GSM-R分組業(yè)務(wù)分析

馬 捷 中國鐵路上海局集團有限公司上海通信段

1 引言

本文以現(xiàn)網(wǎng)GPRS設(shè)備為例，從日常維護中常見的CIR收不到進路預(yù)告問題出發(fā)，通過對GSM-R網(wǎng)絡(luò)分組側(cè)業(yè)務(wù)消息的發(fā)送、簽收流程進行分析，對CIR終端的消息發(fā)送格式不符合規(guī)范導(dǎo)致CTC不給CIR發(fā)送進路預(yù)告的問題進行分析、定位故障原因，介紹了CIR收不到列車進站進路預(yù)告的常用分析方法，對日常維護工作具有一定的指導(dǎo)意義。

2 GPRS業(yè)務(wù)流程

中國鐵路上海局集團有限公司管范圍內(nèi)，GPRS分組側(cè)設(shè)備主要由服務(wù)GPRS支持節(jié)點（SGSN）、網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點（GGSN）、GPRS接口服務(wù)器（GRIS）組成。

GPRS服務(wù)支持節(jié)點（SGSN）是GPRS網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備中的重要功能實體，主要功能有：移動性管理、會話管理、鑒權(quán)、加密、壓縮、統(tǒng)計功能，實現(xiàn)了在本PLMN或其他PLMN范圍內(nèi)定位、跟蹤手機的當(dāng)前路由信息，管理手機的PDP上下文，負(fù)責(zé)完成移動終端和GGSN間的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)。

網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點（GGSN）相當(dāng)于GPRS網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，是本局GPRS網(wǎng)絡(luò)與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān),主要完成會話管理，路由和轉(zhuǎn)發(fā)、動態(tài)IP地址分配等功能，并能根據(jù)路由信息將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送到移動終端所屬的當(dāng)前服務(wù)GPRS支持節(jié)點（SGSN）。

GPRS接口服務(wù)器（GRIS）負(fù)責(zé)將CTC發(fā)送給CIR的調(diào)度命令、列車進站進路預(yù)告信息轉(zhuǎn)發(fā)至GGSN，并在本地服務(wù)器硬盤內(nèi)存儲，能夠根據(jù)機車號自動查找對應(yīng)CIR的IP地址并轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)的列車。

現(xiàn)網(wǎng)GPRS業(yè)務(wù)類型主要包括車次號校核信息、調(diào)度命令、列車進站進路預(yù)告、當(dāng)前GRIS IP地址查詢、活動性檢測及告警信息。

2.1 CIR開機附著流程

司機將CIR開機或重啟后，CIR首先會注冊GPRS網(wǎng)絡(luò)，該過程為自動進行，CIR將向SGSN發(fā)送附著請求，包含其附著類型（IMSI附著、GPRS附著或聯(lián)合的IMSI/GPRS附著）和其身份識別碼（TMSI或者P-TMSI），SGSN根據(jù)IMSI號找到車載臺對中數(shù)據(jù)卡所開戶的HLR，并向請求HLR更新該用戶所處的SGSN地址，更新成功后HLR將該車載臺數(shù)據(jù)卡的相關(guān)用戶信息發(fā)送給SGSN，SGSN確認(rèn)該用戶具備GPRS業(yè)務(wù)能力后分配新的P-TMSI給該CIR，并發(fā)送附著成功消息給CIR，附著成功后CIR將獲得新的P-TMSI。

2.2 PDP激活流程

PDP激活的主要目的是使終端獲得IP地址，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備能夠?qū)I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送至移動臺；目前全路范圍內(nèi)采用的是靜態(tài)IP地址分配，由RADIUS（認(rèn)證服務(wù)器）依據(jù)機車號做靜態(tài)分配,即每一個SIM卡對應(yīng)唯一的IP地址。

CIR在完成附著后，將發(fā)起PDP激活請求，PDP激活請求中包含了APN信息，SGSN將收到的APN發(fā)送給北京、武漢DNS進行域名解析，得到該CIR中SIM卡所歸屬局GGSN的IP地址，之后SGSN將CIR發(fā)送的PDP激活請求發(fā)送給對應(yīng)IP地址的GGSN，GGSN將CIR的PDP激活請求中的機車號作為賬號和密碼發(fā)給北京、武漢RADIUS服務(wù)器，RADIUS服務(wù)中儲存了機車號與IP地址的對應(yīng)關(guān)系，若該機車號為合法賬號，RADIUS服務(wù)器將分配的IP地址發(fā)送給GGSN，GGSN再通過SGSN發(fā)送給車載臺，從而完成PDP激活過程，PDP激活成功后CIR獲得新的IP地址。

2.3 查詢當(dāng)前GRIS IP地址流程

PDP激活成功后，CIR根據(jù)預(yù)存的GROS IP地址向GROS發(fā)送“查詢當(dāng)前GRIS IP地址”指令，內(nèi)容包括機車號、車次號、交路號、公里標(biāo)、當(dāng)前小區(qū)號、經(jīng)緯度信息等。GROS查詢并返回CIR當(dāng)前所屬局的GRIS的IP地址，CIR接收當(dāng)前GRIS IP地址，并實時存儲。

2.4 列車進路預(yù)告發(fā)送流程

CTC向CIR發(fā)送列車進站進路預(yù)告需滿足如下3個條件：車次號校核信息正確無誤，即CIR上報的車次號與該列車實際的車次號相互匹配無誤；列車位置處于相應(yīng)要接收進路預(yù)告的區(qū)段，且前方進路無其他列車占用；前方進路已開放，即進路已辦理成功，并且和列車運行計劃完全一致。

若發(fā)送列車進站進路預(yù)告的3個條件均滿足，則由車站自律機根據(jù)列車運行計劃自動生成相應(yīng)的進路預(yù)告信息，當(dāng)列車運行至該區(qū)段時，車站自律機將進路預(yù)告信息發(fā)送至CTC中心通信前置機，后經(jīng)通信側(cè)設(shè)備GIRS、GGSN、SGSN、BSC、BTS最終通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至CIR，CIR在收到列車進路預(yù)告信息后，發(fā)送自動確認(rèn)信息，之后發(fā)出提示音提示司機進行簽收，在列車司機進行簽收后，CIR向GSM-R網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)送手動簽收回執(zhí)信息，最終以相反的路徑發(fā)送至CTC。

2.5 相關(guān)規(guī)定

《鐵路通信維護規(guī)則》設(shè)備維護中關(guān)于非列控業(yè)務(wù)應(yīng)用質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下：進路預(yù)告發(fā)送成功率應(yīng)不小于99%。列車進路預(yù)告發(fā)送成功是指同一編號進路預(yù)告發(fā)出后規(guī)定時間內(nèi)（包含兩次重發(fā)），收到該編號進路預(yù)告信息的一條手動簽收或自動確認(rèn)信息。

3 故障案例

3.1 故障現(xiàn)象

2016年2月15日滬寧城際線G7217次列車（機車號：30228051）不能正常取進路預(yù)告，經(jīng)核實使用的是天津712廠CIR應(yīng)急臺，注冊機車號為30228051。

在GRIS網(wǎng)管上查看該CIR應(yīng)急臺，發(fā)現(xiàn)該CIR不能正常上報車次號校核信息,在正常情況下車次號校核信息應(yīng)由CIR發(fā)至GRIS，GIRS轉(zhuǎn)發(fā)至CTC，G7217次列車的車次號校核信息僅有GRIS發(fā)至CTC的數(shù)據(jù)記錄，缺少前一段CIR發(fā)至GRIS數(shù)據(jù)記錄。該應(yīng)急臺可以獲取本機IP，但通過GRIS無法ping到終端。查看GRIS網(wǎng)管發(fā)現(xiàn)CTC也未發(fā)送進路預(yù)告給該機車號。2月16日上南工區(qū)使用本工區(qū)天津712廠CIR應(yīng)急臺同樣存在上述問題。

3.2 原因分析

根據(jù)上述現(xiàn)象描述我們可以發(fā)現(xiàn)，天津712廠的應(yīng)急臺均有這情況，故判斷故障點在應(yīng)急臺上。但是，在現(xiàn)象上存在幾個問題：（1）應(yīng)急臺能獲取IP但是無法ping通；（2）GRIS網(wǎng)管上查看G7217次列車車次號校核信息，缺少CIR發(fā)至GRIS的數(shù)據(jù)記錄；（3）CTC未給G7217次列車下發(fā)進路預(yù)告。

問題點1經(jīng)詢問天津712廠應(yīng)急CIR廠家，得到回復(fù)為應(yīng)急臺程序設(shè)置問題，由于ping不屬于規(guī)范，所以這一批應(yīng)急CIR沒有開通被ping的功能。

問題點2經(jīng)與廠家討論得知天津712廠的應(yīng)急臺在發(fā)送車次號校核信息時，發(fā)送的數(shù)據(jù)格式與GRIS解析不兼容，導(dǎo)致GRIS網(wǎng)管未能顯示出CIR發(fā)至GRIS的數(shù)據(jù)記錄。

問題點3初步判斷CTC未給G7217次列車發(fā)送進路預(yù)告的原因為觸發(fā)預(yù)告的三要素沒有得到滿足。車次號校核信息按要求是由CIR每30 s向網(wǎng)絡(luò)上報1次，經(jīng)通信通道傳送至CTC服務(wù)器，CTC在一定時間內(nèi)（通常為半小時）只需成功收到一次即判定為車次號校核有效，即滿足車次號校核正確條件。通過查看GRIS網(wǎng)管及核對相關(guān)信息，發(fā)現(xiàn)疑點在GRIS轉(zhuǎn)發(fā)的車次號校核信息上，通過提取GRIS的設(shè)備日志與規(guī)范《運基通信【2009】144號》文件做比對，對G7217次列車的車次號校核信息碼流進行分析，來定位故障原因。

3.3 排查流程

2016年2月15日分析人員使用測試CIR注冊該機車號30228051進行試驗，注冊情況正常，確認(rèn)問題點在機車上的應(yīng)急CIR。

2016年2月16日與現(xiàn)場聯(lián)系仍使用原來故障應(yīng)急臺，注冊測試機車號99904107，現(xiàn)象與15日故障現(xiàn)象一致。聯(lián)系天津712廠廠家反映情況，廠家建議再次縮小故障范圍，更換數(shù)據(jù)模塊或主控單元來排查。同時聯(lián)系CTC，詢問2月15日CTC為何不向G7217發(fā)送進路預(yù)告，得到答復(fù)為G7217發(fā)送的車次號校核信息校核不正確。

2016年2月17日上南車載工區(qū)使用天津712的CIR在900M模式下注冊，在GRIS網(wǎng)管上發(fā)現(xiàn)有同樣的故障現(xiàn)象，應(yīng)急臺獲取IP地址但網(wǎng)絡(luò)無法PING通，通過截取Gb接口信令分析，判斷信令層面交互正常，PDP激活正常。

2016年2月17日再次對2月15日G7217上的應(yīng)急臺進行測試，嘗試多次注冊不同的機車號，并在GRIS上PING應(yīng)急臺，均未PING通。

通過分析GIRS設(shè)備日志中天津712廠應(yīng)急CIR發(fā)送的車次號校核信息原始碼流，發(fā)現(xiàn)CTC不發(fā)送進路預(yù)告主要是車載發(fā)送的車次號校核信息沒有將數(shù)據(jù)幀中72字節(jié)“監(jiān)控裝置數(shù)據(jù)”中的第1項“地址長度”填為38H、第17項“地址長度”填為39H。正常的車次校核信息日志如下：

根據(jù)GRIS與GPRS終端的通信協(xié)議。標(biāo)準(zhǔn)的基本幀格式為，前兩字節(jié)10 02為幀起始，8F 00為信息長度，91代表是GRIS向GSM-R通信服務(wù)器發(fā)送應(yīng)用數(shù)據(jù)。05代表該業(yè)務(wù)類型為車次號校核信息，38為IP原通信地址的長度。FF為補位。

導(dǎo)出2016年2月15日G7217車次號校核信息的LOG數(shù)據(jù)進行分析比對，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有異常。2月15日G7217所用的應(yīng)急CIR的車次號校核信息的LOG，隨機選擇一條，具體如下：

前幾位如10 02 8F 00 91 05，和正常車次號校核信息的LOG一樣，但之后兩個字節(jié)（及38為IP原通信地址的長度），用FF補位，不符合規(guī)范導(dǎo)致CTC無法正常讀取。車次號校核信息通過GRIS轉(zhuǎn)發(fā)到CTC側(cè)的接口服務(wù)器后再以廣播的形式轉(zhuǎn)發(fā)給通信前置服務(wù)器（每條線路對應(yīng)一個通信前置服務(wù)器），也就是說每個通信前置服務(wù)器都儲存所有車次號校核信息，調(diào)度臺發(fā)送調(diào)度命令時先去該線路的通信前置服務(wù)器查詢車次號校核信息，然后發(fā)送調(diào)度命令給前置服務(wù)器，之后轉(zhuǎn)發(fā)給接口服務(wù)器，最后發(fā)到GRIS上。至于在GRIS中看到的機車號，通過數(shù)據(jù)幀中72字節(jié)“監(jiān)控裝置數(shù)據(jù)”中碼流可以讀到。

同時工區(qū)將分析結(jié)果向天津712廠反應(yīng)，廠家試驗后承認(rèn)本廠應(yīng)急CIR的問題，并聯(lián)系所有配備天津712廠應(yīng)急CIR的單位進行軟件升級。

3.4 分析結(jié)論

導(dǎo)致2016年2月15日滬寧城際線G7217次列車（機車號：30228051）不能正常取進路預(yù)告的原因是該列車上使用的天津712廠應(yīng)急CIR設(shè)備發(fā)送的車次號校核信息不符合規(guī)范《運基通信【2009】144號》中要求的格式，導(dǎo)致CTC無法正常識別，判斷車次號校核無效，從而沒給G7217次列車發(fā)送列車進路預(yù)告信息。

4 總結(jié)

列車進路預(yù)告發(fā)送經(jīng)過的GSM-R網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備較多，含無線側(cè) BTS、BSC、核心側(cè) SGSN、GGSN、GRIS 設(shè)備，業(yè)務(wù)流程較為復(fù)雜，故障點定位需集合GRIS設(shè)備日志、CIR設(shè)備日志、GPRS接口檢測等多方數(shù)據(jù)。

分析列車收不到進路預(yù)告這類問題，維護人員可以先從故障影響范圍入手，確定故障存在與單趟列車故障還是群體性故障，若為群體性故障，則排查方向為核心網(wǎng)分組側(cè)設(shè)備，若為單趟車故障，則通過GRIS網(wǎng)管查看車次號校核信息、活動性檢測發(fā)送情況，通過與車載CIR設(shè)備日志進行比對，判斷故障原因、定位問題點并做進一步處理，從而保障鐵路GPRS業(yè)務(wù)交互的安全性、可靠性。

本文通過一個典型案例，結(jié)合通信規(guī)范文件，定位問題點為CIR設(shè)備終端上報的車次號校核消息不符合規(guī)范格式導(dǎo)致CTC沒有給列車發(fā)送列車進路預(yù)告信，對日常維護工作具有一定的指導(dǎo)意義。