通过信令监测分析CTCS－3级列控主要指标

戴正航

GSM－R是国际铁路联盟 （UIC）和欧洲电信标准协会 （ETSI）专为欧洲铁路无线移动通信开发的数字铁路通信系统，中国铁路在分别采用北电、华为、西门子公司的GSM－R系统建立试验段后，已经开始在全国主要客运专线上大规模地部署。GSM－R作为专门为铁路设计的数字移动通信系统，能够提供各种铁路所需的话音和数据业务，同时还可以作为CTCS－3级列控系统 （简称C3）的传输平台，承载用于列车自动控制的车－地双向调度指挥信息的传输。为了保证列车的安全运行，需要对C3及其承载网络的性能进行监测和分析。

1 CTCS－3级列控主要技术指标及测试方法

装备了C3车载列控设备的列车，在由无线闭塞中心 （RBC）控制的、并且装备了应答器和发生器的线路上运行。车－地之间的双向信息通信由GSM－R提供传输通道，由应答器提供列车定位信息，地面设备完成列车完整性检查。RBC通过GSM－R连续传送行车控制命令，车－地间可双向通信；在点式设备的配合下，车载设备对列车运行速度进行连续监控，并实时上报。因此C3车－地通信链路的可靠性，直接关系到行车的安全。对车－地通信链路的关键指标 （KPI）统计也应该是监测的重点。

1.G网基本KPI：车载台呼叫建立时延、固定台呼叫建立时延、呼叫成功率、车载台切换成功率等。

2.C3车－地通信基本KPI：通信会话 （尝试）的次数、通信成功次数、通信链路失败率、C3车－地通信链路的建立时延、C3会话时长、车载C3设备及电话号码呼叫分布等。

3.行车许可 （MA）的KPI统计：MA次数、每次MA的起始时间、MA环路时延、MA状态（成功/失败）、相应应答器组编号、车载设备标识（RBC标识、车次号等）。

4.RBC切换分析及统计。

在当前的铁路通信系统测试中，这些指标大多数是通过主动测试得到的。即测试者通过拨打测试（如路测设备、QoS质量测试仪），模拟正常的GSM－R移动终端或固定台的呼叫。这种 “直接验证”法，主要用于网络开通之前的网络验收测试。优点是方法直观，且能验证某个特定位置的呼叫质量。但该方法并不适用于网络开通后的运维和安全监督。因为大量的测试呼叫会干扰正常的铁路业务 （列控/调度）。即使这种测试是在列车运行的 “天窗”期（如凌晨几个小时内）进行，也不能完全模拟正常的网络环境。“天窗”期的网络状况，如话务量、信令量、呼叫分布及外部/内部的干扰程度与正常工作时段差别很大。

因此，在日常的维护测试中，需要采用被动方式监测网络的运行，尤其是对接入网及核心网的信令监测。由于监测模式不会影响系统的正常运行，因此通过监测数据得到网络的主要KPI是网络维护的必要手段。

2 实际测试过程及数据分析

以信令分析设备Nexus8635为例，对GSM－R及C3列控的一些常用KPI进行分析。分析GSMR的KPI，是因为C3列控指令在移动侧是承载在GSM－R无线接入网及核心网用户信道上。GSM－R尤其是其无线接入网的性能会直接影响列控性能。在GSM－R的KPI中，重点是呼叫建立时延，即从起呼指令到连接确认之间的时间。测试原理就是找到这2条消息的时标，将其相减得到时延，GSMR要求该时延小于5s。但在真实测试场景中，整个网络可能有几十个甚至上百个呼叫同时进行，需要将分属于同一个呼叫的2条消息关联起来，分别计算每个呼叫的建立时延，再对其进行统计平均即得到KPI。为了同步计算多个呼叫的呼叫时延，连接请求 （Connect Request）消息和连接确认（Connect Confirm）消息的关联因素有：OPC （起始信令点）、DPC （目的信令点）、DLR/SLR （目的地/起始地本地参考）、起呼时间、主被叫号码等。呼叫时延的统计 （平均值、最大值、最小值）如图1所示。

图1 呼叫时延统计

C3列控有关的协议主要有X.224，ETCS和EDSS1。其中，EDSS1即是标准的ISDN协议，是PRI接口的信令协议。EDSS1协议很成熟，参数和统计方式很简单。而X.224和ETCS层的消息是PRI接口上用户面的业务数据，主要KPI如下。

1.车－地通信会话的次数 B。对 ETCS（CTCS）层的 “车－地通信会话开始”消息 （列控消息标识号：155）进行计数，并对每一个建立连接的C3车载设备分别统计。

2.车－地通信成功次数A。对ETCS子层中的“通信会话已建立”消息 （列控消息标识号：159）进行计数，并对每一个已经建立连接的C3车载设备分别统计。

3.车－地通信链路失败率C。通过上述A，B值得到：C＝ （1－A/B）×100%。

4.车－地通信链路的建立时延。消息 “车－地通信会话开始”与消息 “通信会话已建立”之间的时间差。通常需要统计其平均值、最大值和最小值。实现方式是通过C3车载设备标识号 （NID＿ENGINE）将同一个会话中的这2条消息关联，即可计算每一次会话的建立时延，再将计算出的时延进行计算，得到平均值、最大值和最小值，还可对时延超时的会话进行统计。

图2是通过Nexus 8635对PRI接口监测后得到的统计结果，从中可以看出上述4项重要指标，同时可以得到所有与RBC建立连接的车载设备号。

图2 C3列控通信链路基本KPI

在CTCS－3级列控系统中，所有列车会经一定的时间间隔，自动向RBC报道自身的位置和行进方向，列车的运行也通过RBC被实时监控。运行的授权、速度和开放进路等信息都通过GSM－R传输。应答器被用作被动定位信号站或者电子标识。在2个定位信号站之间，列车通过感应器来判断自身的位置，定位信号站作为参考来矫正距离错误。车载计算机不断地监控传输过来的数据，并且控制机车不要超速。行车许可 （MA）是列控消息中极其重要的指令，包含列车运行的距离、速度、允许列车到达的最远位置及相关线路数据等信息。当列车收到应答器信息后，车载向RBC发送MA请求，RBC收到该请求后作出回应。从列车发出MA请求到收到响应，这之间的时间称为行车许可环回时间 （MA RTT）。如果环回时间过长，则为MA请求将超时，将请求重发；如果在规定时间内始终未收到RBC的MA，列车将降速、停车或切换至低一级的列控模式。每一次车－地之间的通信会话都包含至少几十次的MA消息传送，也为列控信息分析仪对MA的KPI进行监测、统计提供了可能，如图3所示。

图3 C3行车许可统计

当系统中存在多个RBC时，列车的行车过程必然会涉及到RBC切换。当列车收到RBC1的控制时，根据RBC1提供的行车许可运行。当RBC1从RBC2获得进路信息，生成延伸到RBC2管辖范围的行车许可，同时RBC1命令另一个GSM－R车载电台呼叫RBC2，与RBC2建立通信；列车尾部通过切换应答器后，列车收到RBC2的控制，终止与RBC1的通信，完成RBC切换，并根据RBC2提供的行车许可运行。

通过 Nexus 8635，可以得到RBC切换的详细流程图和信息解码，并得到切换时的各个列控参数和列车状态，即切换起始时间和位置、切换完成时间和位置、切换成功率、切换完成时长等。

3 小结

在G网及C3系统的日常维护测试中，应采用被动方式监测网络的运行，尤其是接入网及核心网的信令监测，可通过信令分析设备Nexus8635对网络的KPI参数进行统计和分析，而且采用监测模式，不会影响系统的正常运行。由于采集的是现网中真实用户的呼叫数据，且样本数量很大，因此得到的KPI指标更能反映网络的真实情况。

［1］ 蒋文怡，钟章队.CTCS－3级列控系统无线通信网络综合监测技术的研究［J］.铁道通信信号，2010（10）.