王希庆

（西安铁路职业技术学院 陕 西 西 安 7 10014）

列车无线车次号校核系统是调度集中/列车调度指挥系统（CTC/TDCS）的重要组成部分。它能以无线方式将列车车次号、机车号、位置、运行速度、列车启动和停稳等信息传送给CTC/TDCS系统进行校核，从而使CTC/TDCS系统对列车进行实时监视和控制。它是列车进路自动控制的基础；是实现调度命令、行车凭证不停车交付和进路信息自动预告的前提；是保证行车安全、提高运行效率的重要条件；是运输指挥和管理现代化的有力手段。

1 系统组成

车次号校核信息传送可以采用铁路数字移动通信网络（GSM-R）或450 MHz列车无线调度通信系统完成。在GSMR模式下，系统由GSM-R网络、CTC/TDCS设备、GPRS归属服务器、GPRS接口服务器 （GRIS）、机车综合无线通信设备（CIR）、机车数据采集编码器、机车安全信息综合检测装置等组成。具体设备连接如图1所示。

系统核心设备是GRIS，它通过GSM-R通信服务器负责GPRS网络与CTC/TDCS系统之间的通信，并以以太网方式与网关GPRS支持节点 (GGSN)和GSM-R通信服务器连接。主要实现传输层和应用层通信协议转换、IP地址转换；数据存储转发；IP地址更新；通过用户鉴权保证网络和信息传输的安全性；告警提示；日志记录和管理等功能。

机车数据采集编码器和机车安全信息综合检测装置之间采用RS485接口；机车数据采集编码器和CIR之间采用了7芯电缆连接。

2 系统主要功能

1)机车数据采集编码器采集机车安全信息综合检测装置的数据，每200 ms向CIR发送一次，CIR按规定条件发送车次号信息。数据符合以下条件之一时发送一次车次号信息：①监控状态下，列车进入新的闭塞分区、进站、出站；②非监控状态下，列车运行速度由0变为5 km/h；③非监控状态转为监控状态时；④列车停稳时发送一次列车停稳信息，列车启动时发送一次列车启动信息。

2)获取车次号信息传送的目的IP地址并及时更新。

3)支持CTC/TDCS查询指定列车的车次号信息。

4)发送端采集编码器和接收端CTC/TDCS设备可以对发送的车次号信息、列车停稳和列车启动信息进行存储。

5)机车数据采集编码器具有发送车次号测试信息的功能。

6)CTC/TDCS系统能对接收到的无线车次号信息进行车次校核并对列车进行追踪。

图1 列车无线车次号校核信息传送系统原理图Fig.1 Wireless transmission system for train number check information principle diagram

3 无线车次号校核信息传送功能在GSM-R网中的实现过程

在GSM-R模式下，车次号信息的传输采用GPRS方式，利用UDP协议，CIR和GRIS分别固定在UDP端口20000和20001上进行UDP数据包的接收[1-10]。

3.1 目标设备IP地址的获取

CIR要在GSM-R网络中实现数据域业务，必须首先获取目标设备（GRIS）的IP地址。通过3个过程实现：

3.1.1 附着（ATTACH）

是系统根据移动终端的签约数据确定移动终端在当前请求的GPRS路由区域中是否允许进行数据业务访问。CIR可以在开机时通过无线接入鉴权获得无线信道后向GPRS业务支持节点（SGSN）发起“附着请求”消息，SGSN得到CIR的IMSI标识后，向归属位置寄存器（HLR）请求进行认证，并根据HLR下达的用户签约数据对CIR进行鉴权，同时SGSN将终端的当前位置信息上传HLR。鉴权通过后，SGSN就会向CIR返回“接受附着”消息。

3.1.2 PDP（Packet Data Protocol）激活

通过PDP上下文激活过程，用户获得GGSN的鉴权许可，建立终端与基于GPRS分组域之间的数据通道。PDP激活过程由CIR发起，首先向SGSN发起 “激活请求”消息；SGSN根据消息中携带的参量向HLR查询相应的GGSN地址，然后再向 G GSN发送 “创建请求”；GGSN可以通过RADIUS服务器对终端进行签权，并将鉴权结果以及各项参数携带在“响应请求”消息中，回送给SGSN；由SGSN再向CIR发送“接受激活请求”消息，从而完成PDP激活过程。

3.1.3 获取当前GRIS的IP地址

GPRS归属服务器的IP地址预存在CIR内，通过GSMR网络，CIR向GPRS归属服务器查询当前GRIS的IP地址。IP地址查询指令的内容包括机车号、车次号、公里标、当前小区号、经纬度等信息，根据这些信息归属GRIS获得列车当前对应GRIS的IP地址，经GSM-R网络会送给CIR，作为车次号校核信息传送的目的地址。

3.2 目标设备IP地址的更新

当列车运行至新的CTC/TDCS区段时，车次号校核信息发送的目的地址也将随之改变，因此需要将原来GRIS的IP地址更新为当前管辖GRIS的IP地址，即IP地址更新。实现过程有如下两种方式：

方式一：列车运行到铁路局的交界处，当前CTC/TDCS通信服务器判断CIR即将移出管辖区域时，向GRIS发送“越界指示”，内容包括当前GRIS列车机车号、车次号以及接管铁路局代号等信息。当前GRIS根据收到的接管铁路局代号信息查询数据库，获得接管GRIS的IP地址，并向CIR发送“IP地址更新”数据帧。CIR接收数据帧，首先回复“IP地址更新响应”，当前GRIS收到CIR回复的“IP地址更新响应”后，再向CTC/TDCS通信服务器发送回复“越界指示响应”。CIR将收到的IP地址作为车次号校核信息，列车停稳及启动信息传送的目的地址，实现IP地址的更新。若GRIS在规定的时间内没有收到“IP地址更新响应”，应重发“IP地址更新”数据帧。重发次数为3次。

方式二：当机车运行到新的CTC/TDCS管辖范围，若CTC/TDCS中心未能及时向GRIS发送越界指示或者由于通信网络原因造成IP地址更新的相关信息未能正常传输时，CIR仍然向原GRIS发送车次号校核信息。GRIS内存储了全国各铁路局的管辖范围（经纬度、公里标、小区号等位置信息）和相应GRIS的IP地址。原GRIS根据CIR发送的车次号校核信息中列车当前的位置信息判断列车不在管辖范围内，则可以根据自身存储的各铁路局GRIS的IP地址负责通知CIR进行IP地址更新操作。

3.3 车次号信息传输过程

3.3.1 CIR主动向CTC/TDCS中心传输车次号信息

CIR从机车数据采集编码器获取机车安全信息综合检测装置的数据，当数据满足相应规定条件时 (见上文所述)，CIR主动向CTC/TDCS中心传输车次号信息。

如图1所示，车次号校核信息的传送路径如下：CIR→BTS→PCU(数据包控制单元)→SGSN→GGSN→GRIS→GSMR通信服务器→CTC/TDCS通信服务器，最终传送给CTC/TDCS中心。

3.3.2 CTC/TDCS中心向CIR查询车次号信息

CTC/TDCS需要查询运行列车的车次号信息时，将查询命令发送给GRIS，GRIS将查询命令转发给CIR，CIR接收到查询车次号信息的命令后，向CTC/TDCS中心发送一次当前位置的车次号信息。

4 结论

本文通过对采用铁路数字移动通信网络（GSM-R）实现车次号校核信息传送功能的分析,说明这种技术完全可以满足铁路安全运输生产的要求,同时解决了原来使用450MHz列车无线调度通信系统实现车次号校核信息传送功能带来频率利用率低且干扰严重的问题。它必将成为今后车次号校核信息传输的主要手段。

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