提高CIR数据业务进路预告信息接收可靠性方案探析

董学军 勾佳星 李文州 季子明 邹华勇

摘要：CIR设备中GSM-R数据单元的控制方式主要分为调制解调器方式和AT命令方式两种方式。这两种方式各有利弊，在全路范围内均有大量应用。调制解调器方式其优点是操作系统提供的网络协议栈可靠性更好、通信效率高、对不同型号的GPRS模块兼容适应性好;缺点是一旦完成拔号连接的过程后，GSM-R数据单元与主控单元之间的串口就被操作系统全部占用，不能再通过该串口以AT命令的方式获取接收信号强度、位置区ID、小区ID等信息，所以目前此动态信息获取是通过GSM-R语音模块获取的，但语音模块故障，就会影响网络位置区等信息获取，而数据业务的路由跨局需要网络位置进行判别，从而影响了CIR的数据业务的路由跨局及可靠接收，本文基于现状，提出了一种新的调制解调器方式下可以解决路由跨局的方案[1]。

关键词：铁路;机车台;GMS-R;位置小区;进路预告

前言：

随着铁路高速发展，特别是高铁对于调度指挥的高标准和严要求，铁路进路预告应用业务越来越重要。目前基于国铁集团及各铁路局集团对于铁路进路预告业务的运用效果提升的强力期待和尤为重视的大背景下，提出并要求各系统各设备在理论指导下不断实践中优化完善。其中也涉及CIR车载设备侧相关数据业务进路预告接收可靠性环节，兰州铁路局相关技术部门特为关注，千万百计想法设法协同设备厂家商讨对策，提出一种提高可靠性和稳定性的解决方案。本文从实际运用角度出发，基于现有条件，进行CIR主控单元等控制方法改进等可行性研究，达到了产品局部改进后以较小代价且更好满足铁路进路预告业务运用要求的解决方案，达到了CIR对于接收铁路进路预告业务更可靠更稳定的目的[2]。

一、现状

在CIR设备中，GSM-R数据转输功能由GSM-R数据单元和主控单元配合完成。如图1所示，主控单元与GSM-R数据单元之间通过一路串口电气连接，相关信号线经过A子架母板。

二、技术方案比选

在保留拨号连接方式的前提下，为了实现随时可以查询接收场强、小区信息等GSM-R数据单元状态，可以采取以下两种技术方案之一：

方案一：将GSM-R数据单元升级为支持两组物理串口的状态，同时更换A子架母板和主控单元，更改完成后GSM-R数据单元与主控单元之间通过两组串口进行通信，一组負责拨号业务;另一组负责进行AT命令交互。

方案二：通过3GPP标准规定的GSM0710串口复用技术，将一组物理串口复用为两组逻辑串口，一组負责拨号业务;另一组负责进行AT命令交互。

上述两种方案均可实现在拨号连接状态下，随时可以查询GSM-R数据模块状态的目的。方案一由于需增加一组物理串口信号，在CIR现状的基础上需要更换主控单元、A子架母板和GSM-R数据单元，改动量较大，特别是更换A子架母板需要将运用中的设备A子架下车，比较难以实施;如按方案二实施，仅需对主控单元进行更换（目前的主控单元是十多年前设计定型的，已不具备增加串口复用能力的条件。），相比之下成本和工作量均有明显优势。

三、串口复用技术原理

在通常的应用中，一个物理串口某一时间段内只能传输一个上层应用的数据流，CIR设备采用拨号方式使用GSM-R数据模块时，一旦开始拨号过程，主控单元与GSM-R数据模块时之间的串口就完全被操作系统拨号程序占用，不能再用于传送AT命令。为了实现在一个物理串口上既支持拨号连接，又支持AT命令传送，需要采用3GPP标准规定的GSM0710协议对物理串口进行复用[3]。

GSM0710协议的功能是利用一个底层物理串口，向上层系统提供多个逻辑串口，每个逻辑串口对应着一个数据链路连接（DLC）。这样就可以同时在一条串行接口上存在多个会话，比如语音、FAX、数据、SMS、GPRS、USSD等。当正在进行传真/数据/ GPRS呼叫时，这是特别有利的，例如控制模块或使用SMS服务可以通过附加信道完成，而不会干扰数据流，不需要访问第二个UART。

多路复用协议提供在单个物理通信通道之上虚拟出多个并行的逻辑通信通道的能力，一般应用于TE（Terminal Equipment）与MS（Mobile Station）之间，TE相当于智能手机的AP端，MS相当于智能手机的MODEM端，下图2给出了典型的协议层次关系。

图2中蓝色部分就是GSM0710协议多路复用层，它利用底层的物理串口链接收发数据，同时向上层提供若干个逻辑上独立使用的收发通道（上图中提供了四个逻辑通道，不同颜色表示）。每个逻辑通道独立创建，可以拥有软件流控制。在实际使用中，TE端的MUX向MS端的MUX发起通道建立请求，设置通道参数等，是主动的一方;MS端的MUX等待TE端的服务请求，根据自身能力提供相应服务。也就是说，两者的角色是不对称的。TE終端和MS终端之间的每个通道，称作一个DLC链路，它们是先后相互独立地建立起来的。

四、串口复用实现方法

在CIR中通过GSM0710协议实现GSM-R数据单元串口复用需要具备两个基本条件：一是主控单元支持GSM0710协议;二是GSM-R数据单元中采用的GSM-R模块支持GSM0710协议。从GSM-R模块技术资料中可以得知，目前CIR采用的Telit模块是支持GSM0710协议的，所以实现串口复用的核心工作主要体现在主控单元上。

Windows Embedded CE 6.0在CellCore架构中支持GSM0710多路复用器驱动组件，此驱动对于CellCore架构来说是可分离的。对于应用程序来说，根据调制解调器的功能，这些信道可以被当作虚拟串口来访问。通常GSM调制解调器不在多路复用器模式下工作。GSM0710多路复用器驱动会发送AT+CMUX命令使多路复用器模式可用[4]，之后驱动会发送SABM帧来请求信道。第一个信道是控制信道，剩下的信道是通信信道。这些信道被视为虚拟COM口。

五、应用效果及应用价值

应用上述技术方案后，CIR设备主体功能仍与之前保持一致。得到的改进是整个工作过程中，GSM-R数据单元状态可以一直从自身的GSM-R模块中读取，可以有效避免由于GSM-R语音模块发生故障造成 GSM-R数据功能异常的情况。

实现串口复用功能后，GSM-R数据单元状态信息的获取不再依赖于GSM-R话单单元，从根本上避免了语音模块故障时，无法获取小区信息而造成无法正常接收进路预告的情况。可以有效地降低故障率，提升CIR设备现场运用稳定性，提高了设备运用维护工作效率和应用单位的经济效益。

六、结束语

本文从实际运用角度出发，基于现有条件，进行可行性研究，通过产品局部改进，提出了以较小代价且更好满足铁路进路预告业务运用要求的解决方案，达到了预期要求，本文从应用场景分析到需求归纳、再到具体问题解决，注重理论结合实践，具有显著的可行性及实践效果，有望进行推广到其他铁路局。希望能给予从事铁路无线列调系统领域的同行起到抛砖引玉的作用。

参考文献：

[1]中国铁路总公司企业标准 QCR651.1-2018机车综合无线通信设备 第1部分：技术条件

[2]中华人民共和国铁道行业标准 TB-T3325-2013列车无线车次号校核信息传送系统

[3]3GPP TS 27.010：“Terminal Equipment to User Equipment  multiplexer protocol”

[4]3GPP TS 27.007："AT command set for User Equipment （UE）"