耿勇

摘要

调度通信是GSM-R在铁路上的主要应用之-，在提高运行效率、保证行车安全方面起着重要作用。GsM-R提供的高级语音呼叫业务，尤其适用于铁路的列车指挥调度部门，很好解决了GSM-R网络可用频点数不多，无线信道资源紧张的问题，为铁路专网通信的稳定性和可靠性提供了很好的保障。

关键词：GSM-R;高级语音呼叫业务;语音组呼业务;UPPAAL;

TN929.532

1.绪论

近年来，我国铁路经历了重载运输、电气化改造、既有线提速、高速铁路和区际干线建设等-系列的技术进步，推动了铁路通信信号技术的发展。GSM-R是专门为铁路设计的移动通信系统，我国从1994年就开始对GSM-R技术进行研究，并最终确定其作为我国铁路移动通信的发展方向。GSM-R网络在GSM蜂窝系统平台上增加了多种铁路业务和适合高速环境下使用的要素，能满足铁路通信的要求。GSM-R是面向未来的技术，它将从广阔的GSM公网市场和GSM技术的不断演进中获益，具有巨大的发展空间。本文分析了GSM-R系统的结构和业务模型，主要研究了高级语音呼叫业务的实现过程。

2.语音呼叫业务流程分析

2.1业务用户发起呼叫

业务用户在主控MSC区发起组呼，其组呼区域中的用户可能包括本MSC区的用户，中继MSC区的用户以及固网用户(如调度员以及车站值班员)等。为了使分析过程具有普遍性意义，本节所分析的情况，包含了以上三种用户。业其中，MS指当前发起呼叫的用户，Ms指组呼区的其他用户，BSS指MS所属基站子系统，MSC-A指MS所属主控MSC，VLR指拜访寄存器，GCR指组呼寄存器，FNT指固网调度员，MSC-R指属于组呼区的中继MSC。

(l)业务用户向网络发起信道分配请求，并在消息中指明请求原因为要发起语音呼叫。BSS发送立即指配消息，为发起信道请求的移动用户分配-条独立专用控制信道(SDCCH)，以便使用此信道发送后续的交互信令。

(2)业务用户在接收到BSS为其指配业务信道消息后，向MSC发送业务请求消息，指示请求业务为VGCS，其中包含了组呼的初始信息。

(3)MSC将接收到的组呼初始信息发送给VLR，与VLR中的用户注册数据进行对比，以确认此用户是否有开通组呼业务，并将校验的结果返回给MSC。

(4)MSC发起鉴权和加密过程应答用户发起的业务请求，用户对MSC发起的鉴权进行应答。

(5)用户在收到网络应答业务请求的消息后，将向网络发送SETUP消息(或用IM血正DIATESETUP消息来发起紧急语音呼叫)，向MSC提供该VGCS的详细信息，包括默认优先级和组D等。

(6)MSC将SETUP消息中包含的该组呼的ID号发送给VLR，VLR通过与所存储的该用户已激活的组呼D列表进行对比，来确认用户是否具有发起该组呼的权限，并且将权限确认结果返回给MSC。

(7)如果网络允许该用户发起此组呼，MSC将请求BSS为此组呼发起用户分配-条专用信道。BSS为该发起用户分配专用信道，并向该用户发送指配命令消息。

(8)主控MSC向组呼寄存器GCR查询该组呼ID所标识的组呼属性。

(9)获得了组呼的属性后，主控MSC与组呼区域中的所有相关的BSS间建立SCCP(信令连接控制，用于节点之间传送信令和数据)连接，并发送组呼信道指配请求消息。

(10)对组呼区域包含的固网调度员，主控MSC使用正常流程对这些用户发起呼叫，即通过GMSC向固网用户发送连接消息并应答。

(11)主控MSC向每-个中继MSC发送组呼属性，并请求建立连接，中继MSC对主控MSC的连接请求进行确认，VGCS可以准備开始通话。主控MSC将发起此次VGCS的用户的IMsl发送给每-个中继MSC，以指示该用户可以终止此VGCS。

(12)当收到外网用户和中继MSC的连接应答消息后，网络向主叫用户发送呼叫建立消息，并且广播通知消息，指示可以通话。

(13)Bss接收到MSC发送的清除资源的消息时，将向主叫用户发送信道释放的消息，主叫用户在释放专用信道之后能够正确地切换到组呼信道上进行聆听。

2.2业务用户发起上行信道接入

(1)BSS在组呼下行信道上重复发送上行信道空闲消息，通知该VGCS中的所有用户上行信道空闲，业务用户可以占用上行信道讲话。

(2)业务用户在组呼上行信道上发送上行接入消息，请求占用上行信道。当BSS接收到用户发上来的上行接入消息时，将向MSC发送上行请求消息。

(3)当用户获得了上行信道的控制权之后，就可以直接讲话了。

(4)接入上行的业务用户释放上行信道。

2.3移动用户发起越区切换

(l)根据小区中网络广播的相邻小区列表，移动用户对这些小区的接收电平进行测量，并用此消息将测量反馈给网络，为该移动用户进行切换提供依据。

(2)BsS分析测量报告，满足切换门限时，BSS向MSC发起切换请求。在组呼建立的过程中，BSS与MSC之间为专用信道资源指配和组呼信道资源指配建立了不同的SCCP连接，BSS就是依靠该标识来向MSC传递究竟是-个专用信道的切换还是-个组呼上行信道的切换。

(3)MSC通过对接收到的原小区BSS发送过来的切换请求消息进行分析，发现请求的是-个组呼信道的信道切换，然后核对组呼参考，确认目标小区是否包含于组呼区域中，向用户发送切换命令。

(4)当主叫用户接收到MSC发送的切换命令后，准备接入目标小区。当组呼用户成功的接入到目标小区后，就向网络发送切换完毕的消息，目标BSS将该消息发送给MSC，切换过程完成。

(5)MSC在接收到目标BSS发送过来的切换完成的消息之后，就向原BSS发起资源清除的命令，清除用户在原小区所使用的信道资源。

3.高级语音呼叫模型

3.1语音呼叫的功能实体以及状态标示

高级语音呼叫业务是铁路行车指挥调度的重要手段，其通信过程涉及移动用户(包括列车和移动调度员)和车站值班员、固网调度员等不同身份的用户，完成语音通信的媒介是铁路通信网络。

3.2呼叫过程涉及的各个功能实体

1、组呼主控MSC(MSC-A)

当VGCS组呼区域跨越多个MSC范围时，负责控制和维护组呼的MSC称为主控MSC。如果有多个用户使用上行链路，网络在组呼主控MSC内执行竞争解决方案。会议桥位于组呼主控MSC内。主控MSC负责建立到主控MSC和相关中继MSC内指定小区的连接以及到调度员的连接。在本文所构建的模型中，若主叫用户属于主控MSC的管辖范围，则查询GCR时，GCR向主控MSC提供此次呼叫的组呼属性以及中继MSC信息。若主叫用户属于中继MSC的管辖范围，则查询GCR时，GCR向该中继MSC提供此次呼叫的组呼属性以及所对应的主控MSC的正确路由，由主控MSC完成对该呼叫的控制。

2、组呼中继MSC(MSC-R)

当组呼区超出-个MSC区时，中继MSC控制那些超出主控MSC控制范围的小区。若主叫用户在中继MSC服务区内，GCR向中继MSC提供组呼参考和该MSC到主控MSC的路由，将呼叫路由到主控MSC后，由主控MSC完成对该呼叫的控制。

3、网关移动业务交换中心(GMSC)

当处于组呼区域外的固网调度员发起VGCS时，GSMC负责分析其呼叫的MslSDN号码，并将呼叫路由至该呼叫的主控MSC。GSMC主要作用是，固网调度员发起呼叫时，GSMC收到呼叫请求，分析该MSISDN号，无需请求HLR，根据GSMC内的路由表直接将呼叫路由到主控MSC。

4、组呼寄存器GCR

GSM-R网络保留了GSM的大体结构，增加了-个储存组呼属性的寄存器，即GCR。GCR的功能结构如图4-1所示:

5、归属位置寄存器HLR

HLR是网络子系统中重要的数据库，实现对移动用户的管理。HLR提供永久注册的移动用户数据，主要完成与VLR以及MSC的移动用户信息交互。当该移动用户位置区发生变化时，储存VLR的标识信息，并实时完成VLR更新，对应标识信息的更新。本文将HLR合并设置在MSC中，不再单独构建模型。

6、拜访位置寄存器VLR

VLR管理在-个MSC区(非归属MSC区)漫游移动用户的动态数据信息。当用户在VLR中登记时或在HLR中修改其参数时，HLR应把该用户签约的所有组ID传送给VLR;当用户离开当前VLR控制区时，则HLR请求VLR删除其参数。

7、移动用户MS

移动用户SIM上存储用户预约的组ID，用户能激活、去激活SIM中组ID状态(去激活时，用户可以忽略这个组ID对应的通知消息)。

结论

GSM-R是专门为满足铁路应用而开发的数字无线通信系统，针对列车调度、列车运行控制等特点，为铁路运营提供移动通信手段，有效地实现调度指挥、紧急通知等特定功能。本论文对高级语音业务的实现进行了有益的探讨性的研究，所做的工作可以为后续的相关研究和实际的应用提供一些有益的参考。

参考文献

[1]刘立海，刘建宇等.关于GsM-R系统无线信道与通信质量的讨论[J].铁路工程.2006.7:31-32

[2]夏蓉.无线列调实现GsM-R的关键技术分析[J].铁道建筑技术.2008(增)