基于Gb 接口信令分析的深圳站進(jìn)路預(yù)告故障處理

朱超逸 龔蕓嫻 戴俊勉

隨著我國(guó)高速鐵路的迅猛發(fā)展，旅客出行時(shí)間進(jìn)一步縮短。由此也對(duì)列車的運(yùn)輸效率和運(yùn)行時(shí)間提出了更高要求。

進(jìn)路預(yù)告由CTC（調(diào)度集中控制系統(tǒng)）通過(guò)GPRS（通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)）網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到CIR（機(jī)車綜合無(wú)線通信設(shè)備），CTC 根據(jù)行車計(jì)劃信息生成相應(yīng)的進(jìn)路序列，當(dāng)列車CIR 運(yùn)行至特定公里標(biāo)附近，無(wú)線車次條件與進(jìn)路序列匹配成功后，CTC 會(huì)自動(dòng)觸發(fā)下一站進(jìn)路預(yù)告信息，并將對(duì)應(yīng)的進(jìn)路預(yù)告信息通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至CIR，使司機(jī)能夠提前獲取前方車站的信息。因此進(jìn)路預(yù)告對(duì)于提高列車運(yùn)輸效率，縮短運(yùn)行時(shí)間，及時(shí)掌握和調(diào)整列車運(yùn)行和調(diào)車作業(yè)情況，以及防止行車事故都有著舉足輕重的作用。

1 問(wèn)題提出

CTC 通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)向CIR 下發(fā)進(jìn)路預(yù)告信息，包含列車即將駛?cè)胝军c(diǎn)是否停靠、應(yīng)駛?cè)肽奶?hào)道岔等詳細(xì)信息，CIR 接收并將相應(yīng)的確認(rèn)信息返回給CTC，從而實(shí)現(xiàn)CIR 與CTC 進(jìn)路預(yù)告業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)信息交互，保障列車安全有序運(yùn)行。

由于廣深線下行列車（由廣州開(kāi)往深圳方向）頻繁出現(xiàn)深圳站進(jìn)路預(yù)告未正常接收，且出現(xiàn)頻率遠(yuǎn)超過(guò)同線路其他車站。因此，2020 年6-7 月（8 周）對(duì)下行列車深圳站進(jìn)路預(yù)告異常情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每周故障件數(shù)均在8 次以上，最高達(dá)到18 次。

2 異常分析

2.1 進(jìn)路預(yù)告收發(fā)流程

以C1999 次列車（機(jī)車號(hào)：31099991）接收深圳站進(jìn)路預(yù)告為例，進(jìn)路預(yù)告下發(fā)和接收流程見(jiàn)圖1。

1）CTC 向GRIS 發(fā)送進(jìn)路預(yù)告信息，包含列車車次號(hào)C1999 次、對(duì)應(yīng)機(jī)車號(hào)（31099991），以及該車將要抵達(dá)深圳站、是否停車及進(jìn)站道岔等相關(guān)信息。

圖1 進(jìn)路預(yù)告下發(fā)和接收流程

2） GRIS 解析出機(jī)車號(hào)信息，并組成域名“cir.31099991.ms.gprs”，向DNS（域名服務(wù)器）查詢機(jī)車號(hào)對(duì)應(yīng)的IP 地址。

3） DNS 向GRIS 返回機(jī)車號(hào)（31099991） 對(duì)應(yīng)的IP 地址。

4） 此時(shí)GRIS 已獲得機(jī)車號(hào)對(duì)應(yīng)的IP 地址，并使用GPRS 網(wǎng)絡(luò)，依次通過(guò)GGSN（網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）、SGSN（服務(wù)GPRS 支持節(jié)點(diǎn)）、BSC（基站控制器）、BTS （基站收發(fā)臺(tái)） 向機(jī)車31099991 的CIR 繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)CTC 下發(fā)的深圳站進(jìn)路預(yù)告信息。

5）機(jī)車CIR 收到深圳站進(jìn)路預(yù)告信息，掌握列車運(yùn)行任務(wù)。

6） 機(jī) 車CIR 通 過(guò)SGSN、GGSN 向GRIS 發(fā)送信息確認(rèn)回執(zhí)。

7） GRIS 收到回執(zhí)信息后向CTC 轉(zhuǎn)發(fā)，使CTC 與CIR 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息交互。

2.2 Gb 接口監(jiān)測(cè)

Gb 為SGSN 和BSC 互聯(lián)接口，SGSN 通過(guò)Gb接口完成同BSS（基站子系統(tǒng)） 之間的通信，實(shí)現(xiàn)分組數(shù)據(jù)傳送、移動(dòng)性管理、會(huì)話管理等功能，通過(guò)Gb 接口監(jiān)測(cè)可以對(duì)數(shù)據(jù)是否有效轉(zhuǎn)發(fā)、信息交互是否存在丟包等進(jìn)行深入分析。

現(xiàn)通過(guò)Gb 接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析列車在A小區(qū)收不到深圳站進(jìn)路預(yù)告的原因。如圖2 所示，C1999 次列車在01：15：49.833 時(shí)，運(yùn)行至A、B小區(qū)切換點(diǎn)附近，此時(shí)CTC 向CIR 發(fā)送了深圳站進(jìn)路預(yù)告，之后在01：15：52.807 時(shí)，BSC 向SGSN 發(fā)送異常信令“Radio Status”（無(wú)線環(huán)境異常），當(dāng)列車在01：15：53.005 運(yùn)行至B 小區(qū)覆蓋范圍時(shí)，SGSN 向BSS 下發(fā)FlushLL 小區(qū)重選消息，同時(shí)在Gn 接口（SGSN 與GGSN 的接口）產(chǎn)生數(shù)據(jù)短暫停傳現(xiàn)象，之后在01：15：53.009 時(shí)，BSC 向SGSN 發(fā)送異常信令“LLC-Discard”（邏輯鏈路控制失效），之后CIR 未正常接收深圳站進(jìn)路預(yù)告信息，也未回復(fù)對(duì)應(yīng)深圳站進(jìn)路預(yù)告信息的確認(rèn)信息。

LLC（邏輯鏈路控制）是基于HDLC（高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程） 的協(xié)議，為MS（移動(dòng)臺(tái)） 和SGSN 之間提供高可靠的邏輯鏈路。當(dāng)終端CIR 所處位置無(wú)線環(huán)境較差時(shí)，Gb 接口將會(huì)監(jiān)測(cè)到異常信令Radio Status 及其攜帶消息Radio Cause：Radio contact lost with the MS（移動(dòng)終端所處位置不在信號(hào)覆蓋區(qū)內(nèi)），同時(shí)會(huì)監(jiān)測(cè)到異常信令LLCDiscard，其表示BSS 已刪除之前SGSN 送來(lái)的LLC-PDU（邏輯鏈路控制-協(xié)議數(shù)據(jù)單元），要求SGSN 重發(fā)LLC-PDU。簡(jiǎn)單可以理解為Gb 接口出現(xiàn)了數(shù)據(jù)丟包，進(jìn)路預(yù)告信息并未從Gb 接口發(fā)出。

Gb 接口出現(xiàn)Radio Status 和LLC-Discard 異常信令觸發(fā)的可能原因如下。

圖2 Gb 接口監(jiān)測(cè)信令

1） MS 服務(wù)小區(qū)存在干擾，導(dǎo)致MS 解析GPRS 網(wǎng)絡(luò)MCC（移動(dòng)國(guó)家代碼）、MNC（移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)代碼）、LAC（位置區(qū)域碼）和CI（小區(qū)識(shí)別碼）時(shí)出錯(cuò)。BSS 傳遞SGSN 發(fā)送給MS 的LLCPDU，MS 受干擾接收不到或不響應(yīng)，時(shí)間長(zhǎng)度超過(guò)BSS 設(shè)定的門限時(shí)間，于是BSS 刪除了SGSN送來(lái)的LLC-PDU，同時(shí)向SGSN 發(fā)送LLC-Discard。

2）MS 所在的服務(wù)小區(qū)出現(xiàn)擁塞或信號(hào)過(guò)弱，會(huì)導(dǎo)致MS 響應(yīng)LLC-PDU 的時(shí)間超過(guò)BSS 設(shè)定的門限，此時(shí)BSS 會(huì)刪除此條SGSN 送來(lái)的LLCPDU 消息，同時(shí)向SGSN 發(fā)送LLC-Discard。

3） 作為用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)得以接續(xù)的重要保證，小區(qū)重選Gn 接口會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)短暫停傳現(xiàn)象。若此時(shí)在重選服務(wù)小區(qū)內(nèi)發(fā)送進(jìn)路預(yù)告消息會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟包，致使BSS 刪除SGSN 送來(lái)的LLC-PDU，同時(shí)也向SGSN 發(fā)送LLC-Discard。

2.3 定位分析

針對(duì)廣深線部分下行列車收不到深圳站進(jìn)路預(yù)告的故障情況，檢查BSS 系統(tǒng)設(shè)備良好，查看進(jìn)路預(yù)告下發(fā)時(shí)所在服務(wù)小區(qū)A 的干擾情況，比較A小區(qū)不同時(shí)間段的頻譜分析，電平無(wú)顯著變化，也無(wú)鄰頻干擾現(xiàn)象，小區(qū)的信道占用情況也正常，故排除CIR 所在A 服務(wù)小區(qū)存在干擾及擁塞或者信號(hào)弱的可能性。

根據(jù)《鐵路通信維護(hù)規(guī)則——設(shè)備維護(hù)》要求，GSM-R系統(tǒng)無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋標(biāo)準(zhǔn)為-47 dBm～-98 dBm。通過(guò)對(duì)A、B 小區(qū)切換區(qū)域統(tǒng)計(jì)，在K0+750 區(qū)域，A 小區(qū)無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋平均低于-80 dBm，B 小區(qū)平均場(chǎng)強(qiáng)為-55 dBm，且越靠近B 小區(qū)方向場(chǎng)強(qiáng)越大，臨近小區(qū)切換指標(biāo)，由此可知在公里標(biāo)K0+800 左右的位置，A 小區(qū)切換到B 小區(qū)，此位置與廣深線下行列車接收深圳站進(jìn)路預(yù)告的位置基本重合，在該位置區(qū)段發(fā)送深圳站進(jìn)路預(yù)告的同時(shí)，CIR 發(fā)生小區(qū)重選導(dǎo)致短暫脫網(wǎng)丟包，從而影響深圳站進(jìn)路預(yù)告的接收。

2.4 小區(qū)重選

當(dāng)移動(dòng)臺(tái)如機(jī)車CIR 運(yùn)行至A 小區(qū)，CIR 會(huì)持續(xù)接入當(dāng)前小區(qū)，并測(cè)量相鄰小區(qū)廣播控制信道載頻的信號(hào)電平，記錄下信號(hào)電平最大的6 個(gè)鄰接小區(qū)，在符合一定條件時(shí)，移動(dòng)臺(tái)將從當(dāng)前接入的小區(qū)轉(zhuǎn)接到另一個(gè)小區(qū)，這個(gè)過(guò)程稱為小區(qū)重選。影響重選的重要因素是無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度。C2（小區(qū)重選參數(shù)） 是進(jìn)行小區(qū)重選時(shí)衡量信道質(zhì)量的參數(shù)，其計(jì)算結(jié)果受C1（路徑損耗值）影響，具體如下。

式中：CRO 為小區(qū)重選偏移量，用于調(diào)整C2 值的大小；TO 為臨時(shí)偏移量；P 為懲罰時(shí)間，是TO作用于參數(shù)C2 的時(shí)間；T 是定時(shí)器，初始值為0。當(dāng)P-T＜0 時(shí)，函數(shù)H（P-T）= 0；當(dāng)P-T＞=0時(shí)，函數(shù)H（P-T）=1。

使用無(wú)線子系統(tǒng)網(wǎng)管查詢B 小區(qū)的重選參數(shù)配置，CRO 為0，P 為31。代入式（1） 進(jìn)行計(jì)算，則此時(shí)B 小區(qū)C2=C1。

在路徑損耗值C1 不變的情況下，提高C2 數(shù)值的方法是修改懲罰參數(shù)P 不等于31，應(yīng)用公式（2） 計(jì)算，可通過(guò)增大CRO 或減小TO×H （PT）來(lái)提高C2 數(shù)值。

3 優(yōu)化方案

由于深圳站進(jìn)路預(yù)告下發(fā)位置與無(wú)線環(huán)境中小區(qū)重選位置重合，導(dǎo)致列車在服務(wù)小區(qū)A、B 間小區(qū)重選發(fā)生短暫脫網(wǎng)的同時(shí)，CTC 下發(fā)深圳站進(jìn)路預(yù)告，于是深圳站進(jìn)路預(yù)告消息被丟包，最終致使列車收不到深圳站進(jìn)路預(yù)告。為此，提出以下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案。

合理設(shè)置天線下傾角，不但可以減小干擾影響，有效控制基站的覆蓋范圍，而且可以加強(qiáng)基站覆蓋內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度。將B 小區(qū)朝A 小區(qū)方向的天線下傾角，從原來(lái)的5°調(diào)整為2°，使得B 與A 小區(qū)重選切換點(diǎn)的位置提前，則CIR 可以提前重選到B小區(qū)。

為進(jìn)一步提高重選有效性，避免小區(qū)重選切換點(diǎn)的位置提前引起信號(hào)覆蓋變?nèi)?，?duì)B 小區(qū)重選參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。將B 小區(qū)的重選參數(shù)修改為CRO=4（即8dB）， TO=0， P=0，應(yīng)用公式（1）計(jì)算，此時(shí)C2=C1+CRO，C2 增大，則CIR 更容易重選到B 小區(qū)；同時(shí)，為不影響B(tài) 小區(qū)下一小區(qū)C 小區(qū)的重選，避免在C 小區(qū)的用戶重選到B 小區(qū)，導(dǎo)致B 小區(qū)擁塞，將C 小區(qū)的重選參數(shù)也調(diào)整為CRO=4（即8dB）， TO=0， P=0。

整個(gè)優(yōu)化方案只需要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)天線設(shè)備進(jìn)行微調(diào)，以及在二級(jí)網(wǎng)管進(jìn)行個(gè)別參數(shù)的修改，改動(dòng)小，無(wú)需額外硬件投入，見(jiàn)效快，驗(yàn)證周期短，易于實(shí)施。

4 總結(jié)

優(yōu)化方案實(shí)施后，下行列車A 小區(qū)與B 小區(qū)基站間切換點(diǎn)公里標(biāo)由K0+800 偏移至K0+600，通過(guò)Gb 接口數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析，驗(yàn)證調(diào)整后小區(qū)重選的位置不再與進(jìn)路預(yù)告下發(fā)的位置重合。優(yōu)化完成后，連續(xù)4 周對(duì)廣深線下行列車進(jìn)路預(yù)告故障情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，廣深線下行列車在深圳站進(jìn)路預(yù)告接收異常的情況不再出現(xiàn)。

列車調(diào)度業(yè)務(wù)中進(jìn)路預(yù)告的收發(fā)異常，與信號(hào)干擾、小區(qū)重選等復(fù)雜的無(wú)線環(huán)境密切相關(guān)，如何快速準(zhǔn)確地分析異常原因，對(duì)維護(hù)人員是一個(gè)非常重要的課題。上述GPRS 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案，解決了進(jìn)路預(yù)告接收異常的問(wèn)題，通過(guò)部署Gb 接口監(jiān)測(cè)裝置，驗(yàn)證了GPRS 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的效果。結(jié)合Gb 接口數(shù)據(jù)分析，可以快速分析問(wèn)題，準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，對(duì)保證列車可靠穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了條件，為列車運(yùn)輸安全提供有力保障。