[发明专利]GSM-R集群调度业务分析系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信技术领域的系统及方法，具体是一种基于着色Petri网的GSM-R集群调度业务分析系统及其实现方法。

背景技术

GSM-R(GSM for Railway)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、专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。针对铁路通信列车调度、列车控制、高速移动通信等特点，GSM-R能够为铁路运营提供具有定制功能和经济高效的无线通信系统。

从集群通信的角度来看，GSM-R是一种数字式的集群系统，能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修组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，并可提供列车自动寻址。GSM-R能满足列车运行速度为0～500km/小时的无线通信要求，安全性好。集群调度业务是专为调度通信设计的，是GSM-R系统的重要业务，为铁路工作人员之间，包括列车司机、控制中心调度员、调车员、机车工程师和站台人员，提供了语音和数据通信手段，在保证行车安全及紧急突发事故的处理方面具有极其重要的作用。相对于GSM-R基础业务，集群调度通信业务的实现是一个复杂的过程。GSM-R的集群调度业务主要集中在增强多优先级与强拆(eMLPP)业务、语音组呼业务(VGCS)、语音广播业务(VBS)3项业务。

集群调度业务的基本特征包括：允许建立点对多点的单向语音呼叫链接(体现为一方讲话，多方聆听)，业务用户或调度用户在预定义的地理区域发起或接受呼叫，在紧急情况或者比较紧急的情况下保证高优先级呼叫的快速建立；支持在没有无线资源拥塞的情况下建立高优先级语音组呼。

根据有关文献，对于GSM-R网络，结合中国铁路已完成的GSM-R网络工程互联互通试验情况，对组呼、广播呼叫、优先级呼叫等业务进行的比较深入的对比分析证实GSM-R相关协议规范确实存在部分空白点和不成熟的地方，而这些空白点对集群调度业务的个别流程有一定影响。随着集群调度通信的快速发展，应用中必然会出现一些新情况，因此需要进行系统构建并分析。

Petri网是Carl Adam Petri在1962年提出的一种图形化描述过程的工具，由库所(Place)、变迁(Transition)、标识(Token)以及连接弧(Arc)等元素组成。着色Petri网(CPN)扩展了基本Petri网的特征，加入了数据和层次的概念，增加了带颜色的标记、弧说明以及层次页等特性。CPN以图形形式直观描述系统结构、功能以及动态特性，特别适用于具有通信、同步和资源共享等特征过程的系统的验证和分析。而且，带有时间概念的CPN模型可以用来评估系统性能。

经对现有文献检索发现，国外现有的基于Petri网的GSM-R网络分析如下：

1.M.Meyer zu等人发表的“运用CPN对ETCS建模的技术问题(Technical Issuesin Modelling the ETCS Using CPN and the Design/CPN tools)”采用着色Petri网对列车控制系统进行研究，提出了分整体层、处理层和功能层三部分的分析方法。此外，他们在“利用Petri网对列控系统建模(Modeling train control systems with Petri nets-functional referencearchitecture)”中提出了一种应用Petri网定义系统功能单元；然后由这些功能单元组合成场景，再由场景层构成处理层，最后所有处理层连接成为一个整体环境网络，从而实现对列车控制系统的分析的方法。

2.Armin Zimmermann等人在“一种基于模型的实时系统设计的列控系统案例研究(ATrain Control System Case Study in Model-Based Real Time System Design)”以及“ETCS实时通信与操作的建模和评估(Towards modeling and evaluation of ETCS real-timecommunication and operation)”中提出了基于Petri网对GSM-R可靠性进行分析的方法。该方法根据欧洲列车控制系统(ETCS)技术规范，利用随机Petri网对GSM-R通信失效及恢复行为建模，从车载与无线闭塞中心(RBC)之间位置报告与行车许可交换入手，综合失效参数建立了GSM-R信道传输模型，分析了GSM-R无线信道实时通信的可靠性。