基于GSM—R的铁路通信设备网管系统的研究与设计

维普资讯 http://www.cqvip.com ■陈晓晨／北京交通大学　摘张小津／轨道交通控制与安全国家重点实验室（北京１０００４４）　要：文章简要介绍了ＧＳＭ—Ｒ网络结构和业务功能．主要对基于ＧＳＭ—Ｒ网络的铁路通信相关设备的网管系统　提出了设计方案．并在实验室进行了模拟试验。该设计能够使管理维护人员实时掌握铁路通信设备运行状况．　对异常情况进行及时处理．保障铁路运行安全。　关键词：ＧＳＭ—Ｒ：网管系统；电路交换数据连接：通用分组无线业务　中图分类号：ＴＮ９１５．８５２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—１　１３１（２００６）０５—００２９—０３　ＧＳＭ－－Ｒ［　１是铁路专用的综合数字　陈晓晨　男，ｌ　９　８　２年　牛，安徽六安人，北京　文通人学在读硕士研究生，中国通信　协会会员，研究方向为无线宽带与个　能参数监测、故障诊断。　与一般的网管系统不同，基　于ＧＳＭ－－Ｒ的铁路通信设备网管系统　则是在现有网管系统的基础上．　移动通信系统．它在ＧＳＭ蜂窝网络　的基础上增加了铁路调度通信功　能和适合高速环境下使用的功能　寻址等专用技术．满足国际铁路　利用ＧＳＭ－－Ｒ网络提供的数据传输业　务来设计的一种特殊管理维护模　式。基于ＧＳＭ－－Ｒ的网管系统可以较　为容易的通过一个或几个无线平　联盟提出的铁路专用调度通信的　人通信。　要求。　张小津　女，北京文通大学副教授。　网络管理系统是对网络设备　管理维护的系统　主要用来对网　络设备进行监测、配置和故障诊　断。主要功能有自动拓扑发现、性　台掌控远隔千里的铁路网络设备、　服务器甚至ＰＣ．这样不仅可以简化　运行维护、降低维护成本、提高工　Ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎ￣ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｏｆ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｍａｎａｅｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　Ｒａｉｌｗａｖ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＧＳＭ—Ｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ＣＨＥＮ　Ｘｉａｏ—ｃｈｅｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｘｉａｏ—ｉｉ“　（Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｖ　ｏｆ　ＲａｉＩ　Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　Ｓａｆｅｔｙ、Ｂｅｉｉｉｎｇ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｖ、Ｂｅｉｉｉｎｇ　１　０００４４　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　Ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＧＳＭ—Ｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｎｄ　ｍｏｓｔｌｙ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ａ　ｐｌａｎ　ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ａ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｒａｉｌｗａｙ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＧＳＭ—Ｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｅ　ｐｌａｎ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｔｅｓｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌａｂ．Ｉｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｅａｓｉｌｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍａｎ　ｗｈｏ　ｗｏｒｋｓ　ｉｎ　ｒｅｍｏｔｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｅｎｔｅｒ　ｔｏ　ｋｎｏｗ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｌｙ，ｉｔ　ｃａｎ　ａｌｓｏ　ｈｅｌｐ　ｐｅｏｐｌｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｅｘｃｅＤｔｉｏｎａｌ　ｓｔａｔｕｓ　ｉｎ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｕｎｎｉｎｇ　ｒｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｉｎ　ｓａｆｅｔｖ．　Ｋｅｖ　ｗｏｒｄｓ：ＧＳＭ—Ｒ：Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；Ｃｉｒｃｕｉｔ—Ｓｗｉｔｃｈｅｄ　Ｄａｔａ　ｌｉｎｋ；Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｐａｃｋｅｔ　Ｒａｄｉｏ　Ｓｅｒｖｉｃｅ　陈晓晨张小津／基于ＧＳＭ—Ｒ的铁路通信设备网管系统的研究与设计　００　№ｓ　２９　维普资讯 http://www.cqvip.com ｒ　谚鹱　０＿冀≯　＿¨。　“　。作效率．而且还能够带来物理安全性的提高．使网管　人员摆脱了来回奔波的传统作业模式．大大增强了网　络管理系统的易用性。　ｌ｜　静　一、基于ＧｓＭ—Ｒ的铁路通信设备网管系统　的研究与设计　１．１　ＧｓＭ—Ｒ网络数据传输方式及比较分析　ＧＳＭ—Ｒ网络的数据传输方式主要２种：电路交换　１　采＿Ｆｆｊ电路交换数据传输的网管系统　数据传输和通用分组无线　。　数据传输。其中：　（１）电路交换数据传输：电路交换数据（ＣＳＤ）方式　（１）　采用电路交换数据传输的网管系统：　如图１．近端网管和ＧＳＭ－－Ｒ网络之间采用标准的　ＰＲｌ（３０Ｂ＋Ｄ）ｌ２］接口相连。近端网管通过网络配置后将虚　中，各数据模块采用拨号的方式在两个数据终端间建　立一个数据传输链路。在进行数据传输之前需要预先　建立起电路连接，并在拆链之前永久占用信道。采用　网管系统加ＧＳＭ－－Ｒ通信模块可以实现电路域的无线传输。　（２）　通用分组无线传输：通用分组无线数据（ＧＰＲＳ）　传输是一种基于ＧＳＭ系统的无线分组交换技术，提供　端到端的、广域的无线ｌ　Ｐ连接。通俗地讲，ＧＰＲＳ是一　项高速数据处理的技术，方法是以”分组”的形式传　拟出一个号码，该号码用于远程网管通信模块和近端　网管建立ｃＳＤ电路连接。远程网管则和ＧＳＭ—Ｒ通信模　块相连，模块中放入Ｓ　　ｌＭ卡。当远程网管控制通信模　块和近端网管虚拟号码建立起电路连接后就可以相互　传输数据了。近端铁路通信设备网管将其获得的设备　信息全部通过ＧＳＭ—Ｒ网络转发给远程网管．这样远程　网管就可以获得近端网管的全部信息。另外　近端网　管还可以和远端网管进行命令交互，远程网管可以远　程控制近端网管．实现关键设备的异地远程管理。　送资料到用户手上。ＧＰＲＳ传输速率目前可达到９　６ｋｂｉｔ／ｓ．　能在０　５Ｎ１　ｓ之内恢复数据重新传输。采用网管系统加　ＧＰＲＳ通信模块可以实现分组的无线传输。　（２）　采用分组交换数据传输的网管系统：　如图２．近端网管和ＧＳＭ—Ｒ网络中的网关ＧＰＲＳ节　电路交换数据具有很短传输时延．适合传输实时　性要求比较高的应用。但电路交换数据需要在传输之　前建立一条专用的信道．传输数据时一直保持这条信　道．这种传输方式不利于节约信道。分组交换数据传　输适合突发性、每次数据流量小、总体数据流量大、　实时性要求较高的应用。但分组交换数据传输的实时　点（ＧＧＳＮ）之间采用标准的Ｇｉ接口相连。近端网管通过　配置一个ＧＧＳＮ网关地址　并设定一个ＩＰ地址．该ｌＰ地　址用于远程网管和近端网管建立ＧＰＲＳ分组数据连接。远　程网管则和具有ＧＰＲＳ功能的ＧＳＭ－－Ｒ通信模块相连。远　程网管采用ＧＰＲＳ拨号上网．通过ＴＣＰ传输控制协议方　式与近端网管建立连接。当远程网管控制通信模块和　近端网管ｌ　Ｐ建立起电路连接后就可以相互传输数据了。　性比电路交换数据传输的实时性要差一些。　１．２网管系统设计　近端铁路通信设备网管将其获得的设备信息全部通过　ＧｓＭ—Ｒ网络转发给远程网管，这样远程网管就可以获得　经过上面的讨论分析　可以设计出基于电路交换　近端网管的全部信息。和电路交换传输一样　近端网管还　和分组交换数据传输的两种网管系统。该网管系统主　要分为两部分　近端网管和远端网管。近端网管一般　放置于和ＧＳＭ—Ｒ网络设备相近的机房．和网络相关设　备通过相应的接口有线连接：远端网管放置在有ＧＳＭ～Ｒ　网络覆盖的地方和通信模块相连。远程网管在有网络　可以和远端网管进行命令交互．实现异地远程管理。　Ｉ∞　ｌ　垃｜Ｉ皇盘Ｅ一曹　覆盖的地方还可以实现移动维护。这样近端网管和远　　．凰　■　．　端网管就通过ＧＳＭ—Ｒ网以无线连接方式进行数据交互，　达到远程管理维护的目的。下面将分别介绍两种网　管系统：　氢　圃　［皋１　２　采用分组交换数据传输的网管系统　３０　。６№．５　陈晓展张，Ｊ、津／基于ＧｓＭ—Ｒ的铁路通信设备网管蕃统的研究与设计　维普资讯 http://www.cqvip.com 二、实验室测试　由以上试验结论可知，采　为了验证上述两种系统数传方式的可靠性，在实验室分别针对传输　用电路交换和采用５－）－组交换　时延、丢帧率和误码率进行了测试。具体数据传输试验流程如下：　技术都可以作为近端网管和　（１）　近端网管通过网络发送含有标识的数据包到远端网管．并启动　远端网管数据传输的方式，　定计时器Ｔ１．　在实际应用中可根据各自特　（２）　远端网管接收到数据包后将通过网络立即发送响应数据包给近　点择优选择。　端网管，并启动定时器Ｔ２；　（３）　近端网管收到响应帧后将通过网络立即向远端网管发送收到响　三、结束语　应帧的确认帧　并停止定时器Ｔ１．记录时间差；　本文是在掌握ＧＳＭ－－Ｒ网络工　（４）　远端网管收到确认帧后发送消息通知近端网管一个周期测试结　作原理的基础上，针对铁路通　束，并停止定时器Ｔ２，记录时间差，之后重复（１）～（４）。　信设备网管系统特点而提出了　一套设计方案．并在实验室进　行了测试．取得了满意的效果．　Ｔ１　具有一定的使用价值，为远程　维护人员提供实时可靠的设备　信息和有效的维护：ｈ－式，对保　Ｔ１　障铁路运行安全具有重要意义。　图３　试验数据传输试验流程　经过图１，图２的配置．分别采用电路交换和分组交换方式进行了数　参考文献　据传输试验，试验结论如下：　１、钟章队、李旭、蒋文怡．铁　路综合数字移动通信系统，－ＩＹ，　两种方式都有效完成了数据交互功能，其中电路交换方式误码率为　京：中国铁道出版社，２００３．５１－－７９．　Ｏ　３１２５％，丢帧率Ｏ　３１２５％．传输时延实验室测试大约１８７　５－－２６５ｍｓ左右．传　２、　ＧＳＭ—Ｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｃｌａｓｓ　输前建立链路时间大约１～２秒左右，分组交换方式误码率为零，丢帧率　１　Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．ＳＵＢＳＥＴ一０９３．　为零，传输时延比电路交换数据传输方式稍高．实验室测试大约８５６　２５～　Ｖ２．２．６．２００３～９—１５．　１　０３０　５ｍｓ左右．传输前不需要建立链路（见表１、２）。　从数据中可以看出，实际中近端网管和远端网管之间传送　３、钟章队、蒋　、李红君．　的信息都有可能丢失，这样保障数据的安全到达ｚｌｌｚ常重要。对　ＧＰＲＳ通用５｝－组无线业务，北京：　于电路交换方式的网管可以通过编程的方式进行处理，对于５－）－　人民邮电出版社，２００１．８１一ｌ４７．　组交换方式的网管则可以通过ＴＣＰ传输控制协议来保障数据传输。　ｌｌｌｌ＼　Ｉ督ｊｌｊ　。∞警ｌ　势第一髫麓鬟ｊ“　毒ｊ鹭嬲　｜　ｉ　｜曩黯ｌ磐　磐　０　＿　省黪¨；　菇常　罨＝　　。　＃器　嚣　，ｌ　磐　¨ｉ　ｌ　ｌＩ　ｌ一｜蠢口　ｌ　ｔ次　｜蝴　◆ｉｔ　ｒｌ黪　＿　磐　磐　季　鬟第四　誊ｊ　　｜暑　。　时延均值（ｍｓ）　ｌ８７．５　２００．５　ｌ　８５．５　２６５　２０９．６２５　误码率　Ｏ％　Ｏ％　１．２５％　Ｏ％　Ｏ．３ｌ２５％　丢帧率　０％　０％　１．２５％　０％　０．３ｌ２５％　表１　电路交换数据传输的网管系统试验数据　｜　ｉ　ｌ誓Ｉ　第一ｊ捞　童　｜靠譬｜鬈　；　ｌ｜　口　身　辫　善　黝　黪露　ｉ　誊　ｌ　缈｜　｜｜多疹掳　碧谚睁　｜ｊ孽　一　。　譬尊第　缉　／　乎　　口　密　时延均值（ｍｓ）　８５６．５　８９０．２５　９９４　ｌ０３Ｏ．５　９４２．８ｌ２５　误码率均值　０％　０％　０％　Ｏ％　０％　丢帧率　０％　０％　０％　０％　０％　表２　分组交换数据传输的网管系统试验数据　陈臃犀张，Ｊ、津／基于ＧＳＭ—Ｒ的铁路通信设备网管累统的研究与设计　Ｎｏ－ｓ　３１