GPRS接口服务器规范解读-.ppt

目录第一部分概述第二部分GSM-R分组域应用网络构成与设备配置第三部分通信方式及交互信息第四部分通信流程第五部分GPRS接口服务器/GPRS归属服务器介绍第六部分石太线应用举例第七部分北京、武汉GROS地理冗余设置11.1 GSM-R/GPRS在我国的发展现状GSM-R是一种基于目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统GSM平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式无线通信系统。在欧洲GSM-R标准体系中并没有将GPRS技术应用到铁路通信中。我国铁路先于欧洲发展基于GSM-R的GPRS业务，是根据运输对通信业务需求量大、但频率资源紧张的实际情况而进行的技术决策。21.2 铁路应用数据传输需求列车作为铁路运营的中心载体，是一个巨大的信息源，列车上的数据如列车位置、列车尾部风压信息、旅客和货物实时信息都需要传送到地面上来，这样就需要在列车与地面之间建立一条双向的数据传输通道。GSM-R应用于铁路后，GPRS的技术特点决定了其能满足实际业务要求，又能充分利用频率资源。GPRS可以为铁路提供非安全无线数据传输业务。这其中包括：铁路运行调度信息、铁路设施维护管理信息、旅客服务信息、其他服务信息。31.2 GSM-R主要应用业务分类41.2 GSM-R主要应用业务分类列车控制有关的信息传送业务对传输质量要求较高采用CSD模式全程占用信道资源采用了eMLPP业务，分配优先级为1安全数据业务调度指挥、运营监控、管理维护等传送业务采用GPRS模式多用户共享一个分组数据传输通道需要传输数据时才占用信道非安全数据业务51.2 GSM-R主要应用业务分类ITCSLOCOTROLCTCS-3安全数据业务举例调度命令车次号客车运行安全监控移动售票工务轨道动态监测非安全数据业务举例6铁路非安全数据业务特点 业务点移动性强 业务点分散 非周期间断数据传输 频繁小容量数据传输 个别大容量数据传输 数据传输实时性要求不高71.2 GSM-R无线接入技术比较可靠性好实时性高需要占用一条独立的信道适用安全数据传输GSM电路交换分组交换与现有数据网的无缝连接优化了对网络资源和无线资源的利用需要传输数据时才占用信道分组交换GPRS8目录第一部分概述第二部分GSM-R分组域应用网络构成与设备配置第三部分通信方式及交互信息第四部分通信流程第五部分GPRS接口服务器/GPRS归属服务器介绍第六部分石太线应用举例第七部分北京、武汉GROS地理冗余设置92.1 组网结构GSM-R分组域应用网络主要包括机车综合无线通信设备、GPRS网络设备、GPRS接口服务器（GRIS）、GPRS归属服务器（GROS）以及铁路信息系统通信服务器等，完成车地之间各种数据信息的传输，为铁路运营安全、效率提供了一个很好的信息平台。GPRS网络设备包括：基站BTS、基站控制器BSC、分组控制单元PCU、服务GPRS支持节点SGSN、网关GPRS支持节点GGSN、域名服务器DNS、Radius等。102.1 组网结构-应用112.1 组网结构-GPRS网络GRISGGSNBTSSGSN(SLR)MSCVLRGMSCHLRBTSAbisAGbGsGnGcGiGrGrDCBSCISDNGROS122.2 设备配置GPRS网络设备，按照网络规划按路局配置GRIS：各GPRS业务节点（各路局）配置GRIS设备，设备配置和线路连接应采用11热备冗余方式GROS：北京和武汉GPRS业务节点配置GROS设备，设备配置和线路连接应采用11热备冗余方式 GSM-R通信服务器：铁路信息系统应配置该设备，线路连接和设备配置可采用11热备冗余方式路由器和防火墙：GPRS网络与铁路信息系统各自设置，以保证自身网络安全 车载应用终端，包含两部分：CIR和车载应用实体132.3 连接方式GRIS和GROS设备一般放置于GSM-R机房，通过局域网接口与GPRS网络中的三层交换机连接，进而实现与GGSN等设备的通信。GRIS与CTC 等系统的GSM-R通信服务器连接通过以太网接口连接，长距离情况下，采用光纤传输。GROS设备只和GPRS网络连接，和CTC不连接。车载设备通过GPRS的方式接入网络，目前主要通过机车综合无线通信设备（CIR）实现。142.3 GRIS与CTC的连接方式一般情况下，每个路局一套GRIS设备（含一主一备），路局TDCS中心设置一套 GSM-R通信服务器（含一主一备），客专CTC中心设置一套GSM-R通信服务器，路局调度所与客专调度所合设时，GSM-R通信服务器合设一套。GRIS分别与铁路局GSM-R通信服务器和客专调度所GSM-R通信服务器直连（通过两条通道），如下图。152.3 GRIS与CTC的连接方式16目录第一部分概述第二部分GSM-R分组域应用网络构成与设备配置第三部分通信方式及交互信息第四部分通信流程第五部分GPRS接口服务器/GPRS归属服务器介绍第六部分石太线应用举例第七部分北京、武汉GROS地理冗余设置173.1 通信方式GSM-R通信服务器采用“单发双收”的方式，GRIS采用“单收双发”的方式GRIS同时向一套两台GSM-R通信服务器转发车载终端的上行数据GRIS同时向路局和客专调度所GSM-R通信服务器转发车载终端的上行数据，由GSM-R通信服务器根据小区位置、公里标判断CTC区段；两台GSM-R通信服务器只能通过一台GRIS设备发送下行数据。183.2 通信协议GSM-R通信服务器与GRIS之间的传输层采用TCP协议，网络层采用IP协议。GPRS网络中，调度命令和无线车次号数据传输的传输层采用UDP协议，网络层采用IP协议。GRIS负责GPRS与CTC/TDCS系统之间传输层和应用层的协议转换以及两个系统之间IP地址的转换。CIR向GROS查询当前所属GRIS IP地址以及GROS给CIR返回响应采用UDP协议，网络层采用IP协议。193.1 通信协议栈203.3 交互信息GRIS IP地址查询-CIR要发送数据的目的地址GRIS IP地址更新行车业务信息 车次号校核信息 调度命令信息(含行车凭证)调车作业信息 列车启动和停稳信息 列车完整性参考信息(可选)图形方式列车进路自动预告信息(可选)工务轨道动态监测信息 铁路客车运行安全监控系统（TCDS）213.3.1 车次号校核信息校核信息由CIR发送给CTC/TDCS，用于列车车次号识别和校核。车次号校核信息的发送时机：每跨过一个进站、出站、区间信号机；在非监控状态下速度由0变为5Km/h；司机操作运行记录器开车键时。满足以上任一条件时，CIR自动向当前所在路局CTC/TDCS中心单向转发1次车次号校核信息，不需要CTC/TDCS确认。223.3.2 调度命令信息调度命令信息包括调度命令、行车凭证、列车接车进路预告信息、出入库检测、调车作业单以及其它相关信息。调度命令信息由CTC/TDCS发送给司机。调度命令信息可以在任何时间发送给机车，CIR应正确显示、存贮、打印、查询调度命令，并把自动确认和手动签收信息发送给CTC/TDCS系统。在规定的时间内CTC/TDCS系统未收到自动确认信息，自动重发调度命令信息，重发次数为2次。若在规定时间内收到自动确认停止重发。233.3.3 调车作业调车作业信息包括调车作业单、调车请求、调车请求已收到等信息。调车作业单、调车请求已收到等信息由CTC/TDCS系统向CIR发送。调车请求信息由CIR向CTC/TDCS系统发送。243.3.4 列车启动和停稳信息 列车启动和停稳信息包括车次号、机车号、启停标志、位置等信息。列车停稳指列车速度由非零到零并保持5秒。列车启动指列车停稳状态下速度由零变为5Km/h。CIR在列车发车启动和进站(或者区间)停稳后，将信息发送给CTC/TDCS。每条列车启动和停稳信息单向发送1次，不需要CTC/TDCS确认。253.3.7 工务轨道动态监测信息 通过CIR将轨道动态监测装置监测到的轨道晃动信息采用GPRS的方式发送到地面服务器，可以实时掌握线路轨道的信息，有效地避免安全隐患。在青藏线有实际应用。26CIRBSSSGSNGGSNGRIS工务晃车地面服务器3.3.7 工务轨道动态监测信息 工务晃车车载数据采集终端273.3.8 铁路客车运行安全监控系统（TCDS）利用GPRS将客车运行，供电状态实时传送到地面基地监测系统，全程监测提速客车的运行安全。列车运行状态查询系统，利用GPRS移动通信，将机车监控装置，TAX箱的机车运行状态监测，机车走行部监测信息实时传送到地面，全程监测机车的运行安全。28BSSSGSNGGSNGRISTCDS地面服务器3.3.8 铁路客车运行安全监控系统（TCDS）TCDS车载数据终端29目录第一部分概述第二部分GSM-R分组域应用网络构成与设备配置第三部分通信方式及交互信息第四部分通信流程第五部分GPRS接口服务器/GPRS归属服务器介绍第六部分石太线应用举例第七部分北京、武汉GROS地理冗余设置304.1 CIR开机附着GPRS网络HLRsnew SGSNold SGSNBSSCIRCIR开机或重启后，首先注册GPRS网络；HLR将用户是否能使用GPRS业务、以及APN信息和QoS信息等发给SGSN。314.2 CIR激活PDP，获取自身IP地址CIRBSSSGSNGGSNRadiusCIR注册GPRS网络成功后，进行PDP激活操作（采用正确的APN），采用非透明方式，以机车号作为用户名和密码。DNS324.2.1 DNS服务器的作用DNS服务器通过Gn接口与SGSN相连；DNS服务器的作用是进行域名解析，实现APN域名至GGSN IP地址的解析；例如：GRIS.BJ.MNC020.MCC460.GPRS-10.13.1.76DNS设置：北京和武汉各设置一套，互为地理容灾备份；334.2.2 Radius服务器的作用Radius服务器通过Gi接口与GGSN相连；RADIUS服务器的作用是验证用户的合法性，对其用户信息进行鉴权后为其分配IP地址，使其接入到GPRS网络中，实现应用业务信息的传输；Radius设置：北京和武汉各设置一套，互为地理容灾备份；由GGSN去判断使用哪个Radius；344.3 CIR向GROS查询当前GRIS IP地址目的IPPDP激活成功后，CIR根据预存的GROS IP地址向GROS发送“查询当前目的GRIS IP地址”指令，内容包括机车号、交路号、公里标、当前小区号、经纬度信息等。GROS查询并返回CIR当前所对应的GRIS的IP地址：GROS根据CIR提供的小区位置信息、列车经纬度信息或交路号、公里标等位置信息查询数据库后，获得列车当前对应GRIS的IP地址，向CIR发送“返回当前GRIS IP地址信息”。CIR接收当前GRIS IP地址，并实时存储：CIR接收GROS返回的当前GRIS IP地址，作为车次号校核信息、列车停稳及启动等信息传送的目的地址。35异常情况下，CIR开机或重启并发送IP地址查询请求，若1分钟内没有收到主用GROS的响应，则向主用GROS重发查询请求。重发不超过2次；如果向主用GROS发送请求失败，则向备用GROS发送IP地址查询请求，若1分钟内没有收到备用GROS的响应，则重发查询请求。重发不超过2次；如果上述查询均失败，则启用CIR存储的GRIS IP地址作为当前GRIS的IP地址。归属GRIS根据CIR发送的车次号校核信息中列车当前位置信息判断CIR不在其管辖范围内时，代CIR向GROS发送“查询当前目的GRIS IP地址”指令。4.3 CIR向GROS查询当前GRIS IP地址目的IP364.3 CIR向GROS查询当前GRIS IP地址目的IPCIRBSSSGSNGGSNGROS374.4 CIR发送车次号信息CIRBSSSGSNGGSNGRISCTC384.5 CTC发送调度命令/进路预告等信息CIRBSSSGSNGGSNGRISCTCDNS394.5.1 DNS服务器的作用 DNS服务器接入GPRS网络的Gi VLAN；DNS服务器的作用是域名解析，在实现数据信息传输时实现功能号（机车号，车厢号）等信息到对应终端用户IP地址的转换。实现信息的正确寻址；30200068-10.13.1.8DNS设置：北京和武汉各设置一套，互为地理容灾备份；北京和武汉Radius的数据保持一致;使用DNS的网元：SGSN、GRIS等；404.5 GRIS IP地址更新对于CTC/TDCS业务，GRIS IP地址更新采用双重更新方式：CTC判断触发更新；GRIS判断触发更新。对于车载式轨道动态监测系统业务，其车载设备存储全路所有GRIS的IP地址，根据TAX箱的公里标信息，获取相应的GRIS IP地址，加上相应的端口号，作为目的通信地址。CIR根据目的IP地址进行转发，不对该业务的目的IP地址进行管理。414.5.1 CTC判断触发更新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。42CIRBSSSGSNGGSNGRISCTCDNS4.5.1 CTC判断触发更新对每一条车次号信息中的位置进行判断越界指示查询机车号对应的IP返回机车号对应的IP根据路局代码查询对应的GRIS IPIP地址更新IP地址更新IP地址更新IP地址更新IP地址更新响应IP地址更新响应IP地址更新响应越界指示响应434.5.1 GRIS判断触发更新当机车运行到新的CTC/TDCS管辖范围的信号机，若CTC/TDCS中心未能及时向GRIS发送越界指示时，CIR仍然向原GRIS发送车次号校核信息，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，则向GROS发送“查询当前GRIS IP地址”指令。GROS根据CIR位置信息查询接管GRIS的IP地址，并向CIR发送“返回当前GRIS IP地址信息”。CIR收到该数据帧后，应向GROS发送“IP地址更新响应”，并存储记录接收到的IP地址作为车次号校核信息等传送的目的地址，实现IP地址更新。44CIRBSSSGSNGGSNGRISGROS4.5.1 GRIS判断触发更新对每一条车次号信息中的位置进行判断IP地址更新响应IP地址更新响应IP地址更新响应查询当前GRIS IP地址返回当前GRIS IP地址信息 返回当前GRIS IP地址信息 返回当前GRIS IP地址信息 查询当前GRIS IP地址回复45目录第一部分概述第二部分GSM-R分组域应用网络构成与设备配置第三部分通信方式及交互信息第四部分通信流程第五部分GPRS接口服务器/GPRS归属服务器介绍第六部分石太线应用举例第七部分北京、武汉GROS地理冗余设置465.1 GRIS和GROS功能概述GPRS接口服务器是铁路信息化的重要组成设备之一，是连接GSM-R/GPRS网络与外部分组数据网的核心设备。实现了车地之间各种分组数据信息的高效、可靠传输。GPRS归属服务器是铁路信息化的重要组成设备之一。为全路所有CIR和GRIS提供查询归属GRIS IP地址功能，配合GPRS接口服务器实现了车地之间各种分组数据信息的传输。475.2 GRIS功能GPRS网络接入功能：GRIS为各种铁路应用系统提供GPRS网络接入功能，为应用服务器和车载GPRS终端之间提供透明的数据传输通道。GPRS服务器为以下应用系统提供GPRS接入功能：CTC/TDCS系统；TCDS系统；其他铁路信息系统。485.2 GRIS功能协议转换功能：GRIS分别连接了应用服务器和GGSN，在应用数据传输过程中，GPRS接口服务器完成传输层和应用层通信协议的转换以及机车号到IP地址的转换。数据的存储转发 GRIS采用存储转发的机制，完成各种应用数据的传送。IP地址更新 当机车运行至新CTC/TDCS区段时，若CTC/TDCS中心未能及时通过GPRS接口服务器通知CIR进行IP地址更新，GPRS接口服务器负责通知CIR进行GPRS当前接口服务器IP地址的更新操作。495.2 GRIS功能IP地址存储 每个GRIS存储其余路局GRIS的IP地址，以便收到CTC/TDCS通信服务器发送的越界指示和下一个CTC管辖区域代码时，根据区域代码查询接管GRIS的IP地址。判断机车综合通信设备是否越界 GRIS存储自身管辖范围数据，能够根据机车综合通信设备发送的LAC/CI、公里标信息和GPS信息判断机车综合通信设备是否越界。505.2 GRIS功能信息安全功能 防止非法的移动用户利用GPRS接口服务器进行数据传输，同时也防止未经授权的固定用户向机车综合无线通信设备传送数据。日志记录功能 GPRS接口服务器对所有经过它转发的数据进行记录以备以后查询。告警提示功能 当与GSM-R通信服务器连接或与GGSN连接出现问题时，要在GPRS接口服务器的维护终端上进行文字与声音两种方式的告警提示。515.3 GROS功能IP地址查询信息 CIR开机或重启后，应向GROS发送“GRIS IP地址查询”指令，由GROS从位置数据库中查询得到相应的GRIS IP地址，并返回给CIR。IP地址更新信息 当机车运行到新的CTC/TDCS区段，若CTC/TDCS未能及时给出IP地址更新指令，GRIS应向GROS发送“查询当前GRIS IP地址”指令,由GROS从位置数据库中查询得到相应的GRIS IP地址，并返回给CIR。525.3 GROS功能需求位置数据库管理 位置数据库用于存储全国各CTC/TDCS管辖范围与GRIS IP地址对应关系。根据CTC/TDCS管辖范围信息和GRIS IP地址信息变化，可对数据库信息进行修改、删除和添加记录等操作，并提供数据查询功能。位置数据库包括全国的LAC/CI、交路号/公里标、GPS。535.4 GROS/GRIS性能可靠性：99.999%。采用11容错冗余配置，当一路发生故障，切换到另一路工作的时间在秒级以下。当出现硬件故障时，设备可自动对故障自检、故障隔离和恢复。硬盘采用镜像方式保护，包括操作系统、应用软件和静态数据等均应进行保护；具有内存动态数据的镜像保护，保证实时数据的安全性。具备良好的可扩展性。545.5 GPRS接口服务器工作原理地面机车：收到地面应用实体向某一机车发送的信息 向DNS查询该机车所对应的IP地址 将数据信息进行协议转换 通过GPRS网络转发至对应机车机车地面：收到机车车载设备发送的信息 根据内部的对应关系判断其目的地址 将数据信息进行协议转换 通过以太网TCP方式发送至对应的地面应用实体555.5 GPRS接口服务器工作举例CTC机车台:1.CTC发送调度命令（按机车号发送）机车号：SS8-00010 (21200010)2.GPRS接口服务器查询DNS,获得机车号IP 机车台IP:10.13.255.130 3.GPRS接口服务器通过GGSN 将这条调度命令发送给机车台机车台CTC:1.机车台向GPRS接口服务器发送车次号信息 2.GPRS接口服务器将信息转发给CTC565.6 应用案例青藏铁路：自2006年5月起，由交大提供的GRIS/GROS设备、RADIUS/DNS设备开始在青藏铁路试运行。完成了配合CIR、CTC厂家联调，保障06年7月1日青藏铁路开通，及开通后2年多的正常运行。业务：CTC/TCDS业务工务晃车信息业务地理信息系统业务575.6 应用案例太原铁路局：2006年11月起，由交大提供的GRIS设备开始在大秦铁路试运行，完成了配合CIR、CTC厂家联调，保障CTC业务正常开通；2009年1月，对太原铁路局GRIS设备进行软、硬件扩容，满足了石太客运专线的业务需求，实现了太原GRIS与北京GROS的互连。业务：大秦线、石太客运专线CTC/TCDS业务585.6 应用案例北京铁路局：自2008年5月，由交大提供的GRIS、GROS设备开始在北京GSM-R网络核心网机房试运行。完成了配合CIR、CTC厂家联调，与济南、上海GRIS的互联工作，成功保障京津线7月1日正式通车。2009年1月，由于京津线特殊需求和石太线开通需要，新设GRIS设备。业务：京津城际、石太客运专线CTC/TCDS业务59目录第一部分概述第二部分GSM-R分组域应用网络构成与设备配置第三部分通信方式及交互信息第四部分通信流程第五部分GPRS接口服务器/GPRS归属服务器介绍第六部分石太线应用举例第七部分北京、武汉GROS地理冗余设置606.1 石太线分组网络结构示意图616.2 北京GRIS与石太CTC/TDCS连接示意图626.3 石太线北京局CIR激活PDP流程图636.4 石太线北京局CIR查询当前GRIS IP地址流程 646.5 石太线北京局CIR在太原局管内发送调车请求消息流程 656.6 石太线北京局CIR在太原局管内调度命令接收消息流程 666.7 石太线北京局CIR在北京局管内发送调车请求消息流程 676.8 石太线北京局CIR在北京局管内调度命令接收消息流程 686.9 石太线太原局CIR激活PDP流程图696.10 石太线太原局CIR查询当前GRIS IP地址流程 706.11 石太线太原局CIR在太原局管内发送调车请求消息流程 716.12 石太线太原局CIR在太原局管内调度命令接收消息流程 726.13 石太线太原局CIR在北京局管内发送调车请求消息流程 736.14 石太线太原局CIR在北京局管内调度命令接收消息流程 74目录第一部分概述第二部分GSM-R分组域应用网络构成与设备配置第三部分通信方式及交互信息第四部分通信流程第五部分GPRS接口服务器/GPRS归属服务器介绍第六部分石太线应用举例第七部分北京、武汉GROS地理冗余设置757.1 北京GROS与武汉GROS的关系GROS采用地理冗余设置，两GROS采用主备工作方式，北京GROS做主用，武汉GROS做备用；系统数据采用主从单向实时同步方式。正常情况下，由北京GROS负责处理全网业务，当北京GROS发生故障后，由武汉GROS判断并自动成为主用，保证业务处理不受影响，此时武汉GROS接替北京GROS工作；当北京GROS故障恢复后，自动恢复为主用，并自动完成故障发生期间的数据库更新。767.2 各路局GRIS与北京、武汉GROS的关系各路局GRIS设置北京和武汉两个GROS IP地址，当判断CIR越界或收到CIR查询当前GRIS IP消息时，同时向北京、武汉GROS发送CIR当前GRIS IP地址查询业务数据，主用GROS对查询业务进行响应，备用GROS除记录日志外不作业务处理。7778