基于Android平台的GSM-R智能终端实现研究

孔庆富 孙 鑫 寇晓琦 乔绍虎

孔庆富:深圳市桑达无线通讯技术有限公司 工程师 518028 深圳

孙 鑫:深圳市桑达无线通讯技术有限公司 助理工程师 518028 深圳

寇晓琦:深圳市桑达无线通讯技术有限公司 工程师 518028 深圳

乔绍虎:深圳市桑达无线通讯技术有限公司 工程师 518028 深圳

GSM-R(Global System for Mobile Communications-Railway)1992年起源于欧洲，是面向铁路的新一代综合数字移动通信系统。其功能主要面向铁路应用，如调度通信、列车自动控制、车次号、调度命令传输、平面调车、列车尾部装置信息传送、区间移动公务通信、铁路应急通信和数字业务等。随着全球高速铁路的快速发展和GSM-R网络的大面积普及，GSM-R业务及功能得到大规模应用，并逐步稳定和走向成熟。伴随着全球无线通信业务的巨大变革，对于互联网内容和下载数据的需求急剧上升，高速铁路给人们的生活工作带来便捷的同时，也对高铁信息化服务提出了更高的需求。

1 GSM-R终端发展现状

今天，人们除了可以在火车站、本地售票机购买车票外，还可以通过铁路网站实时查询和订购车票，大大方便了旅客，提升了效率。将来，新的售票机可以安放在列车上，旅客可以在列车上实现订票、补票等业务，并可以通过此类终端实现目的行程安排，如出租车预定、登机手续办理等。

对旅游习惯的粗略调查显示，乘客希望实时接收列车行驶状况和旅程路由等综合信息，如当前位置、沿途各地及目的地的天气、路况、交通与住宿、票务及旅游景点情况等，以便及时规划和调整行程安排。这些都增加了游客对路途中通信设施的要求，并希望这些通信设施可以提供如游戏、视频及录像等娱乐业务。

目前，德国铁路推出了一种新型的智能手机，司乘人员可以随时访问互联网，还可以给乘客提供如出租车呼叫、相关资讯及博物馆开放时间等服务，但该类型终端不支持GSM-R功能。另外，法国、德国和意大利铁路提出了支持GSM与GSM-R的双模智能手机需求，芬兰和瑞典铁路也正在寻找能提供GSM-R智能手机的终端厂家，瑞士铁路更是对智能手机的处理器速度提出了不能低于800 MHz，内存不低于512 MB，支持 GPS，WiFi和蓝牙等要求。

国际铁路联盟(UIC)确定下一代技术为LTE-R(LTE for Railway)，即基于LTE的铁路通信技术标准。因此，需要未来的GSM-R终端处理器应具备高速数据处理能力，并可以满足多种功能需求。除了以上提到的各种需求和应用外，LTE网络高速的数据处理能力还可以满足视频远程监控，如车厢内视频监控、列车的工况与运况信息实时监控等，以及车厢内广告投放等业务。

而目前，国际上使用比较普遍的GSM-R终端以 SAGEM Communications的 TiGR155、355、550为主，国内则以SEDGPH-610R、OPH-810R为主，基本都定位为功能机，不具备智能机的功能，处理器速度及现有功能远远不能满足要求。为此，提出一种基于Android操作系统的GSM-R智能终端实现方案。

2 Android平台介绍

Android是目前最为流行的智能终端通用开放式开发平台，是全球第一大智能手机操作系统，基于成熟稳定的Linux内核，其跨平台、多层次的体系架构为开发者提供了不同硬件平台上稳定产品的灵活、快速实现能力。同时，基于Android的智能终端可以下载使用所有Google商店中的60多万个应用程序，开发者还可以为用户开发定制需要的应用程序，为用户和开发者提供了极大的便利。Android系统架构如图1所示。

Android采用软件叠层架构，自下而上为Linux内核层、系统运行库层、应用程序框架层、应用程序层等4层。

1．Linux内核层(Linux Kernel)。Android整个操作系统都是基于这个Linux内核的，Linux内核同时作为硬件和软件栈之间的抽象层。该层主要是与移动设备相关的驱动程序。

2．系统运行库层(Libraries和Android Runtime)。Java本身是不能直接访问硬件的，要想让Java访问硬件，必须使用NDK才可以。NDK是一些由C/C++语言编写的库，这些库也是该层的主要组成部分。

3．应用程序框架层(Application Framework)。这一层是编写Google发布的核心应用时所使用的API框架，开发人员可以使用这些框架来开发自己的应用，这样便简化了程序开发的架构设计，但是必须遵守其框架的开发原则。

4．应用程序层(Applications)。该层由运行在Dalvik虚拟机上的应用程序组成，Android所有的应用程序都是使用Java语言编写。Google最开始时就在Android系统中捆绑了一些核心应用，比如E-mail客户端、SMS短消息程序、日历、地图、浏览器、联系人管理程序等等。

3 基于Android的GSM-R双模智能手机实现方案

图1 Android系统架构图

图2给出了一种基于Android平台的GSM-R双模智能手机实现方案。该方案采用应用处理器(Application Processor，简称 AP)和通信处理器(Communication Processor，简称CP)构成。AP主要负责用户应用程序处理及外围设备的管理，可以支持GPS、WiFi、蓝牙、重力及运动检测等功能;CP负责与GSM或GSM-R网络的通信处理，AP与CP之间通过串口连接，支持标准的AT指令。该架构设计可以根据用户需求不同，采用1个或2个CP实现单模或双模GSM-R智能终端，并可对其中任意一个CP进行更换升级，实现不同模式的产品组合及技术升级。

以GSM电话呼叫流程为例，当用户通过拨号界面发起语音通话后，应用程序创建电话实例，注册通话管理器，启动屏幕拨号提示界面，并通过Socket启动与RIL通话建立连接过程。Android RIL提供了无线硬件设备与电话服务之间的抽象层。图3展示了RIL在Android体系中的位置。

图2 基于Android平台的GSM-R双模智能手机实现方案

RIL分为Java的应用程序框架部分及 C/C++的运行库部分。其中，RIL的Java框架部分主要用于与系统运行库层rild的通信，以及与Phone模块交互实现电话功能;RIL的系统运行库部分位于应用程序框架层与Linux内核层之间，分成2个部分，一个是 rild，负责Socket与应用程序框架层进行通信;另一个是Vendor RIL，通过2种方式负责与通信处理器CP进行通信，分别与CP通信的AT指令通道和用于传输包数据的通道。与GSM语音呼叫流程类似，GSM-R语音组呼的修改涉及以下内容:①应用层界面布局、按键拨号处理等;②Framework及rild层呼叫处理，如语音组呼的发起、加入、退出及拒绝等处理，以及组呼通知、查询等;③GSM-R语音组呼、广播新增AT指令及接口消息处理等。GSM-R语音组呼、广播呼叫与GSM原有点对点语音通过新增呼叫类型及不同的呼叫AT指令加以区分，图4是流程处理示意图。

图3 RIL在Andriod体系架构中的位置

4 总结

该设计方案基于Android平台基础，体系架构灵活、开放，优点如下:

1．技术先进。目前传统的GSM-R Feature Phone已不能满足铁路业务的发展和用户的使用要求，如何提供性能更高、业务丰富、使用习惯更加贴近用户需求的产品，基于Android体系架构是当前最佳的选择。

2．架构灵活和扩展便捷。采用AP+CP体系架构，可以实现 GSM-R单卡、GSM-R+GSM、GSM-R + CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/HSxPA、GSM-R+LTE、LTE-R等多种单、双模甚至多模产品的组合方式，仅仅需要更换通信Modem，不需要更换AP。

3．可以充分发挥现有技术优势。利用现有GSM-R领域的知识、经验和产品积累，发挥已有优势，在未来掌握先机，站在市场竞争的前沿。

4．便于移植。基于CC++、Java的Android应用程序便于扩展和快速移植，以及基于新平台的快速产品化。

5．便于构建云计算服务平台。基于Android架构的应用程序处理，便于对现有铁路业务进行扩展，构建铁路GSM-R的云计算终端平台。

随着通信技术的高速发展，GSM-R未来的发展趋势必然是宽带化、高速化、智能化和个性化。基于Android平台的GSM-R智能手机的实现方案是技术发展和用户需求的新方向，面对全球铁路的快速发展，日益强烈的高速铁路信息化需求，如何将新兴技术转化到满足用户需求的新产品中，把握市场先机，引领消费，是GSM-R终端厂家制胜的关键。

［1］钟章队．铁路GSM-R数字移动通信系统［M］．北京:中国铁道出版社，2008.

［2］孔庆富．GSM-R无线通信模块的高速设计及实验研究．铁路技术创新，2011(2).