CN114422996A - Gsm-r网络仿真数据转发装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种GSM‑R网络仿真数据转发装置和方法，其中所述装置包括：综合业务数字网基群速率接口卡模块，用于提供信令转换功能，将ATP与RBC之间的业务数据转载入综合业务数字网基群速率接口格式并发出；用户级交换机仿真模块，分别连接BTS仿真模块和综合业务数字网基群速率接口卡模块，用户级交换机仿真模块用于从BTS仿真模块获取电路交换数据，经过速率适配后通过语音接口卡支持库接口向综合业务数字网基群速率接口卡模块转发。本发明实现了对GSM‑R网络仿真数据的转发，能够模拟通信过程中的各种情形，进而通过控制界面实现对仿真系统提供配置、仿真部件运行情况监视等功能，有效简化了测试流程，测试人员可方便注入网络故障信息，具备稳定运行的能力。

Description

GSM-R网络仿真数据转发装置和方法
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种GSM-R网络仿真数据转发装置和方法。
背景技术
随着我国铁路的快速发展，我国制定了铁路中长期发展规划，其规划中的中国列车控制系统CTCS(China Train Control System)是为保证列车安全运行，并以分级形式满足不同线路运行需求的技术规范，是我国未来铁路技术发展的方向，CTCS按照系统条件和功能共分5级，从0级到4级。
列车控制系统是控制铁路列车的核心装备，分为车载设备(ATP，装备在列车上)和地面设备(RBC，安装在地面的控制机房)。现有技术中比较常见的CTCS-3级和ETCS基线2列控系统中，列控系统的车载设备和地面设备通过GSM-R网络(G网电路域)进行数据通信。
目前的车载通信系统尚缺少对GSM-R网络仿真数据的转发装置和方法，无法实现对通信过程中的各种情形进行仿真模拟。
发明内容
本发明提供一种GSM-R网络仿真数据转发装置和方法，用以解决现有技术中存在的技术缺陷。
本发明提供一种GSM-R网络仿真数据转发装置，包括：
综合业务数字网基群速率接口卡模块，用于提供信令转换功能，将ATP与RBC之间的业务数据转载入综合业务数字网基群速率接口格式并发出；
用户级交换机仿真模块，分别连接BTS仿真模块和所述综合业务数字网基群速率接口卡模块，所述用户级交换机仿真模块用于从所述BTS仿真模块获取电路交换数据，经过速率适配后通过语音接口卡支持库接口向所述综合业务数字网基群速率接口卡模块转发。
根据本发明所述的GSM-R网络仿真数据转发装置，所述用户级交换机仿真模块包括速率适配实现单元，所述速率适配实现单元用于对所述BTS仿真模块的全速率数据业务通道与综合业务数字网进行接口速率匹配。
根据本发明所述的GSM-R网络仿真数据转发装置，所述全速率数据业务信道的接口速率满足GSM-R的RA1/RA1'的6.0bit/s速率需求，所述综合业务数字网的接口速率满足GSM-R的RA2的64kbit/s速率需求。
根据本发明所述的GSM-R网络仿真数据转发装置，所述用户级交换机仿真模块还包括信令转换单元，所述信令转换单元用于完成SIP协议与DSS1协议的信令转换。
根据本发明所述的GSM-R网络仿真数据转发装置，还包括RTP协议数据转发实现单元，所述RTP协议数据转发实现单元用于转发所述BTS仿真模块与综合业务数字网之间的数据。
根据本发明所述的GSM-R网络仿真数据转发装置，所述电路交换数据为透明承载服务数据。
根据本发明所述的GSM-R网络仿真数据转发装置，所述RTP协议数据转发实现单元在转发所述BTS仿真模块与综合业务数字网之间的数据时遵循V.110协议。
本发明还提供一种GSM-R网络仿真数据转发方法，包括：
利用至少一综合业务数字网基群速率接口卡模块，用于提供信令转换功能，将ATP与RBC之间的业务数据转载入综合业务数字网基群速率接口格式并发出；
利用至少一用户级交换机仿真模块从BTS仿真模块获取电路交换数据，经过速率适配后通过语音接口卡支持库接口向所述综合业务数字网基群速率接口卡模块转发。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述GSM-R网络仿真数据转发方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述GSM-R网络仿真数据转发方法的步骤。
本发明的GSM-R网络仿真数据转发装置，利用综合业务数字网基群速率接口卡模块提供信令转换功能，以及用户级交换机仿真模块用于从所述BTS仿真模块获取电路交换数据，经过速率适配通过语音接口卡支持库接口向所述综合业务数字网基群速率接口卡模块转发。本发明实现了对GSM-R网络仿真数据的转发，能够模拟通信过程中的各种情形，进而通过控制界面实现对仿真系统提供配置、仿真部件运行情况监视等功能，有效简化了测试流程，测试人员可方便注入网络故障信息，具备稳定运行的能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的GSM-R网络仿真数据转发装置的示意图；
图2是本发明提供的GSM-R网络仿真系统的结构示意图；
图3是本发明提供的GSM比特率适配的数据速率示意图；
图4是本发明提供的GSM-R网络仿真数据转发装置中的用于RA1阶段的V.110 80位自适应帧的示意图；
图5是本发明提供的GSM-R网络仿真数据转发方法的示意图；
图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1-2，本发明的一种GSM-R(Global System for MobileCommunications-Railway，是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统)网络仿真系统，该系统可以包括：
SDR(Software Defination Radio，“软件定义的无线电”的简称)收发器，用于无线电信号的发送和接收；
SDR收发器包含软件部分和硬件部分，其中，硬件部分是USRP(UniversalSoftware Radio Peripheral，通用软件无线电外设)设备，软件部分是收发器进程程序。
BTS仿真模块，连接所述SDR收发器，所述BTS仿真模块用于驱动所述SDR收发器完成GSM网络Um接口全功能；
BTS仿真模块是指OpenBTS。Um接口是GSM/GPRS/EDGE网络中，MS(Mobile Station，移动台)与网络之间的空中接口(Air Interface)。Um接口用于传输MS与网络之间的信令信息和业务信息。
综合业务数字网基群速率(ISDN-PRI)接口卡模块，用于提供信令转换功能，将ATP与RBC之间业务转载入综合业务数字网基群速率接口格式并发出；
ATP与RBC是两种接口规范，ISDN-PRI接口卡具体用于通过接口硬件对应的API将ATP与RBC之间业务转载入ISDN-基群速率格式并发出。
ISDN(Integrated Services Digital Network，综合业务数字网)是以综合数字电话网(IDN)为基础发展演变而形成的通信网，能够提供端到端的数字连接，用来支持包括话音和非话在内的多种电信业务。用户能够通过有限的一组标准多用途用户—网络接口接入网内。
用户级交换机(PBX，即Private Branch Exchange，用户级交换机，为公司内部使用的电话业务网络，系统内部分机用户分享一定数量的外线)仿真模块，分别连接所述BTS仿真模块和综合业务数字网基群速率接口卡模块，所述用户级交换机仿真模块用于从所述BTS仿真模块获取透明数据承载服务(CSD)数据，经过速率适配通过语音接口卡支持库接口向所述综合业务数字网基群速率接口卡模块转发。
语音接口卡支持库，它被用来控制电话接口卡。PBX模块完成软交换和信令接续功能。所述的BTS仿真模块完成了V.110速率适配，实现6kbit/s的无线接口速率，最终向所述综合业务数字网基群速率接口卡模块的B信道转发。
其中，本发明提供的GSM-R网络仿真数据转发装置包括所述的综合业务数字网基群速率接口卡模块和所述用户级交换机仿真模块。
本发明的GSM-R网络仿真数据转发装置，通过利用综合业务数字网基群速率接口卡模块提供信令转换功能，以及用户级交换机仿真模块用于从所述BTS仿真模块获取电路交换数据，经过速率适配通过语音接口卡支持库接口向所述综合业务数字网基群速率接口卡模块转发。本发明实现了对GSM-R网络仿真数据的转发，能够模拟通信过程中的各种情形，进而通过控制界面实现对仿真系统提供配置、仿真部件运行情况监视等功能，有效简化了测试流程，测试人员可方便注入网络故障信息，具备稳定运行的能力。
为了进一步说明本发明的GSM-R网络仿真数据转发装置，以下提供了一种GSM-R网络仿真数据转发装置的具体实施例，包括硬件模块和软件模块，硬件模块包括ISDN-基群速率接口卡模块，ISDN-基群速率接口卡提供信令转换功能。软件模块为用户级交换机仿真模块，其用于完成软交换和信令接续功能。
用户级交换机仿真模块完成软交换和信令接续功能。从BTS仿真模块得到CSD数据，经过速率适配通过语音接口卡支持库接口向ISDN-PRI接口B信道转发。
ISDN-基群速率接口卡模块通过接口硬件对应的API将ATP与RBC之间业务转载入ISDN-基群速率格式并发出。
在列控系统中，为满足测试需求，无线网络仅需满足车地无线交互的需求即可。无线通信网络仿真可采用轻量级且稳定性高的方案。
系统要求
GSM-R网络仿真数据转发系统针对应用测试开发，不针对协议测试。所以只需完成网络的信令的正常应答，数据的适配转发，不实现所有协议分支。
1套GSM-R网络仿真系统至少支持10台ATP(20个MT)和4台RBC测试通信连接。
GSM-R网络仿真系统连接ISDN服务器的基群速率接口卡应考虑支持国产接口卡的选型。
GSM-R网络仿真数据转发系统应具备稳定运行的能力。
用户级交换机仿真模块完成软交换和信令接续功能。从BTS仿真得到CSD数据，经过速率适配通过语音接口卡支持库接口向ISDN-基群速率接口B信道转发。
ISDN-基群速率接口通过接口硬件对应的API将ATP与RBC之间业务转载入ISDN-基群速率格式并发出。
控制界面完成对仿真系统提供配置、仿真部件运行情况监视功能。
GSM-R仿真转发程序主要包括用户级交换机仿真模块进程。
PBX信令面主要实现SIP协议到DSS1协议的信令转换，数据面实现RTP协议到ISDNB信道数据的转换，同时数据速率从6kbit/s的GSM数据速率到64kbit/s的B信道接口速率转化。还要完成多MT和多ISDN Server的接续管理。
基群速率接口和RBC侧ISDN Server直接连接，完成D信道DSS1信令接续和B信道数据传输。
SIP/RTP接口与BTS仿真程序连接，完成SIP信令接续与RTP数据转接。遵循RFC3261和Q.931协议规定。
信令接续是连接SIP和DSS1信令的主控模块，实现呼叫建立和拆除呼叫的全过程。
上行转发和下行转发针对数据通道，完成B信道到RTP数据接口的数据握手、数据转发、速率适配、定时发送、缺帧填充工作。遵循V.110协议规定。
日志服务提供运行日志记录。
可以理解的是，PSTN的模拟电路交换连接表示一个透明通道，可用于在语音带中传输任意数字数据信号。在模拟网络中，订户根据要发送语音还是数据来选择电话或调制解调器。但是，在PLMN中，必须针对不同的服务更改信道编码(针对不同的承载服务的错误保护)。比特率适配必须被激活并且语音编码被去激活。在MSC的IWF中，除了调整比特率外，还需要添加一个调制解调器，以便与固定网络中的伙伴进行数据通信。因此，在GSM网络中，语音信号与数据信号的路径不同。在可能情况下，数据信号从IWF定向到调制解调器，在调制解调器中将其数字化，然后在比特率适配后继续传输，以在无线电信道上传输。在相反的方向上，IWF将ISDN信道(64kbit/s)上的PCM编码信息传递给GMSC。从那里开始，它在网络转换开关单元中被转换成模拟信号，并作为语音带信号在PSTN中传送到模拟终端。
速率适配：
GSM中有五个基本业务信道可用于实现承载服务：TCH/H2.4，TCH/H4.8，TCH/F2.4，TCH/F4.8，TCH/F9.6的比特率分别为3.6、6和12kbit/s。在最近的标准化工作中，还定义了TCH/F14.4。在这些业务信道上必须实现比特率从300bit/s到9.6kbit/s的承载服务。此外，在GSM网络的固定连接上，数据信号以64kbit/s的数据速率传输。
连接在参考点R上的端子具有常规的异步和同步接口。这些接口上的数据服务以GSM承载服务实现的比特率工作。因此，R参考点处的数据终端必须具有适合无线接口的比特率。这种比特率适配源自ISDN中使用的V.110标准，在该标准中，同步数据流的比特率正在经历一个两步过程；首先，以8kbit/s的倍数的中间速率形成帧。该流被转换为64kbit/s的信道比特率。异步服务通过填充过程使用停止位进行预处理，以形成同步数据流。图3表中展示了GSM比特率适配的数据速率。
根据空中接口的要求修改的V.110程序也用于GSM。从本质上讲，GSM将数据信号从R参考点处的用户数据速率(例如2.4或9.6kbit/s)转换为中间数据速率(8或16kbit/s)，最后转换为ISDN比特率64kbit/s。从用户到中间速率的自适应功能称为RA1；从中间速率到ISDN的自适应功能称为RA2。在空中接口的参考点Um的中间速率和业务信道的信道数据速率(3.6、6或12kbit/s)之间添加GSM特定的比特率适配步骤。从中间比特率到信道比特率的该自适应函数被称为RA1/RA1'。适配功能RA1'执行从用户到信道数据速率的直接适配，而无需经历中间数据速率。图3表中概述了参考点的比特率和RA模块之间的中间数据率。
为各个比特率适配步骤定义了适配帧。这些帧除包含用户数据外，还包含信令和同步数据。它们是基于V.110帧定义的，如图4所示为GSM 80位适配帧。
用于在PSTN上进行通信的调制解调器位于MSC的IWF中，因为数据是从此处以PLMN内的数字形式发送的。对于调制解调器接口上的拥塞和流量控制以及其他功能，接口信号因此必须从调制解调器通过PLMN传输到MS。为此，在比特率适配功能的帧中保留了信令比特，这些比特代表这些信号，因此可以直接控制MS。因此，这样的承载服务的连接不仅对于用户数据是透明的，而且对于IWF中(串行)调制解调器接口的带外信令也是透明的。
整体信令和数据流程分信令过程和数据过程进行详细说明。信令的转换过程中，除了空中接口网络侧和中继线网络侧协议与标准GSM相同外，中间过程主要是转化为了SIP信令接续过程。主要的原因是基于IP网络的信令逐渐成为电话接续的主要手段，在各种智能通信终端、VOIP设备、媒体网关等场景广泛应用，所以本仿真系统选择将GSM空口信令转换为SIP，再转接话音网关转变为传统通信网信令(ISDN-PRI)的方式可以借助更多网络资源。
数据过程：
在车载移动终端和BTS仿真之间是通过透明数据承载服务(CSD)，2.4/4.8/9.6kbps(以4.8kbps为主)，异步模式。
BTS仿真模块提取出信息流通过RTP协议转发。
用户级交换机仿真模块进行信息流速率适配，通过ISDN B信道透明传输。
参见图5，下面对本发明提供的GSM-R网络仿真数据转发方法进行描述，下文描述的GSM-R网络仿真数据转发方法与上文描述的GSM-R网络仿真数据转发装置可相互对应参照，所述GSM-R网络仿真数据转发方法包括：
S1、利用至少一综合业务数字网基群速率接口卡模块，用于提供信令转换功能，将ATP与RBC之间的业务数据转载入综合业务数字网基群速率接口格式并发出；
S2、利用至少一用户级交换机仿真模块从BTS仿真模块获取电路交换数据，经过速率适配后通过语音接口卡支持库接口向所述综合业务数字网基群速率接口卡模块转发。
图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行GSM-R网络仿真数据转发方法，该方法包括：
S1、利用至少一综合业务数字网基群速率接口卡模块，用于提供信令转换功能，将ATP与RBC之间的业务数据转载入综合业务数字网基群速率接口格式并发出；
S2、利用至少一用户级交换机仿真模块从BTS仿真模块获取电路交换数据，经过速率适配后通过语音接口卡支持库接口向所述综合业务数字网基群速率接口卡模块转发。
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的GSM-R网络仿真数据转发方法，该方法包括：
S1、利用至少一综合业务数字网基群速率接口卡模块，用于提供信令转换功能，将ATP与RBC之间的业务数据转载入综合业务数字网基群速率接口格式并发出；
S2、利用至少一用户级交换机仿真模块从BTS仿真模块获取电路交换数据，经过速率适配后通过语音接口卡支持库接口向所述综合业务数字网基群速率接口卡模块转发。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的GSM-R网络仿真数据转发方法，该方法包括：
S1、利用至少一综合业务数字网基群速率接口卡模块，用于提供信令转换功能，将ATP与RBC之间的业务数据转载入综合业务数字网基群速率接口格式并发出；
S2、利用至少一用户级交换机仿真模块从BTS仿真模块获取电路交换数据，经过速率适配后通过语音接口卡支持库接口向所述综合业务数字网基群速率接口卡模块转发。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种GSM-R网络仿真数据转发装置，其特征在于，包括：
综合业务数字网基群速率接口卡模块，用于提供信令转换功能，将ATP与RBC之间的业务数据转载入综合业务数字网基群速率接口格式并发出；
用户级交换机仿真模块，分别连接BTS仿真模块和所述综合业务数字网基群速率接口卡模块，所述用户级交换机仿真模块用于从所述BTS仿真模块获取电路交换数据，经过速率适配后通过语音接口卡支持库接口向所述综合业务数字网基群速率接口卡模块转发。
2.根据权利要求1所述的GSM-R网络仿真数据转发装置，其特征在于，所述用户级交换机仿真模块包括速率适配实现单元，所述速率适配实现单元用于对所述BTS仿真模块的全速率数据业务通道与综合业务数字网进行接口速率匹配。
3.根据权利要求2所述的GSM-R网络仿真数据转发装置，其特征在于，所述全速率数据业务信道的接口速率满足GSM-R的RA1/RA1'的6.0bit/s速率需求，所述综合业务数字网的接口速率满足GSM-R的RA2的64kbit/s速率需求。
4.根据权利要求1所述的GSM-R网络仿真数据转发装置，其特征在于，所述用户级交换机仿真模块还包括信令转换单元，所述信令转换单元用于完成SIP协议与DSS1协议的信令转换。
5.根据权利要求1所述的GSM-R网络仿真数据转发装置，其特征在于，还包括RTP协议数据转发实现单元，所述RTP协议数据转发实现单元用于转发所述BTS仿真模块与综合业务数字网之间的数据。
6.根据权利要求1所述的GSM-R网络仿真数据转发装置，其特征在于，所述电路交换数据为透明承载服务数据。
7.根据权利要求5所述的GSM-R网络仿真数据转发装置，其特征在于，所述RTP协议数据转发实现单元在转发所述BTS仿真模块与综合业务数字网之间的数据时遵循V.110协议。
8.一种GSM-R网络仿真数据转发方法，其特征在于，包括：
利用至少一综合业务数字网基群速率接口卡模块，用于提供信令转换功能，将ATP与RBC之间的业务数据转载入综合业务数字网基群速率接口格式并发出；
利用至少一用户级交换机仿真模块从BTS仿真模块获取电路交换数据，经过速率适配后通过语音接口卡支持库接口向所述综合业务数字网基群速率接口卡模块转发。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求8所述的GSM-R网络仿真数据转发方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8所述的GSM-R网络仿真数据转发方法的步骤。
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