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1、 2 0 1 5 年 1 1 月 第 5 1 卷第 1 1 期 铁 道 通 信 信 号 R AI L WAY S I GNAL L I NG C OMMUNI C A TI ON No v e mb e r 2 0 1 5 Vo 1 5 1 No 1 1 高速环境下 GS M R小 区广播性能研究 邹引 蒋文怡 丁建文 摘 要 结合 GS M R小区广播 系统架构 协议体 系结构 小区广播 消息格式和消息流程 研 究 小区广播在 高速环境下的性能 基于实验 室 GS M R小区广播测试平台和现场测试情况 对小区 广播传输时延 传输速率和丢包率进行测量和分析 得 出结论 时延主要 由信息处理和信
2、息传输 决定 通常由信息长度决定 高速运行 小区重选 干扰都会对丢包率产生影响 小区广播单独 占用 一 个 S D C C H 信 道 不对其 它无 线通 信 业务造 成影 响 关 键 词 小 区广播 防 灾安 全监控 性 能分析 Ab s t r a c t Co mb i n e d wi t h t h e a r c h i t e c t u r e o f GS M R c e l l b r o a d c a s t s y s t e m t h e a r c h i t e c t u r e o f p r o t o c o l s c e l l b r o a d
3、 c a s t me s s a g e f o r ma t s a n d me s s a g i n g p r o c e s s e s we s t u d y t h e p e r f o r ma n c e o f c e l l b r o a d c a s t u n d e r h i g h s p e e d e n v i r o n me n t Ba s e d o n t h e t e s t p l a t f o r m o f GS M R c e l l b r o a d c a s t i n o u r l a b o r a t o
4、 r y a n d t h e r e s u l t s o f t e s t o n s i t e t h e t r a n s mi s s i o n d e l a y t r a n s mi s s i o n r a t e a n d p a c k e t l o s s r a t e o f c e l l b r o a d c a s t a r e me a s u r e d a n d a n a l y z e d I t wa s c o n c l u d e d t h a t t h e d e l a y i s ma i n l y d
5、e t e r mi n e d b y d a t a p r o c e s s i n g a n d d a t a t r a n s mi s s i o n u s u a l l y d e t e r mi n e d b y t h e l e n g t h o f t h e d a t a Hi g h s p e e d c e l l r e e l e c t i o n i n t e r f e r e n c e wi l l a f f e c t p a c k e t l o s s r a t e Ce l l b r o a d c a s t
6、O C c u p y a S DCCH c h a n n e l e x c l u s i v e l y a n d c a n n o t a f f e c t o t h e r s e r v i c e s o f wi r e l e s s c o mmu n i c a t i o n Ke y wo r d s Ce l l b r o a d c a s t Di s a s t e r p r e v e n t i o n a n d s a f e t y mo n i t o r i n g Pe r f o r ma n c e a n a l y s i
7、 s D O I 1 0 1 3 8 7 9 j i s s n l 0 0 0 7 4 5 8 2 0 1 5 1 1 1 5 4 1 9 小区广播 系统 和应用程序 因其 占用资源少 用户定位精准 发布速度快等独特技术优势 在许 多发达国家的应急体系都有应用 在英 国伦敦地铁 爆炸事件 中 官方曾使用小区广播给事故发生地附 近的居民发布避难信息 在亚洲斯里兰卡海啸灾难 发生时 小区广播提示 巨浪即将到来 并指导群众 前往救助中心 从 2 0 0 8年起 欧洲 的主要运营商 开始在通信网络里部署小区广播 日本地震和海啸 预警 系 统 E T WS 和美 国商 用 手 机 预警 系 统 C W
8、AS 均采用小 区广播发送 预警 我 国正在研 发的高速铁路地震监测预警系统的地一 车信息发送 也准备采用小 区广播短消息方式进行试验 邹引 北 京交通 大学硕士研究 生1 0 0 0 4 4 北京 蒋文 怡 北京 交通 大学副研究员 1 0 0 0 4 4 北京 丁建 文 北京 交通 大学讲 师1 0 0 0 4 4 北京 基金项 目 铁 道部科 技研究 开发计划项 目 2 0 1 4 X 0 0 5 一 F 既有 铁 路 GS M R系统关键 技术 优化研 究一 G S M R 系统 小 区广播 承载高速铁路灾害监测预警等信息技术研究 收稿 日期 2 0 1 5 0 8 0 3 随着铁路信
9、息化技术的发展和对安全要求的不 断提高 需要将灾害预警 列车位置等信息实时传 送给列车或线路上的作业人员 由于小区广播业务 在 国内外铁路无线通信领域尚无应用案例 因此需 要对小区广播消息推送应用进行研究 1 小区广播架构和协议 小 区 广 播 系 统 C B S 由 小 区 广 播 中 心 C B C 和 小 区 广 播 实 体 C B E 组 成 其 中 C B C是分发小 区广播信息 到 GS M R 网络的 中心 负责小区广播短消息的管理 如 C B S消息的编号 对保存在基 站控制器 B S C内消息 的修 改和删 除 发出广播和广播参数的标注 小 区数 开始和停止 广播时刻 重复广
10、播的次数 广播信道 等 C B E 负责将小 区广播系统格式化 包括将 1条 C B S消 息分成多页 小区广播系统如图 1 所示 其 中 B S C 主要 负责翻译来 自 C B C的命令 存储 C B S消息 并 转送 到指定 的基站 B TS 安 排小 区广播 控制信 一 63 铁道通信信号2 0 1 5 年第 5 1 卷第 1 1 期 道 C B CH 向 C B C反馈 C B S消息广播功能 B TS 负责传送 C B S消息 有选择性地产生 C B C H 符合 指示消息 移动 台 MS负责消息 页的重组 重构 C B S消息 图 1 小区广播系统图 短消息系统 S MS 的协议
11、共分 4层 包括应 用层 S M AL 传 输 层 S M TL 中 继 层 S M R L 和底层 S M L L S MS的分层协议结 构如图 2所示 广播业 务 元 素 C B S E 直 接 映 射 到 网络 层 上 C B C支 持业 务包括 业务 绑定请 求 绑 定确认 绑定失败 绑定解除 写入 替换请求 消息删除 请求 报告响应 信道查询请求 信道查询响应 消息状态查询请求 消息状态查询响应 报告操作 拒绝 重启指 示 重 置请 求 故障指示 设置不连续接收参数等 2 小 区广播数据传输技术 一 个小区只能配置 1个 C B CH 通 过 占用 1个 S D C C H 的子 时
12、隙来 实现 小区广播通常 占用 S D C C H 第 2数据块 传输数据 小区广播短消息每页传输 8 8字节固 定格式 每页承载消息 8 2字节 每次可 传输 l 5 页 发送频 率 起 止时间 重 复 次数可以由 C B C确定 B T S根据 C B CH 的负荷周期性发送 每页有相同的消息标识符和序 号 用于 MS鉴别和丢弃已收到的消息 每页分为 4段 由 C B C向 B S C发送 可以根据需要接收相 关信息 C B S消息 由 B T S按一定频 率和周期循环 C I R 状态监测信 息发送系统 S M S I W M S C S M S C S M AL S M T L S M
13、R SM R S M RL S M R L S MC S C S M LL S M L L 图 2 S MS分层协 议结构 图 网络接 口是指 C B C与基 站 B S C之间 的接 口 传输层采用 x 2 5或 No 7 华为 中兴 等厂家采 用 X 2 5 协议 图 3为小区广播协议 应用层小区 层4 5 6 没有 用 应用层一 C B S 应用 C B S E 网络层 链路层 物理 层 图 3 小 区广播协议 6 4 CM S u bl a y er M M S ub1 ay e r RR S ubl ay e r 时侦听 C C C H 接收 广播 重 复发送 的频率取 决于它 们所
14、包含 的信息 例如道路 交通 信息 就 比天 气信 息 重 复频 率 高 重复周期同样受到高速移动 快 速穿 越 小 区 的影 响 对 于 单 页 8 2字节 的小区广播消息 在空 口上 广播 的最小 周 期是 1 8 8 3 S 重复广播周期 是这个 的倍数 可 以从 1 1 0 2 4 移动台在空闲模式 可以收到该消息 专用模式时不能 C B C与 B S C间的消息流程包括 发送信息或 替换 已有消息 删 除已有消息 C B C H 状 态查 询 查询 C B C H 信道发送 队列容量 中的数据 消息 状态查询 查询 消息库 中相应 消息的状态信息 小区复位申请 B S C停止 向相关
15、小 区发送任何消 息 并清除消息库 中和小 区广播表 中的相应信息 DR X设置 申请 根据消息提供的参数设 置下一次 发送的调度消息 发送拒绝响应 B S C不能理解 收到 的消息 或消 息参数值非 法时 向C B C上报 出 R AI L WAY S I GNAL I I NG C OMMUNI C A TI ON Vo 1 5 1 N o 1 1 2 0 1 5 错原 因或简短说明信息 B S C与 B T S间 的消息 和业 务功 能 B S C向 B TS发送广 播 消 息 B S C 通 过 1条 S MS B r o a d c a s t C o mma n d 消 息 把 C
16、 B S信 息发 给相 应 的 B TS 并 指明需 要 使 用 的 信道 B TS 向 B S C上 报 信道 负 载 B TS 通 过C B C H L o a d i n g I n d i c a t i o n 消息 向 B S C上报 C B CH信道 的 负载情 况 并要 求 B S C进行相 应 的流量控制 3 小 区 广 播在 高速 环 境 下 的应用 防灾安全监控系统主要是对 危及客运专线运行安全 的自然灾害 风 雨 地震 等 突发事故异物侵限及非法侵入等进行监测报 警 采用 GS M R网络进行防灾信息传输 当地面 中心收到防灾系统发送 的灾害告警 信息时 通 过 GS M R网络的小 区广播短消息业务 在灾害发生 地点一定范围内 周期性广播告警信息 当列车运 行至该范 围时 车载设备接收到告警信息 并提示 司机 必要时发出声光告警 地面 中心利用小区广 播短消息业务进行下行数据传输 车载设备根据广 播告警信 息帧内容 通过 GP R S网络 M GRI S发 送接收回执 地面 子 系 统 由 小 区广 播 中 心 C B C M GR I S 转发 控制 器 存
