CN203301748U - 一种gsm-r网络接口数据采集设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种GSM-R网络接口数据采集设备，包括用于连接GSM-R网络接口，接入所述GSM-R网络接口的模拟信号的信号连接器；连接于所述信号连接器、且将所述模拟信号转换为数字信号，并将数字信号进行成帧处理，以获得数据帧的成帧器；连接于成帧器、且对数据帧进行解码的数据解码器；连接于成帧器和数据解码器、且对成帧器和数据解码器进行分别控制，并对数据解码器的解码数据进行采集的中央处理器。本实用新型提供的一种GSM-R网络接口数据采集设备，可对多种GSM-R网络接口进行的数据采集，精确灵活地提取出可靠、有效分析数据。

Description

一种GSM-R网络接口数据采集设备

技术领域

本实用新型涉及移动通信网络技术领域，尤其涉及一种GSM-R网络接口数据采集设备。

背景技术

GSM-R（GSM for Railways）系统是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。GSM-R在GSM（Global System of Mobile communication，全球移动通信系统）Phase2+的规范协议的基础上，加入了基于位置寻址和功能寻址等功能，适用于铁路通信特别是铁路专用调度通信的需要。

目前，我国GSM-R 数字移动通信系统主要由七个子系统构成：网络交换子系统、基站子系统、操作维护子系统、通用分组无线业务子系统、智能网子系统、固定接入交换子系统和终端子系统。

其中，Abis接口为GSM-R基站子系统的两个功能实体，即基站控制器（Base Station Controller，简称BSC）和基站收发信台（Base Transceiver Station，简称BTS）之间的通信接口，用于BTS与BSC之间的远端互连方式。Abis接口速率为16kb/s（Kilobits Per Second，千字节每秒），信号方式采用开放互连结构。A接口是GSM网络交换子系统与基站子系统之间的标准接口，在物理实体上表现为移动交换中心（Mobile Switching Center，简称MSC）与BSC之间的接口。

GSM-R主要提供无线列调、编组调车通信、区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等语音通信功能，可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道等信息。因此，对铁路列车的运行状态的监控是非常有必要的。

目前，通过捕获当前GSM-R网络中的各种数据，并且对这些数据加以关联分析可以检查当前网络通信是否存在异常。

当移动台（Mobile Station，简称MS）发起一个呼叫时，其将会产生一系列的信令数据（如呼叫发起、通道分配、呼叫建立、呼叫释放等）。因此，现有技术中通常使用一种信令数据采集设备，对GSM-R网络的Abis接口、A接口的信令数据进行采集监测，通过对其加以关联分析，来检查当前网络的呼叫是否完整或异常。但由于GSM-R系统的复杂性，仅仅通过采集ABIS、A两个接口的信令数据是无法完整、精确判断列车的行驶情况，因此无法实现有效、可靠的列车行驶监控。

目前为了保障中国列车运行控制系统的可靠性，以及克服以上技术方案的缺陷，现有技术中提供了一种数字移动通信网接口监测系统。其通过设计三种数据采集设备来采集不同的数据，即，通过Abis接口监测子系统对Abis接口进行信令数据监测，通过A接口监测子系统对A接口进行信令数据监测，和通过PRI接口监测子系统对PRI口进行信令数据及列车行驶控制数据监测。

其中，PRI（Primary Rate Interface）为基群速率接口，总带宽速率为2.048Mb/s（兆比特每秒），通常用于语音业务，一条PRI业务可以带30路语音线路。

虽然使用该系统时增加了可参考的数据信息量，但仍然存在多种缺陷，主要体现在：一方面，数据关联不完整，该系统未能对其它GSM-R网络接口的数据进行采集。由于GSM-R系统的复杂性，仅仅通过采集以上接口数据是无法准确的判断列车的行驶情况，其它的一些数据，如原始位置注册信息、大区切换信息等会在其它网络接口上出现。另一方面，数据采集精度不一，容易关联出错。当前系统分别用三种不同的数据采集设备对三个接口进行数据采集，一旦每个设备的时间精度不一样，就容易引起数据关联出错。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种GSM-R网络接口数据采集设备，可对不同的      GSM-R网络接口的不同数据进行采集。

为解决以上技术问题，本实用新型实施例提供一种GSM-R网络接口数据采集设备，包括：

用于连接GSM-R网络接口，接入所述GSM-R网络接口的模拟信号的信号连接器；

连接于所述信号连接器、且将所述模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号进行成帧处理，以获得数据帧的成帧器；

连接于所述成帧器、且对所述数据帧进行解码的数据解码器；

连接于所述成帧器和所述数据解码器、且对所述成帧器和所述数据解码器进行分别控制，并对所述数据解码器的解码数据进行采集的中央处理器。

进一步地，所述GSM-R网络接口数据采集设备还包括：

连接于所述成帧器，对所述数字信号进行优化处理，并将处理得到的优化数字信号发送给所述成帧器的预处理器；

所述GSM-R网络接口包括Abis接口、A接口、基群速率接口、C接口、D接口、E接口、G接口、GB接口、GN接口、GI接口和GR接口中的至少一项。

在一种可实现方式中，所述数据解码器为现场可编程门阵列器件。

更进一步地，所述中央处理器为嵌入式处理器。

本实用新型实施例提供的一种GSM-R网络接口数据采集设备，可通过信号连接器接入不同GSM-R网络接口的数据；成帧器对信号连接器传送过来的模拟信号进行模数转换，并将获得的数字信号进行成帧处理，获得数据帧；中央处理器控制数据解码器，来对数据帧进行解码和相关处理，即可获得所接入的GSM-R网络接口的各种所需数据。本实用新型提供的一种GSM-R网络接口数据采集设备，提高了对网络接口的兼容性，并通过合理的设置和控制，实现对GSM-R网络接口上的不同数据进行采集。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种GSM-R网络接口数据采集设备的第一实施例的结构示意图；

图2是第一实施例中的信号连接器与多个GSM-R网络接口连接的结构示意图；

图3是本实用新型提供的一种GSM-R网络接口数据采集设备的第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，是本实用新型提供的一种GSM-R网络接口数据采集设备的第一实施例的结构示意图。

在本实施例中，所述的一种GSM-R网络接口数据采集设备，包括：

用于连接GSM-R网络接口，接入所述GSM-R网络接口的模拟信号的信号连接器10。

连接于所述信号连接器、且将所述模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号进行成帧处理，以获得数据帧的成帧器20。

连接于所述成帧器20、且对所述数据帧进行解码的数据解码器30。

连接于所述成帧器20和所述数据解码器30、且对所述成帧器20和所述数据解码器30进行分别控制，并对所述数据解码器30的解码数据进行采集的中央处理器40。

所述的GSM-R网络接口包括Abis接口、A接口、基群速率接口、C接口、D接口、E接口、G接口、GB接口、GN接口、GI接口和GR接口中的至少一项。本实用新型实施例所提供的GSM-R网络接口数据采集设备可对以上的一项或多项网络接口进行数据采集。

其中，Abis接口、A接口和基群速率接口（即PRI接口）已在本说明书背景技术中有所记载。此外，C接口为移动交换中心（Mobile Switching Center，简称MSC）与归属位置寄存器（Home Location Register，简称HLR）之间的接口；D接口为MSC与拜访位置寄存器（Visitor Location Register，简称VLR）之间的接口；E接口为两个移动交换中心之间的接口；G接口为两个拜访位置寄存器之间的接口；GB接口是GPRS服务支持节点和基站子系统之间的接口；GN接口是两个GPRS服务支持节点之间或GPRS服务支持节点与网关GPRS支持节点之间的接口；GI接口是GPRS与外部分组数据网之间的接口；GR接口是GPRS服务支持节与HLR之间接口。

参看图2，是本实施例中的信号连接器与多个GSM-R网络接口连接的结构示意图。

在图2中，Abis接口为基站收发台101与基站交换中心102之间的接口；A接口为基站交换中心102与移动交换中心103之间的接口；PRI接口为移动交换中心与无线闭塞中心104之间的接口。

需要说明的是，图2中只画出了Abis接口、A接口和PRI接口与信号连接器10的连接关系，其它GSM-R网络接口未一一画出。但其它GSM-R网络接口与信号连接器10的连接关系，与Abis接口与信号连接器10的连接关系相同。而且，以上所述的多个GSM-R网络接口上，传输着各种需要采集的数据，如信令数据、语音通话数据、列车行驶控制数据等。

具体实施时，信号连接器10接入的GSM-R网络中的各个网络接口的模拟信号，包含有该网络接口的信令数据、语音通话数据和列车行驶控制数据。具体地，信号连接器10从GSM-R各个网络接口接入模拟信号时，采用到差分传输技术。差分传输是一种信号传输技术，区别于传统的一根信号线一根地线的信号传输方法，差分传输在这两根线上都传输信号，且这两个信号的振幅相等，相位相反。而在这两根线上的传输的信号就是差分信号。

具体实施时，信号连接器10将GSM-R网络中的网络接口接入差分信号时，将该差分信号转发给本实施例提供的GSM-R网络接口数据采集设备的其它器件进行处理分析后，即可获得相应的网络接口中的各种数据信息。

在本实施例中，成帧器20与所述信号连接器10连接，用于将所述模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号进行成帧处理，以获得数据帧。具体实施时，所述数据帧包括信令数据和有效数据。所述有效数据包括语音通话数据和列车行驶控制数据。

在本实施例中，成帧器20对信号连接器10传送过来的模拟信号进行模数转换，以对转换得到的数字信号进行处理，按照一定的帧结构对所述数字信号进行成帧处理。

成帧，是指把数字信号按帧结构或帧格式组织起来的过程。具体实施时，所述数据帧可为按照E1标准的所构成的数据帧或按照T1标准所构成的数据帧。成帧器，英文名称为Framer，也就是形成数据帧的物理器件。具体地，在成帧过程中，必须按照一定的脉冲编码调制方式或时分复用标准进行处理。

其中，欧洲的脉冲编码调制（PCM，Pulse-Code Modulation）的一次群简称E1标准，其速率是2.048Mb/s 。E1标准的数据帧是指E1的一个时分复用帧（其长度T=125微秒），共划分为32个相等的时隙，时隙的编号为TS0~TS31。其中时隙TS0用作帧同步，时隙TS16用来传送信令，剩下TS1~ TS15和TS17~ TS31 共30个时隙用作30个话路。每个时隙传送8bit（比特），因此一个E1数据帧共有256bit。每秒传送8000个帧，因此E1标准的数据率就是 2.048Mb/s。

T1标准是主要在北美使用的脉冲编码调制方式。T1标准的数据帧共有24个时隙。其中，每个时隙用7 bit编码，然后再加上1bit信令码元，因此一个时隙占用8bit。帧同步码是在24个时隙的编码之后加上1bit，这样每帧共有193bit。因此，T1标准的数据帧包括23个B信道和一个D信道。其中B信道也被称为载体信道，在综合业务数字网中用于传输语音或数据信息；D信道在综合业务数字网的基本速率接口中向用户提供的速率为16kb/s，在基群速率接口中向用户提供的速率为64kb/s，D信道主要用于传递信令数据。

目前，我国各个应用场合采用的大多是欧洲的E1标准。T1标准通常用于需要在远程站点间进高带宽高速率传输的大型组织，其具有高质量的通话和数据传送界面。

在本实施例中，成帧器20主要用于对数字信号的成帧处理。在成帧过程中，成帧器20根据中央处理器40的控制信号，采用相应的脉冲编码调制方式，对数据帧进行时分复用，将处理得到的数字信号（包含有如信令数据、语音通话数据和列车行驶控制数据等信息），放在数据帧上的一个或多个时隙上进行传输。

在本实施例中，数据解码器30用于根据中央处理器40的解码信号，对所述数据帧进行解码，以获得需要采集的相关数据。

具体实施时，数据解码器30在对数据帧进行解码时，需要根据中央处理器40的控制信号，获得数据帧中的某一时隙所对应的解码模式。譬如，数据解码器30需要采集信令数据时，根据E1标准格式的数据帧，该数据帧中的信令数据通常固定存储在数据帧中的第16个时隙，即TS16；进一步地，数据解码器30根据中央处理器40的控制信号，获得TS16的解码模式为高级数据链路控制协议（High-Level Data Link Control，简称HDLC）模式，则数据解码器30按照HDLC的解码规则对该时隙的数据进行解码，最终获得对应于该网络接口的所需采集的信令数据。

HDLC是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议。HDLC着重于对分段成物理块或包的数据的逻辑传输，数据由起始标志引导并由终止标志结束，也称为HDLC帧。具体地，每个帧前、后均有一标志码“01111110”用作帧的起始标志、终止标志以及帧同步标志。标志码“01111110”不允许在帧的内部出现，以免引起歧义。在发送端，监视除标志码以外的所有字段，当发现有连续5个比特“1”出现时，便在其后添插一个比特“0”，然后继续发后继的比特流；在接收端，同样监视除起始标志码以外的所有字段：当连续发现5个比特“1”出现后，若其后一个比特“0”则自动删除它，以恢复原来的比特流。

需要说明的是，在数据解码器30对数据帧的解码过程中，通常是先采集信令数据，再对其它有效数据进行采集，主要原因是：信令数据是GSM-R网络上各个设备之间数据传输过程中的控制信号，数据解码器30需要首先对所述数据帧上的信令数据进行采集，并对其加以分析，才能得知当前呼叫的有效数据，如列车行驶控制数据或语音通话数据是在数据帧中的哪个时隙上传输（对于E1标准而言，列车行驶控制数据或语音通话数据可在TS1~TS31中任意时隙中传输，且每次呼叫分配的时隙可以不一样）。

具体实施时，数据解码器20针对列车行驶控制数据所在的时隙，采用V.110协议进行解码；针对语音通话数据所在的时隙，采用透明模式进行传输。其中，V.110协议是用于全球移动通信GSM的无线数据传输协议，在GSM-R网络中，同样利用到V.110协议进行数据传输。此外，数据解码器20不对语音通话数据进行协议处理，在整个传输过程中，只需要对原始语音通话数据流进行透明传输处理。具体实施时，语音通话数据可由上层软件封装成某种音频格式的语音文件，用户即可对语音通话数据进行回放。

作为优选的实施方式，在本实施例中，所述数据解码器为现场可编程门阵列器件。

现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，简称FPGA），是可编程阵列逻辑（Programmable Array Logic，简称PAL），通用阵列逻辑（Generic Array Logic，简称GAL），复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，简称CPLD）等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA是作为专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA内部包括可配置逻辑模块（Configurable Logic Block，简称CLB）、输入输出模块（Input Output Block，包括IOB）和内部连线（Interconnect）三个构成部分。FPGA器件是可编程器件，其内部包含了大量记忆元件，例如触发器（Flip-Flop）或者其它更加完整的记忆块。FPGA器件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路，如“与”门、“或”门、“异或”门；或者更复杂的组合功能，比如解码器等。

FPGA的工作原理是：利用小型查找表来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个触发器的输入端，触发器再来驱动其它逻辑电路或驱动输入输出模块，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到输入输出模块。

FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与输入输出间的连接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能。

在本实施例中，采用FPGA器件来实现数据解码器，可充分利用FPGA器件在电路设计过程中的灵活性，从而使得本实施例提供的GSM-R网络接口数据采集设备在对网络接口数据进行采集时，其整体性能也得到了提高。

在本实施例中，中央处理器40是用于统筹整个GSM-R网络接口数据采集设备的运行工作的。具体实施时，中央处理器40可接有其它外围设备，如内存器和闪存器等，以构成一个完整的硬件体系。

参看图3，是本实用新型提供的一种GSM-R网络接口数据采集设备的第二实施例的结构示意图。

第二实施例中所提供的GSM-R网络接口数据采集设备，在第一实施例的基础上，还包括：

连接于所述成帧器，对所述数字信号进行优化处理，并将处理得到的优化数字信号发送给所述成帧器的预处理器。

图3中的预处理器50主要用于对所述数字信号进行时钟恢复和去抖动处理，获得优化数字信号，并进一步对该优化数字信号进行预解码。

譬如，当所述优化数字信号为三阶高密度双极性码（High Density Bipolar of order 3code，简称HDB3码）时，预处理器50需要根据三阶高密度双极性码的解码协议对所述优化数字信号进行解码，以去除所述优化数字信号中被插入的冗余符号。同理，若所述优化数字信号为信号交替反转码（Alternative Mark Inversion，简称AMI码），则预处理器50需要根据信号交替反转码的解码协议对所述优化数字信号进行解码。

在本实施例中，成帧器20对经过预处理器50的相关处理后的数字信号进行成帧处理，以获得所述数据帧，提高数据采集的精确度。

进一步地，在本实施例中，所述中央处理器为嵌入式处理器。

嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。嵌入式处理器与普通台式计算机的微处理器设计在基本原理上是相似的，但是其工作稳定性更高，功耗较小，对环境（如温度、湿度、电磁场、振动等）的适应能力强，体积更小，且集成的功能较多。

具体地，嵌入式处理器60及其外围设备所构成的硬件体系可安装Linux操作系统。Linux是一种自由和开放源码的操作系统。作为一个领先的操作系统，世界上运算最快的10台超级计算机运行的都是Linux操作系统。目前存在着许多不同的Linux版本，但它们都使用了Linux内核。Linux可安装在各种计算机硬件设备中。

在本实施例中，具体实施时，嵌入式处理器60可以采用但不限于采用POWERPC架构的嵌入式处理器。POWERPC架构是一种RISC（Reduced Instruction Set Computing），即“精简指令集”架构的微处理器。本实施例采用的POWERPC架构的嵌入式处理器具有优异的性能、较低的能量损耗以及较低的散热量等优点。

在本实施例中，进一步地，还包括连接于所述中央处理器，并将采集得到的所述数据解码器的解码数据进行处理，并将经过处理后的解码数据发送到后台数据处理服务器的以太网控制器70。

在本实施例中，嵌入式处理器60将从数据解码器30中解码得到的各种数据，如信令数据、语音通话数据和列车行驶控制数据放在相应的内存空间。嵌入式处理器60可根据实际应用需要，从内存中读取其采集得到的数据，并通过所述以太网控制器70，将采集得到的GSM-R网络接口的数据提交给后台数据处理服务器或上层的应用服务端作进一步的处理。

在本实施例中，进一步地，所述的信号连接器10、成帧器20、数据解码器30、中央处理器40或嵌入式处理器60、预处理器50以及以太网控制器70均采用CPCI（Compact Peripheral Component Interconnect）总线结构设计而成，以上各个器件作为独立单板连接构成本实用新型的GSM-R网络接口数据采集设备。

CPCI，中文又称紧凑型PCI，是国际工业计算机制造者联合会（PCI Industrial Computer Manufacturer's Group，简称PICMG）于1994提出来的一种总线接口标准。CPCI改善了散热条件、提高了抗振动冲击能力、符合电磁兼容性要求；改用2毫米密度的针孔连接器，具有气密性、防腐性，进一步提高了可靠性，并增加了负载能力。此外，CPCI总线具有很好的抗震性和通风性，而且还可以从前面板拔插板卡，使更换和维修板卡极为方便，自由的扩充相关功能模块。

本实用新型实施例提供的一种GSM-R网络接口数据采集设备，适用于对多种GSM-R中的网络接口的数据采集。具体地，根据中央处理器的相关控制指令，可以对不同GSM-R网络接口进行采集，并可同时采集包括信令数据、语音通话数据和列车行驶控制数据等多种数据信息，为中国列车运行控制系统提供了一种针对GSM-R网络接口数据采集设备。该设备可同时对多个网络接口进行大量的数据采集，精确灵活地提取出可靠、有效分析数据，可及时监控列车运行维护情况，为列车行车的安全性提供保障。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种GSM-R网络接口数据采集设备，其特征在于，包括：

用于连接GSM-R网络接口，接入所述GSM-R网络接口的模拟信号的信号连接器；

连接于所述信号连接器、且将所述模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号进行成帧处理，以获得数据帧的成帧器；

连接于所述成帧器、且对所述数据帧进行解码的数据解码器；

连接于所述成帧器和所述数据解码器、且对所述成帧器和所述数据解码器进行分别控制，并对所述数据解码器的解码数据进行采集的中央处理器；

所述GSM-R网络接口包括Abis接口、A接口、基群速率接口、C接口、D接口、E接口、G接口、GB接口、GN接口、GI接口和GR接口中的至少一项。

2.如权利要求1所述的GSM-R网络接口数据采集设备，其特征在于，还包括：

连接于所述成帧器，对所述数字信号进行优化处理，并将处理得到的优化数字信号发送给所述成帧器的预处理器。

3.如权利要求1或2所述的GSM-R网络接口数据采集设备，其特征在于，所述数据解码器为现场可编程门阵列器件。

4.如权利要求3所述的GSM-R网络接口数据采集设备，其特征在于，所述中央处理器为嵌入式处理器。

5.如权利要求4所述的GSM-R网络接口数据采集设备，其特征在于，还包括：

连接于所述中央处理器，将采集得到的所述数据解码器的解码数据进行处理，并将经过处理后的解码数据发送到后台数据处理服务器的以太网控制器。

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