通過(guò)信令監(jiān)測(cè)分析CTCS－3級(jí)列控主要指標(biāo)

戴正航

GSM－R是國(guó)際鐵路聯(lián)盟 （UIC）和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) （ETSI）專(zhuān)為歐洲鐵路無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信開(kāi)發(fā)的數(shù)字鐵路通信系統(tǒng)，中國(guó)鐵路在分別采用北電、華為、西門(mén)子公司的GSM－R系統(tǒng)建立試驗(yàn)段后，已經(jīng)開(kāi)始在全國(guó)主要客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)上大規(guī)模地部署。GSM－R作為專(zhuān)門(mén)為鐵路設(shè)計(jì)的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，能夠提供各種鐵路所需的話(huà)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時(shí)還可以作為CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng) （簡(jiǎn)稱(chēng)C3）的傳輸平臺(tái)，承載用于列車(chē)自動(dòng)控制的車(chē)－地雙向調(diào)度指揮信息的傳輸。為了保證列車(chē)的安全運(yùn)行，需要對(duì)C3及其承載網(wǎng)絡(luò)的性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。

1 CTCS－3級(jí)列控主要技術(shù)指標(biāo)及測(cè)試方法

裝備了C3車(chē)載列控設(shè)備的列車(chē)，在由無(wú)線(xiàn)閉塞中心 （RBC）控制的、并且裝備了應(yīng)答器和發(fā)生器的線(xiàn)路上運(yùn)行。車(chē)－地之間的雙向信息通信由GSM－R提供傳輸通道，由應(yīng)答器提供列車(chē)定位信息，地面設(shè)備完成列車(chē)完整性檢查。RBC通過(guò)GSM－R連續(xù)傳送行車(chē)控制命令，車(chē)－地間可雙向通信；在點(diǎn)式設(shè)備的配合下，車(chē)載設(shè)備對(duì)列車(chē)運(yùn)行速度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，并實(shí)時(shí)上報(bào)。因此C3車(chē)－地通信鏈路的可靠性，直接關(guān)系到行車(chē)的安全。對(duì)車(chē)－地通信鏈路的關(guān)鍵指標(biāo) （KPI）統(tǒng)計(jì)也應(yīng)該是監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。

1.G網(wǎng)基本KPI：車(chē)載臺(tái)呼叫建立時(shí)延、固定臺(tái)呼叫建立時(shí)延、呼叫成功率、車(chē)載臺(tái)切換成功率等。

2.C3車(chē)－地通信基本KPI：通信會(huì)話(huà) （嘗試）的次數(shù)、通信成功次數(shù)、通信鏈路失敗率、C3車(chē)－地通信鏈路的建立時(shí)延、C3會(huì)話(huà)時(shí)長(zhǎng)、車(chē)載C3設(shè)備及電話(huà)號(hào)碼呼叫分布等。

3.行車(chē)許可 （MA）的KPI統(tǒng)計(jì)：MA次數(shù)、每次MA的起始時(shí)間、MA環(huán)路時(shí)延、MA狀態(tài)（成功/失?。?、相應(yīng)應(yīng)答器組編號(hào)、車(chē)載設(shè)備標(biāo)識(shí)（RBC標(biāo)識(shí)、車(chē)次號(hào)等）。

4.RBC切換分析及統(tǒng)計(jì)。

在當(dāng)前的鐵路通信系統(tǒng)測(cè)試中，這些指標(biāo)大多數(shù)是通過(guò)主動(dòng)測(cè)試得到的。即測(cè)試者通過(guò)撥打測(cè)試（如路測(cè)設(shè)備、QoS質(zhì)量測(cè)試儀），模擬正常的GSM－R移動(dòng)終端或固定臺(tái)的呼叫。這種 “直接驗(yàn)證”法，主要用于網(wǎng)絡(luò)開(kāi)通之前的網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)收測(cè)試。優(yōu)點(diǎn)是方法直觀(guān)，且能驗(yàn)證某個(gè)特定位置的呼叫質(zhì)量。但該方法并不適用于網(wǎng)絡(luò)開(kāi)通后的運(yùn)維和安全監(jiān)督。因?yàn)榇罅康臏y(cè)試呼叫會(huì)干擾正常的鐵路業(yè)務(wù) （列控/調(diào)度）。即使這種測(cè)試是在列車(chē)運(yùn)行的 “天窗”期（如凌晨幾個(gè)小時(shí)內(nèi)）進(jìn)行，也不能完全模擬正常的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境?！疤齑啊逼诘木W(wǎng)絡(luò)狀況，如話(huà)務(wù)量、信令量、呼叫分布及外部/內(nèi)部的干擾程度與正常工作時(shí)段差別很大。

因此，在日常的維護(hù)測(cè)試中，需要采用被動(dòng)方式監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，尤其是對(duì)接入網(wǎng)及核心網(wǎng)的信令監(jiān)測(cè)。由于監(jiān)測(cè)模式不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到網(wǎng)絡(luò)的主要KPI是網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的必要手段。

2 實(shí)際測(cè)試過(guò)程及數(shù)據(jù)分析

以信令分析設(shè)備N(xiāo)exus8635為例，對(duì)GSM－R及C3列控的一些常用KPI進(jìn)行分析。分析GSMR的KPI，是因?yàn)镃3列控指令在移動(dòng)側(cè)是承載在GSM－R無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)及核心網(wǎng)用戶(hù)信道上。GSM－R尤其是其無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的性能會(huì)直接影響列控性能。在GSM－R的KPI中，重點(diǎn)是呼叫建立時(shí)延，即從起呼指令到連接確認(rèn)之間的時(shí)間。測(cè)試原理就是找到這2條消息的時(shí)標(biāo)，將其相減得到時(shí)延，GSMR要求該時(shí)延小于5s。但在真實(shí)測(cè)試場(chǎng)景中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可能有幾十個(gè)甚至上百個(gè)呼叫同時(shí)進(jìn)行，需要將分屬于同一個(gè)呼叫的2條消息關(guān)聯(lián)起來(lái)，分別計(jì)算每個(gè)呼叫的建立時(shí)延，再對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均即得到KPI。為了同步計(jì)算多個(gè)呼叫的呼叫時(shí)延，連接請(qǐng)求 （Connect Request）消息和連接確認(rèn)（Connect Confirm）消息的關(guān)聯(lián)因素有：OPC （起始信令點(diǎn)）、DPC （目的信令點(diǎn)）、DLR/SLR （目的地/起始地本地參考）、起呼時(shí)間、主被叫號(hào)碼等。呼叫時(shí)延的統(tǒng)計(jì) （平均值、最大值、最小值）如圖1所示。

圖1 呼叫時(shí)延統(tǒng)計(jì)

C3列控有關(guān)的協(xié)議主要有X.224，ETCS和EDSS1。其中，EDSS1即是標(biāo)準(zhǔn)的ISDN協(xié)議，是PRI接口的信令協(xié)議。EDSS1協(xié)議很成熟，參數(shù)和統(tǒng)計(jì)方式很簡(jiǎn)單。而X.224和ETCS層的消息是PRI接口上用戶(hù)面的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，主要KPI如下。

1.車(chē)－地通信會(huì)話(huà)的次數(shù) B。對(duì) ETCS（CTCS）層的 “車(chē)－地通信會(huì)話(huà)開(kāi)始”消息 （列控消息標(biāo)識(shí)號(hào)：155）進(jìn)行計(jì)數(shù)，并對(duì)每一個(gè)建立連接的C3車(chē)載設(shè)備分別統(tǒng)計(jì)。

2.車(chē)－地通信成功次數(shù)A。對(duì)ETCS子層中的“通信會(huì)話(huà)已建立”消息 （列控消息標(biāo)識(shí)號(hào)：159）進(jìn)行計(jì)數(shù)，并對(duì)每一個(gè)已經(jīng)建立連接的C3車(chē)載設(shè)備分別統(tǒng)計(jì)。

3.車(chē)－地通信鏈路失敗率C。通過(guò)上述A，B值得到：C＝ （1－A/B）×100%。

4.車(chē)－地通信鏈路的建立時(shí)延。消息 “車(chē)－地通信會(huì)話(huà)開(kāi)始”與消息 “通信會(huì)話(huà)已建立”之間的時(shí)間差。通常需要統(tǒng)計(jì)其平均值、最大值和最小值。實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)C3車(chē)載設(shè)備標(biāo)識(shí)號(hào) （NID＿ENGINE）將同一個(gè)會(huì)話(huà)中的這2條消息關(guān)聯(lián)，即可計(jì)算每一次會(huì)話(huà)的建立時(shí)延，再將計(jì)算出的時(shí)延進(jìn)行計(jì)算，得到平均值、最大值和最小值，還可對(duì)時(shí)延超時(shí)的會(huì)話(huà)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

圖2是通過(guò)Nexus 8635對(duì)PRI接口監(jiān)測(cè)后得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，從中可以看出上述4項(xiàng)重要指標(biāo)，同時(shí)可以得到所有與RBC建立連接的車(chē)載設(shè)備號(hào)。

圖2 C3列控通信鏈路基本KPI

在CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)中，所有列車(chē)會(huì)經(jīng)一定的時(shí)間間隔，自動(dòng)向RBC報(bào)道自身的位置和行進(jìn)方向，列車(chē)的運(yùn)行也通過(guò)RBC被實(shí)時(shí)監(jiān)控。運(yùn)行的授權(quán)、速度和開(kāi)放進(jìn)路等信息都通過(guò)GSM－R傳輸。應(yīng)答器被用作被動(dòng)定位信號(hào)站或者電子標(biāo)識(shí)。在2個(gè)定位信號(hào)站之間，列車(chē)通過(guò)感應(yīng)器來(lái)判斷自身的位置，定位信號(hào)站作為參考來(lái)矯正距離錯(cuò)誤。車(chē)載計(jì)算機(jī)不斷地監(jiān)控傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并且控制機(jī)車(chē)不要超速。行車(chē)許可 （MA）是列控消息中極其重要的指令，包含列車(chē)運(yùn)行的距離、速度、允許列車(chē)到達(dá)的最遠(yuǎn)位置及相關(guān)線(xiàn)路數(shù)據(jù)等信息。當(dāng)列車(chē)收到應(yīng)答器信息后，車(chē)載向RBC發(fā)送MA請(qǐng)求，RBC收到該請(qǐng)求后作出回應(yīng)。從列車(chē)發(fā)出MA請(qǐng)求到收到響應(yīng)，這之間的時(shí)間稱(chēng)為行車(chē)許可環(huán)回時(shí)間 （MA RTT）。如果環(huán)回時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則為MA請(qǐng)求將超時(shí)，將請(qǐng)求重發(fā)；如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)始終未收到RBC的MA，列車(chē)將降速、停車(chē)或切換至低一級(jí)的列控模式。每一次車(chē)－地之間的通信會(huì)話(huà)都包含至少幾十次的MA消息傳送，也為列控信息分析儀對(duì)MA的KPI進(jìn)行監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)提供了可能，如圖3所示。

圖3 C3行車(chē)許可統(tǒng)計(jì)

當(dāng)系統(tǒng)中存在多個(gè)RBC時(shí)，列車(chē)的行車(chē)過(guò)程必然會(huì)涉及到RBC切換。當(dāng)列車(chē)收到RBC1的控制時(shí)，根據(jù)RBC1提供的行車(chē)許可運(yùn)行。當(dāng)RBC1從RBC2獲得進(jìn)路信息，生成延伸到RBC2管轄范圍的行車(chē)許可，同時(shí)RBC1命令另一個(gè)GSM－R車(chē)載電臺(tái)呼叫RBC2，與RBC2建立通信；列車(chē)尾部通過(guò)切換應(yīng)答器后，列車(chē)收到RBC2的控制，終止與RBC1的通信，完成RBC切換，并根據(jù)RBC2提供的行車(chē)許可運(yùn)行。

通過(guò) Nexus 8635，可以得到RBC切換的詳細(xì)流程圖和信息解碼，并得到切換時(shí)的各個(gè)列控參數(shù)和列車(chē)狀態(tài)，即切換起始時(shí)間和位置、切換完成時(shí)間和位置、切換成功率、切換完成時(shí)長(zhǎng)等。

3 小結(jié)

在G網(wǎng)及C3系統(tǒng)的日常維護(hù)測(cè)試中，應(yīng)采用被動(dòng)方式監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，尤其是接入網(wǎng)及核心網(wǎng)的信令監(jiān)測(cè)，可通過(guò)信令分析設(shè)備N(xiāo)exus8635對(duì)網(wǎng)絡(luò)的KPI參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，而且采用監(jiān)測(cè)模式，不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。由于采集的是現(xiàn)網(wǎng)中真實(shí)用戶(hù)的呼叫數(shù)據(jù)，且樣本數(shù)量很大，因此得到的KPI指標(biāo)更能反映網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)情況。

［1］ 蔣文怡，鐘章隊(duì).CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究［J］.鐵道通信信號(hào)，2010（10）.