摘要：GSM-R是基于GSM技术的一种专用通信系统-铁路综合数字移动通信系统，我国已在青藏线、大秦线、还有胶济线使用了GSM-R通信系统。本文通过介绍GSM-R在铁路上的应用，从全新的角度重点探讨了GSM-R网络的基本结构、业务模型和主要功能。
关键词：GSM-R；无线通信；铁路；调度
GSM-R（Global System For Mobile Communications For Railway）系统是铁路综合调度移动通信系统的简称,是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。它是在8时隙/200KHz TDMA多址方式GSM蜂窝系统上增加调度通信功能构成的一个综合专用移动通信系统。它基于GSM的基础设施及其提供的高级语音呼叫业务，提供铁路特有的调度业务，并以此为信息化平台，使铁路部门可以在这个平台上实现铁路管理信息的共享。
GSM－R在铁路上的应用可归纳为下列几种：
(1)在铁路信号方面的应用，包括自动列车控制（ATC）和远程控制进路等；
(2)与列车有关的语音通信，包括列车调度、应急广播、编组调车、工务维护、列车间通信等；
(3)局域网和广域网通信，它们与行车有关的调度指挥；
(4)面向旅客的信息服务，如预售票、时刻表、电子商务等。
GSM-R除了能提供一系列铁路通信业务外，还能保证列车在500km/h的情况下进行高可靠性、高接通率、高传输质量的通信。当前，GSM-R技术成为国际国内铁路通信发展的焦点，我国在GSM-R技术上也有了一定的进展。2004年开始在青藏铁路、大秦线电气化改造和京沪高速铁路的建设中进行GSM-R铁路专用通信网络的规划、建设和试运营。
1 GSM-R网络介绍
一个GSM-R移动通信网络由若干个功能实体组成。各个功能实体所实现的功能的集合就是GSM-R网络提供给用户的基本业务与补充业务。GSM-R移动通信网络结构基于GSM移动通信网络，主要由基站子系统（BSS）、网络子系统（NSS）、操作与维护子系统（OSS）三部分组成，其基本结构如图1所示。
基站子系统（Base Station System ，BSS）主要由基站控制器（BSC）、基站收发信台（BTS）组成。通过无线接口（Um）与移动台（MS）相连，A接口与NSS相连。BTS是网络固定部分与无线部分之间进行通信的中继，MS通过空中接口与BTS进行连接，是移动通信网络的无线接入部分，是终端用户最直接感受网络质量的部分。一个或几个BTS连接到一个BSC上，BSC主要提供在其覆盖区域内的无线电资源治理与移动性治理的功能，以及
提供无线电网络的运营与维护功能。BSS还有可能存在编码速率适配单元（TRAU），实现编码速率转换。
网络子系统（Network Subsystem，NSS）一般由6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），鉴权中心（AUC），设备识别寄存器（EIR），组呼寄存器（GCR）。NSS主要负责端到端的呼叫、用户数据治理、移动性治理和固定网络的连接。其中MSC是NSS的核心，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消息。与MSC相连的是VLR，VLR治理在一个MSC区内漫游移动用户信息的动态数据库。HLR存储的是在网络中永久注册的移动用户的静态信息，如用户信息、承载和定制的用户信息等。AUC完成对用户的鉴权及为移动台与网络之间的无线通信进行加密。EIR用来存储IMEI（国际移动设备识别符）,作为GSM-R网络的特有组件GCR，用于存储移动用户的组ID、移动台发起语音组呼（VGCS）和语音广播（VBS）参考的小区信息及发起呼叫的MSC是否负责处理呼叫的指示。
操作与维护子系统（Operation Subsystem ，OSS）可分为对应BSS的操作与维护中心OMC-R及对应NSS的操作与维护中心OMC-S。OSS是操作人员与系统设备之间的中介，它实现了系统的集中操作与维护，完成了包括移动用户治理、移动设备治理及网络操作维护等功能。它的一侧与设备相连，另一侧是作为人机接口的计算机工作站。这些专门用于操作维护的设备被称为操作维护中心OMC,系统的每个组成部分都可以通过特有的网络连接至OMC，从而实现集中维护。
2 GSM-R业务模型
GSM-R是基于GSM的基础设施及其提供的高级语音呼叫业务，其中包括增强多优先级与强拆（eMLPP）、VGCS和VBS，并提供铁路特有的调度业务，包括：功能寻址、功能号表示、接入矩阵和基于位置的寻址，并以此作为信息化平台，使铁路部分可以在此信息平台上开发各种应用,GSM-R的业务模型见图2。
功能号（FN）也称为虚拟号，它不包含任何字母字符。功能号存储在一个或多个FFN（功能节点）中，用于标识具有虚拟签约文档的虚拟用户。功能号和MSISDN号（GSM-R网络中移动用户所使用的物理号码）之间的关联要通过注册操作来完成，并通过注销操作来取消。这些操作都在终端用户的控制下完成，并且每当要修改这种关联关系时，就要重复进行相应的注册和注销操作。在FN和MSISDN关联有效的时间内，每个呼叫在网络中都要经历从FN到移动台MSISDN的转换过程，网络最终通过MSISDN号码来寻址被叫用户。
功能寻址（Functional Addressing）是GSM-R网络的特性，它允许主叫方通过被叫方的功能号，而不是移动用户ISDN号码（MSISDN）来呼叫被叫方。功能寻址确保了对GSM-R应用子系统或功能的寻址，与这些应用或功能所使用的物理终端的MSISDN号码之间的相对独立性。
基于位置寻址（Location Dependent Addressing）也是GSM-R网络的特性，将由移动用户发起的用于特定功能的呼叫，路由到一个与该用户当前所处位置相关的目的地址。例如列车司机呼叫调度员或车站值班员，正确的调度员或车站值班员由司机当时所处的位置来确定。如无线列调中的“大三角”通信，移动台要呼叫的调度员取决于移动用户当前所处的位置。当列车在运行过程中司机需要呼叫当前调度员时，他并不知道调度员的电话号码，但他可以使用一个短号码（如1200）向网络发起呼叫请求，网络识别该短号码，并将其路由到正确的调度员。
接入矩阵（Access Matrix）它是GSM-R网络特性中用户管理的一个方面，主要用来定义主叫方与被叫方的接入关系。
3 GSM-R主要功能
GSM-R通信系统是专为铁路设计，并为铁路服务的通信系统，这个系统主要实现了如下功能：
3.1调度通信功能：调度通信系统业务包括列车调度通信、货运调度通信、牵引变电调度通信、其他调度及专用通信、站场通信、应急通信、施工养护通信和道口通信等。
3.2车次号传输与列车停稳信息的传送功能：车次号传输与列车停稳信息对铁路运输管理和行车安全具有重要的意义，它可通过基于GSM-R电路交换技术的数据采集传输应用系统来实现数据传输，也可以采用GPRS方式来实现。
3.3调度命令传送功能：铁路调度命令是调度所里的调度员向司机下达的书面命令，它是列车行车安全的重要保障。采用GSM-R系统传输通道传输调度命令无疑将加速调度命令的传递过程，提高工作效率。
3.4列车尾部装置信息传送功能：将尾部风压数据反馈传输通道纳入GSM-R通信系统，可以方便地解决尾部风压数据传输问题。
3.5调车机车信号和监控信息系统传输功能：提供调车机车信号和监控信息传输通道，实现地面设备和多台车载设备间的数据传输，并能够存储进入和退出调车模式的有关信息。
3.6列车控制数据传输功能：采用GSM-R通信系统实现车地间双向无线数据传输，提供车地之间双向安全数据传输通道。
3.7区间移动公务通信：在区间工作的水电、工务、信号、通信、供电、桥梁守护等部门内部的通信，均可以使用GSM-R手机，工作人员在需要时可与车站值班员、各部门调度员或自动电话用户联系。紧急情况下，工作人员还可以呼叫司机，与司机建立通话联络。
3.8应急指挥通信话音和数据业务：应急通信系统是当发生自然灾害或突发事件等影响铁路运输的紧急情况时，在突发事件现场与救援中心之间，以及现场内部采用GSM-R通信系统，建立语音、图像、数据通信系统。
铁道部2000年底正式确定将GSM-R作为我国铁路专用通信的发展方向。现在，我国已在青藏线、大秦线、还有胶济线使用了GSM-R通信系统，实现了列车的安全运行，建立了车内和铁路控制中央系统，并且和紧急救助部门实现了互联。按照铁道部铁路建设跨越式发展的需要，在2010年以前，中国铁路将力争建成覆盖全路70余条铁路线的GSM-R通信网络。因此，GSM-R数字移动通信系统将成为今后我国铁路移动通信崭新的通信方式。
参考文献：
[1]黄威，钟彬.GSM-R数字移动通信系统及其应用[J].铁路计算机应用，2005,12.
[2]刘金虎.铁路专用通信[M].北京：中国铁道出版社，2005.
[3]郑祖辉、鲍智良.数字集群移动通信系统.北京：电子工业出版社，2002.
[4]钟章队，李旭，蒋文怡.铁路综合数字移动通信系统.北京：中国铁道出版社，2003.
[5]沈尧星.铁路数字调度通信.北京：中国铁道出版社，2005.