C3無線超時原因不明類問題的分析及應(yīng)對措施

施成超 中國鐵路上海局集團有限公司科技和信息化部

1 引言

近年來，國鐵集團對各局C3無線超時制動問題的分析、處置及定責(zé)要求日趨嚴格，上海局利用C3無線超時制動信息流轉(zhuǎn)平臺、C3無線超時月度分析會對每件制動、降級信息落實逐件分析要求。但車載側(cè)受限于現(xiàn)有的分析、監(jiān)測手段，在未額外安裝監(jiān)測設(shè)備的情況下只能對車地應(yīng)用層數(shù)據(jù)進行分析，缺乏底層數(shù)據(jù)記錄，對車地交互、結(jié)合部問題分析并不徹底。同時由于無線通信受環(huán)境因素影響較大，因此對于個別無線超時問題,降級原因無法精準定位。

2 原因不明類無線超時現(xiàn)狀

如圖1所示，2020年3月至12月上海局累計發(fā)生642件由于電務(wù)列控設(shè)備造成的無線超時類制動、降級問題。最終經(jīng)分析會定為原因不明的合計120件，占比約19%。

圖1 上海局2020年度無線超時類問題統(tǒng)計

以300T型ATP設(shè)備為例，車載側(cè)在處理DMS報告的此類無線超時問題時，需下載ATPCU、SDP、STU-V-V、JRU等ATP數(shù)據(jù)進行分析，查看在應(yīng)用層有無設(shè)備故障報警語句及車地數(shù)據(jù)交互邏輯異常信息。車載側(cè)對上述原因不明無線超時問題進行數(shù)據(jù)分析時，現(xiàn)象及結(jié)論基本類似：車載側(cè)連續(xù)發(fā)送多條M136包后，一直未收到RBC的M24或M3包回復(fù)，車載設(shè)備在T_NVCONTACT時間內(nèi)(10 s-20 s)未收到任何來自RBC的應(yīng)用層消息后判斷無線超時，觸發(fā)最大常用制動乃至降級，車載設(shè)備正常。若車載側(cè)對此類問題需要進一步分析時，需依靠六婕AMS(監(jiān)測Igsm-r、Um接口)或通號datalog（監(jiān)測Igsm-r接口）監(jiān)測設(shè)備（如圖2所示），但目前上海局加裝的該類設(shè)備數(shù)量較少，導(dǎo)致現(xiàn)場分析處置能力有所欠缺，分析處置時往往還需要依賴通信三接口數(shù)據(jù)。

圖2 車地接口監(jiān)測接口示意圖

根據(jù)現(xiàn)場多年的無線超時問題處置經(jīng)驗，將原因不明類問題分為四大類：一是小區(qū)切換后電臺異常；二是車載或RBC判斷TPDU幀類型錯誤,發(fā)送ER幀；三是車載或RBC判斷HDLC幀類型或時序錯誤，發(fā)送FRMR幀；四是車地10 s-20 s無通信導(dǎo)致車載安全傳輸層發(fā)送DI/DR?？梢悦鞔_的是，原因不明類故障與列控設(shè)備運用檢修狀態(tài)無關(guān)，一般無需對列控設(shè)備進行處置。

3 典型性故障分析

3.1 小區(qū)切換后異常

此類問題一般發(fā)生在MT小區(qū)切換時。其典型場景為：在小區(qū)切換前，上、下行鏈路接收電平、質(zhì)量均正常，切換后上行接收質(zhì)量突然下降，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包連續(xù)錯誤，無線鏈接超時。此前該類問題認為與切換后MT異常有關(guān)，但在實際案例中發(fā)現(xiàn)車地均有可能引起該類問題。

2021年3月13日G1971次列車DMS報C3降級，下載ATP數(shù)據(jù)分析，9:16:37時車載收到RBC側(cè)最后一條24消息，9:16:41時起車載向RBC發(fā)送了3條136包，均未得到回復(fù)，至9:16:56時無線連接超時觸發(fā)常用制動，9:17:06時降為C2等級。

結(jié)合通信三接口數(shù)據(jù)，查看Abis口數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)由XZDTSXLS06小區(qū)切換至XZD-TSXLS07B后，上行鏈路通信質(zhì)量突降為7級，并且下行鏈路通信質(zhì)量、電平值均未收到，屬于典型的小區(qū)切換后異常問題。再由PRI接口數(shù)據(jù)可知，小區(qū)正常切換后09:16:41.502時RBC發(fā)送SREJ重傳幀，要求ATP重傳98號I幀，09:16:42.127收到重傳的98號I幀，但由于FSC校驗失敗再次要求ATP重傳，但后續(xù)ATP已斷開鏈接。同時在長達9 s時間內(nèi)收到車載側(cè)發(fā)送了大量的無效數(shù)據(jù)Link Invalid Data，并只收到ATP發(fā)送的1條136包。

因此該問題原因可能為：一是切換后電臺異常；二是切換后上行鏈路異常，存在干擾。由于此車安裝了AMS裝置，車載側(cè)人員對Um接口、Igsm-r接口數(shù)據(jù)（如圖3所示）進行進一步分析。從Igsm-r接口監(jiān)測信令來看ATP側(cè)交互邏輯正常。由Um接口監(jiān)測測量報告可知，切換前后下行鏈路通信質(zhì)量和電平值均正常，上行鏈路中MT正常向地發(fā)送測量報告，MT工作正常。由上，可以得出此次無線超時問題是由上行方向鏈路存在干擾導(dǎo)致。

圖3 IGSM-R、Um接口監(jiān)測信令

3.2 車地發(fā)送FRMR、ER幀

車地發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層FRMR幀、傳輸層ER幀一般是因為判定接收的幀通過FSC校驗但最終判定結(jié)構(gòu)錯誤導(dǎo)致，從而釋放車地鏈接導(dǎo)致無線鏈接超時。一般情況下，該類問題基本是由于通信HDLC、TPDU協(xié)議機制、無線通信極小概率丟包、誤碼特點導(dǎo)致的。

其較典型的問題場景為：車地在接收到的NR幀序出現(xiàn)回退或異常增大情況下，導(dǎo)致一方發(fā)送FRMR幀。分析人員可以在Igsm-r或Pri接口數(shù)據(jù)上對此類問題予以明確。從車載側(cè)來看，車地設(shè)備在處置此類NR幀序異常問題時，直接發(fā)送FRMR幀存在一定的不合理性，車地安全計算機設(shè)備可丟棄回退的、異常增大的幀來確保車地交互的一致性，而不是直接發(fā)送FRMR幀來重置當前鏈路。

3.3 異常丟幀

丟幀現(xiàn)象易發(fā)生在小區(qū)切換或上下行通信鏈路存在干擾場景下，并通過幀重發(fā)機制來保持車地正常通信。但是在單個小區(qū)內(nèi)且車地通信環(huán)境滿足要求的情況下，仍會遇到異常丟幀問題。

3.3.1 上行鏈路異常案例

2021年3月13日6時31分,DJ8729次列車運行至杭長客專K384處C3降級。從ATPCUlog中分析得知，06:35:27時車載收到RBC側(cè)最后一條24消息。06:35:31起車載向RBC發(fā)送了4條136消息包，均未得到回復(fù)，06:35:39報無線網(wǎng)絡(luò)資源不可用，至06:35:45時無線連接超時觸發(fā)常用制動18 s，根據(jù)CTCS-3級規(guī)范，超過無線超時判定時間（10 s-20 s），06:35:48降級一次，未恢復(fù)，后續(xù)運行正常。

結(jié)合通信數(shù)據(jù)，分析Abis、A口數(shù)據(jù)可知故障發(fā)生時未處于小區(qū)切換狀態(tài)，且上下行電平值為40-50，接收質(zhì)量0-2級，滿足車地正常通信要求。

分析Pri口數(shù)據(jù)可知（如圖4所示），下行數(shù)據(jù)既RBC向ATP發(fā)送的N（S）信息至124幀，ATP向RBC回復(fù)N（R）=125信息表明ATP收到所有RBC發(fā)送的信息幀，下行通道暢通。分析上行數(shù)據(jù)，RBC從06:35:27.203至06:35:31.671一直在向ATP發(fā)送N（R）=119，表明RBC一直在等待ATP發(fā)送N（S）=119幀,但RBC一直未收到，并于06:35:32.328收到ATP的N（S）=120,表明ATP發(fā)送的119幀丟失，RBC隨即向ATP發(fā)送三次SREJ要求重傳，但均未收到ATP的有效幀回復(fù)，亦未看到從ATP發(fā)送的后續(xù)四條136包，最終導(dǎo)致RBC發(fā)起SABME。

圖4 車地數(shù)據(jù)鏈路層交互示意圖

我們注意到，從06:35:27.000 RBC發(fā)送N（S）=124到06:35:29.578收到ATP發(fā)送確認N（R）=125間隔時間長達2.5 s，因此，綜合判斷造成此次降級的原因是上行通道異?；虼嬖谳^大延時，造成ATP發(fā)送的若干信息未被RBC收到。

3.3.2 下行鏈路異常案例

2021年1月13日21時13分，G7744次交路報無線連接超時制動并降級。通過對車載JRU和ATPlog數(shù)據(jù)的分析獲知，車載自21：13：20收到地面?zhèn)茸詈笠粭l應(yīng)用層消息M24包后，從21:13:24開始，6次發(fā)送M136信息包，均未收到回復(fù)，2 1時1 3分38秒觸發(fā)無線超時制動并降級。

通過通信Abis口數(shù)據(jù)可知故障發(fā)生時未處于小區(qū)切換狀態(tài)，上下行電平值為50-60，接收質(zhì)量2-4級，滿足車地正常通信要求。

再查看通信Pri口數(shù)據(jù)，如圖5所示，下行通信鏈路中，21:13:26.985時RBC向ATP發(fā)送了N（S）=12幀，但21:13:27.204時ATP仍在向RBC發(fā)送N（R）=12幀，表明ATP未收到12幀。因此ATP在21:13:28.095時向RBC發(fā)送SREJ要求重傳12幀，RBC于21:13:28.265重傳,但ATP于21:13:32.954開始，多次向RBC發(fā)送N（R）=12，表明ATP仍未收到RBC第二次重傳的12幀。由此造成ATP缺少12幀信息無法組成M24包，并于21:13:40.720向RBC發(fā)送了DR/DI拆鏈信息。值得注意的是，自ATP發(fā)送SREJ重傳幀后，從21:13:32.954到21:13:38.938約6s期間，ATP共計向RBC發(fā)送了5次N（R）=12幀，但并未再次發(fā)送SREJ重傳幀。

圖5 車地數(shù)據(jù)鏈路層交互示意圖

由于該車未安裝空口監(jiān)測設(shè)備，結(jié)合ATP數(shù)據(jù)、地面三接口數(shù)據(jù)判斷降級原因為：下行通信鏈路異常（MT異常未轉(zhuǎn)發(fā)或通信通道瞬時干擾），導(dǎo)致RBC側(cè)2次發(fā)送的12幀丟失。

4 結(jié)論

文中對原因不明類無線超時問題的發(fā)生原因及典型性問題分析等進行了一些探究。由于現(xiàn)場Um口監(jiān)測設(shè)備的缺少及無線通信機制的若干特點，目前對該結(jié)合部問題的定責(zé)、處置存在一定的困局，我們可以從以下3點嘗試減少該類問題的影響：

（1）繼續(xù)增加車載側(cè)、基站側(cè)Um口監(jiān)測裝置（特別是存在重復(fù)發(fā)生點）。

避免車載側(cè)與通信側(cè)定責(zé)不清、推諉扯皮現(xiàn)象，提高現(xiàn)場分析處置能力，增強設(shè)備穩(wěn)定性。

（2）考慮在車載側(cè)增加濾波裝置。

加強MT電臺抗干擾能力，減少小區(qū)切換環(huán)境及通信干擾環(huán)境下電臺異常概率。

（3）繼續(xù)在車載軟件上優(yōu)化車地交互邏輯。

一是可增加車載設(shè)備無線超時后觸發(fā)C3降級的時間。以此增加車地通信異常后鏈路恢復(fù)的幾率，減少降級的概率，降低無線超時問題對現(xiàn)場運營的負面影響。目前在2021年300T型ATP最新V1.11.2版軟件中，已將無線超時降級邏輯由“C3無線超時制動后列車速度低于C2允許速度后降級C2”更改為“無線超時制動超40 s或時速降至50 km且低于C2允許速度才可降級”，較大程度上降低了降級問題的發(fā)生概率。

二是修改跳幀及回退現(xiàn)象的處理邏輯，可采用錯誤幀棄用的方法，而不是發(fā)送FRMR幀導(dǎo)致無線超時問題；三是優(yōu)化異常丟幀后自動重發(fā)能力。例如在上述下行鏈路異常案例已明確丟幀的情況下，車載側(cè)仍在長時間范圍內(nèi)連續(xù)重復(fù)發(fā)送N（R）幀，未繼續(xù)主動向RBC發(fā)送SJET重傳幀，RBC側(cè)亦在被動等待。