GSM-R是专门针对铁路通信而设计的数字移动通信系统。目前高速铁路CTCS3级列车控制系统都是基于它来实现车-地双向、实时、可靠的安全调度与指挥,且对GSM-R通信系统的网络服务质量提出了更高的要求。因此如何保证GSM-R通信网络的高可靠性和容错性等,是当前GSM-R通信网络建设运营中的一个关键问题,具有十分重要的理论意义和应用价值。本文在深入研究GSM-R的Um、Abis、A和PRI信令接口和协议的基础上,分析比较了基于上述信令接口与协议来实现GSM-R网络信令采集、监测与分析的优劣,并最终提出了一种合理的方案供后续设计与实现。列控系统需要实现许多的网络通信业务,本文专门针对呼叫、切换、位置更新及列控呼叫等核心业务所涉及的信令、信令双向交互流程及信息处理做了全面深入的研究,为后续基于信令分析的网络优化等做了理论储备。提出了GSM-R网络信令采集与监测系统的整体技术架构、模块之间接口与协议的详细设计及各模块的软硬件实现方案。方案的具体实施验证了整体技术架构的合理性和可行性。解决了从信令采集、解码、智能分析到数据存储、用户显示等一系列问题。实现了网络中所有用户以及列控用户车地数据传输过程的全时域监测跟踪,然后基于信令分析对无线信号覆盖、立即指配及掉话等网络关注点进行了深入分析研究,为平衡与提高GSM-R网络的服务可靠性提出了行之有效的改进方案。