提高CIR數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)路預(yù)告信息接收可靠性方案探析

董學(xué)軍 勾佳星 李文州 季子明 鄒華勇

摘要：CIR設(shè)備中GSM-R數(shù)據(jù)單元的控制方式主要分為調(diào)制解調(diào)器方式和AT命令方式兩種方式。這兩種方式各有利弊，在全路范圍內(nèi)均有大量應(yīng)用。調(diào)制解調(diào)器方式其優(yōu)點(diǎn)是操作系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧可靠性更好、通信效率高、對不同型號的GPRS模塊兼容適應(yīng)性好;缺點(diǎn)是一旦完成拔號連接的過程后，GSM-R數(shù)據(jù)單元與主控單元之間的串口就被操作系統(tǒng)全部占用，不能再通過該串口以AT命令的方式獲取接收信號強(qiáng)度、位置區(qū)ID、小區(qū)ID等信息，所以目前此動態(tài)信息獲取是通過GSM-R語音模塊獲取的，但語音模塊故障，就會影響網(wǎng)絡(luò)位置區(qū)等信息獲取，而數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的路由跨局需要網(wǎng)絡(luò)位置進(jìn)行判別，從而影響了CIR的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的路由跨局及可靠接收，本文基于現(xiàn)狀，提出了一種新的調(diào)制解調(diào)器方式下可以解決路由跨局的方案[1]。

關(guān)鍵詞：鐵路;機(jī)車臺;GMS-R;位置小區(qū);進(jìn)路預(yù)告

前言：

隨著鐵路高速發(fā)展，特別是高鐵對于調(diào)度指揮的高標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)要求，鐵路進(jìn)路預(yù)告應(yīng)用業(yè)務(wù)越來越重要。目前基于國鐵集團(tuán)及各鐵路局集團(tuán)對于鐵路進(jìn)路預(yù)告業(yè)務(wù)的運(yùn)用效果提升的強(qiáng)力期待和尤為重視的大背景下，提出并要求各系統(tǒng)各設(shè)備在理論指導(dǎo)下不斷實(shí)踐中優(yōu)化完善。其中也涉及CIR車載設(shè)備側(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)路預(yù)告接收可靠性環(huán)節(jié)，蘭州鐵路局相關(guān)技術(shù)部門特為關(guān)注，千萬百計(jì)想法設(shè)法協(xié)同設(shè)備廠家商討對策，提出一種提高可靠性和穩(wěn)定性的解決方案。本文從實(shí)際運(yùn)用角度出發(fā)，基于現(xiàn)有條件，進(jìn)行CIR主控單元等控制方法改進(jìn)等可行性研究，達(dá)到了產(chǎn)品局部改進(jìn)后以較小代價(jià)且更好滿足鐵路進(jìn)路預(yù)告業(yè)務(wù)運(yùn)用要求的解決方案，達(dá)到了CIR對于接收鐵路進(jìn)路預(yù)告業(yè)務(wù)更可靠更穩(wěn)定的目的[2]。

一、現(xiàn)狀

在CIR設(shè)備中，GSM-R數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)輸功能由GSM-R數(shù)據(jù)單元和主控單元配合完成。如圖1所示，主控單元與GSM-R數(shù)據(jù)單元之間通過一路串口電氣連接，相關(guān)信號線經(jīng)過A子架母板。

二、技術(shù)方案比選

在保留撥號連接方式的前提下，為了實(shí)現(xiàn)隨時(shí)可以查詢接收場強(qiáng)、小區(qū)信息等GSM-R數(shù)據(jù)單元狀態(tài)，可以采取以下兩種技術(shù)方案之一：

方案一：將GSM-R數(shù)據(jù)單元升級為支持兩組物理串口的狀態(tài)，同時(shí)更換A子架母板和主控單元，更改完成后GSM-R數(shù)據(jù)單元與主控單元之間通過兩組串口進(jìn)行通信，一組負(fù)責(zé)撥號業(yè)務(wù);另一組負(fù)責(zé)進(jìn)行AT命令交互。

方案二：通過3GPP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的GSM0710串口復(fù)用技術(shù)，將一組物理串口復(fù)用為兩組邏輯串口，一組負(fù)責(zé)撥號業(yè)務(wù);另一組負(fù)責(zé)進(jìn)行AT命令交互。

上述兩種方案均可實(shí)現(xiàn)在撥號連接狀態(tài)下，隨時(shí)可以查詢GSM-R數(shù)據(jù)模塊狀態(tài)的目的。方案一由于需增加一組物理串口信號，在CIR現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上需要更換主控單元、A子架母板和GSM-R數(shù)據(jù)單元，改動量較大，特別是更換A子架母板需要將運(yùn)用中的設(shè)備A子架下車，比較難以實(shí)施;如按方案二實(shí)施，僅需對主控單元進(jìn)行更換（目前的主控單元是十多年前設(shè)計(jì)定型的，已不具備增加串口復(fù)用能力的條件。），相比之下成本和工作量均有明顯優(yōu)勢。

三、串口復(fù)用技術(shù)原理

在通常的應(yīng)用中，一個(gè)物理串口某一時(shí)間段內(nèi)只能傳輸一個(gè)上層應(yīng)用的數(shù)據(jù)流，CIR設(shè)備采用撥號方式使用GSM-R數(shù)據(jù)模塊時(shí)，一旦開始撥號過程，主控單元與GSM-R數(shù)據(jù)模塊時(shí)之間的串口就完全被操作系統(tǒng)撥號程序占用，不能再用于傳送AT命令。為了實(shí)現(xiàn)在一個(gè)物理串口上既支持撥號連接，又支持AT命令傳送，需要采用3GPP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的GSM0710協(xié)議對物理串口進(jìn)行復(fù)用[3]。

GSM0710協(xié)議的功能是利用一個(gè)底層物理串口，向上層系統(tǒng)提供多個(gè)邏輯串口，每個(gè)邏輯串口對應(yīng)著一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路連接（DLC）。這樣就可以同時(shí)在一條串行接口上存在多個(gè)會話，比如語音、FAX、數(shù)據(jù)、SMS、GPRS、USSD等。當(dāng)正在進(jìn)行傳真/數(shù)據(jù)/ GPRS呼叫時(shí)，這是特別有利的，例如控制模塊或使用SMS服務(wù)可以通過附加信道完成，而不會干擾數(shù)據(jù)流，不需要訪問第二個(gè)UART。

多路復(fù)用協(xié)議提供在單個(gè)物理通信通道之上虛擬出多個(gè)并行的邏輯通信通道的能力，一般應(yīng)用于TE（Terminal Equipment）與MS（Mobile Station）之間，TE相當(dāng)于智能手機(jī)的AP端，MS相當(dāng)于智能手機(jī)的MODEM端，下圖2給出了典型的協(xié)議層次關(guān)系。

圖2中藍(lán)色部分就是GSM0710協(xié)議多路復(fù)用層，它利用底層的物理串口鏈接收發(fā)數(shù)據(jù)，同時(shí)向上層提供若干個(gè)邏輯上獨(dú)立使用的收發(fā)通道（上圖中提供了四個(gè)邏輯通道，不同顏色表示）。每個(gè)邏輯通道獨(dú)立創(chuàng)建，可以擁有軟件流控制。在實(shí)際使用中，TE端的MUX向MS端的MUX發(fā)起通道建立請求，設(shè)置通道參數(shù)等，是主動的一方;MS端的MUX等待TE端的服務(wù)請求，根據(jù)自身能力提供相應(yīng)服務(wù)。也就是說，兩者的角色是不對稱的。TE終端和MS終端之間的每個(gè)通道，稱作一個(gè)DLC鏈路，它們是先后相互獨(dú)立地建立起來的。

四、串口復(fù)用實(shí)現(xiàn)方法

在CIR中通過GSM0710協(xié)議實(shí)現(xiàn)GSM-R數(shù)據(jù)單元串口復(fù)用需要具備兩個(gè)基本條件：一是主控單元支持GSM0710協(xié)議;二是GSM-R數(shù)據(jù)單元中采用的GSM-R模塊支持GSM0710協(xié)議。從GSM-R模塊技術(shù)資料中可以得知，目前CIR采用的Telit模塊是支持GSM0710協(xié)議的，所以實(shí)現(xiàn)串口復(fù)用的核心工作主要體現(xiàn)在主控單元上。

Windows Embedded CE 6.0在CellCore架構(gòu)中支持GSM0710多路復(fù)用器驅(qū)動組件，此驅(qū)動對于CellCore架構(gòu)來說是可分離的。對于應(yīng)用程序來說，根據(jù)調(diào)制解調(diào)器的功能，這些信道可以被當(dāng)作虛擬串口來訪問。通常GSM調(diào)制解調(diào)器不在多路復(fù)用器模式下工作。GSM0710多路復(fù)用器驅(qū)動會發(fā)送AT+CMUX命令使多路復(fù)用器模式可用[4]，之后驅(qū)動會發(fā)送SABM幀來請求信道。第一個(gè)信道是控制信道，剩下的信道是通信信道。這些信道被視為虛擬COM口。

五、應(yīng)用效果及應(yīng)用價(jià)值

應(yīng)用上述技術(shù)方案后，CIR設(shè)備主體功能仍與之前保持一致。得到的改進(jìn)是整個(gè)工作過程中，GSM-R數(shù)據(jù)單元狀態(tài)可以一直從自身的GSM-R模塊中讀取，可以有效避免由于GSM-R語音模塊發(fā)生故障造成 GSM-R數(shù)據(jù)功能異常的情況。

實(shí)現(xiàn)串口復(fù)用功能后，GSM-R數(shù)據(jù)單元狀態(tài)信息的獲取不再依賴于GSM-R話單單元，從根本上避免了語音模塊故障時(shí)，無法獲取小區(qū)信息而造成無法正常接收進(jìn)路預(yù)告的情況?？梢杂行У亟档凸收下?，提升CIR設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)用穩(wěn)定性，提高了設(shè)備運(yùn)用維護(hù)工作效率和應(yīng)用單位的經(jīng)濟(jì)效益。

六、結(jié)束語

本文從實(shí)際運(yùn)用角度出發(fā)，基于現(xiàn)有條件，進(jìn)行可行性研究，通過產(chǎn)品局部改進(jìn)，提出了以較小代價(jià)且更好滿足鐵路進(jìn)路預(yù)告業(yè)務(wù)運(yùn)用要求的解決方案，達(dá)到了預(yù)期要求，本文從應(yīng)用場景分析到需求歸納、再到具體問題解決，注重理論結(jié)合實(shí)踐，具有顯著的可行性及實(shí)踐效果，有望進(jìn)行推廣到其他鐵路局。希望能給予從事鐵路無線列調(diào)系統(tǒng)領(lǐng)域的同行起到拋磚引玉的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國鐵路總公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QCR651.1-2018機(jī)車綜合無線通信設(shè)備 第1部分：技術(shù)條件

[2]中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) TB-T3325-2013列車無線車次號校核信息傳送系統(tǒng)

[3]3GPP TS 27.010：“Terminal Equipment to User Equipment ?multiplexer protocol”

[4]3GPP TS 27.007："AT command set for User Equipment （UE）"