CTCS-3级列控无线通信接口监测系统设计与实现

吴 丽 孙 斌

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

近几年来，我国高速铁路快速发展，越来越多的高速铁路或客运专线基于CTCS-3（以下简称C3）级列控系统建设。C3级列控系统采用基于GSM-R网络的无线通信方式来实现车地信息的双向传输。在C3级列控系统中，无线通信单元集成在车载设备中，实现通信和信号的有机结合，但同时也对故障分析提出更高要求。为了快速准确进行故障分析与定位，对列控系统车载设备到地面设备的全过程信息（信令和数据）监控显得十分必要。

1 C3级列控无线通信接口监测系统简述

C3级列控无线通信接口监测系统通过对Abis、A、PRI接口的信令和用户数据进行采集、存储与解析，实现对在线列控用户与GSM-R网络状态的实时监测、统计与分析，并基于采集数据对C3系统无线通信异常状态进行综合分析，对网络服务质量进行评估。

在网络建设前期，C3级列控无线通信接口监测系统可作为GSM-R网络优化工具，后期可协助运维人员进行网络维护，提高网络服务质量，保障C3级列控系统的正常工作。

2 C3级列控无线通信接口监测系统结构

如图1所示，数据采集层由Abis、A、PRI接口采集设备（高阻适配器、时隙收敛器、采集板卡等）组成，主要功能是实时采集被监测接口的网络信令、业务数据等信息。

数据处理层由Abis、A、PRI接口处理服务器/数据库、网关、客户端等组成，主要功能是处理和存储从采集层获得的信息，按接口类型形成报表，并提供相邻局接口监测子系统间信息交互的接口。

综合分析层由综合分析服务器、客户端等组成，主要功能是对Abis、A、PRI接口监测子系统处理后的信息进行关联分析，形成综合分析报表。

3 京沪高速铁路无线通信接口监测系统设计

3.1 GSM-R专用移动通信网络

京沪高速铁路GSM-R专用移动通信网络分别在北京、济南、上海设置GSM-R核心网节点，沿线新设基站子系统设备及终端设备。系统组成如图2所示（粗线框设备为本工程新上设备，细线框设备为既有设备）。

北京、济南、上海核心网节点的移动交换中心（MSC）分别与设置在北京、上海、徐州的列车运行控制系统的无线闭塞中心（RBC）互连，为列控信息传输提供通道。

3.2 无线通信接口监测系统网络

根据GSM-R专用移动通信网络，京沪高速铁路C3级列控无线通信接口监测系统分别在上海、北京、济南核心网机房设置Abis、A、PRI接口数据采集、处理和分析设备；在南京基站控制器（BSC）机房设置Abis接口数据采集设备，并通过铁路传输专网上传至上海核心网机房Abis接口处理器。系统组成如图3所示。

3.3 无线通信接口监测系统主要功能

3.3.1 实时通信状态监测

1）按车次监测

系统可显示当日已经运行和正在运行的车次列表，并实时更新显示正在运行的车次位置及两个移动终端（MT）的状态信息。如在运行过程中某个MT出现通信异常，系统会保留显示MT的异常状态信息，即使异常已经恢复，也不会消除之前的异常状态。

根据某车次通信记录，可查看该车次3个接口的呼叫记录。根据一个接口的呼叫记录，可以自动关联、突显另外两个接口的呼叫记录。

根据某条呼叫记录，可查看该记录相关的信令及流程图。

2）当日系统告警监测

系统对Abis、A接口预警的详细信息以及PRI接口异常告警的详细信息进行实时监测，同时还会对告警进行声音提示，且只有当PRI接口的所有异常告警被确认后，才不再继续进行声音提示。

3）全线机车通信状态监测

系统可对所有已配置的机车通信状态进行监测，并突出显示正在运行的或出现通信异常且未恢复的机车，同时会显示正在运行机车的位置、呼叫的RBC、各接口的实时通信状态及两个MT的实时状态信息。

通过设置，系统可灵活显示单车全接口通信状态监测信息或单车单接口通信状态监测信息，满足客户个性化需求。

4）Abis、A和PRI接口监测

通过Abis、A和PRI接口监测模块可以实时跟踪用户的呼叫记录、信令信息，Abis接口还可跟踪测量报告信息，并实时查询所有监测用户的当前通信状态、信令及信令详细解析。Abis接口测量报告图表绘制了上下行的电平及通信质量图表，还包括邻频电平、最大时间提前量（TA）值及切换的状态等信息。

3.3.2 监测数据提取

通过设置条件，用户可以查询、导出网络信令、呼叫记录、切换事件、测量报告、告警、位置更新和车次运行记录等监测数据。

3.3.3 统计分析

1）故障分析

系统可根据设置条件统计出所有相关故障，并给出各个接口的现象。

2）异常切换分析

系统可查询切换失败、非功率预算切换以及不按切换顺序切换等异常切换，并对查询出的结果进行分析，得出异常切换触发前的测量报告信息。

3）切换成功率分布统计

系统可统计满足指定条件的小区间切换情况。

4）切换原因分布

系统可统计触发切换原因的分布比例，并给出图表形式示意。

5）异常切换分布

系统可统计某源小区到目标小区所有切换次数、失败率、各种异常切换的百分比等信息。

6）测量报告分布统计

系统可统计各小区的测量报告值。

7）覆盖分析

系统可统计某一个或多个频点，奇数站、偶数站或全部频点的电平值，并画出曲线图。

8）越区切换中断时间及成功率统计

系统可统计切换用时、切换成功率及相关的切换记录。

9）掉话率统计

系统可统计掉话率，并显示满足设定条件的掉话详细记录及掉话原因。

10）呼叫时长统计

系统可统计设定条件下所有RBC的呼叫总时长。

京沪高速铁路C3级列控无线通信接口监测系统随通信信号系统集成工程同期建设，现场安装调试完成后，为随后的GSM-R无线网络优化、C3级列控系统故障分析与定位提供了有效的技术支撑手段。

3.4 故障分析案例

动车组行进至某基站范围时，列车超速防护（ATP）报“无线超时，转入C2运行”。

查询Abis接口信令，显示此次信道释放为正常事件；测量报告上可以看出在掉话前后，上、下行电平值均在-50 dBm左右，电平质量0级，邻小区电平值也均在正常范围。

查询PRI接口监测记录，ATP与RBC建立连接，并完成了参数配置，此后ATP持续向RBC发出消息包，但RBC没有任何应用层消息回应。在传输层及以下，RBC发给ATP的信息持续存在，说明网络畅通。由于ATP较长时间收不到RBC的应用层消息，造成ATP判定无线超时，ATP应用层便请求断开安全层连接，随后ATP安全层发出释放安全链接请求传输层断开。ATP传输层根据安全层要求发送断开请求，并得到了RBC传输层的确认，于是链接断开。

以上分析可以看出，ATP报无线超时的原因是因为没有收到RBC的应用层消息，问题可能在RBC。经查RBC日志，显示ATP报无线超时故障时，RBC与某站联锁通信中断，在此期间，RBC不会对ATP发出新的行车许可（MA）和其他相关消息。

4 结束语

C3级列控无线通信接口监测系统可实现列控系统车地设备通信的实时监控、统计分析，为GSM-R无线网络优化、列控系统运营维护和故障定位提供依据，为列控业务无线通信状态异常原因分析提供有力手段。随着研究的不断深入, 无线通信接口系统的监测范围得到进一步扩展，智能分析功能得到进一步增强，系统安全、冗余备份配置得到进一步完善，将在未来C3级高速铁路建设、运营中发挥更大的作用。

[1]运基通信[2010]637号 GSM-R数字移动通信网Abis、A、PRI接口监测系统技术条件（V1.0）[S].

[2]北京全路通信信号研究设计院有限公司.京沪高速铁路通信系统集成实施方案.2010.

[3]姜晓凤.武广客运专线高速试验中列控无线通信接口监测技术的研究[C]//北京全路通信信号研究设计院.CTCS-3系统论文专集.2011.