石 杰（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

石杰，女，硕士毕业于北京交通大学，助理工程师。主要研究方向为无线通信，曾参与哈大客运专线GSM-R无线网络优化及多项GSM-R系统相关科研、设计工作。

GSM-R SIM卡是一种专门应用于铁路数字移动通信的SIM卡。它基于普通的GSM SIM卡技术，在此基础上增加了符合铁路业务需求的语音呼叫业务，包括增强多优先级与强拆业务（eM LPP）、语音组呼业务（VGCS）和语音广播业务（VBS）。并提供了铁路特有的业务，如功能寻址、AC确认和用户号码分析等，共同构成了具有符合中国铁路需求的GSM-R SIM卡的解决方案。

基于SIM卡应用开发工具箱（STK）技术的SIM卡结合空中下载技术在公共网络中的应用业务已经发展的很成熟，目前主要应用于为运营商提供增值业务，手机银行、股票交易、外汇买卖和理财秘书等，很大程度上改善了网络的服务质量。由于铁路业务的特殊性，要提升网络质量，利用SIM卡平台开展铁路特色增值业务以及加强SIM卡和用户数据管理对于保障铁路安全运行和提高生产效率非常重要，而通过新技术的开发和相关信息系统的建设来提高SIM卡应用技术和管理水平是一项重要的手段。

1 SIM卡应用开发工具箱（STK）

传统的SIM卡中，M S与SIM卡之间的通信方式为由M S给SIM卡发送命令，SIM卡在执行完命令后，向M S返回确认信息。M S与SIM卡之间的这种关系不利于开发由SIM卡提供的业务与应用。传统的SIM卡的软件特性遵循《3GPP TS 11.11，用户身份模块—移动设备(SIM-ME)接口规范》、铁道部颁布的《GSM-R数字移动通信网设备技术规范 第四部分：SIM卡》、《GSM-R数字移动通信网设备测试规范 第五部分：SIM卡》和《铁路GSM-R数字移动通信网络编号计划》。

STK是在原SIM卡被动式的操作系统上，衍生出SIM卡主动交互式的操作系统。它提供的机制，允许SIM卡中的应用与支持该应用的M E进行交互操作，即支持SIM卡与M E之间的主动式对话，从而使移动用户拥有个人化附加业务。应用工具箱是在智能卡和移动终端之间定义了1套命令和过程，借助于这些命令和过程可以使一些不依赖于移动终端的应用在智能卡上独立的运行。支持STK的SIM卡遵循《3GPP TS 11.14，基于STK的用户身份模块—移动设备(SIM-M E)接口规范》，铁道部针对该功能还没有颁布相关的规范。

与传统的SIM卡相比，STK卡首先具有较大的存储量，传统SIM卡的存储容量通常为8 K或16 KBy te，STK卡的容量则为32 KBy te以上。另外，STK卡具有更强的数据处理和运算能力，安全性更高。

从软件特性和功能上比较，传统的SIM卡有18条基础的指令，STK卡在SIM卡的基础上增加了4条新的指令。而新增加最重要的主动式命令的交互主要由SIM卡和ME间的4个基本命令和一个状态字信息完成的。

1）Term inal Profile

由移动设备向SIM卡传送移动设备所支持的SIM卡应用工具箱的功能列表。

作为SIM卡初始化的一部分，概要信息下载命令由ME发给SIM卡。在此过程中，M E读取SIM卡中的文件EFPHASE，若其中SIM Phase的值为‘03’或更高时，则表示SIM卡要求M E执行概要信息下载过程，那么ME在选择EFIMSI和EFLOCI之前向SIM卡发送Term inal Profile命令。ME发送的概要信息应该说明ME支持的SIM卡应用工具箱相关设施。通过这个过程SIM卡知道M E的能力并根据情况限制它的命令范围。如果ME没有发出命令，SIM卡认为ME不支持SIM卡应用工具箱。

2）Envelop

该命令的功能是向SIM卡的应用工具箱传递数据。

3）Fetch

SIM卡使用该命令向M E传递主动式命令，所有的主动命令都是由卡片事先准备好，由M E通过Fetch命令获取。M E接受到命令后将执行这些命令，如显示文本信息、列出项目、发送端信息、要求用户输入等。

4）Term inal Response

当M E决定执行来自SIM卡的主动式命令时，ME即用Term inal Response通知SIM卡命令的执行情况。

* 如命令执行成功，M E就用Term in a l Response命令通知SIM卡；

* 如命令未执行成功，M E就用带有错误条件的Term inal Response命令通知SIM卡。

SIM卡根据该结果进行后续的操作；

5）命令状态字SW 1、SW 2

SIM卡使用该状态字通知M E命令执行的结果，相应参数/数据如表1所示。

表1 命令状态字

2 基于STK的SIM卡远程管理技术的实现

为了使SIM卡中的菜单可以灵活地增加删除，目前在公共网络中运营商均采用了空中下载（OTA）技术。空中下载技术（Over－The－A ir Tech no logy）是一种SIM卡数据及应用的远程管理技术。国际电信标准化组织（ETSI）已经颁布了GSM系统空中下载功能的相关标准。这种远程管理使SIM卡端信息具有动态改变的能力，数据远程下载的实现借助于STK功能和短消息传输通道，OTA应用下载服务器根据用户请求，以数据短消息的形式将相应的服务下载内容发给ME；ME将下载数据透明地传递给用户STK卡，STK卡对下载内容进行组织并实现相应的STK卡菜单管理。

从整个空中下载应用的流程来看，对于M E和SIM卡端的业务流程，从SIM卡初始化流程、上行短信流程、下行短信流程分别用STK支持的4种命令和状态字进行分析。

1）SIM卡初始化业务流程

在M E开机时，要进行SIM卡的初始化，M E向SIM卡发送“Term inal Profile”命令，SIM卡返回响应状态字“91 XX”，通知ME有命令需要执行，手机Fetch主动式命令Setup Menu，建立菜单，手机显示菜单给用户，具体的业务流程如图1所示。

2）下行短信流程

当M E收到一条来自网络的下行短消息时，ME就用Envelope（SMS-PP DOWNLOAD）命令，把消息透明地传递给SIM卡，SIM卡接收消息并对数据作处理。

若SIM卡返回状态字“90 00”，则是通知M E命令执行结束，手机将回到一级目录的状态，并且ME应该向网络确认收到短消息。

若SIM卡响应‘93 00’，M E应重试命令并且向网络发送消息指出“SIM卡应用工具箱忙”。

若SIM卡返回响应状态字“91 XX”，则通知M E，SIM卡已经成功执行前一命令，同时，提醒M E有一个待执行的主动式命令，M E用Fetch命令将“Send Short Message”命令取回，ME向网络发送短消息后，用Term inal Response命令通知SIM卡发送回应短信是否成功，若发送成功且SIM卡没有附加信息，则返回状态字“90 00”，通知ME命令执行结束。

在GSM-R网络中，若SIM卡中的信息发生改变，需要通知用户其变化的情况，以保证用户数据和网络运行的安全性。所以，在SIM卡处理完下行短信后需要提醒用户，此时，SIM卡返回响应状态字“91 XX”，ME通过Fetch获取主动式命令“Disp lay Tex t”，以显示信息的变化内容，之后，M E向SIM卡发送“Term inal Response”命令指示显示文本是否成功，若发送成功且SIM卡没有附加信息，则SIM卡返回响应状态字“90 00”，通知ME命令执行结束，否则继续交互，具体的业务流程如图2所示。

3）上行短信流程

用户选择进入一个一级菜单，手机通过En velop命令告知SIM卡所选择的是哪个一级目录，并在程序中保存该信息。

若SIM卡返回响应状态字“91 X X”，则通知ME有一个待执行的主动式命令，ME用Fetch命令将“Send Short Message”命令取回，流程与下行短信流程类似，只是触发的原因不同，具体业务流程如图3所示。

3 基于STK远程管理技术在铁路中的应用

3.1 GSM-R网络中SIM卡远程管理业务需求

根据铁路工作人员的职能划分，铁路上存在不同类型的用户，主要包含：机车综合无线通信设备、作业手持台、调车手持台、通用手持台、列车控制系统车载通信设备、机车同步操控系统车载通信设备等。不同类别用户有不同的业务需求。例如：作业手持台和通用手持台用户的SIM卡需要支持语音业务和GPRS数据业务，但是要禁用CSD业务；列车控制系统车载通信设备用户的SIM卡必须支持CSD业务，但是要禁用语音业务和GPRS业务。而目前SIM卡管理系统只能实现对SIM卡的静态管理，对SIM卡信息的任何修改都需要在管理中心完成。随着我国铁路GSM-R系统建设不断推进，GSM-R网络规模越来越大，对SIM卡文件的管理都需要用卡单位回收卡片返回发卡地点重新制卡或下载，既浪费了人力、物力、财力、时间，而且存在人工收回及写入的误操作风险，而基于STK技术的SIM卡为实现SIM卡的远程管理提供了途径。

3.2 基于STK远程管理技术在铁路中的应用

1）远程文件的更新/业务升级

在铁路日常运营管理中，可以通过SIM卡远程管理技术对SIM卡中的参数进行远程更新，例如可以对用户支持的组呼ID、广播ID、用户优先级等参数动态更新，通过短消息指令就可以完成对一批卡片的更新，在很大程度上节约了维护成本，缩短了维护时间，也可以通过移动终端的菜单申请业务。并且远程文件的管理有相应的安全保护机制，可以保证传输信息的安全性、保密性和可靠性。

2）设备管理服务

SIM卡远程管理技术中，卡片与OTA应用下载服务器之间的通信可以通过短消息和无线网络的方式。采用无线网络的方式，可以进行大数据量的传输。

在铁路系统中，利用该技术，可以进行列车控制系统车载通信设备的故障检测、远程诊断、软件升级，如果模块发生故障时，由模块自动启动将某些可能包括故障原因的数据上载至骨干业务网内的服务器内储存或进一步自动启动A la rm。远程诊断将从模块上载的数据进行个别的或统计性的分析，以实时或非实时地找出个别模块或无线通信区域问题的原因。但是这种规则的系统发现和输入都很难，推论出来的结果也难以稳定和具有一般性，该应用仍需进一步探讨。软件升级即为远程进行模块软件的更新，苹果公司的新系统iOS 5及以上的升级都采用该技术，具有可实时性，且技术较为成熟，在铁路上应用有可实现性。

[1] ETSI GSM 11.14: Specification of the SIM Application Toolkit (SAT) for the Subscriber Identity Module-Mobile Equipment (SIM-ME)interface,V8.18.0,2007.

[2] 张喜蕊，基于SIM/USIM卡的OTA技术研究[D].北京：北京邮电大学,2008.