GSM-R分组业务分析

马 捷 中国铁路上海局集团有限公司上海通信段

1 引言

本文以现网GPRS设备为例，从日常维护中常见的CIR收不到进路预告问题出发，通过对GSM-R网络分组侧业务消息的发送、签收流程进行分析，对CIR终端的消息发送格式不符合规范导致CTC不给CIR发送进路预告的问题进行分析、定位故障原因，介绍了CIR收不到列车进站进路预告的常用分析方法，对日常维护工作具有一定的指导意义。

2 GPRS业务流程

中国铁路上海局集团有限公司管范围内，GPRS分组侧设备主要由服务GPRS支持节点（SGSN）、网关GPRS支持节点（GGSN）、GPRS接口服务器（GRIS）组成。

GPRS服务支持节点（SGSN）是GPRS网络侧设备中的重要功能实体，主要功能有：移动性管理、会话管理、鉴权、加密、压缩、统计功能，实现了在本PLMN或其他PLMN范围内定位、跟踪手机的当前路由信息，管理手机的PDP上下文，负责完成移动终端和GGSN间的业务数据的路由和转发。

网关GPRS支持节点（GGSN）相当于GPRS网络的网关，是本局GPRS网络与外部数据网络的网关,主要完成会话管理，路由和转发、动态IP地址分配等功能，并能根据路由信息将业务数据发送到移动终端所属的当前服务GPRS支持节点（SGSN）。

GPRS接口服务器（GRIS）负责将CTC发送给CIR的调度命令、列车进站进路预告信息转发至GGSN，并在本地服务器硬盘内存储，能够根据机车号自动查找对应CIR的IP地址并转发给对应的列车。

现网GPRS业务类型主要包括车次号校核信息、调度命令、列车进站进路预告、当前GRIS IP地址查询、活动性检测及告警信息。

2.1 CIR开机附着流程

司机将CIR开机或重启后，CIR首先会注册GPRS网络，该过程为自动进行，CIR将向SGSN发送附着请求，包含其附着类型（IMSI附着、GPRS附着或联合的IMSI/GPRS附着）和其身份识别码（TMSI或者P-TMSI），SGSN根据IMSI号找到车载台对中数据卡所开户的HLR，并向请求HLR更新该用户所处的SGSN地址，更新成功后HLR将该车载台数据卡的相关用户信息发送给SGSN，SGSN确认该用户具备GPRS业务能力后分配新的P-TMSI给该CIR，并发送附着成功消息给CIR，附着成功后CIR将获得新的P-TMSI。

2.2 PDP激活流程

PDP激活的主要目的是使终端获得IP地址，以实现网络侧设备能够将业务数据发送至移动台；目前全路范围内采用的是静态IP地址分配，由RADIUS（认证服务器）依据机车号做静态分配,即每一个SIM卡对应唯一的IP地址。

CIR在完成附着后，将发起PDP激活请求，PDP激活请求中包含了APN信息，SGSN将收到的APN发送给北京、武汉DNS进行域名解析，得到该CIR中SIM卡所归属局GGSN的IP地址，之后SGSN将CIR发送的PDP激活请求发送给对应IP地址的GGSN，GGSN将CIR的PDP激活请求中的机车号作为账号和密码发给北京、武汉RADIUS服务器，RADIUS服务中储存了机车号与IP地址的对应关系，若该机车号为合法账号，RADIUS服务器将分配的IP地址发送给GGSN，GGSN再通过SGSN发送给车载台，从而完成PDP激活过程，PDP激活成功后CIR获得新的IP地址。

2.3 查询当前GRIS IP地址流程

PDP激活成功后，CIR根据预存的GROS IP地址向GROS发送“查询当前GRIS IP地址”指令，内容包括机车号、车次号、交路号、公里标、当前小区号、经纬度信息等。GROS查询并返回CIR当前所属局的GRIS的IP地址，CIR接收当前GRIS IP地址，并实时存储。

2.4 列车进路预告发送流程

CTC向CIR发送列车进站进路预告需满足如下3个条件：车次号校核信息正确无误，即CIR上报的车次号与该列车实际的车次号相互匹配无误；列车位置处于相应要接收进路预告的区段，且前方进路无其他列车占用；前方进路已开放，即进路已办理成功，并且和列车运行计划完全一致。

若发送列车进站进路预告的3个条件均满足，则由车站自律机根据列车运行计划自动生成相应的进路预告信息，当列车运行至该区段时，车站自律机将进路预告信息发送至CTC中心通信前置机，后经通信侧设备GIRS、GGSN、SGSN、BSC、BTS最终通过无线网络发送至CIR，CIR在收到列车进路预告信息后，发送自动确认信息，之后发出提示音提示司机进行签收，在列车司机进行签收后，CIR向GSM-R网络侧发送手动签收回执信息，最终以相反的路径发送至CTC。

2.5 相关规定

《铁路通信维护规则》设备维护中关于非列控业务应用质量标准规定如下：进路预告发送成功率应不小于99%。列车进路预告发送成功是指同一编号进路预告发出后规定时间内（包含两次重发），收到该编号进路预告信息的一条手动签收或自动确认信息。

3 故障案例

3.1 故障现象

2016年2月15日沪宁城际线G7217次列车（机车号：30228051）不能正常取进路预告，经核实使用的是天津712厂CIR应急台，注册机车号为30228051。

在GRIS网管上查看该CIR应急台，发现该CIR不能正常上报车次号校核信息,在正常情况下车次号校核信息应由CIR发至GRIS，GIRS转发至CTC，G7217次列车的车次号校核信息仅有GRIS发至CTC的数据记录，缺少前一段CIR发至GRIS数据记录。该应急台可以获取本机IP，但通过GRIS无法ping到终端。查看GRIS网管发现CTC也未发送进路预告给该机车号。2月16日上南工区使用本工区天津712厂CIR应急台同样存在上述问题。

3.2 原因分析

根据上述现象描述我们可以发现，天津712厂的应急台均有这情况，故判断故障点在应急台上。但是，在现象上存在几个问题：（1）应急台能获取IP但是无法ping通；（2）GRIS网管上查看G7217次列车车次号校核信息，缺少CIR发至GRIS的数据记录；（3）CTC未给G7217次列车下发进路预告。

问题点1经询问天津712厂应急CIR厂家，得到回复为应急台程序设置问题，由于ping不属于规范，所以这一批应急CIR没有开通被ping的功能。

问题点2经与厂家讨论得知天津712厂的应急台在发送车次号校核信息时，发送的数据格式与GRIS解析不兼容，导致GRIS网管未能显示出CIR发至GRIS的数据记录。

问题点3初步判断CTC未给G7217次列车发送进路预告的原因为触发预告的三要素没有得到满足。车次号校核信息按要求是由CIR每30 s向网络上报1次，经通信通道传送至CTC服务器，CTC在一定时间内（通常为半小时）只需成功收到一次即判定为车次号校核有效，即满足车次号校核正确条件。通过查看GRIS网管及核对相关信息，发现疑点在GRIS转发的车次号校核信息上，通过提取GRIS的设备日志与规范《运基通信【2009】144号》文件做比对，对G7217次列车的车次号校核信息码流进行分析，来定位故障原因。

3.3 排查流程

2016年2月15日分析人员使用测试CIR注册该机车号30228051进行试验，注册情况正常，确认问题点在机车上的应急CIR。

2016年2月16日与现场联系仍使用原来故障应急台，注册测试机车号99904107，现象与15日故障现象一致。联系天津712厂厂家反映情况，厂家建议再次缩小故障范围，更换数据模块或主控单元来排查。同时联系CTC，询问2月15日CTC为何不向G7217发送进路预告，得到答复为G7217发送的车次号校核信息校核不正确。

2016年2月17日上南车载工区使用天津712的CIR在900M模式下注册，在GRIS网管上发现有同样的故障现象，应急台获取IP地址但网络无法PING通，通过截取Gb接口信令分析，判断信令层面交互正常，PDP激活正常。

2016年2月17日再次对2月15日G7217上的应急台进行测试，尝试多次注册不同的机车号，并在GRIS上PING应急台，均未PING通。

通过分析GIRS设备日志中天津712厂应急CIR发送的车次号校核信息原始码流，发现CTC不发送进路预告主要是车载发送的车次号校核信息没有将数据帧中72字节“监控装置数据”中的第1项“地址长度”填为38H、第17项“地址长度”填为39H。正常的车次校核信息日志如下：

根据GRIS与GPRS终端的通信协议。标准的基本帧格式为，前两字节10 02为帧起始，8F 00为信息长度，91代表是GRIS向GSM-R通信服务器发送应用数据。05代表该业务类型为车次号校核信息，38为IP原通信地址的长度。FF为补位。

导出2016年2月15日G7217车次号校核信息的LOG数据进行分析比对，发现数据有异常。2月15日G7217所用的应急CIR的车次号校核信息的LOG，随机选择一条，具体如下：

前几位如10 02 8F 00 91 05，和正常车次号校核信息的LOG一样，但之后两个字节（及38为IP原通信地址的长度），用FF补位，不符合规范导致CTC无法正常读取。车次号校核信息通过GRIS转发到CTC侧的接口服务器后再以广播的形式转发给通信前置服务器（每条线路对应一个通信前置服务器），也就是说每个通信前置服务器都储存所有车次号校核信息，调度台发送调度命令时先去该线路的通信前置服务器查询车次号校核信息，然后发送调度命令给前置服务器，之后转发给接口服务器，最后发到GRIS上。至于在GRIS中看到的机车号，通过数据帧中72字节“监控装置数据”中码流可以读到。

同时工区将分析结果向天津712厂反应，厂家试验后承认本厂应急CIR的问题，并联系所有配备天津712厂应急CIR的单位进行软件升级。

3.4 分析结论

导致2016年2月15日沪宁城际线G7217次列车（机车号：30228051）不能正常取进路预告的原因是该列车上使用的天津712厂应急CIR设备发送的车次号校核信息不符合规范《运基通信【2009】144号》中要求的格式，导致CTC无法正常识别，判断车次号校核无效，从而没给G7217次列车发送列车进路预告信息。

4 总结

列车进路预告发送经过的GSM-R网络侧设备较多，含无线侧 BTS、BSC、核心侧 SGSN、GGSN、GRIS 设备，业务流程较为复杂，故障点定位需集合GRIS设备日志、CIR设备日志、GPRS接口检测等多方数据。

分析列车收不到进路预告这类问题，维护人员可以先从故障影响范围入手，确定故障存在与单趟列车故障还是群体性故障，若为群体性故障，则排查方向为核心网分组侧设备，若为单趟车故障，则通过GRIS网管查看车次号校核信息、活动性检测发送情况，通过与车载CIR设备日志进行比对，判断故障原因、定位问题点并做进一步处理，从而保障铁路GPRS业务交互的安全性、可靠性。

本文通过一个典型案例，结合通信规范文件，定位问题点为CIR设备终端上报的车次号校核消息不符合规范格式导致CTC没有给列车发送列车进路预告信，对日常维护工作具有一定的指导意义。