高速铁路通信系统

工程7

高速铁路通信系统第一节（1）了解高速铁路通信业务的分类及高速铁路通信系统的类型。（2）掌握高速铁路调度通信系统的设备和网络结构。（3）掌握GSM-R网络结构和功能，以及它的主要业务与应用。工程7高速铁路通信系统学习目标目录7.1高速铁路通信系统根底知识7.2高速铁路调度通信系统的设备与组网7.3高速铁路数字移动通信系统工程7高速铁路通信系统7.1高速铁路通信系统根底知识近年来，随着国内武广、郑西、京沪、京石武等一批高铁的相继建成和运营，我国成为世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强的国家。而高铁通信技术作为高铁技术的重要组成部分，应该确保行车安全，实现有效的人机控制和提高运输效率。.7.1.1高速铁路通信业务的分类7.1高速铁路通信系统根底知识〔1〕语音业务〔2〕数据业务〔3〕图像业务1.按传输信号的性质分类.7.1.1高速铁路通信业务的分类7.1高速铁路通信系统根底知识〔1〕地区、长途交换通信。〔2〕铁路专用语音。〔3〕会议通信。2.按应用性质分类〔4〕应急抢险通信。〔5〕数据网络通信。.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识高铁通信网络是一个庞大而复杂的系统。作为高铁的神经系统，高铁通信网络是高铁重要的关键技术，是高铁开展的重要推动力。高铁通信系统按照不同的功能和结构，主要分为传输与接入系统、通信电源系统、交换系统、数据网系统、铁路数字移动通信系统〔GSM-R〕、调度通信系统、会议电视系统、应急通信系统、同步及时钟分配系统、综合网管系统、综合视频监控系统、电源及环境监控系统、通信线路系统、综合布线系统等。其中，GSM-R是高铁通信系统的核心内容，是铁路通信技术开展步入更高阶段的重要标志。.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识1.传输与接入系统〔1〕传输系统。光纤通信由于具有传输频带宽、通信容量大、传输损耗低、抗干扰能力强、本钱低等优点，因而在世界范围内得到广泛应用，并成为通信网最主要的传输手段。第一节①骨干层②汇聚层③接入层铁路传输系统的网络结构从高到低可分为.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识1.传输与接入系统〔2〕接入网。接入网〔accessnetworks，AN〕是由业务节点接口〔servicenetworkinterface，SNI〕和相关用户网络接口〔usernetworkinterface，UNI〕之间的一系列硬件设施组成的，为传输电信业务提供所需传送承载能力的系统。接入网可以经由一个Q3接口〔电信管理网的标准接口〕进行配置和管理。.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识2.通信电源系统通信电源系统负责通信设备的直流电源〔48V〕和交流电源〔220V〕的供电。通信电源系统由直流供电设备〔高频开关电源、蓄电池、直流配电设备〕和交流供电设备〔UPS、蓄电池、交流配电设备〕组成。.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识3.交换系统交换以程控交换机为主要模式，利用交换设备和长途话路把全路各级部门联系在一起。交换系统由交换设备、电缆线路和用户终端构成，为铁路各单位、各部门的用户提供联系效劳，铁路交换网的结构分为本地交换网和长途交换网。.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识4.数据网系统数据网系统是为提供数据通信业务而组成的网络。数据网系统按照核心层、会聚层和接入层三级网络拓扑结构组建，并预留接入铁路数据通信网全国骨干网络的条件。核心层一般都是在大型或中心通信站设置核心路由器，核心路由器之间一般通过POS155M通道设备互联。在沿线枢纽节点设置骨干层节点和会聚层节点，在沿线车站/调度所设接入层节点，采用多协议标签交换〔MPLS〕和虚拟专用网络〔VPN〕技术提供业务系统隔离和效劳质量(QoS〕保证，以MSTP作为远程承载平台。.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识5.铁路数字移动通信系统GSM-R是高铁通信系统参与控车的核心局部，它负责完成RBC与车载设备之间的信息交换，从而使RBC生成行车许可，使列车在RBC管辖范围内的线路上平安运行。GSM-R由网络交换子系统〔NSS〕、基站子系统〔BSS〕、操作维护子系统〔OSS〕等子系统构成。.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识6.调度通信系统调度通信系统主要负责调度员、车站值班员和其他用户间的通信。在GSM-R区段，为了实现调度员与司机的通信，需要将调度通信系统与GSM-R相连，此时将调度通信系统称为固定用户接入交换机〔fixedusersaccessswitching，FAS〕组织调度系统。固定用户接入FAS组织调度系统，通过与GSM-R及相邻既有线调度系统互连，实现有线与无线调度一体化互连。一般在端站及沿线车站、动车所各设置一套FAS，且端站所属调度所内的调度交换机要互为主热备。.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识7.会议电视系统会议电视系统是铁路总公司、铁路局和基层站段间进行信息沟通、决策部署，处理紧急突发事件的重要通信设施。会议电视系统可以提供平安可靠的图像和声音信号。会议电视平台基于H-323制式，采用星形组网结构建立，通过数据网进行承载。一般在动车所、沿线车站设置会议电视系统分会场，配置会议电视编解码和视讯终端。根据设计需要决定是否统一纳入既有路局的电视会议系统，实现统一管理。.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识8.应急通信系统应急通信系统主要满足客运专线事故现场应急通信的需要，为事故现场提供语音、图像应急救援指挥通信，并作为全路应急救援指挥通信网的有机组成局部。应急通信系统由事故抢险现场设备和应急中心设备构成。应急指挥中心设置接入设备，沿线结合维修机构的设置状况，配置现场事故抢险设备。从事件现场采集到的语音、数据、图像等业务信息先通过有线或无线方式〔两种方式互为备用〕传送到区间接入点，再通过传输设备传送到应急指挥中心，建立应急指挥中心与事故现场间的应急通信网络。.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识9.同步及时钟分配系统数字同步网是现代通信网中必不可少的重要组成局部，它向根底承载网和各种业务网等网络提供高质量、高可靠性的定时基准信号。同步及时钟分配系统为铁路通信传输网、调度通信系统、GSM-R等提供同步时钟信号，确保铁路各系统和运行计时准确，同时也为调度员、车站值班员、行车相关人员及旅客提供统一的基准时间信息。.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识10.综合网管系统综合网管系统通过与各通信子系统或网元管理系统按定义的标准和接口交换网络管理信息，形成一个综合管理平台。.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识11.综合视频监控系统综合视频监控系统采用全数字网络视频技术，实现对车站的重点区域、公跨铁立交桥、通信机房、信号机房、牵引供电机房内外、电力供电机房内外的实时监控；在控制中心和分控中心实现对其管辖范围内视频分专业、分区域远程监控。综合视频监控系统基于本线MSTP传输系统和IP数据承载网进行组网。.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识12.电源及环境监控系统电源及环境监控系统可对机房动力设备、空调设备及机房运行环境和平安等各类情况进行实时监控，为通信系统的正常运行和提高效劳质量〔QoS〕提供保障。本监控系统可监测各站点通信、信号机械室的环境量，包括温/湿度、烟雾、水浸、门禁、空调的控制，同时可对通信机械室的电源设备进行监测。.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识13.通信线路系统通信线路系统主要是通过光缆、电缆等传输介质将通信设备连接起来，使其形成一个庞大而复杂的网络。通信线路系统具有智能化，是通信网络的根底。.7.1.2高速铁路通信系统的类型7.1高速铁路通信系统根底知识14.综合布线系统综合布线系统是高铁通信系统中的集成化通用传输布线系统，它是通信站、车站通信机械室等通信设备房内的传输网络，它使语音和数据通信设备、交换设备和其他信息管理信息彼此相连接。综合布线系统的物理结构一般采用模块化设计和分层星形拓扑结构，其遵循统一的标准，使系统的集中管理成为可能。.7.2高速铁路调度通信系统的设备与组网高速铁路调度通信系统是调度指挥中心、调度所的调度员及其所管辖区内有关运输生产人员之间进行业务联系时所使用的专用电话通信系统。.7.2.1高速铁路调度通信系统的设备组成7.2高速铁路调度通信系统的设备与组网1.数字调度交换机图7-1数字调度交换机的系统.7.2.1高速铁路调度通信系统的设备组成7.2高速铁路调度通信系统的设备与组网1.数字调度交换机（1）电源模块。（2）控制模块。（3）交换模块。〔4〕资源模块。①会议资源。②双音多频〔DTMF〕资源。③多频互控〔MFC〕资源。.7.2.1高速铁路调度通信系统的设备组成7.2高速铁路调度通信系统的设备与组网1.数字调度交换机（5）时钟模块图7-2调度交换机的主要接口.7.2.1高速铁路调度通信系统的设备组成7.2高速铁路调度通信系统的设备与组网2.操作台操作台是调度员进行调度操作的终端设备。操作台一般由键盘部分、显示部分、控制部分、接口部分、通话回路部分、电源部分和其他辅助功能部分等组成，其中控制部分是核心，其主要实现操作台内各部分的管理和控制、操作台的呼叫处理、调度主机的信令交互等功能。操作台有三种形式:专用键控式（24键、48键），如图7-3（a）所示；微机触摸屏式，如图7-3（b）所示；普通电话（应急前台）。操作台具备单呼、组呼和全呼功能，呼叫状态显示功能（双色灯显、液晶显示屏显示），会议功能，电子复述机功能，台间联络等功能。.7.2.1高速铁路调度通信系统的设备组成7.2高速铁路调度通信系统的设备与组网图7-3操作台2.操作台.7.2.1高速铁路调度通信系统的设备组成7.2高速铁路调度通信系统的设备与组网3.集中维护管理系统集中维护管理系统由一台或多台集中维护管理终端、打印机组成。集中维护管理系统可以对主系统和主系统管辖范围内的所有分系统进行集中的维护管理及监控，其具有性能管理、配置管理、故障管理和安全管理等功能。.7.2.2高速铁路调度通信系统的网络结构7.2高速铁路调度通信系统的设备与组网干线调度〔铁路总公司调度〕通信网区段调度〔铁路局调度〕通信网高速铁路调度通信系统的网络结构按机构划分.7.2.2高速铁路调度通信系统的网络结构7.2高速铁路调度通信系统的设备与组网1.干线调度通信网干线调度通信网由铁路总公司调度交换机和各铁路局汇接交换机组成，采用复合星形网络结构，并设置迂回路由。铁路局主、备汇接调度所交换机除完成干线调度外，还可以承载数字环调度业务，完成部局间、相邻局间、路局内的普速调度通信和客专非行车调度通信业务。.7.2.2高速铁路调度通信系统的网络结构7.2高速铁路调度通信系统的设备与组网2.区段调度通信网区段调度通信网由各铁路局调度所交换机与沿线各车站交换机组成，采用环状网络结构，以数字环的形式确保调度通信的畅通。区段调度通信网按照行车调度区段的划分进行组网，可以由多个数字环组成。.7.2高速铁路调度通信系统的设备与组网图7-4区段调度网络结构.7.3高速铁路数字移动通信系统GSM是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其被开发的目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准。而GSM-R技术则是在成熟、通用的GSM平台基础上专门为满足铁路应用而开发的，通过无线通信方式实现移动话音和数据传输的一种技术体制。.7.3.1GSM-R网络结构及功能7.3高速铁路数字移动通信系统图7-5GSM-R网络结构.7.3.1GSM-R网络结构及功能1.网络交换子系统7.3高速铁路数字移动通信系统NSS主要负责端到端的呼叫、用户数据管理、移动性管理和固定网络的连接。NSS一般具有移动交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）、设备识别寄存器（EIR）、互连功能（IWF）等功能。NSS还可以有实现语音组呼和语音广播的实体——组呼寄存器（groupcallregister，GCR），以及用于短消息业务的短消息服务中心（shortmessageservicecenter，SMSC）。其中，MSC既是NSS的核心，也是整个GSM-R网络的核心。.7.3.1GSM-R网络结构及功能2.基站子系统7.3高速铁路数字移动通信系统BSS通常由基站控制器（basestationcontroller，BSC）和基站收发信机（basetransceiverstation，BTS）组成。BSC主要提供在其覆盖区域内的无线电资源管理与移动性管理的功能，以及无线网络的运营与维护功能。一套BSC根据容量不同可以管理一个或上百个BTS。BTS主要负责空中接口，能够进行语音、数据和短消息的传输，并可以完成信号处理、无线测量预处理、切换、功率控制等基于无线接口的功能。.7.3高速铁路数字移动通信系统图7-6BSS的总体结构.7.3.1GSM-R网络结构及功能3.通用分组无线业务子系统7.3高速铁路数字移动通信系统通用分组无线业务（GPRS）子系统主要负责为无线用户提供分组数据承载业务，如CTC/TDCS系统互联、车地信息互通，在GSM-R中引入GPRS使移动通信与数据网络合二为一。GPRS子系统由GPRS服务支持节点（SGSN）、GPRS网关支持节点（GGSN）、分组控制单元（PCU）、域名服务器（DNS）、认证服务器（RADIUS）等设备组成。GGSN是连接GSM-R网络和外部分组交换网的网关，也称为GPRS路由器。.7.3.1GSM-R网络结构及功能4.智能网子系统7.3高速铁路数字移动通信系统智能网（IN）子系统是在现有交换与传输的基础网络结构上，为快速、方便、经济地提供电信新业务而设置的一种附加网络结构。在GSM-R中，智能网子系统主要负责接入矩阵、功能号注册/注销与管理、功能寻址、位置寻址、基于外部精确定位信息的位置寻址等功能。智能网子系统主要由业务控制点（SCP）、业务交换点（SSP）、业务管理点（SMP）等构成。.7.3.1GSM-R网络结构及功能5.固定接入交换子系统7.3高速铁路数字移动通信系统固定接入交换（FAS）子系统主要实现GSM-R中固定用户的接入，调度台、车站台等固定用户通过30B+D接口连接GSM-R系统的MSC，与各级FAS之间通过传输网建立起来的数字通道进行数字信息的传递，形成铁路调度网络系统。.7.3.1GSM-R网络结构及功能6.操作维护子系统7.3高速铁路数字移动通信系统OSS是相对独立的子系统，为GSM-R网络提供管理和维护功能。用于操作维护的设备被称为操作维护中心（OMC），其中，操作维护中心-交换部分（OMC-S）负责NSS的操作维护，基站子系统操作维护中心（OMC-R）负责BSS的操作维护，FAS网络管理系统（OMC-F）负责FAS的操作维护，等等。OSS是操作人员与系统设备之间的中介，它实现了系统的集中操作与维护，完成了包括移动用户管理、移动设备管理及网络操作维护等功能。.7.3.1GSM-R网络结构及功能7.终端子系统7.3高速铁路数字移动通信系统终端子系统包括固定终端、移动终端等设备。其中，固定终端包括调度终端、车站终端及其他用户电话，以及呼叫记录和录音系统等设备；移动终端由移动设备和SIM卡组成，包括机车综合通信设备、列控数据传输设备和便携台等。.7.3.2GSM-R的主要业务7.3高速铁路数字移动通信系统GSM-R以GSM为根底平台，为铁路运输提供专用移送通信系统，随着应用范围的逐渐扩大，其将成为铁路移动通信的开展主力。.7.3.2GSM-R的主要业务7.3高速铁路数字移动通信系统GSM-R以GSM为根底平台，结合先进的语音呼叫业务和铁路根本业务，构成信息开发平台，通过该平台可以开发出具有对应业务需求的铁路应用系统。1.GSM-R的业务模型.7.3高速铁路数字移动通信系统图7-7GSM-R的业务模型.7.3.2GSM-R的主要业务7.3高速铁路数字移动通信系统2.GSM-R承载的铁路业务GSM-R面