铁路GSM-R通信系统学习宝典3_业务&网络结构&寻址.ppt

第 3 章第3章,业务业务,本章介绍 GSM-R 的标准电信业务。GSM-R 的电信业务是在 GSM 的电信业务的基础上，根据铁路的特殊需要进行修改和补充后形成的。本章对 GSM-R 的各类基本业务和补充业务的定义和特性进行了比较详细的描述，使读者能够对 GSM-R 提供的电信业务有一个总体的认识。,3.1,移动台的类型和业务的接入,图 3-1 移动台的类型一个移动台的组成可能由三种情况，分别是移动终端（MT）、移动终端（MT）终端设备（TE）或移动终端（MT）终端设备（TE）+终端适配器（TA），如图 3-1 所示。移动终48,3,3,TE1,TA,MT2,MT1,MT1,MT0,TE2,TE2,1,2,3,S,R,移动台是指用来接入 GSM-R 网络提供的电信业务所必需的设备，移动台有三大特性：移动台业务接入配置移动台业务接入能力使用模式业务接入配置必须满足用户对承载业务、终端业务和补充业务的需求。业务接入能力描述了对移动台同时接入指定承载和终端业务的限制。业务接入能力要考虑频率、半速率/全速率、多时隙复用、语音编码几方面的因素。移动台有两种使用模式，一种是手持模式，一种是车载模式。手持模式的移动台是指天线与带有声音传感器的便携式设备结为一体的形式。车载模式是指天线架设在交通工具外部的形式。铁路部门根据执行任务和工作环境，定义了三种不同类型的移动台：机车台：给列车驾驶员和 CRTMS/CTCS 使用；通用电台：铁路员工通用；运行电台：给参加列车运行的人员使用，如调车作业和现场维护。MS,Um,第 3 章,业务,端具有以下功能：无线传输终端无线传输信道管理终端能力，包括给用户提供人机接口表示语音编码/译码为无线路径上传送的信息提供差错保护，包括前向纠错和自动反馈重发的功能。信令流控，用户信令与 PLMN 接入信令之间的映射无线信道速率和用户速率之间，用户数据速率之间的适配多终端支持移动性管理移动终端有三种类型：MT0，包含以上移动终端的全部功能，但不支持终端接口MT1，包含以上移动终端的全部功能，并提供一个接口，符合 ISDN 用户-网络接口规范的 GSM 建议子集。MT2，包含以上移动终端的全部功能，并提供一个接口，符合 GSM07.0 x 系列终端适配功能规范。终端设备（TE）在接入点 3 给用户提供人机界面，也可以在接入点 1 或 2 提供一个物理接口。在图 3-1 中，有两类终端设备：TE1：提供一个 ISDN 接口。ISDN 的话音和数据业务通过 S 参考点接入 MT1。TE2：提供一个非 ISDN 接口，例如 CCITT 或 X 系列接口。V 系列或 X 系列的终端设备可以在 R 参考点通过 ISDN 的终端适配器接入 MT1。其中，R、S 参考点都是物理可实现的。移动用户通过移动台接入定制的电信业务。当用户漫游时，只要提供有效的 IMSI 号，就可以在业务提供者授权的区域内接入业务。用户不仅可以使用归属网络提供的电信业务，而且通过网络之间的互连互通还可以使用漫游网络提供的电信业务。GSM-R 网络通过位置注册的功能来实现业务的连续性。,3.23.2.1,电信业务的框架描述电信业务的定义和分类,GSM-R 支持的电信业务是指由网络提供给用户的通信能力。GSM-R 网络与其他网络合作为用户提供了一组标准化的电信业务。电信业务可以分为两大类：承载业务和终端业务。承载业务：指在两个接入点之间传送信号的能力。它只涉及低层（13 层）的功能。终端业务：指可以为用户之间通信提供全部通信能力的电信业务，包括终端设备的功能。这些用户必须服从网络运营商统一制定的通信协议。终端业务不仅涉及到低层的功能，还与高层（47 层）的功能有关。图 3-2 描述了 GSM-R 中的承载业务和终端业务的关系：49,第 3 章,业务,图 3-2 GSM-R 中的承载业务和终端业务随着用户需求的发展，标准化组织对基本的电信业务进行了修改和补充，这就形成补充业务。一个补充业务可能会应用于多个电信业务，因此可以把电信业务细分为以下几类，如表 3-1 所示：,表 3-1,电信业务分类,3.2.2 支持电信业务所需具备的能力对接入 GSM-R 网络中的用户，要充分支持一项电信业务必须具备以下能力：网络能力（在 GSM-R 网络或其他网络中）；根据需要具备的终端能力；根据需要具备的支持其他业务的能力；与业务提供有关的操作的特性。网络能力分为低层能力和高层能力。低层能力是指与承载业务有关的能力，高层能力是指与终端业务有关的能力，它必须与终端业务的低层能力一起为终端业务服务。终端能力也包括低层能力和高层能力，在承载业务中不需要包括终端能力，但是终端设备必须要满足承载业务的低层能力。操作能力包括维护、计费、用户对网络特性的控制等能力。3.3承载业务通常从四方面特性来描述承载业务：信息传输特性：这一特性描述了从 GSM-R 网络的用户接入点到其他网络的用户接入点之间的传输信息的网络能力。接入特性：描述了从接入点接入网络的功能或设备。互联特性：描述了终端网络和接入点的特性，终端网络也可能与源端网络是同一个。一般特性。图 3-3 说明了这四种特性之间的关系：50,终端,网络,终端,GSM-R 网络,终端网络,电信业务承载业务可能的传递,第 3 章,业务,51,表 3-2,承载业务的具体特性,对于所有的 GSM-R 承载业务，下列属性具有相同的参数值，如表 3-3 所示：,表 3-3,承载业务的公共参数值,GSM-R 陆地网络,互连功能,传递网络,互连功能,终端网络,互连特性一般特性图 3-3 承载业务特性之间的关系承载业务每一特性所包含的具体内容如表 3-2 所示，对于每一特性必须包含的内容用最小集合来描述：,信息传输和接入特性,第 3 章,业务,图 3-4 终端业务的特性52,终端,网络,终端,GSM-R 网络,终端网络,注释：在 GPRS 中要求使用分组传输的模式 GSM-R 网络的传输速率决定于参考点，传递网络和终端网络 GPRS 中要求双向非对称性所有的承载业务都支持在 R/S 参考点之间的信息传输和由多个子速率通过速率适配合成一个信息流的信息传输。承载业务主要分为以下四类：无限制的数据信息（UDI）这一业务是指信息以固定不变的比特率传输，保持比特序列的独立性和完整性。3.1kHz 的音频信息（GSM-R 网络外部）在 MSC 中常选择“3.1kHz 音频”作为互连功能。当需要与 ISDN 或 PISN 中的 3.1kHz音频业务进行互连时，以及需要在互连功能中选择调制解调器时，就会使用这项承载业务。“GSM-R 网络外部”是指 3.1kHz 的音频业务仅在 GSM-R 网络外部使用，即 ISDN或 PISN，用户通过互连功能接入 GSM-R 网络后使用的是无限制的数据信息业务。分组组装/分拆（PAD）为一个 PAD 提供一个异步连接，使 GSM-R 网络的用户能够接入到一个分组网络（PSPDN/ISDN）中去。分组提供一的同步连接，使 GSM-R 网络的用户能够接入到一个分组网络（PSPDN/ISDN）中去。3.4终端业务GSM-R 中的终端业务主要由三方面的特性来描述：高层特性低层特性：用支持该项终端业务的承载能力来描述，包括信息传输特性和接入特性。一般特性终端业务的应用必须有承载业务的低层承载能力支持，但是由于终端业务的管理和提供是相对独立的，所以它的低层能力不一定就对应于具体的承载业务。下图描述了终端业务各特性之间的关系：高层特性低层特性（承载能力）可能的传递,第 3 章,业务,53,GSM-R 终端业务的主要类别如表 3-4 所示：,表 3-4,终端业务的分类,1.,语音业务,第一类语音业务主要包括电话和紧急呼叫两类独立的业务。电话业务提供话音的传输和 ISDN/PSTN 中音频信令的传输，在 GSM-R 网络和固定网络中一样，都可以使用一些语音处理技术，如模拟传输、回音消除、低比特率话音编码等技术。电话业务还支持电话信令的透明传输和双音多频（DTMF）的传输。紧急呼叫业务必须提供标准化的接入，移动台必须支持国家的紧急呼叫号码；网络不需要移动台提供 IMSI 和 TMSI 号就可以接受紧急呼叫；紧急呼叫不受其他基本业务的补充业务和移动台特征的限制，移动台甚至可以在紧急求救的情况下打破锁定状态。,2.,短消息业务（SMS）,3.,传真业务,在点对点的方式下，短消息业务又分为移动台发起（MO/PP）和移动台接收（MT/PP）两种类型。短消息的业务由短消息业务中心（SMS-SC）处理，SMS-SC 独立于 GSM-R网络，提供与 GSM-R 网络的互连功能。这类短消息的最大长度为 160 个字符。另一种独立的业务是广播短消息，如图 3-5 所示。在这种业务中，小区广播短消息业务中心向该小区基站覆盖范围内的所有移动台发送短消息，这种类型的短消息在控制信道内传送，不需要回复确认信息。移动台在空闲状态下也可以接受广播短消息，除非用户需要，一般情况下广播短消息不会被保存。广播短消息的最大长度为 93 个字符。信息提供者 A信息提供者 B图 3-5 小区广播短消息,第 3 章,业务,54,传真业务主要指 3 类传真业务，它又可分为两类：语音和传真交替的业务、自动传真业务。这类终端业务允许将 3 类传真设备连接到移动台上，传真设备可以在 ISDN、PSTN和 GSM-R 网络之间建立连接。传真业务可以使用多个全速率信道，即使在较差的无线环境中也要求具有较高的 QOS。为了使用户能够在语音和传真交替的业务和自动传真业务之间进行切换，支持语音和传真交替业务的网络和移动台必须也能够接受自动传真业务发起的呼叫。如果用户发起的是语音和传真交替的业务呼叫，而网络和移动台只支持自动传真业务呼叫，这时将根据标准规定在两种业务间进行协商，如果协商失败，呼叫将被释放。,4.,语音组呼业务,当多个移动用户涉及到每小区的 VGCS 呼叫时使用这一业务，它是在半双工模式下由一个用户组预先定义的语音会话。,5.,语音广播业务,这项业务是指一个用户向在一定区域内所有的或预先定义好的语音组成员发布语音信息的业务。,3.5,补充业务,补充业务是对基本电信业务的修改和补充。补充业务从网络操作者的角度又可以分为基本补充业务和附加补充业务。在 GSM-R 网络中，基本补充业务对于任何 GSM 网络都是适用的，而附加补充业务是由本国的 GSM-R 网络提供的，当它要在国际间使用时，需要在使用的国家间进行协商。用户可以自主选择使用补充业务。GSM-R 支持许多补充业务，具体的分类和内容如表 3-5 所示：,表 3-5,GSM-R 的补充业务,第 3 章,业务,1.增强的多优先级和强拆以为（eMLPP）这一业务分为优先级与强拆两部分。优先级是指结合快速呼叫的建立为一个呼叫提供某个较高的级别。强拆是指抢夺资源，在缺乏空闲资源的情况下，一个优先级较低的呼叫会被一个优先级较高的呼叫强拆。强拆还可用于当一个优先级较低的呼叫正在进行时，如果有一个优先级较高的呼叫进入，优先级较高的呼叫可以切断优先级较低的呼叫。在用户进行切换时，考虑到呼叫的连续性，使用这一补充业务可以为呼叫建立提供多个优先级。用户在定制业务时可以自己选择优先级的最大值。一般来讲，最高的几个优先级要留给网络内部使用。例如，在有 7 个优先级的情况下，最高的两个优先级可能会用于紧急呼叫，语音广播和语音组呼业务，这两个优先级只能在本地的 MSC 下使用。其他的五个优先级可以由用户定义并在全球范围内使用。用户在漫游时，只要相关网络支持不影响业务的使用。这项业务还可以与 ISDN 中的 MLPP 互连。铁路中的安全列车控制系统，运行和管理通信都可以使用这项补充业务。2.号码识别号码识别是指对用户的 ISDN 号、国家代码进行识别，根据需要还可以对用户的子地址信息进行识别。号码的识别又分为主被叫用户的号码显示和号码限制，主要分为以下四类：主叫线路识别显示（CLIP）：向被叫方提供主叫方的号码显示。主叫线路识别限制（CLIR）：主叫方禁止将号码显示给被叫方。被叫线路识别显示（CoLP）：向主叫方提供被叫方的号码显示。被叫线路识别限制（CoLR）：被叫方禁止将号码显示给主叫方。3.呼叫转移（call diversion）呼叫转移分为两类：呼叫转向（CD）和呼叫前转（CF）。呼叫转移的最大值为 5，即每个呼叫连续转移的次数不能超过 5 次，否则呼叫将会失败。呼叫转向（CD）定制这项业务的用户 A 在遇到一个来呼 B 时可以请求将呼叫转到另一个号码 C，用户 A自己不需要接听。呼叫转向的请求必须在连接建立之前提出，一旦用户 A 已经应答，就不能使用呼叫转向了。呼叫前转呼叫前转（如图 3-6 所示）可以分为四类：遇忙呼叫前转（CFB），无应答呼叫前转（CFNRy），不可到达的呼叫前转（CFNRc）。无条件呼叫前转（CFU）：允许被叫用户将所有来呼或与基本业务群有关的呼叫转移55,第 3 章,业务,56,到另一个号码上。遇忙呼叫前转（CFB）：允许被叫用户在忙时将所有来呼或与基本业务群有关的呼叫转移到另一个号码上。无应答呼叫前转（CFNRy）：当被叫用户没有应答时，允许被叫用户将所有来呼或与基本业务群有关的呼叫转移到另一个号码上。不可到达的呼叫前转（CFNRc）：当被叫用户不可到达时，允许被叫用户将所有来呼或与基本业务群有关的呼叫转移到另一个号码上。这种情况可能是由于被叫用户没有注册，存在无线资源的竞争，或者不在无线覆盖的范围，如在电梯中。对于 CFU、CFB、CFNRy，用户的呼出能力不会受到影响，但是对于 CFNRc，用户的呼出能力会受到影响。,图 3-6 呼叫前转4.呼叫完成呼叫完成类的补充业务包括呼叫等待（CW）和呼叫保持（CH），如图 3-7 所示：呼叫等待（CW）：当用户被通知有一个呼叫呼入，而呼入呼叫要使用的业务信道正在被占用，此时允许用户预定这个呼叫使来呼处于等待状态，当业务信道被释放后，再由用户决定是否接听、切断或者忽略等待的呼叫。等待的呼叫数最多只能有一个。呼叫保持（CH）：当用户正处于一个通话中时，如果需要与第三方建立另外一个呼叫，可以将现有的呼叫中断但是仍然保留现有呼叫的业务信道，这时原来的通话方处于保持状态。当一方通话已经处于保持状态，与第三方的通话还未建立起来时，用户可以建立另外一个新的呼叫或恢复保持的通话或切断保持的通话。当一方处于保持状态，与第三方的通话已经建立起来时，用户可以在两个呼叫之间任意切换或断开其中的一个呼叫或这两个呼叫都断开。,2,1,2,1,1,2,等待,保持,第 3 章,业务,图 3-7,呼叫等待和呼叫保持,5.多方通话（MPTY）这项补充业务提供给用户同时建立多个呼叫连接的能力，即使用此业务的用户可以同时与多个用户通话，如图 3-8 所示。使用多方业务的前提条件是，用户必须正在控制两个已应答的呼叫连接，一个处于通话状态，一个处于保持状态，只有在这种情况下用户才可以提出多方业务的请求。当多方通话被激活，远端的用户就可以自由的加入和离开，远端用户在退出多方通话时仍可以保持与主控用户的连接。多方通话的远端最大用户数为 5。,图 3-8 多方通话6.闭合用户组（CUG）闭合用户组是指对接入 GSM-R 网络中的一组指定用户的行为进行一些限制，除了紧急呼叫外，网络会对用户的某些呼叫能力进行限制。如对闭合用户组的成员可以允许发起或接收组外的呼叫，也可以限制发起或接收组外的呼叫以及组内成员之间的呼叫。一个闭合用户组的成员可以是其他闭合用户组的成员。7.用户到用户信令（UUS）这一补充业务允许用户发送或接收数量有限的信息，这些用户信息通过信令信道在网络中透明传输，网络无权中断信息或对信息进行处理。8 呼叫禁止呼叫禁止分为禁止呼入和禁止呼出。根据不同的情况和用户的需求又可以细分为 5 种类型：禁止全部呼出（BOAC）：用户定制了这项业务后所有的呼出都会被禁止。禁止国际呼出（BOIC）：用户的呼出呼叫只能存在于当前所在的移动网络和固定网络中。这一当前网络可以是用户的归属网络也可以是拜访网络。禁止除归属网络之外的国际呼出（BOIC-exHC）：用户的呼出呼叫只能存在于归属网络和当前拜访的移动网络或固定网络中。即如果用户当前所在的网络为用户的归属网络，用户的所有呼出呼叫都会被禁止；如果用户当前所在的网络为拜访网络，除了当前拜访网络和用户的归属网络之外的全部呼出呼叫都会被禁止。禁止全部呼入（BAIC）：用户定制了这项业务后所有的呼入都会被禁止。禁止漫游时呼入（BAIC-Roam）：用户在漫游时除归属网络的呼入呼叫外其他呼入呼叫都被禁止。9 呼叫转接此业务的功能是实现在与用户 A 通话的两个用户之间建立呼叫，其业务描述如下：主控57,12,12,第 3 章,业务,用户 A 同时与用户 B、用户 C 建立呼叫，这两个呼叫可以是呼出也可以是呼入，当发出呼叫转接的请求后，B、C 之间建立起新的连接，同时，它们与主控方 A 的呼叫被释放。在呼叫转接中主控用户 A 在转接前必须与 B 建立起的连接已经处于通话状态，A 与 C之间或者已经建立起连接或者 C 已经开始振玲但还没有接听。在呼叫前转和呼叫转向中，主控用户 A 与 B 之间在没有建立起连接之前就会将呼叫转移给 C。因此通常把这种呼叫转接的方式称为显式的呼叫转移（ECT），把呼叫前转和呼叫转向称为隐式的呼叫转移。10 遇忙呼叫完成（CCBS）用户 A 呼叫用户 B 时，如果用户 B 正处于忙状态，用户 A 可以发起 CCBS 的请求，这时网络会监测 B 直到它进入空闲状态。B 进入空闲状态后，网络会等待一段时间允许 B 发起新的呼出呼叫，如果在等待时间内 B 没有发起新的呼叫，网络将会自动地回呼用户 A。用户A 在指定的时间内收到回呼就完成了一个 CCBS 呼叫。11专用拨号方案（SPNP）这一补充业务支持用户在网络内部或在多个网络之间通信时采用专用的拨号方案，在专用拨号方案中使用与公众网络拨号方案不同结构和意义的数字序列。用户允许拥有多个专用拨号方案，最大数目为 9，但是多个专用拨号方案不能同时使用。12名字识别（CNAP）名字识别是指主叫方向被叫方提供主叫方的名字信息。名字信息的内容可以是主叫方的姓名或代号，最大长度是 80 个字符。用户使用这一补充业务可能会受到其他补充业务的限制，如用户使用了 CLIR，也会禁止显示主叫方名字。3.6铁路特定业务GSM-R 除了支持以上列出的补充业务外，还提供了以下一些铁路特定的业务：,1.,功能寻址,功能寻址是 GSM-R 的一个重要特征，它允许主叫用户通过功能号码来识别功能和应用。功能号识别的是用户使用的功能，而不是用户终端的号码。例如，一个特定的功能号代表的是特定列车上的一个司机，而不是机车上的无线电话号码。,2.,基于位置的寻址,基于位置的寻址采取两种方式：基于小区的路由，使用来自外部资源的位置信息。来自外部资源的位置信息可以由地面系统（如轨道电路或 GSM-R 网络内部的位置系统）或车载系统（如查询应答器读取器，GPS 等）提供。,3.,铁路紧急呼叫,铁路紧急呼叫是指具有“铁路紧急优先级”的呼叫，用于通知司机、调度员和其他处于危险级别的相关人员，要求停止在预先指定地区内的所有铁路活动。由于铁路运营存在的紧急情况，这些呼叫被连接到事先定义的用户或用户组，所有铁路紧急呼叫都应使用 GSM 语音组呼规范。这些紧急呼叫不包括公共紧急呼叫，如 119。,4.,调车作业,调车作业是指提供一种有效的通信方法，保持与调车作业操作有关的组成员之间的通信。在调车作业的过程中会采用组呼，闭合用户组等功能。,5.,多驾驶员通信,在有多个牵引机车的列车上，多个驾驶员之间需要进行通话连接，可以使用 GSM-R 网58,第 3 章,业务,络进行无线连接。这一业务需要点对点通话连接和多方通话的支持。59,第 4 章,网络结构和功能,第4章,网络结构和功能,4.1,概述当今的无线通信系统是有线网络和无线网络的结合体。在整个通信体系中，移动蜂窝网络既是一个独立的通信系统，也可以看作是公共电话网络（PSTN）或 ISDN 的扩展部分。在蜂窝移动网络中，基站与移动台之间是无线连接，基站与交换机之间，交换机之间，都是有线连接。一个移动用户要想与另一个移动/固定用户进行通信，必须经过无线和有线两种传输过程。移动网络与固定网络之间的互连实现了用户在任何时间、任何地点与任何人进行通信的目标。蜂窝系统的组成如图 4-1 所示：,至其他PSTN,至其他 PSTN,至其他交换机,至其他交换机,交换机,交换机PSTN,图 4-1 蜂窝系统的组成GSM-R 陆地移动网络是由一个管理者或专门的机构组织建立并执行操作的，它的目的是为铁路提供陆地移动通信的各种业务。GSM-R 陆地网络可以看作是某个固定网络的扩展，如ISDN；或者是一个采用统一编号方案的 MSC 的集合。MSC 作为陆地移动网络和固定网络的接入单元。作为铁路专用的网络，GSM-R 可以有限地、有条件地与地面的公众或专用网络进行互连。一个 GSM-R 陆地移动系统由若干个功能实体组成，这些功能实体所实现的功能的集合就是网络能够提供给用户的所有基本业务和补充业务，以及对于用户数据和移动性的操作和管理。GSM-R 陆地移动网络由三个子系统组成，其基本结构如图 4-2 所示：60,第 4 章,网络结构和功能,BSS,基站子系统,PSTN、ISDN、PSDN信令系统 No.7 SS7,GMSCVLR,HLR-AUC,MSCVLR,GCR,TRAU,BSC,OMN 接口,OSS操作和,OMC-R,OMC-S,EIR,BTS,BTS,MS,维护子系统Abis 接口Um接,口,A 接口,Ater 接口,图 4-2 GSM-R 陆地移动网络的基本结构移动台是接入 GSM-R 网络的用户设备，包括移动终端（ME）和终端设备（TE），或通过终端适配器与 ME 连接的 TE。移动台除了具有通过无线接口（Um）接入到 GSM-R 系统的一般处理功能外，还为移动用户提供了人机接口。基站子系统（BSS）由一个基站控制器（BSC）和若干个基站收发信机（BTS）组成，BTS 主要负责与一定覆盖区域内的移动台（MS）进行通信，并对空中接口进行管理。BSC用来管理 BTS 与 MSC 之间的信息流。BTS 与 BSC 之间通过 Abis 接口通信。BSS 中还可能存在编码速率适配单元（TRAU），它实现了 GSM-R 编码速率向标准的 PSTN 或 ISDN 速率的转换。TRAU 与 BSC 通过 Ater 接口连接。网络子系统（NSS）建立在移动交换中心（MSC）上，负责端到端的呼叫、用户数据管理、移动性管理和与固定网络的连接。NSS 通过 A 接口连接 BSS，与固定网络的接口决定于互联网络的类型。操作和维护子系统（OSS）是相对独立的子系统，为 GSM-R 网络提供管理和维护功能。它的具体功能由操作维护中心（OMC）来完成，其中 OMC-R 负责管理 BSS，OMC-S 负责管理 NSS。OSS 主要提供移动用户管理、移动设备管理、网络操作和控制三类功能。任何 GSM-R 陆地移动通信网络都必须与固定网络连接，一同完成移动用户与移动用户之间、移动用户与固定用户之间的通信。组成 GSM-R 网络的各个子系统之间、BSS 与移动台之间、与固定网络之间的互连都提供了标准的接口。网络中的不同设备可以通过标准的接口来实现移动业务的本地和国际互连。61,第 4 章,网络结构和功能,GSM-R 网络的信令系统采用 NO.7 信令网传送呼叫控制信息和其他信令信息。GSM-R 网络为支持基本业务提供以下功能：呼叫处理用户身份的鉴权紧急呼叫语音组呼和语音广播短消息业务信令信息的加密除此之外，GSM-R 网络还为支持各种补充业务提供了相应的功能。为支持蜂窝系统的操作提供以下功能：位置登记切换呼叫重新建立GSM-R 网络还具有网络管理功能和一些附加功能，如呼叫处理的排队、安全功能、不连续发送和接收（DTX/DTR）等。与 GSM 网追求最大用户系统容量不同，GSM-R 系统更侧重于系统的有效性，这是铁路特殊的需求，因此 GSM-R 在网络覆盖上有更多的重叠，网络设施也采用冗余备份。可选择将 GSM 系统的 MSC、VLR、EIR、GCR、SSP、HLR、AUC 置于一个网元中，且随着网络的增长而分散到多个网元中，这样可以形成一个经济、便于维护的网络结构。典型的基于 GSM/GSM-R 的铁路通信网与普通的 GSM PLMN 并无大的区别，在其网络的网元、标准接口和连接的扩展上也无大的区别。在公网的基础上引入一系列的新技术，即可用于铁路部门。铁路网与公网的主要区别在于由铁路网特殊需求引起的网络结构和规划上的区别。,4.2,BSS 结构和功能,BSS 是 GSM-R 系统网络中最基本的组成部分。它有两种基本组成设备，分别是基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）。一台 BSC 可以管理多达几十个 BTS。此外，还有一种可选择设备速率适配单元（TRAU）。BSS 的总体结构如图 4-3 所示：62,第 4 章,网络结构和功能,OMN,接口,A接口,OMC-R,无线接口,Abis接口,NSS,BSS,MS,BTS,室内BTS,室外BTS,MSC,公众电话网,Ater 接口BSC,TRAU,图 4-3 BSS 的总体结构从功能上看，BSS 通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源管理；通过 A 接口与 NSS 相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网用户之间的通信连接，并且传送系统信令和用户信息等。在 BSS 中，BTS 主要负责无线传输；BSC 主要负责控制和管理；如果加入了 TRAU，主要为了减少 PCM 链路的数量。,4.2.1,BTS 结构和功能,BSCBS,耦,合,系,统,耦,合,系,统,TRX n,TRX n-1,TRX 2,耦,合,系,统,耦,合,系,统,TRX n,TRX n-1,TRX 2,TRX 1,耦,合,系,统,耦,合,系,统,TRX n,TRX n-1,TRX 2,TRX 1,扩展机柜,TRX 1BCF基本机柜,BTS 是网络中固定部分与无线部分之间的中继，移动用户通过空中接口与 BTS 连接。BTS 由天线、耦合系统、收发信机（TRX）及基站公共功能（BCF）组成。可以把它看成一个复杂的无线调制解调器。BTS 的结构如图 4-4 所示：BTS天线,图 4-4 BTS 的结构耦合系统是天线与每个小区的收发信机之间的接口。63,第 4 章,网络结构和功能,TRX 是 BTS 中最主要的设备。一台 TRX 管理着一个 TDMA 帧，也就是说管理 8 个物理信道。TRX 的功能有：进行编码、加密、调制，然后将射频信号馈送给天线；将信号解密、均衡、然后解调；移动呼叫检测；上行链路信道测量；定时提前量的测量；跳频。BCF 通过 Abis 接口与 BSC 相连，它的功能是将语音和用户数据信道合成以后发送给 BSC和将信令信道合成以后发送给 BSC。此外，BCF 还具有以下功能：Abis 接口管理，时隙分配，外部警报，操作与维护，利用其主要单元的冗余进行自我防御，信令的压缩与释放。总的来说，BTS 的功能包括：进行语音、数据和短消息的传输；在无线接口上表现的功能：信号的处理（调制/解调，均衡；加密/解密；编译码，交织/解交织），跳频，系统的连接，第一层管理（无线测量预处理、切换、功率控制、呼叫清除）；链路和基站的优化功能：基站的管理、摘下与插入技术、远程译码（A 接口和 Abis接口的尺寸优化）、信令信道的集中；自我保护功能，主要方法是对一些模块进行复制。,4.2.2,BSC 结构和功能,BSC的结构主要包括：一个处理单元，一个交换矩阵单元和中继控制单元（PCM和X.25）。BSC一面与移动交换中心（MSC）连接，另一面与BTS连接。BSC与OMC-R的连接有两种途径。一种是通过X.25数据网络与OMC-R相连。另一种是BSC先与TRAU相连，然后通过MSC再与OMC-R连接。BSC通过处理单元和X.25控制器从运营管理与维（O&M）中心下载新的软件并释放。反过来，在周期性询问或传送时，BSC将所有关于O&M的数据缓冲并转送到O&M中心。BSC的结构如图4-5所示：,处理单元,X.25控制器,交换矩阵,BSC,O&M,PCM控制器Abis 接口,PCM控制器A 接口,BTS,OSS,对 BTS 无线资源管理小区之间越区切换通信信道安排,BTS 之间的频率重新分配BTS 时间和频率同步,控制频率跳变等等,图 4-5 BSC 的结构BSC的基本功能包括：无线呼叫处理：建立与释放无线链路和进行MSC和BTS之间的信道交换；无线资源管理：无线接入处理，无线信道分配（业务和信令），无线信道监控；业务集中管理：可以减少传送费用；64,第 4 章,网络结构和功能,短消息业务（小区广播管理）：向OMC-R所规定的目标小区广播短消息。BSC的主要O&M功能包括：OSS接口管理：与OMC-R的链路管理，提供OMC-R所需求的业务，存储BSS配置数据（软件存储和在BSS各种实体中的分配）；BTS和TCU管理：初始化，分配与再分配，软件下载，监控和观测。3）BSC自我防御：主要通过冗余和重起机制来实现。BSC的执行功能包括：对其所控制的小区执行无线资源（RR）管理。并且为其所控制区域内的所有移动台（MS）分配和释放频点；执行MS在其所控制区域内的两个BTS之间的切换；执行在高峰时刻或特殊事件期间，为满足地区性的高需求而重新分配其控制区域内的BTS的频率；执行其控制区域内BTS和MS的发射功率控制；提供时间和频率同步的参考信号，并向每个BTS广播。,4.2.3,TRAU 结构及功能,Ater接口,A接口,用户和控制信,T1 中继线=24用户信道,将用户数据流路由至相应的互联功能,编译码器,外部 PCM 接口,TRAU编译码器控制器,BSC,TRA U由编译码器，控制器和外部PCM接口组成。它通过Ater接口与BSC相连，通过A接口与MSC相连。TRAU的结构如图4-6所示：将 13 kbps GSM 语音帧格式转换成 64 kbps,T1 PCM-律或 E1 PCM A-律帧格式T1 中继线92路,MSC,E1中继线120路用户信道E1 中继线=31路用户信道图4-6 TRAU的结构TRAU能够将13kbit/s话音（或数据）复用成两路传输，即转换成标准的64kbit/s数据。在BTS中，13kbit/s话音（或数据）通过插入附加同步数据，使其和较低速率数据不同，插入数据后的速率变为16 kbit/s。TRAU将13kbit/s语音转化成64kbit/s的T1律PCM时隙或者E1 A律PCM时隙。接下来，TRAU将用户数据流路由到一种适合的设备上，这种设备是指具有互连互通功能的接收方调制解调器。65,第 4 章,网络结构和功能,66,值得注意的是，TRAU 在Ater接口上，有四个业务信道是在64kbit/s PCM电路上复用，一个T1中继线携带多达92个用户和控制信道，一个E1中继线携带多达120个用户和控制信道。,4.34.3.1,NSS 结构和功能NSS 的基本结构和功能,VLR,MSC,GMSC,GCR,BSS,IWF,GCR,HLR,VLR,AUC,EIR,统计服务器,IWF,BSS,他,其,GSM-RPSTN,ISDN,其,他,GSM-RPSTN,ISDN,B 接口,D 接口,G 接口,I 接口,I 接口,GSM-R 系统的网络子系统（NSS）提供了处理建立、维持和清除呼叫的所有信令协议的功能，以及为移动环境下通信提供的特定功能。NSS 提供的主要功能如下：为用户移动特征提供的特定功能，如寻呼呼叫过程中对无线资源的管理管理与 BSS 之间的信令协议位置登记，即 VLR 之间的互连切换过程查询 HLR 获得 MS 的漫游号码与其他的移动功能实体交换信令信息管理语音组呼、语音广播、增强多优先级与强拆的呼叫建立用户的鉴权基本的 NSS 由六个功能实体组成，分别是：移动交换中心（MSC），归属位置寄存器（HLR），拜访位置寄存器（VLR），设备识别寄存器（EIR）和互连功能单元（IWF）。如图4-7 所示。另外，NSS 中还可以有实现语音组呼和语音广播的实体（GCR），用于短消息业务的短消息服务中心（SMS-SC）和统计服务器，这些功能实体可以根据具体的需要进行选择。H 接口,C 接口,B 接口,E 接口,F 接口,F 接口,E 接口,E 接口,A 接口,A 接口,SMS-SC图 4-7 NSS 结构和接口,1.,统计服务器移动交换中心（MSC）,第 4 章,网络结构和功能,移动交换中心（MSC）是 NSS 的核心，它包含了 MSC 区的所有交换功能。MSC 考虑了用户的移动性，管理一些特殊的过程，如位置登记和更新，越区切换，它还负责对无线资源进行管理，这些是它与固定网络交换机的主要差别。MSC 用于建立业务信道和在 MSC 之间或与其他网络之间交换信令信息。MSC 的主要功能归类如下：处理用户呼叫的交换功能；协调自己所辖区域的呼叫，特别是寻呼移动台的功能；与 BSS 协作动态分配接入资源；监督 BSS 与 MS 之间的无线连接；进行呼叫的统计；将来自 VLR 的无线接口的加密信息传送给 BSS；作为短消息网关，连接用户与短消息服务中心。通常把移动用户进行初始注册的 MSC 称为归属 MSC（HMSC），其它的 MSC 称作拜访MSC（VMSC）。如果 GSM-R 网络收到的一个呼叫不能查询 HLR，这时将此呼叫路由到一个特定的 MSC，由此 MSC 在相应的 HLR 中进行查询，找到被叫移动台所在的位置。这种具有路由功能的 MSC 就称作网关 MSC（GMSC），它通常还作为固定网络和移动网络之间的一个接入单元，提供业务和功能的接入。网络可以在全部 MSC 中选出一些 MSC 做为 GMSC。如果一个 GMSC 与短消息服务中心连接，负责向移动台传送短消息，那么这个 MSC 就成为短消息网关 MSC。可见，MSC 根据在网络中的不同位置实现不同性质的交换功能。MSC 的内部结构如图 4-8 所示，MSC 的核心是交换功能，除此之外，MSC 要提供与 NO.7信令网、其他固定网络、BSS 和一些外部设备的连接。MSC 与其他网络互连时可以采用 E1中继线，提供 31 路用户信道，或采用 T1 中继线，提供 24 路用户信道。在 MSC 中为了克服回波干扰，采用回波消除器。回波干扰是指当有用信号的反射信号有一定的时延和足够的强度时，就能产生一种与有用信号相区别的有害干扰。回波消除器用来消除或减少回波对有用信号的干扰。GSM-R 的回波消除器插接在 MSC/VLR 与固定网络（PSTN）之间的 E1 口数据流中，对数字信道进行操作而不改变传输信号的质量。67,第 4 章,网络结构和功能,X.25连接器,交换,MSC,BSS,定时,CCS7连接器,E1/T1,E1/T1,计算机和外围设备模块,命令单元-呼叫建立的协调.,-位置登记.,-切换管理-数据统计-互连功能.-与BSS的同步.,-与短消息服务中心的网关功,能.,回波消除,命令总线,互连模块,到其他MSC图 4-8 MSC 的内部结构,2.,归属位置寄存器（HLR）,归属位置寄存器（HLR）是 NSS 四个重要的数据库之一，实现对移动用户的管理。一个GSM-R 网络中可以有不只一个 HLR，它的数量决定于用户的数量、设备的容量和网络的组织结构。HLR 中存储的是在网络中永久注册的移动用户的静态数据信息和一些临时动态数据信息。HLR 中存储的信息通常有以下几类：用户信息；位置信息：在移动台登记的区域内，这些位置信息可以提供统计数字和寻找 MSC的路由（如 MS 的漫游号，VLR 号，MSC 号和 MS 位置识别号）；移动用户的 IMSI 号和 MSISDN 号：常作为移动用户接入数据库的信息。承载业务和终端业务的定制信息；业务限制信息：如漫游限制；语音组呼（VGCS）和语音广播（VBS）用户的组 ID；补充业务信息；与 AuC 之间的信息交换。3 拜访位置寄存器（