轨道交通无线通信网络接口监测系统创新与实践

杨戍

(中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043)

轨道交通无线通信网络接口监测系统创新与实践

杨戍

(中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043)

接口监测系统是一个在无线网络中实现多用户通信实时跟踪、多接口跟踪分析诊断及通信故障预警等多种功能为一体的监测分析系统。系统能够监测和记录整个无线网络中全部的通信事件和信令流程，为查找网络故障、分析用户发生通信中断的具体原因提供强有力的依据。在整个无线网络中各设备之间发生的通信事件是否正常，均可以通过接口监测系统被精确地判别和反映出来，非常有针对性和准确性。在无线网络建设完成后期，有了接口监测系统，就可以避免无线网络中不同设备厂家在互联互通时发生问题后互相推诿，还节省了大量进行网络优化的人力、物力和时间。

轨道交通;接口监测系统;无线网络;通信事件;创新与实践

1 轨道交通无线通信系统概述

城际轨道交通作为城市轨道交通的拓展，具有运量大、速度快、安全、准时等特点，不但可以缓解城市交通的压力，而且可以缩短交通出行时间。作为城际轨道交通中的无线通信系统，是保障列车运行安全和提高运行管理效率的重要技术装备。GSM-R系统是基于全球移动通信系统GSM，根据轨道交通中调度管理、公安通信、抢修维护等多种用户对语音通信和数据传输业务的要求延伸发展而来的。GSM-R系统主要由基站BTS、基站控制器BSC、移动交换中心MSC、调度交换机FAS等组成［1-2］，目前在广州至珠海城轨、兰州至中川机场城轨等项目中均有应用。

为保障列车在GSM-R系统下的安全运行，加强网络的可靠性，必须要有一种准确和高效的监测手段，可以快速定位网络故障和判别网络中通信故障发生的原因。接口监测系统是一个集接口信令采集分析、用户通信在线监视、网络状况监视、查询和报表等多种功能为一体的无线网络监测分析系统，主要监测GSM-R系统网络的Abis接口(BTS与BSC之间物理接口)、A接口(MSC与BSC之间物理接口)和PRI接口(MSC与FAS之间物理接口)的传输数据信息［3］。系统与网络的关系如图1所示。

图1 接口监测系统与网络的关系

2 接口监测系统组成及功能

2.1 系统组成

接口监测系统结构分为采集层、处理层和分析层。

1)采集层由Abis、A、PRI接口采集设备组成，实时采集被监测接口的网络信令信息。信令采集设备由相关接口的信令采集设备/数据采集设备、2M线、跨接高阻头构成。Abis接口采集设备监测所有基站BTS和基站控制器BSC之间全部的2M数字链路;A接口采集设备监测基站控制器BSC至移动交换中心MSC之间所有的2M数字链路;PRI接口采集设备监测移动交换中心MSC与调度管理中心的调度交换机FAS之间的所有2M数字链路。

2)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，具体包含Abis接口CDR服务器、Abis接口数据库服务器，A接口CDR服务器、A接口数据库服务器，PRI接口CDR服务器、PRI接口数据库服务器。处理层处理和存储从采集层获得的信息，采用多接口、多用户实时跟踪技术，实现各个接口用户信令的统一索引，按照接口类型和业务类型分类形成数据库信息。

3)分析层由综合分析服务器、客户端等组成，能对Abis、A、PRI接口监测子系统处理后的信息进行进一步的智能关联分析，形成综合分析报表。

另外，系统还通过以太网交换机设备构建各个单元设备之间连接的承载网络，时间同步设备让各个单元设备通过标准的接口协议与外部时间源保持时间同步。

2.2 系统功能

根据系统中各项业务的监测需求，系统具备如下功能［4-5］:

1)绘制移动终端的车对地(上行无线链路，从移动台至基站BTS)、地对车(下行无线链路，从基站BTS至移动台)的双方向无线电平分布图。该图能够诊断无线信号弱场强地点和不能满足列控数据可靠传输的区段。2)绘制移动终端车对地、地对车双方向无线传输质量和定时提前量分布图。该分布图能够诊断移动终端传输数据时产生的传输误码和同频干扰。3)在每一个基站的覆盖范围内，移动终端通信时都会产生大量的信令，如果这些信令流程不正常，时序不正确，将会导致通信中断。利用信令表能够诊断、分析每一个移动终端的通信是否正常，并可以判断发生通信中断的拆线方是来自移动终端还是无线网络本身。4)绘制序列表。通过该表可以分析移动终端在每两个小区间切换的分布特点，根据发生小区切换的异常现象，确定产生异常的原因。5)提供业务告警、无线覆盖分析、无线通信质量分析、越区切换分析等功能，让用户更加方便快捷地发现GSM-R网络及其所提供的业务是否存在问题，为无线网络的维护提供有力支撑。

3 系统改进与创新

3.1 接口协议自动分析及故障预警技术

首先在对Abis、A和PRI等多接口跟踪的基础上，完成对接口协议的自动分析，然后根据采集的数据和网络各项指标进行统计，通过对系统内预置各项业务的正常通信流程进行比对与分析，从而实现各项网络业务的综合分析、诊断及故障预警。

3.2 基于用户使用场景的流程分析技术

城际铁路用户业务种类繁多，常用的业务场景就包含普通语音、普通组呼、紧急组呼、广播、功能号注册、功能号注销、高优先级强拆等情况。这些用户在GSM-R网络接口信令流程中都必须遵守相应的使用流程标准。网络设备具有多厂家、多样性特点，这些厂家的设备之间在互联互通过程中存在不一致性。而接口监测系统根据标准的规范原则形成基于用户使用场景的流程分析方法，用准确的算法分析、提炼出通信质量不合格事件，可有效提升城际铁路运营的安全能力。

3.3 智能评估分析技术

接口监测系统智能评估分析技术，利用统计得到的指标参数，把数字转化成应用建议和优化意见，使运营管理人员更直观易懂。接口监测系统采用两种方法实现了智能评估:一是充分利用既有的案例，结合网络指标和定时器特性，归纳出一系列影响网络指标和业务故障现象之间的联系，自动从故障现象直接推断出可能的原因，为定位故障原因提供帮助;二是利用各类指标统计结果，形成对网络的质量水平整体定性的判定标准。采用统计指标因子的方式，设定相关各种统计值的权重，对小区或整个网络进行评判，进而形成GSM-R网络状态的智能分析结果。

4 应用案例

接口监测系统可应用于整个网络优化、联调联试以及运营维护的过程中，能够实时发现网络问题，判断问题发生点和明确责任［6］。以下从两个方面描述其在发现和处理问题中的指导作用。

4.1 机车车载台越区切换故障

在某工程建成进行验收的过程中，发现使用的某型动车车载电台在运行过程中，越区切换不畅。具体表现为当前小区覆盖区段的电平弱，机车电台无法进行越区切换，导致通信掉话，严重影响了列车运行。通过对接口监测系统采集的数据进行分析，在该上报的测量报告中，发现此段本应该有4个邻区的电平信号，但没有测到邻区，如图2所示。由于没有邻区信息，导致BSC无法发起切换，最后发生通信掉话，可以判断为车载电台与网络间的工作异常。

图2 机车车载台越区切换故障示意

进一步分析日志记录，发现2个问题:1)能够测量到邻区信息，但没有通过测量报告上报;2)未按照网络系统消息中规定的邻区频点进行测量，而是测量了一些无关的频点。导致该问题的原因为网络在系统消息2和系统消息5中广播邻区列表信息，但同时也发送了内容为空的系统消息2ter和系统消息5ter，此邻区列表的发送机制导致机车电台获取邻区列表出现问题，从而导致上述故障，经升级软件后问题解决。由此可见，接口监测系统在发现和定位上述问题中起到了关键作用，将无线通信中不可见的无线电波信号变为可见和易读的数据图表，从而可以快速定位故障，提高运营安全和效率。

4.2 邻频干扰造成切换乱序与失败

某线路网络频率规划如图3所示，小区B和小区D之间所配置的频点为邻频，如果车载电台完全按照设计进行正常切换，即由D切换至C，再由C切换至B，则邻频干扰的问题不会出现。

图3 网络频率规划示意

由于无线电波覆盖存在随机性，各种外界的无线电波也存在干扰，因此在车辆运行的过程中，当车载电台由小区D切换至小区C后，由于存在干扰，导致下行质量变差，从而引起乒乓切换又切回小区D。当车辆继续向小区B方向运行，小区B的覆盖逐渐变强，小区D的覆盖逐渐变弱。由于这两个小区频点为邻频，小区B的频点1015高于小区D频点1014电平值6 dB以上，形成了邻频干扰，导致小区B下行质量急剧恶化，机车电台无法进行正常的切换，从而导致掉话。发现此情况后，通过对小区D的频点进行优化，将BCCH载频和TCH载频频点互换后，此问题得到解决。从上述问题的过程可以看出，接口监测系统对车载电台的当前状态、通信过程等可以做到直观的查看与分析，提升了网络运行的安全性。

5 接口监测系统具体功能体现

在接口监测系统实时显示和记录整个无线网络中，用户发起通信相关基站的上下行覆盖电平值、上下行语音质量等级等参数。同时记录整个GSM-R系统中全部的通信事件和信令流程，为无线通信网络优化和维护提供实时、全程、多角度、多维度(时间、空间、速度)、图示化的分析报告。运营维护人员能够据此报告，诊断网络故障并分析原因。而同时监测到的呼叫、越区切换和通信挂断等信令信息，则反映了移动用户在网络中是否存在小区切换失败以及掉话等现象，用于判断发起通信呼叫的业务流程是否正常。呼叫的详细记录能够判断不同用户每一次的通信呼叫建立以及释放的原因，还能判断发起呼叫或释放的具体是哪一方。

6 结语

接口监测系统在城际铁路的工程建设和系统运营的各个阶段都发挥着积极的作用。在网络建设初期，能有效利用稀缺的网络测试设备和车辆运行设备，解决网络优化工作中测量工具不足的难题。网络建设中后期，有利于解决基站、光纤直放站设备、手持终端、机车电台等不同设备之间互联互通产生的问题。网络验收运营之后，更有利于监测和预警各设备之间出现的故障和发生的通信质量不合格事件。避免了不同设备厂家在解决问题时的推诿，还节省了大量进行网络优化的人力、物力和时间，社会经济效益非常明显。本文在对接口监测系统架构和功能分析的基础上，提出了接口监测系统的改进与创新点，并给出了在现场利用接口监测系统解决实际问题的案例。伴随着城际轨道交通GSM-R网络建设的发展，接口监测系统也将不断演进和发展，从保障城际轨道交通GSM-R网络承载业务的可靠性和高效率角度出发，进一步研究通信质量不合格事件的机理，增强车地监测数据的智能分析、综合闭环检测分析能力，在城际轨道交通无线通信网络的发展演进中承担重要的角色。

［1］钟章队，李旭，蒋文怡，等.铁路数字移动通信系统(GSMR)应用基础理论［M］.北京:中国铁道出版社，2007: 172-185.

［2］钟章队，艾渤，刘秋妍，等.铁路数字移动通信系统(GSMR)应用基础理论［M］.北京:清华大学出版社，北京交通大学出版社，2009:248-257.

［3］铁路数字移动通信系统(GSM-R)总体技术要求:TB/T 3324—2013［S］.北京:中国铁道出版社，2013.

［4］孙斌.GSM-R网络接口监测系统在高速铁路运营维护中的应用［J］.铁路技术创新，2011(2):108-111.

［5］孙斌，蒋文怡.新一代GSM-R网络接口监测系统［J］.铁道通信信号，2015(4):64-67.

［6］钟章队，吴昊，李翠然，等.铁路数字移动通信系统(GSMR)无线网络规划与优化［M］.北京:清华大学出版社，北京交通大学出版社，2012:113-116.

(编辑:曹雪明)

Innovation and Practice on Interface Monitoring System of Rail TransitW ireless Communication Network

Yang Shu
(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.，Ltd.，Xi'an 710043)

Interfacemonitoring system is amonitoring and analysis system including implementation ofmulti-target，multi-user and real-time tracking in awireless network，multi-functional and multi-interface tracking comprehensive analysis and joint diagnosis，analysis and communications interface protocol automatic faultwarning，etc.All of the communication events and signaling processes in entirewireless network can bemonitored and recorded by the system，which providesa strong basis for finding network failuresand analyzing the specific reasons for the occurrence of communication interruptions.The situation of communication events between devices across the wireless network can bemonitored accurately through the interface discrimination and reflected by the system pertinently.At thewireless network optimization stage after the construction is completed，controversy occurring during interconnection commissioning among different equipmentmanufacturers can be avoided.Also a large number ofmanpower，material and time can be saved.

rail transit;interfacemonitoring system;wireless network;communication event;innovation and practice

U231.7

A

1672-6073(2016)02-0088-04

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.02.020

2015-12-17

2015-12-30

杨戍，男，工程师.主要从事轨道交通无线通信设计工作，1060289501@qq.com