何确保g p r s 在铁路 中的有效应用，将是我们面前的一个重要课题。 1 2 本课题研究的意义 中国铁路先于欧洲发展基于g s m r 的g p r s 业务是一项开拓性 的工作。在我国铁路使用g p r s 之前，在铁路应用方面没有成功的经 验可以借鉴。这就需要我们将g p r s 同我国铁路的实际应用相结合， 不断地优化g p r s 网路，提高g p r s 网络的q o s 指标，使g p r s 网 络满足我国铁路对数据通信的要求。 正是在这种背景下，本文着重将铁路的实际情况同g p r s 业务的 特点相结合，提出针对中国铁路g p r s 业务的优化方案，提高铁路应 用g p r s 业务的q o s 指标。为中国铁路更好地应用g p r s 做出一点 贡献。 1 3 本论文的主要工作与贡献 本论文主要研究了如何提高g p r s 在铁路应用的q o s 的问题。 3 北京交通大学硕士论文 第一章引言 通过对铁路g p r s 业务的具体分析 同时通过对不同用户提供区别服务 具体工作包括： 提出针对铁路应用的优化方案。 提高g p r s 在铁路应用的效率。 分析g p r s 原理及相关规范； 分析铁路g p r s 应用特点； 研究g p r s q o s 机制； 研究提高g p r s q o s 的参数； 提出铁路应用下的g p r s 的参数配置方式。 4 北京交通大学硕士论文 第二章铁路应用g p r s 的业务及特点 第二章铁路应用g p r s 的特点及业务 2 1g p r s 概述 g p r s ( g e n e f a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 是通用分组无线业务的简称。 g p r s 是g s mp h a s e 2 1 规范实现的内容之一，能提供比g s m 网 9 6 k b i t ，s 更高的数据传输速率。g p r s 采用与g s m 相同的频段、频带 宽度、突发结构、无线调制标准以及相同的t d m a 帧结构。 g p r s 的实现使得g s m 在原有电路域业务的基础上又实现了分 组域业务，提高了频率资源的利用率，为g s m 向下一代移动通信技 术的过渡打下了良好的基础。但应该看到的是g p r s 脱胎于g s m ， 因此不可能提供高速、可靠的无线分组接入业务。 2 1 1g p r s 网络总体结构 g p r s 网络是在原有g s m 网络中增加g g s n 和s g s n 来实现的，使 得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。其系统结构如图 2l 所示。 北京交通大学硕士论文第二章铁路应用g p r s 的业务及特点 图2 1g p r s 系统结构 图中，g p r s 移动台与基站通信，g p r s 分组数据从基站发送到g p r s 服务支持节点( s g s n ) 。s g s n 与g p r s 网关支持节点( g g s n ) 进行通信； g g s n 对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络。来自外部网络 的分组数据包，由g g s n 接收，再转发到s g s n ，继而传送到移动台上。 s g s n 是g s m 网络结构中的一个节点。s g s n 通过帧中继与b t s 相 连。s g s n 的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和 g g s n 之间完成移动分组数据的发送和接收。 g g s n 通过基于i p 协议的g p r s 骨干网连接到s g s n ，是连接g p r s 网络和外部分组交换网( 如因特网和局域网) 的网关。g g s n 主要是起网 关作用。g g s n 可以把g s m 网中的g p r s 分组数据包进行协议转换，从 而可以把这些分组数据包传送到远端的t c p 1 p 或x 2 5 网络。 s g s n 和g g s n 利用g p r s 隧道协议( g t p ) 对i p 或x 2 5 分组进行封 装，实现二者之间的数据传输。 对于具有g p r s 业务功能的移动终端，它本身具有g s m 和g p r s 业 务运营商提供的地址，这样，分组公共数据网的终端利用数据网识别 码即可向g p r s 终端直接发送数据。 2 1 2 g p r s 的主要特点 ( 1 ) g p r s 采用分组交换技术，高效传输数据和信令，优化了对网 络资源和无线资源的利用。 ( 2 ) 定义了新的g p r s 无线信道，且分配方式十分灵活。每个 t d m a 帧可分配1 到8 个无线接口时隙。时隙能为用户所共享，且上 行链路和下行链路的分配是独立的。 北京交通大学硕士论文第二章铁路应用g p r s 的业务及特点 ( 3 ) 支持中、高速率数据传输，理论可提供9 0 5 1 7 1 2 k b i t s 的 数据传输速率。g p r s 采用了与g s m 不同的信道编码方案，定义了 c s 一1 、c s 一2 、c s 一3 和c s 4 四种编码方案。 ( 4 ) g p r s 网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。 ( 5 ) g p r s 支持基于标准数据通信协议的应用，可以和i p 网、x 2 5 网互联互通。 ( 6 ) g p r s 的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支 持偶尔的大量数据的传输。 ( 7 ) g p r s 的安全功能同现有的g s m 安全功能一样。身份认证和 加密功能由s g s n 来执行。其中的密码设置程序的算法、密钥和标准 与目前g s m 中的一样，不过g p r s 使用的密码算法是专为分组数据 传输所优化过的。 ( 8 ) 蜂窝选择可由个移动台自动进行，或者基站系统指示移动 台选择某一特定的蜂窝。移动台在重新选择一个路由区时会通知网 络。 ( 9 ) 为了访问g p r s 业务，移动台会首先执行g p r s 接入过程， 以将它的存在告知网络。 ( 1 0 ) 为了收发g p r s 数据，m s 会激活它所想用的分组数据地址。 这个操作使m s 可被相应的g g s n 所识别，从而开始与外部数据网络 的互通。 ( 1 1 ) 用户数据在m s 和外部数据网络之间透明地传输，它使用的 方法是封装和隧道技术：数据包用特定的g p r s 协议信息打包并在 m s 和g g s n 之间传输。这种透明的传输方法缩减了g p r s 对外部数 据协议解释的需求，而且易于在将来引入新的互通协议。 7 北京交通大学硕士论文第二章铁路应用g p r s 的业务及特点 ( 1 2 ) g p r s 的核心网络层采用i p 技术，底层可使用多种传输技术， 很方便地实现与高速发展的i p 网无缝连接。 2 1 3g p r s 的业务 g p r s 以分组模式在移动网络内部或同外部网络之间进行传输。在 有g p r s 承载业务支持的标准化网络协议的基础上，g p r s 网络可以提 供一系列的电信业务。 2 1 3 1 承载业务 支持在用户与网络接入点之间的数据传输。提供点对点业务、点 对多点业务两种承载业务。 a 点对点业务( p t p ) 点对点业务在两个用户之间提供一个或多个分组的传输。由业务 请求者启动，被接收者接收。 b 点对多点业务( p t m ) 点对多点业务是将单一信息传送到多个用户。g p r sp t m 业务能够 提供一个用户将数据发送给具有单一业务需求的多个用户的能力。包 括有三种p t m 业务： 点对多点广播( p t m m ) 业务一是将信息发送给当前位于某一 地区的所有用户的业务。 点对多点群呼( p t m g ) 业务是将信息发送给当前位于某一 区域的特定用户子群的业务。 i p 多点传播( i p 一稚) 业务是定义为i p 协议序列一部分的业 务。 8 北京交通大学硕士论文第二章铁路应用g p r s 的业务及特点 2 1 3 2 用户终端业务 g p r s 支持电信业务，提供完全的通信业务能力，包括终端设备能 力。用户终端业务可以分为基于p t p 的用户终端业务和基于p t m 的用 户终端业务。如表2 一l 所示。 表2 1g p r s 用户终端业务分类 会话 基于p t p 的用户终端报文传送 业务检索 遥信 分配 调度 基于p t m 的用户终端 会议 业务 预定发送 地区选路 2 2g s i 卜r 网络中g p r s 应用的特点 2 2 1 g s m _ r 网络中同公网中g p r s 应用差异 g s m - r 网络中同公网中g p r s 应用相比较有着自身的特点。这 些特点必然造成g s m r 网络中同公网中的g p r s 在业务功能、网络 结构以及参数设置上的差异。 2 2 1 1 性能指标要求高 在公众g p r s 网络中，g p r s 提供的是一种尽力而为( b e s te f 如t ) 9 北京交通大学硕士论文 第二章铁路应用g p r s 的业务及特点 的服务。而在铁路，g p r s 应用多数直接服务于铁路生产，对各种业 务的可靠性、实时性要求很高。信息传送的任何差错和延误都可能直 接为铁路产生埋下安全隐患。 虽然g p r s 网络本身是一种尽力而为( b e s te f o n ) 的网络，但是 为了在铁路生产中应用，必须对g p r s 网络进行合理的配置优化，提 高g p r s 网络的各项性能指标，尤其是要保证特殊业务对性能指标的 要求。 2 2 1 2 移动性强 在公众g p r s 网络中，g p r s 用户多数处于静止状态或者缓慢移 动状态。而铁路g p r s 业务在很多情况下是在移动状态下或高速移动 状态下完成车地之间的数据通信。因此，移动性是铁路应用g p r s 的 一大特色。 铁路g p r s 业务的移动性直接导致小区重选对g p r s 数据传输的 影响。根据我国现有的铁路运行情况，旅客列车运行速度在1 2 0 k 油 左右，货运列车运行速度在相对较慢。周时，今后即将开通的客运 专线列车行驶速度将达到2 0 0 k m h 以上。g s m r 小区半径般在三 公里左右，那么以现有旅客列车来计算，列车穿行一个小区的时间在 2 分钟左右，那么在此过程中的数据传输必然会受到小区重选的影响。 同时，铁路g p r s 用户的移动性也使得移动台接收信号质量变化快。 这样对g p r s 应用的时延等q o s 指标都会带来影响。 2 2 1 3 业务分布相对集中 在公网中，g p r s 的应用集中在城市，但散布区域很大。而大部 分铁路g p r s 应用主要分布在铁路沿线和各枢纽及车站的某些“特定 1 0 北京交通大学硕士论文第二章铁路应用g p r s 的业务及特点 的点”。 同时，铁路枢纽和车站比较于铁路沿线有通信的业务量大的特 点。在这种情况下，有利于根据业务量的分布提出对铁路g p r s 网络 进行合理地优化。 2 2 1 4 业务相对固定 同公众网络相比，铁路g p r s 应用业务相对固定。这种固定体现 在铁路g p r s 应用一旦使用变动将很小，业务的使用方式改变很小， 业务使用时间和使用地点相对固定。 2 2 1 5 终端性能较高 铁路移动终端必须有较高的性能。由于铁路生产中的环境比较恶 劣，因此铁路移动终端必须能够满足在不同条件下的安全、可靠、持 久地作业，否则将对铁路运输安全造成威胁。 2 2 2 g s m r 网络中不同g p r s 应用的特点 g s m r 网络中不同g p r s 应用相比较也有很明显的各自特点。 这些特点主要表现在应用的优先级、使用方式等方面。 2 2 2 1 各种g p r s 应用的优先级别不同 优先级的差异体现了专用通信的特点。各种g p r s 应用在铁路运 输中的地位不同，对铁路运输的作用不同，这必然导致了各种g p r s 应用优先级的不同。 高优先级的应用应该能够更快速，更多地获得网络资源，完成通 信。如列尾信息的传送必须迅速可靠地传送，而旅客列车信息的传送 北京交通大学硕士论文第二章铁路应用g p r s 的业务及特点 则可以容忍较多的传输时延。因此在两种业务同时使用，存在竞争的 时候，就必须为列尾信息传送业务提供更高的优先级。 2 2 2 2 各种g p r s 应用对0 0 s 的要求不同 铁路各种g p r s 应用实时性、可靠性等方面有着不同要求。铁路 中的业务一部分对可靠性要求高，一部分对实时性要求高，还有的业 务对实时性和可靠性要求都比较高。因此，不同业务产生不同的q o s 等级的需求。 2 2 2 3 各种g p r s 应用的使用方式不同 各种g p r s 应用在数据传输方向，传输内容，传输方式等方面有 着很大的差异。 如列尾信息传送是一种移动台到移动台之间的信息传输，传输内 容少，但需要频繁的进行传送：而调度命令的传送则主要在车站使用， 由调度员向车载移动台来进行传送，命令内容往往较大，传送数据量 也较大。 2 3 铁路应用g p r s 的业务 在g s m _ r 网络应用g p r s 系统，具有通信实时性好、数据量大， 免维护等明显优势，以无线方式实现数据拨号传输或“永远在线”实 时监测。这些业务可以采用g p r s 业务来提供无线传输通道，用户始 终在线，不需要等待拨号过程，采用c s l 和c s 2 编码方式，并可以 在一段时间内绑定多个信道为一个用户服务，多个用户共享一个信 道，可以有效利用无线信道资源。 铁路目前有许多数据应用的迫切需求，急需解决地车之间、现场 1 2 北京交通大学硕士论文第二章铁路应用g p r s 的业务及特点 与数据中心之间的数据传输通道。这些业务的特点是频繁小容量数据 传输及个别的大容量数据传输，有些业务点同时又是移动的。例如调 度命令传输、无线车次号传输等。也可以用于旅客信息服务、移动互 联网接入、旅客列车售票、静止图像传输等业务。 根据铁道部暂行规范g p r s 主要应用有以下几个方面：铁路运行 调度信息，铁路设施维护管理信息，旅客服务信息以及其他服务信息。 其中铁路行车调度信息同铁路生产关系重大，下面将主要介绍铁路行 车调度信息。 2 3 1 铁路行车调度信息 行车调度信息主要包括车次号和监控信息、调度命令传送、列尾 信息传送、车站编组场综合移动信息等。下面主要介绍车次号和监 控信息、调度命令传送、列尾信息传送几个业务。 2 3 1 1 无线车次号和监控信息传送 无线车次号和监控信息传送用来解决机车同地面d m i s 系统之间 的信息交互。无线车次号和监控信息的传输必须满足以下功能： 实现车次号传送的目的i p 地址自动更新； 按要求进行车次号信息传送； 进行列车停稳信息的传送； 传送列车运行位置信息。 根据铁道部相关规范无线车次号和监控信息传送系统系统由 g s m r 数字移动通信网、监控数据采集处理装置、g s m r 机车综合 通信设备、d m i s 卿c 设备等组成。系统构成见图2 - 2 。 1 3 北京交通大学硕士论文第二章铁路应用g p r s 的业务及特点 以太网， 、 ；匿强鼢 g s m r 网 j 、， i 。一一一一一一一二 、， 、， 、 ， 、- 。， 图2 2g s 卜r 车次号传送系统 无线车次号和监控信息传送的特点在于存在周期性，用于传送车 次和车辆位置信息，为铁路行车调度提供列车的基本信息。在铁路实 际应用中，无线车次号和监控信息传送将根据铁路的实际情况在每 个闭塞区间内传送，因此其周期性相对固定。同时，无线车次号和监 控信息传送对信息传送的可靠性和实时性相对较高。无线车次号和监 控信息传送据根据铁道部暂行标准传送内容小于1 2 8 字节。 2 3 1 2 调度命令 调度命令用来解决机车同地面d m i s 系统之间的信息交互。调度 命令必须满足以下功能： 调度员、车站值班员向辖区内的运行列车发送调度命令。 自动向辖区内的运行列车发送列车接车进路预告信息。 在规定时间内向通过某站的所有列车发送调度命令。 列车接收调度命令进行自动确认、司机签收。 调度命令发送方未收到自动确认信息，应自动重发，重发不 超过2 次。 1 4 北京交通大学硕士论文第二章铁路应用g p r s 的业务及特点 规定时间内未收到签收信息，应向调度命令发送方提示。 司机利用操作显示终端可发送调车请求信息。 根据铁道部相关规范调度命令传送系统由g s m r 数字移动通信 网、g s m r 机车综合通信设备、d m i s 设备等组成。系统构成见图 2 3 。 爵早敝蔓 虽：、 图2 3g s m r 调度命令传送系统 调度命令传送主要用在列车出、入站接受调度命令，列车司机要 根据调度命令进行相应的操作。因此，调度命令的特点在于其对可靠 性要求很高。在传送过程中不应出现误导司机的调度命令。根据铁道 部的相关规范调度命令的在进行传送时一般需要四百字结左右的内 容。 2 3 1 3 列尾信息传送 列尾信息传送主要用来解决尾部风压传送到牵引机车的问题。列 尾信息传送必须满足以下功能： 机车综合通信设备应能与列尾主机之间建立和拆除唯一对应 关系： 北京交通大学硕士论文 第二章铁路应用g p r s 的业务及特点 机车综合通信设备应提供司机查询尾部风压的功能； 风压数值在规定时间内没有更新时，机车综合通信设备应告 警； 机车综合通信设备应具有控制列尾主机排风制动的功能。 根据铁道部相关规范列尾信息传送系统由g s m r 网络、安装在 列车尾部的列尾装置主机和安装在机车上的g s m r 机车综合通信设 备组成。如图2 _ 4 所示。 ，7 一一一一一、 i g s m - r j 图2 4g s 肛r 列尾信息传送系统构成图 列尾信息传送是关系到列车安全的重要信息传输，它对信息传送 的实时性、可靠性要求很高，同时，它还具有周期性的特点，需要在 很短的周期内向牵引机车提供尾部信息。根据铁道部的相关规范列尾 信息传送一般要占用1 6 个字节。 1 6 北京交通大学硕士论文第二章铁路应用g p r s 的业务及特点 2 3 2g p r s 在铁路中的其它应用 g p r s 在铁路中的应用除了铁路行车调度信息之外，还有铁路设 施维护管理信息、旅客服务信息以及其他服务信息。这些应用主要完 成列车同地面、现场与中心之间的无线信息传送。 铁路设施维护管理信息 包括：机车工况信息的传送、牵引工况信息的传送、铁路线路监 测状态数据通信业务的传送等。 旅客服务信息 包括：客车售检票信息的传送、旅客服务信息的传送等。 其他服务信息 包括：静止图像信息的传送、铁路办公信息系统的传送、g s m r 场强监视信息的传送等。 2 4 铁路g p r s 应用对q o s 的需求 从整个铁路通信来看，可以分为安全的数据传输通道和非安全的 数据传输通道。g p r s 属于非安全的数据传输通道，但使用g p r s 的 各种铁路应用也存在着不同的需求。g p r s 在铁路上的应用种类繁多， 用途不同，对铁路生产的重要性不同，因此所要求的q o s 也各不相 同。 2 4 1 铁路g p r s 应用的优先级需求 在铁路所有的g p r s 应用中可以分为两大类：列车运行相关数据 传输和列车服务相关数据传输。前一类主要以铁路行车调度信息为 1 7 北京交通大学硕士论文第二章铁路应用g p r s 的业务及特点 主，包括无线车次号和监控信息传送、调度命令、列尾信息以及编组 站列检商检信息的传送：另一类包括，旅客列车车地信息交互、铁路 公安相关信息传送等等。 两大类信息的传送的优先级不同，由于g s m r 首先要保证铁路 生产的安全可靠有效运行，因此列车相关数据传输的优先级要高于列 车服务相关数据传输。同时在这两大类应用中每一种具体应用的优先 级也存在差异。根据第三节对部分铁路g p r s 应用的分析，我们可以 判断列尾信息传送的优先级应远高于调度命令的传送和无线车次号 的传送。表2 2 列出了部分铁路g p r s 应用的优先级。 表2 2 部分铁路g p r s 应用的优先级需求 业务列尾信息调度命令和无线编组站列检商旅客列车乘 传送 车次号的传送检信息传送客信息传送 l 优先级 尚 较高较低低 2 4 2 铁路g p r s 应用的时延需求 由于铁路生产中g p r s 的应用同普通的公网中的g p r s 用户存在 着本质的差别，因此在铁路中的各种应用，尤其是列车运行相关数据 传输需要尽量小的数据传送的时延。同时，在铁路中的不同应用对时 延的要求有着相对不同的要求。如表2 - 3 所示。 表2 3 部分铁路g p r s 应用的时延需求 业务列尾信 调度命令、无线车次号以及编组站列旅客列车乘 息传送 检商检信息传送客信息传送 对时延要求小较小尽力而为 2 4 3 铁路g p r s 应用的可靠性需求 铁路中的g p r s 应用大部分直接为铁路生产运输服务，因此对于 北京交通大学硕士论文 第二章铁路应用g p r s 的业务及特点 信息传送的可靠性要求相对较高，在信息传送中的错误比特将有可能 直接影响到铁路运输安全。根据铁路g p r s 应用的实际情况可以按表 2 4 进行简单分类。 表2 4 部分铁路g p r s 应用的可靠性需求 业务列尾信息 调度命令和无线编组站列检商旅客列车乘 传送车次号的传送 检信息传送客信息传送 可靠性很高晶 投向低 2 4 ，4 铁路g p r s 应用的吞吐量需求 铁路中的g p r s 应用特点在于其应用相对固定，而且业务量相对 固定。对吞吐量影响最大的是在进行分组数据传输时所分配的时隙， 在铁路中多数应用其传输字节较少，对吞吐量的要求主要集中在峰值 吞吐量的要求上。各g p r s 应用所需传送信息字节数如表2 5 所示。 表2 5 部分铁路g p r s 应用的传输数据量 业务列尾信调度命令的传送 无线车次号的旅客列车乘 息传送传送 客信息传送 l 所传送字节1 6 字节小于5 0 0 字节小于1 2 8 字节 不定 1 9 北京交通大学硕士论文 第三章g p r s0 0 s 的研究 第三章g p r sq o s 的研究 在第二章分别对铁路的g p r s 应用和公网g p r s 应用以及铁路不 同的g p r s 应用进行了比较。本章主要分析了g p r sq o s 的机制，并 在理论上对有关g p r sq o s 的参数进行探讨。 3 1g p r s 的q o s 特性描述 e t s i 为g p r s 网络定义了多种可协商的q o s 配置，包含四种基 本属性：优先级、时延、可靠性和吞吐量。由各种特性的组合可以组 成许多可能的q o s 配置，但g p r s 网络中可能仅支持其中的一部分 配置形式。o o s 配置与每个p d p 上下文相关联，在o o s 协商过程 中，移动台可为每个q o s 特性申请一个值，包括存储在h u l 中的用 户默认值。网络根据g p r s 资源情况为每个特性协商一个等级，并提 供足够的资源以支持所协商的q o s 配置。在r “m c 层支持4 种 无线优先级和1 种用于信令消息的附加等级。当进行上行接入时， m s 能指示出是4 个优先级的哪一级以及上行接入的原因是用户数据 还是信令消息传送。b s s 据此决定无线接入优先级和服务优先级。无 线优先级由s g s n 决定，并在附着成功消息中传递给m s 。用于用户 数据传送的无线优先级由s g s n 根据协商的q o s 配置决定，并在p d p 上下文激活和p d p 上下文更改的过程中传递给m s 。 3 1 1 优先等级 在网络正常运行条件下，网络将试图满足所有的q o s 业务承诺， 业务优先级表示了在非正常的条件下，维持业务承诺的相对重要性， 2 0 北京交通大学硕士论文第三章g p r s o o s 的研究 如在资源有限或网络拥塞的情况下，哪些数据分组应该丢弃。优先级 定义如表3 1 所示。 表3 1 优先等级 等级等级名称解释 1 高优先级业务承诺的维持应优先于第23 级 2 正常优先级业务承诺的维持应优先于第3 级 3低优先级业务承诺的维持应后于第12 级 3 1 2 时延等级 g p r s 定义了4 种时延等级，如表3 2 所示。时延参数是指2 个移动台或移动台和g i 接口之间。进行端到端数据传送的时间，共 规定了两类时延：一个是平均时延，另一个是9 5 数据传送的最大时 延。 表3 2 时延等级 的大小1 2 8 字节s d u1 0 2 4 字节s d u 级别 平均时延 9 5 平均时延 9 5 1 0 5 s 1 5 s 2 s 7 s 2( 5 s 2 5 s 1 5 s 7 5 s 3 5 0 s 2 5 0 s 7 5 s 3 7 5 s 4 没有规定 注：s d u 指业务数据单元 3 1 3 可靠性等级 数据传递的可靠性是根据数据丢失概率、数据传递失序概率、数 据传递重复概率和数据受损概率来进行定义的。可靠性等级规定了各 协议层的要求，g t p 、l l c 和r l c 层的传送模式支持可靠性等级的 北京交通大学硕士论文第三章g p r s0 0 s 的研究 性能要求，t c p 用于在g p r s 骨干网以g t p 应答模式传输用户数据， 而u d p 则使用g t p 的无应答模式。可靠性等级的规定如表3 3 所 示。 表3 _ 3 可靠性级别 可靠性s d u 丢失s d u 重复s d u 非顺序s d u 出应用特性说明 类别概率传送概率到达概率错概率 11 0 91 0 一91 0 91 0 9 差错敏感，无纠 错能力，有限的 容错能力 21 041 0 51 0 一51 0 一6 差错敏感，有限 的纠错能力，较 好的容错能力 31 0 一21 0 51 0 一51 0 2 差错不敏感，纠 错能力，非常好 的窑错能力 3 1 4 吞吐量等级 用户数据吞吐量是根据一系列吞吐量等级来规定的，以对p d p 上下文的带宽要求特性进行描述，吞吐量按峰值吞吐量和平均吞吐量 定义。 3 1 4 1 峰值吞吐量 峰值吞吐量是指g i 接口和r 参考点之间测量到的每秒通过的 字节数，规定了单个p d p 上下文所达到的最高速率。但并不保证在 在任何时间都能达到和保持峰值速率，这取决于m s 能力和可用的无 线资源，网络可以将用户限制在协商的峰值速率。峰值吞吐量与时延 等级无关。峰值吞吐量的定义如表3 4 所示： 表3 4 峰值吞吐量级别 峰值吞吐量类别峰值吞吐量，以字节，秒为单位 北京交通大学硕士论文第三章g p r s0 0 s 的研究 1= 1 0 0 0 ( 8 k b i t s ) 2= 2 0 0 0 ( 1 6 k b i t ，s ) 3 = 4 0 0 0 ( 3 2 k b i 吣) 4 = 8 0 0 _ o ( 6 4 k b i t s ) 5= 1 6 0 0 0 ( 1 2 8 k b i 讹) 6 = 3 2 0 0 0 ( 2 5 6 k b i 如) 7 = 6 4 0 0 0 ( 5 1 2 k b i t s ) 8 = ( 1 2 8 0 0 0 ( 1 0 2 4 k b j t s ) 9 = 2 5 6 0 0 0 ( 2 0 4 8 k b i t s ) 3 1 3 3 平均吞吐量 平均吞吐量是在g i 接口和r 参考点之间测量到的每小时通过 的字节数，规定了一个激活的p d p 上下文在g p r s 网络中传送时的 平均速率。“b e s te f 如n ”是指根据需求和可用资源来的协商平均吞吐 量级别。平均吞吐量级别如表3 。5 所示。 表3 5 平均吞吐量等级 平均吞吐量等级 平均吞吐量( 字节数，j 、时) 1 1 0 0 ( 约o 2 2 b i t ，s ) 2 2 0 0 ( 约0 4 4 b i t ，s ) 3 5 0 0 ( 约1 ，1 1 b i “s ) 4 l o o o ( 约2 2 b i t ，s ) 5 2 0 0 0 ( 约4 t 4 b i t ，s ) 6 5 0 0 0 ( 约1 1 1 b i i s ) 7 1 0 0 0 0 ( 约2 2 b i f s ) 8 2 0 0 0 0 ( 约“b i c s ) 9 5 0 0 0 0 ( 约1 1 1 b i 讹) 1 0 1 0 0 0 0 0 ( 约2 2 0 b i t s ) 1 1 2 0 0 0 0 0 ( 约4 4 0 b i 讹) 1 2 5 0 0 0 0 0 ( 约1 1 1 0 b i 以) 1 3 1 0 0 0 0 0 0 ( 约2 2 0 0 b i t s ) 1 4 2 0 0 0 0 0 0 ( 约4 4 0 0 b i i s ) 1 5 5 0 0 0 0 0 0 ( 约1 1 1 0 0 b i “s ) 1 6 l 蝴0 ( 约2 2 0 0 0 b j 帕) 北京交通大学硕士论文 第三耄g p r s0 。s 的研究 3 2 提高g p r sq o s 策略研究 与g s m r 网络相同，g p r s 无线参数的调整对网络服务质量影 响也是最敏感的。这些参数对网络中小区的覆盖、信令流量的分布、 网络的业务性能等具有至关重要的影响，因此合理调整无线参数是提 高g p r s 网络q o s 的重要组成部分。无线参数优化调整是指根据实 际无线信道特性、话务量特性和信令流量承载情况，通过调整网络中 局部或全局的无线参数来提高通信质量，改善网络平均的服务性能和 提高设备的利用率的过程。实际上，无线参数调整的基本原则是充分 利用已有的无线资源，通过业务量分担的方式使全网的业务量和信令 流量尽可能均匀，以达到提高网络平均服务水平的目标。 同时，观察g b 和g n 接口的流量和负荷分担状况，并根据情况 对g b 接口和g n 接口做配置调整或容量扩充也是g p r s 网络优化 中需要注意的一个环节。g b 接口的优化需要根据b s s 业务负荷情 况，调整到各b s s 侧的b v c 物理承载带宽和参数，调整g b 接口 b v c 和n s v c 的数量，达到g b 接口流量的最合理配置。 根据无线参数调整需解决问题的性质可以将其分为两类，第一类 是为了解决静态问题。即通过实测网络各个地区的平均话务量和信令 流量，对系统设计中采用的话务模型进行修正，解决长期存在的普遍 现象。另一类调整用于解决由于一些突发事件或随机事件造成在某个 2 4 北京交通大学硕士论文第三章g p r s0 0 s 的研究 时间段中，局部地区发生的话务量过载、信道拥塞的现象。 对于第一类调整，营运者仅需定期地对网络的实际运行情况进行 测量和总结，并在此基础上对网络全局或局部的参数和配置进行适当 调整。而第二类调整则是网络操作员根据测量人员即时得到的数据， 实时地调整部分无线参数。 3 2 1 接入性能研究 3 2 1 1 寻呼过程 r e a d y t m e r 设置 r e a d yt i m e r 在移动台和网络侧均存在，当移动台在r e a d y 状态且 不进行数据传输时该定时器启动，定时器超时后移动台将进入s t a n d b v 状态。该定时器设置过大，将会导致小区更新程序频繁，因而将增大 网络的负荷。该定时器设置过小，将会使移动台很快进入s t a n 曲v 状 态。此时若进行下行数据传输时必须触发寻呼过程。如果该定时器设 置过小将不断的重复寻呼过程，因此会增大数据的时延。适当的增大 r e a d yt i m e r 的数值，使得移动台始终能够在r e a d y 状态下，这将能够 简化寻呼过程，减小寻呼对系统资源的占用。 路由区设置 路由区大小设置对寻呼性能影响很大。如果路由区设置的过大会 导致在p p c h 或p c h 上的信令流量过大。过小，又会由于重选过于 频繁而造成寻呼成功率低。 应根据用户密度和数据量密度以及地理环境合理的规划路由区， 并且与位置区配合。 c c c h 或p c c c h 规划 北京交通大学硕士论文第三章g p r s0 0 s 的研究 分配用来寻呼的信道数的多少对下行寻呼有着至关重要的影响。 信道过少将造成寻呼困难。所以根据网络的实际情况对c c c h 信道进 行调整。 应根据网络负荷情况分配c c c h 信道；合理设置c c c h 信道的 组合方式；尽早采用p c c c h 信道。 覆盖问题 由于某些原因使某些地区覆盖不到，造成盲区，无法寻呼到用户。 例如：允许接入最小电平设置的过大，在小区边缘就会人为的造成盲 区。 应解决g s m r 的覆盖；减少小区覆盖范围，使c i 更好的满足 g p r s 要求；在某些地区可以让数据始终采用c s 一1 ；合理配置最小 接入电平参数。 计时器耶1 1 3 设置 t 3 1 1 3 计时器用在寻呼过程中，它在网络发送寻呼请求f p a g i n g r e o u e s 消息时开始，在网络收到寻呼响应( p a g i n gr e s p o n s 勘 消息时结束。如果超时，重发p a g i n gr e q u e s t 消息。因此该值设 置的过小会使寻呼信道的负载增加，过大会增加平均时延。应合理的 设置t 3 1 1 3 值。 d r x 1 1 m e rm a x 设置 该参数定义了移动台请求的最长连续接收模式的时间。当移动台 从r e a d y 进入s t a n d b y 时，将暂时进入连续接收模式。该参数用来定 义移动台能够在连续接收模式下所处的最长