基于PRI接口的高铁无线闭塞监测分析系统的研究

赵致 江睿 周兴韬

PRI接口是RBC与GSM-R网络MSC之间的基群速率接口，本文重点从RBC工区日常无线问题分析面临的问题和困难，分析在PRI通道的ISDN的阻抗转换器侧采用高阻跨接方式进行数据采集的方法，以大量数据分析推理为基础，结合采用分层协议解析与解码技术、车地应用数据智能诊断技术，对RBC与ATP之间的数据传输进行分析以及故障定位，从而满足RBC工区电务人员对故障快速定位、隐患提前预警、数据综合分析的需求。

一、概述

目前，我国高铁总里程已达到2.5万公里，其中装备CTCS-3级列控系统的客运专线总里程也已经达到1万公里以上。C3列控系统满足时速350km/h的运行要求，是在CTCS-2级列控系统的基础上，地面增加无线闭塞中心（RBC）设备，车载设备增加GSM-R电台和信息接收模块，从而实现了车-地双向信息无线传输。RBC作为C3级列控系统的核心设备，对于保障列车正常高效、安全、可靠、稳定运行具有非常重要的意义，而车-地之间的无线通信又是承载RBC业务的关键。

无线超时指的是以C3等级运行的车载ATP与RBC在正常通信会话过程中，在一定时间内未收到RBC的应用数据，导致ATP输出制动，并随后转为C2等级运行。在已开通运行的C3线路上，发生无线超时的故障越来越多。

无线超时的原因可以分为3类：通信、车载和RBC。

通信原因包括突发干扰、切换问题、基站干扰、核心网设备故障、BSC切换等；

车载原因包括硬件设备故障（比如天线等）、主机故障等；

RBC原因包括RBC异常重启、ISDN服务器故障、移交过程通信超时等。

二、现状分析

首先，近几年来针对RBC-ATP通信链路监测，逐步实现了围绕通信侧的通道监测和围绕ATP侧的车载GSM-R监测，而在RBC侧（电务RBC中心机房）缺少相应监测手段，无法形成RBC-ATP安全数据传输和通信信令的闭环监测；

其次，现场运营过程中车载无线超时发生的频率较高，每天都需要RBC机房的维护人员从设备上拷取日志进行分析，而且RBC侧的GSM-R接口设备（如ISDN服务器）如发生未知的隐性故障，往往无法及时发现，势必在一段时间后导致大范围列车无线超时；

最后，当前通信侧和ATP侧的监测手段都从其本专业出发，从电务RBC侧的专业和日常维护来看，其功能性和智能性都有所欠缺，包括CTCS-3级列控系统运营场景下的关于紧急停车、临时限速、行车许可等信息当前均无法智能地实时地进行诊断和分析，不足以支撑新一代集成化电务综合监测体系下的任务要求。

三、系统设计

（一）设计原则

中心监测分析诊断系统的设计和开发，主要遵循下列设计原则：

安全性：为了保证不影响RBC正常业务，通过高阻跨接方式监听接口数据，跨接电阻设计的尽可能大。

故障-安全设计：诊断系统发生异常或错误时，对自身系统及其监测的各终端或设备无不良影响。

实时性：数据及时有效的监控与分析，分析结果及时告警，保证响应效率。

数据持久性：数据以多种形式进行归档整理并存储，形成历史数据备查。

界面设计：为用户提供简单易用、美观大方、运行流畅的现代化图形界面。

用户合法性验证：对维护人员权限进行管理，对操作过程进行审计。

（二）采集设计

RBC中心MSC接口诊断系统通过旁路方式并接在RBC系统和MSC之间的ISDN PRI线路上，系统靠近RBC侧。系统不占用ISDN PRI线路网络资源，不向以上网络和线路发送任何数据。

RBC中心MSC接口诊断系统的接入方案如下：

将MSC配线架与RBC接口柜中的阻抗转换之间的E1线缆在阻抗转换器侧断开并接入高阻三通；

从高阻三通分出两路E1，未经过高阻的一路进入ISDN阻抗转换架，经过高阻的一路进入监测；

監测的一路E1接入采集设备进行采集、解析、存储、分析和诊断。

（三）功能设计

通道质量监测：包括信号强度、链路LOS告警数、AIS告警数、LOF告警数、误码秒数、严重误码秒数、HDLC正常帧数、正常字节数、错误帧数、错误字节数、异常帧数、带宽使用率。

运行质量分析：统计报表为用户对高铁电务终端运行情况的评判提供相应的参考依据。系统可对高铁电务终端内被监测设备的性能数据、资产数据等提供数据报表和数据曲线。

1.月度单位的设备故障率

2.月度单位内每天的故障分布数据和曲线

3.月度单位内每天的告警分布数据和曲线

4.故障发生至故障解决、销记所消耗时间的数据统计和图表

5.设备状态的旬报、月报、季度报和年报，并可提供按设备和告警级别分类的详细报告、报表

四、关键技术

（一）PRI接口数据监测采集技术

从RBC与MSC之间的GSM-R通信标准、物理传输介质等方面对通信数据的采集方式进行研究，构建并实现基于高阻跨接的RBC与MSC之间数据信息采集方法，并提出信号衰减度、信息采集准确率等关键参数，保证监测系统对RBC与MSC的主业务通道不产生影响。

（二）基于GSM-R业务通信协议分层结构的数据帧解析技术

ISDN PRI接口协议层级较多，且每层之间环环相扣。监测系统需要综合分析多条链路数据才能复原完整交互逻辑，因此在业务解析模块使用流水线分析技术，解决业务数据解析问题。

五、无线通信故障智能分析诊断技术

构建基于RBC与ATP之间故障信息、故障处置记录等历史数据的案例库，利用大数据技术、智能诊断技术在RBC通信上的应用，构建通信线路拓扑，实现对监测通道数据的趋势分析，以及在故障发生时精确有效地分析结果反馈。

六、结语

系统紧密结合RBC维护人员日常工作需求，通过计算机方式实现MSC接口监测、链路故障快速定位、业务故障辅助分析等功能，降低维护人员工作强度。

高铁无线闭塞中心监测分析诊断系统的应用提高了维护的有效性和时效性。

先进技术和先进架构的应用以及丰富的系统接口，为依托于需求的持续改进奠定了基础。

系统紧密结合RBC系统特性和电务维护需求，具有较强的实用性。

RBC系统在铁路系统中应用广泛，针对该系统的专业维护工具具有广泛的应用前景。

作者单位：赵致 昆明通信段

江睿 昆明南电务段

周兴韬 北京道迩科技有限公司