CTCS-3級列控?zé)o線通信接口監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

吳 麗 孫 斌

（北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073）

近幾年來，我國高速鐵路快速發(fā)展，越來越多的高速鐵路或客運(yùn)專線基于CTCS-3（以下簡稱C3）級列控系統(tǒng)建設(shè)。C3級列控系統(tǒng)采用基于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的無線通信方式來實(shí)現(xiàn)車地信息的雙向傳輸。在C3級列控系統(tǒng)中，無線通信單元集成在車載設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)通信和信號的有機(jī)結(jié)合，但同時也對故障分析提出更高要求。為了快速準(zhǔn)確進(jìn)行故障分析與定位，對列控系統(tǒng)車載設(shè)備到地面設(shè)備的全過程信息（信令和數(shù)據(jù)）監(jiān)控顯得十分必要。

1 C3級列控?zé)o線通信接口監(jiān)測系統(tǒng)簡述

C3級列控?zé)o線通信接口監(jiān)測系統(tǒng)通過對Abis、A、PRI接口的信令和用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲與解析，實(shí)現(xiàn)對在線列控用戶與GSM-R網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測、統(tǒng)計與分析，并基于采集數(shù)據(jù)對C3系統(tǒng)無線通信異常狀態(tài)進(jìn)行綜合分析，對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行評估。

在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)前期，C3級列控?zé)o線通信接口監(jiān)測系統(tǒng)可作為GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工具，后期可協(xié)助運(yùn)維人員進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，保障C3級列控系統(tǒng)的正常工作。

2 C3級列控?zé)o線通信接口監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，數(shù)據(jù)采集層由Abis、A、PRI接口采集設(shè)備（高阻適配器、時隙收斂器、采集板卡等）組成，主要功能是實(shí)時采集被監(jiān)測接口的網(wǎng)絡(luò)信令、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等信息。

數(shù)據(jù)處理層由Abis、A、PRI接口處理服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)關(guān)、客戶端等組成，主要功能是處理和存儲從采集層獲得的信息，按接口類型形成報表，并提供相鄰局接口監(jiān)測子系統(tǒng)間信息交互的接口。

綜合分析層由綜合分析服務(wù)器、客戶端等組成，主要功能是對Abis、A、PRI接口監(jiān)測子系統(tǒng)處理后的信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，形成綜合分析報表。

3 京滬高速鐵路無線通信接口監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

3.1 GSM-R專用移動通信網(wǎng)絡(luò)

京滬高速鐵路GSM-R專用移動通信網(wǎng)絡(luò)分別在北京、濟(jì)南、上海設(shè)置GSM-R核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，沿線新設(shè)基站子系統(tǒng)設(shè)備及終端設(shè)備。系統(tǒng)組成如圖2所示（粗線框設(shè)備為本工程新上設(shè)備，細(xì)線框設(shè)備為既有設(shè)備）。

北京、濟(jì)南、上海核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的移動交換中心（MSC）分別與設(shè)置在北京、上海、徐州的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的無線閉塞中心（RBC）互連，為列控信息傳輸提供通道。

3.2 無線通信接口監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)GSM-R專用移動通信網(wǎng)絡(luò)，京滬高速鐵路C3級列控?zé)o線通信接口監(jiān)測系統(tǒng)分別在上海、北京、濟(jì)南核心網(wǎng)機(jī)房設(shè)置Abis、A、PRI接口數(shù)據(jù)采集、處理和分析設(shè)備；在南京基站控制器（BSC）機(jī)房設(shè)置Abis接口數(shù)據(jù)采集設(shè)備，并通過鐵路傳輸專網(wǎng)上傳至上海核心網(wǎng)機(jī)房Abis接口處理器。系統(tǒng)組成如圖3所示。

3.3 無線通信接口監(jiān)測系統(tǒng)主要功能

3.3.1 實(shí)時通信狀態(tài)監(jiān)測

1）按車次監(jiān)測

系統(tǒng)可顯示當(dāng)日已經(jīng)運(yùn)行和正在運(yùn)行的車次列表，并實(shí)時更新顯示正在運(yùn)行的車次位置及兩個移動終端（MT）的狀態(tài)信息。如在運(yùn)行過程中某個MT出現(xiàn)通信異常，系統(tǒng)會保留顯示MT的異常狀態(tài)信息，即使異常已經(jīng)恢復(fù)，也不會消除之前的異常狀態(tài)。

根據(jù)某車次通信記錄，可查看該車次3個接口的呼叫記錄。根據(jù)一個接口的呼叫記錄，可以自動關(guān)聯(lián)、突顯另外兩個接口的呼叫記錄。

根據(jù)某條呼叫記錄，可查看該記錄相關(guān)的信令及流程圖。

2）當(dāng)日系統(tǒng)告警監(jiān)測

系統(tǒng)對Abis、A接口預(yù)警的詳細(xì)信息以及PRI接口異常告警的詳細(xì)信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，同時還會對告警進(jìn)行聲音提示，且只有當(dāng)PRI接口的所有異常告警被確認(rèn)后，才不再繼續(xù)進(jìn)行聲音提示。

3）全線機(jī)車通信狀態(tài)監(jiān)測

系統(tǒng)可對所有已配置的機(jī)車通信狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并突出顯示正在運(yùn)行的或出現(xiàn)通信異常且未恢復(fù)的機(jī)車，同時會顯示正在運(yùn)行機(jī)車的位置、呼叫的RBC、各接口的實(shí)時通信狀態(tài)及兩個MT的實(shí)時狀態(tài)信息。

通過設(shè)置，系統(tǒng)可靈活顯示單車全接口通信狀態(tài)監(jiān)測信息或單車單接口通信狀態(tài)監(jiān)測信息，滿足客戶個性化需求。

4）Abis、A和PRI接口監(jiān)測

通過Abis、A和PRI接口監(jiān)測模塊可以實(shí)時跟蹤用戶的呼叫記錄、信令信息，Abis接口還可跟蹤測量報告信息，并實(shí)時查詢所有監(jiān)測用戶的當(dāng)前通信狀態(tài)、信令及信令詳細(xì)解析。Abis接口測量報告圖表繪制了上下行的電平及通信質(zhì)量圖表，還包括鄰頻電平、最大時間提前量（TA）值及切換的狀態(tài)等信息。

3.3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)提取

通過設(shè)置條件，用戶可以查詢、導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)信令、呼叫記錄、切換事件、測量報告、告警、位置更新和車次運(yùn)行記錄等監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3.3.3 統(tǒng)計分析

1）故障分析

系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)置條件統(tǒng)計出所有相關(guān)故障，并給出各個接口的現(xiàn)象。

2）異常切換分析

系統(tǒng)可查詢切換失敗、非功率預(yù)算切換以及不按切換順序切換等異常切換，并對查詢出的結(jié)果進(jìn)行分析，得出異常切換觸發(fā)前的測量報告信息。

3）切換成功率分布統(tǒng)計

系統(tǒng)可統(tǒng)計滿足指定條件的小區(qū)間切換情況。

4）切換原因分布

系統(tǒng)可統(tǒng)計觸發(fā)切換原因的分布比例，并給出圖表形式示意。

5）異常切換分布

系統(tǒng)可統(tǒng)計某源小區(qū)到目標(biāo)小區(qū)所有切換次數(shù)、失敗率、各種異常切換的百分比等信息。

6）測量報告分布統(tǒng)計

系統(tǒng)可統(tǒng)計各小區(qū)的測量報告值。

7）覆蓋分析

系統(tǒng)可統(tǒng)計某一個或多個頻點(diǎn)，奇數(shù)站、偶數(shù)站或全部頻點(diǎn)的電平值，并畫出曲線圖。

8）越區(qū)切換中斷時間及成功率統(tǒng)計

系統(tǒng)可統(tǒng)計切換用時、切換成功率及相關(guān)的切換記錄。

9）掉話率統(tǒng)計

系統(tǒng)可統(tǒng)計掉話率，并顯示滿足設(shè)定條件的掉話詳細(xì)記錄及掉話原因。

10）呼叫時長統(tǒng)計

系統(tǒng)可統(tǒng)計設(shè)定條件下所有RBC的呼叫總時長。

京滬高速鐵路C3級列控?zé)o線通信接口監(jiān)測系統(tǒng)隨通信信號系統(tǒng)集成工程同期建設(shè)，現(xiàn)場安裝調(diào)試完成后，為隨后的GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、C3級列控系統(tǒng)故障分析與定位提供了有效的技術(shù)支撐手段。

3.4 故障分析案例

動車組行進(jìn)至某基站范圍時，列車超速防護(hù)（ATP）報“無線超時，轉(zhuǎn)入C2運(yùn)行”。

查詢Abis接口信令，顯示此次信道釋放為正常事件；測量報告上可以看出在掉話前后，上、下行電平值均在-50 dBm左右，電平質(zhì)量0級，鄰小區(qū)電平值也均在正常范圍。

查詢PRI接口監(jiān)測記錄，ATP與RBC建立連接，并完成了參數(shù)配置，此后ATP持續(xù)向RBC發(fā)出消息包，但RBC沒有任何應(yīng)用層消息回應(yīng)。在傳輸層及以下，RBC發(fā)給ATP的信息持續(xù)存在，說明網(wǎng)絡(luò)暢通。由于ATP較長時間收不到RBC的應(yīng)用層消息，造成ATP判定無線超時，ATP應(yīng)用層便請求斷開安全層連接，隨后ATP安全層發(fā)出釋放安全鏈接請求傳輸層斷開。ATP傳輸層根據(jù)安全層要求發(fā)送斷開請求，并得到了RBC傳輸層的確認(rèn)，于是鏈接斷開。

以上分析可以看出，ATP報無線超時的原因是因?yàn)闆]有收到RBC的應(yīng)用層消息，問題可能在RBC。經(jīng)查RBC日志，顯示ATP報無線超時故障時，RBC與某站聯(lián)鎖通信中斷，在此期間，RBC不會對ATP發(fā)出新的行車許可（MA）和其他相關(guān)消息。

4 結(jié)束語

C3級列控?zé)o線通信接口監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)列控系統(tǒng)車地設(shè)備通信的實(shí)時監(jiān)控、統(tǒng)計分析，為GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、列控系統(tǒng)運(yùn)營維護(hù)和故障定位提供依據(jù)，為列控業(yè)務(wù)無線通信狀態(tài)異常原因分析提供有力手段。隨著研究的不斷深入, 無線通信接口系統(tǒng)的監(jiān)測范圍得到進(jìn)一步擴(kuò)展，智能分析功能得到進(jìn)一步增強(qiáng)，系統(tǒng)安全、冗余備份配置得到進(jìn)一步完善，將在未來C3級高速鐵路建設(shè)、運(yùn)營中發(fā)揮更大的作用。

[1]運(yùn)基通信[2010]637號 GSM-R數(shù)字移動通信網(wǎng)Abis、A、PRI接口監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)條件（V1.0）[S].

[2]北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司.京滬高速鐵路通信系統(tǒng)集成實(shí)施方案.2010.

[3]姜曉鳳.武廣客運(yùn)專線高速試驗(yàn)中列控?zé)o線通信接口監(jiān)測技術(shù)的研究[C]//北京全路通信信號研究設(shè)計院.CTCS-3系統(tǒng)論文專集.2011.