一种铁路GSM-R网络动态检测系统研究

乔绍虎，韩佳汛，方 怡，曾 敏

（深圳市桑达无线通讯技术有限公司，深圳 518057）



一种铁路GSM-R网络动态检测系统研究

乔绍虎，韩佳汛，方 怡，曾 敏

（深圳市桑达无线通讯技术有限公司，深圳 518057）

摘要：本文主要介绍了一种铁路GMS-R（GSM for Railway，铁路数字移动通信系统）网络动态检测系统，该系统将检测模块安装到多条线路的列车上，获取当前列车运行网络的实时参数。由地面检测中心向检测模块发出指令实现远程动态测试，由后台分析软件结合多条线路上列车运行位置信息、模块获取的网络参数、测试数据进行综合分析，协助分析GSM-R网络存在的覆盖问题、干扰等问题。

关键词：铁路；GSM-R；动态检测；大数据

1 引言

针对高速铁路GSM-R网络测试，国内外目前多采用搬仪表上车、采用测试列车测试等方式，本文描述的高速铁路GSM-R网络动态检测系统，是对当前的网络测试的有效补充。本系统将GSM-R检测模块装配到每台正常运行的动车组上，在远程分析中心根据需要发送远程指令以启动或终止测试线路的测试。这样既能保证与在行列车同步，又能节省专门挂试验车或安排人员进行测试的施工，节省了人力、物力和施工停止时间；同时对每辆车的监测数据进行统计分析，查找相关干扰，分析网络存在的问题，提醒告警相关网络维护人员。采用这种方式，可以协助分析列车运行过程中GSM-R网络环境状态，实时获得该列车在运营过程中GSM-R网络环境信息；该系统能保证检测数据与列车的运行信息同步，由原来的发现问题后的被动分析转变为实时监控、动态分析。

2 GSM-R网络动态检测系统原理

2.1 系统构架

如图1所示，GSM-R网络动态检测系统由以下几部分组成：车载检测模块、数据实时传输和非实时传输系统、检测控制分析软件（实时控制软件、综合分析软件）、相关数据服务器。

图1 GSM-R动态监测系统框架图

2.2 功能模块

2.2.1 车载检测模块

该模块负责执行GSM-R网络动态检测，安装在车头内部，使用外部车顶天线，其主要功能和规格如表1所示。

表1 车载检测模块的功能和规格

邻区信息：位置信息、载频信息、重选信息、GPRS信息等业务信道信息：频点、调频、信道类型、连续发射、时间提前量（TA）等，GSM中各层信息：CC，MM（GMM），RR等各层信息与状态呼叫测试：短呼、长呼、CSD等呼叫测试（可设定呼叫持续时间，等待时间等）信令跟踪：输出模块与网络的交互信令，支持GSM，GPRS，GSM-R等信令强制功能：强制频点、强制小区ID、强制网络、功率设置、强制切换、小区锁定等扫描功能：频点扫描、RF扫描、PLMN扫描等可以将监控的相关信息存储在板载存储卡中网络参数及测试功能可以将监控的部分或者全部信息通过GSM-R网络或者公网的4G、车站Wi-Fi等网络传送到数据中心

使用该车载模块可以实现多种测试需求，比如进行网络场强的覆盖测试，可以在列车运行到某一个位置的时候通过地面的检测控制分析软件发送频点扫描功能，检测模块可以根据要求启动频点扫描，获取某一个地点的所有E-GSM/DCS1800/ R-GSM频点的信号强度；需要扫描的频点可以在命令中指定。车载模块将该扫描信息保存起来，并通过各种可用的网络发送到数据中心，以便于对数据进行分析。

2.2.2 数据传输与相关服务器

地面服务器包括铁路总公司服务器和和路局服务器。铁路总公司服务器实现车载发送GSM-R动态检测数据包的实时落地，并结合数据中心的基础数据进行分析后，根据各路局权限将数据通过铁路内网传送至各路局服务器。各路局通信部门设置有GSM-R检测服务器，既可以接收通过铁路内网接收铁路总公司服务器分发的实时检测数据，又能够接收通过自动或人工方式下载的详细数据，在分析系统上对测试获取到的数据进行分析。

由于动态监测系统在进行呼叫测试和大量的专项测试时形成的测试数据庞大，而当前GSM-R的带宽有限，因此，该系统可以对检测数据进行分类，将一些实时数据通过GSM-R网络传输，而其他的非实时必须的数据不传输，保存到车载的存储器中，在到站或者入库后通过Wi-Fi或者人工方式下载。同时需要传输的还有地面检测分析软件发送给车载检测模块的控制测试命令信息。

2.2.3 检测控制分析软件

检测控制分析软件根据功能可以划分成两个模块：实时控制功能模块和数据分析功能模块。

实时控制模块可显示动态列车所在线路信息，包括线路名称、线路所属路局、线路所属调度区段、线路所属通信区段及通信工作模式、当前位置公里标、所经车站信息、换线指示等。能够对检测的少量实时数据进行解析，结合里程、速度、行走距离等基础数据以图形化的方式显示场强、频点号、小区名称和基站等信息；能够显示重选、切换等重要通信事件，显示场强覆盖情况。同时可以根据需要，比如根据当前列车所处的位置（公里标），发送测试命令到车载模块，命令包括：GPRS、长呼、CSD、短呼、PING专项测试，公网占用频点，奇偶基站测试，公网干扰测试，互调干扰测试，进行锁网、锁频、扫描等其他各项专项测试。

数据分析功能模块用来分析数据库中监测模块输出的监测信息，可以关联列车与线路的对应情况，对列车所行驶线路附近无线环境进行评估。并对各种事件、异常（例如ATP降级）进行次数统计，建立模型，在可能异常的地方进行标注，同时对异常经常出现的地方进行预警。针对可能出现的网络问题可以通过各类测试或者组合测试达到目的，分别对数据进行分析，根据这些分析结果来评估网络的质量。

实时控制模块可以给车载模块发命令做测试，网络优化中常用的测试功能可以通过车载模块进行测试，举例如下：

（1）覆盖测试：根据车载检测模块的测试信息，输出消息中的服务小区接收电平值以及扫描的相关值，计算网络在各个点的覆盖情况。

（2）干扰检测：可以根据载干比C/I值来确定判定干扰情况。通过对干扰事件简单处理可以得到强干扰区域，通过判断该区域是否属于弱覆盖区域就可以得出干扰原因是否为弱覆盖；通过判断强干扰区域与同频干扰区域存在交集，则可以判定干扰原因是否为同频干扰；同时根据车载检测的RF扫描信息，则可以进一步通过判断是否该区域存在邻频干扰。

（3）同频干扰检测：可以检测GSM-R网络BCCH的同频干扰情况。

（4）邻频干扰检测：将一个监测模块设置为RF扫描999-1021频段，对于观察日常监测模块输出的服务小区的频点在扫描结果中与其相邻频点接收电平差值，当相邻频点的接收电平高于服务小区接收电平一定值以上时，发出邻频干扰警报事件。当邻区干扰条件不满足时，发出邻频干扰警报解除事件，统计邻频干扰区域。

（5）切换分析：比如判断是否存在乒乓切换情况、可分析出乒乓切换事件，以及出现问题的位置信息、相关的小区信息等参数。

（6）孤岛问题检测：分析出孤岛问题，以及问题的位置信息、相关的小区信息等参数。

（7）公网频点占用检测：将其中一个监测模块锁网到公网PLMN中，输出的信息中包含服务小区和邻区的频点。如果服务小区BCCH，TCH频点或者邻区处于GSM-R频段内，则报发起公网频点占用事件。

（8）漏定邻区关系问题检测：将其中一个监测模块置于扫描模式，扫描到网内BCCH信息的接收电平高于另一模块中接收电平最低邻区BCCH的接收电平一定值以上，输出漏定邻区事件。

（9）三阶互调干扰测试：将一个监测模块设置为网内全频段的信号强度扫描模式，并根据算法计算三阶互调是否落入GSM-R频段，落入该频段则为互调干扰。

（10）公网阻塞干扰：将一个监测模块设置为网内全频段的信号强度扫描模式，当测量到公网信号强度大于一定值以上，通过计算落入GSM-R频段内的阻塞干扰，输出公网阻塞干扰事件。

（1）数据分析功能模块用于对车载设备所采集的详细数据的综合分析和测试结果的显示。

（2）事件分析功能：事件分析功能列出当前导入数据的事件，以及该事件对应的车次等其他信息。其事件包括预定义事件和自定义事件：预定义事件主要包括一些网络事件，比如ATP无线超时、切换失败、呼叫建立/挂断等；自定义事件包括基于测试指标值的比较，条件保持时间的组合，支持AND，OR，XOR，NOT等组合，以及基于无线空口信令，基于地理位置信息和预定义事件的组合。

（3）知识库系统：根据上面的用户自定义事件，可以形成知识库系统，在用户根据一些指标和信令组合输入可能的事件之后，会存到知识库系统中，后续数据可以依据此系统来对网络情况进行判别。

（4）地理位置与时间的关联：显示各种测试数据，以及对GSM-R信令的解码，并将测试数据与公里表、基站位置、时间信息进行关联，以清晰地展现各种事件的地理位置信息和覆盖区域、时间对应关系等。

（5）根据测数据对网络状态进行诊断，并实现各种分析：位置分析，线路诊断，机车分析等。

2.3 大数据初步应用

对车载模块监测到的数据进行汇集整理，可形成整个列车沿线的网络环境的大数据库。对此大数据进行分析可以得到网络环境变化的动态信息，以及对可能出现的问题进行提前预警，初步大数据应用可以有几个方面：

在教学中，教师切不可将知识硬性传授给学生，不允许学生质疑，或者否定学生提出的疑问。质疑是创新的开始，所以教师应该鼓励学生勇于质疑。在有所质疑的前提下，学生会根据疑问进一步通过自己的方式寻找事物间的相互联系，并最终寻求解决疑问的方法。

（1）对线路沿线的网络状态变化进行监控。对整个线路的网络覆盖情况进行分析，统计前一段时间和最近一段时间出现问题的情况，用以判断网络的变化是变优还是恶化，尤其对网络优化前后的效果可以做出评判。

（2）形成整个铁路沿线网络覆盖状态图以及变化图，对整个铁路沿线的网络覆盖状态可以形成完整的覆盖状态图和动态变化图。

（3）基于地理位置的统计信息。基于公里标的统计信息，可以统计在该公里标附近发生的所有异常网络情况以及列车通信异常情况，可以用来确定网络的异常与地理位置之间的关系。

（4）基于时间的统计信息：统计列车通信异常与时间的关系，比如有些公网占用频点集中与某一时刻开始，这样可以使后续的网络故障查找更加便捷。

（5）基于列车的统计信息：统计某一列车的异常情况，以判断该异常是否为列车上车载设备的原因。

（6）列车通信异常情况发生时同时刻同位置的网络信息。由于车载模块与列车的同步甚至可以公用天线，因此可以同步得到当时的网络信息，相对于固定监测点的测试方法是一个提升。

2.4 检测系统图示

检测系统图示见图2～图4。

图2 测试公网阻塞干扰的情况

图3 网络覆盖情况与列车异常情况

图4 基于位置分析

3 结束语

本文提出的GSM-R网络动态监测系统，能够从实时获取列车运行数据及所处的GSM-R网网络环境信息，结合基站、里程标等基本信息实时动态展示给GSM-R网络分析分析人员，可在铁路GSM-R通信系统维护、铁路安全监控、减少上线作业次数、提高安全生产效率等方面，大大减少了人力成本。以图形化的形式，直观地展现出GSM-R网络环境的各项信息。结合列控信息，为GSM-R网络检测，提供了对真实环境分析的辅助手段。同时通过历史回放、查询，还原对应车次所处的GSM-R网络环境，大大方便了分析人员的工作。本系统还支持对GSM-R网络信息数据的分析、报警，及时发现网络故障，定位故障，使对GSM-R网络的分析更加便捷，最终保障了铁路运输的安全。

参考文献

[1] 铁运[2011]121号．铁路数字移动通信系统（GSM-R）维护暂行规则

[2] 赵武元．GSM-R移动通信系统干扰分析及查找[J]．铁道通信信号，2009(12)

[3] 龙腾．GSM-R网络中同频干扰分析及查找[J]．铁道通信信号，2008(2).

[4] 鲍节尔．GSM-R干扰分析和解决．铁路通信信号工程技术，2011(6)

[5] 绍翔．GSM系统对GSM-R系统的互调干扰分析．铁道工程学报，2012(6)

[6] 冯燕媛．影响铁路GSM-R系统的干扰分析[J]．铁路通信信号工程技术，2011(3)

[7] 郑州铁路局郑州通信段．C3连接超时案例集，2014

卫星移动通信应用发展研讨会在京举办

4月7日，中国卫星应用产业协会在北京宣布成立卫星移动通信应用发展委员会，卫星移动通信应用发展研讨会也在当日举办。来自卫星应用产品研发、运营和服务以及行业重点用户的专家、领导100多人出席会议，围绕我国自主卫星移动通信系统的应用发展、发挥卫星移动通信网络的综合效益、促进军民融合深度发展，展开务实、深入的研讨。

工信部李湘宁副局长代表信息通信管理局对卫星移动通信应用发展委员会的成立表示热烈祝贺。他说，卫星移动通信业务具有覆盖范围大、机动性强、可靠性好等鲜明特点，在防灾减灾、公共安全、应急通信等领域应用广泛。近年来我国卫星事业发展迅猛，在轨卫星总数全球第二，自主卫星移动通信系统蓄势待发。但是我国在卫星通信应用领域存在着“天地脱节”等不足，天地发展不平衡、不协调的问题十分突出。国家“十三五”规划将“天地一体化信息网络”纳入“科技创新2030重大项目”，提出加快构建卫星宽带移动通信、多模遥感和北斗导航系统建设，形成服务于全球通信等领域的系统性技术支撑和产业化应用能力。随着信息通信技术的融合发展和国家利益向全球的不断拓展，特别是“一带一路”、“走出去”战略的实施，各行各业对卫星移动通信及其应用的需求越来越强烈，我国卫星移动通信发展正处于难得的、大有可为的历史机遇期。李湘宁指出，中国卫星应用产业协会牢牢把握卫星通信发展机遇，围绕我国卫星通信的建设、发展与应用，开展了大量卓有成效的工作，充分发挥了桥梁、纽带和国家智库的重要作用。特别是2015年，协会提出的加快建设我国低轨移动通信系统的建议，引起了领导的高度重视。工信部信息通信管理局牵头组织相关单位和专家，对加快我国卫星移动通信发展建设、推进“物联网十天基信息应用”进行了专题研究，形成了重要的阶段性成果。

国防科工局高军处长代表系统一司祝贺卫星移动通信应用发展委员会的成立，表示全力支持委员会的活动，希望委员会成为国家移动通信系统发展的智库，研发、运营和服务的合作平台，行业应用领域的推动者，为构建自主可控的卫星应用服务系统作出贡献。

卫星移动通信应用发展委员会目前由60位专家委员组成，并邀请孙家栋、沈荣骏、尹浩、陆建华等院士为高级顾问。

研讨会由卫星移动通用应用发展委员会副主任、中国电信卫星公司吕子平总工程师主持。工信部应急通信保障中心姜华处长、中国电信卫星公司韩淼高工、信威集团蒋伯峰副总裁/信息通信研究院刘思杨博士、华力创通钱道庆总监、广州海格卫星公司蒋振东副总经理、中电科技五十四研究所翟立君高工、中国地质调查局李超岭副总工程师、北航电子信息学院张学军教授、中交集团田俊峰总经理、探路者科技公司刘应杰高工等，分别就卫星移动通信在应急保障、典型应用、发展定位、系统监测和在林业、海洋、水利、地质、民航、海外工程、汽车互联网以及户外出行安全等领域的应用服务发表了真知灼见。最后，由吕子平、姜华、闵长宁、何平江、汪春霆、田俊峰等高级专家与列会代表进行了互动研讨。大家一致认为：我国卫星移动通信的市场潜力巨大，在重点行业中越来越具有刚性需求。但是，目前的用户大都使用的是国外系统和终端，这对国家的信息安全很不利。我们必须抓住发展机遇，突破技术障碍，把握融合趋势，开发自主的卫星移动通信产品；同时，要创新商业模式，搅活一潭死水，抓住市场化的牛鼻子，构建起自主可控的卫星移动通信系统，满足各行各业各界的需求，真正让卫星应用走进千家万户。

A Research on Dynamic Monitoring of Railway GSM-R Netwrok

Qiao Shaohu, Han Jiaxun, Fang Yi, Zeng Min
(Shenzhen SED Wireless Communication Technology Co., Ltd., Shenzhen, 518057 )

Abstract:This paper mainly introduces a dynamic inspection system for railway GMS-R network. The detection module is installed in a series of train lines to get current test data of the train. The ground Detection Center issues instructions to test detection module according to the demand to realize the remote dynamic testing. The background data software analyses the location information, network parameters obtained by module and testing data by a comprehensive analysis to explain the coverage and interference problem of GMS-R network.

Keywords:RailWay; GSM-R; dynamic Monitoring; Big Data

作者简介：乔绍虎，男，汉族，1980年生，河南宜阳人，本科，工程师，研究方向为通信设备软件开发。韩佳汛，男，汉族，1989年生，山西稷山人，研究生，助理工程师，研究方向为通信设备软件开发。方 怡，男，汉族，1986年生，湖北咸宁人，硕士，助理工程师，研究方向为通信设备软件开发。曾 敏，男，汉族，1983年生，湖南津市人，硕士，工程师，研究方向为通信设备软件开发。

中图分类号：TN98，TN915.85 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2016）04-0009-05

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.04.003