■ 席武夷 楊顯來(lái)

C3車載安全數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測(cè)與分析

■ 席武夷 楊顯來(lái)

從IGSM-R接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)入手，分析研究C3車載數(shù)據(jù)傳輸安全。IGSM-R接口是C3車載通信單元和GSM-R模塊之間的接口，通過(guò)對(duì)IGSM-R接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，并結(jié)合PRI接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，形成對(duì)C3安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈]環(huán)監(jiān)測(cè)與分析，為進(jìn)一步定位C3車-地?cái)?shù)據(jù)傳輸故障提供切實(shí)的依據(jù)。介紹IGSM-R接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成，通過(guò)對(duì)IGSM-R接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，并結(jié)合PRI接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，形成對(duì)C3車載安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈]環(huán)監(jiān)測(cè)與分析，為進(jìn)一步定位C3車-地?cái)?shù)據(jù)傳輸故障提供切實(shí)依據(jù)。

IGSM-R接口監(jiān)測(cè)；GSM-R網(wǎng)絡(luò)；C3數(shù)據(jù)分析

1 概述

CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱C3）是我國(guó)鐵路目前支持列車運(yùn)營(yíng)速度最高的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。C3利用GSM-R移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)作為車-地雙向安全數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。車載列車自動(dòng)防護(hù)（ATP）和地面無(wú)線閉塞中心（RBC）作為整個(gè)系統(tǒng)中的兩大關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，是保障列車安全與高效運(yùn)行的直接實(shí)施者。移動(dòng)環(huán)境中的車載ATP設(shè)備更是最后實(shí)施列車安全制動(dòng)的直接作用設(shè)備，對(duì)列車的安全運(yùn)行起著重要作用。

目前，在鐵路C3運(yùn)營(yíng)區(qū)段已經(jīng)設(shè)置Abis、A和PRI接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)地面網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)。但在實(shí)際的故障分析過(guò)程中，仍然發(fā)現(xiàn)有些問(wèn)題無(wú)法準(zhǔn)確定位，即無(wú)法判斷是網(wǎng)絡(luò)傳輸問(wèn)題還是發(fā)送源頭（即C3車載設(shè)備）的問(wèn)題。不能定位故障就無(wú)法進(jìn)行后續(xù)的故障解決工作。

IGSM-R接口是ATP車載通信單元和GSM-R模塊之間的接口，ATP車載設(shè)備與RBC之間所有交互的數(shù)據(jù)，以及車載設(shè)備控制GSM-R模塊的AT命令都要經(jīng)過(guò)該接口。通過(guò)對(duì)IGSM-R接口的監(jiān)測(cè)和分析，包括車-地間的安全數(shù)據(jù)交互、呼叫建立、拆除、保持、中斷等各種通信狀態(tài)，再結(jié)合既有PRI接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可形成對(duì)C3安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈]環(huán)監(jiān)測(cè)，為進(jìn)一步分析明確故障點(diǎn)提供切實(shí)依據(jù)。

維護(hù)人員利用IGSM-R接口監(jiān)測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)異常數(shù)據(jù)的告警提示和自動(dòng)導(dǎo)出，并利用導(dǎo)出后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析問(wèn)題，支撐維護(hù)人員定位問(wèn)題與解決問(wèn)題。

2 IGSM-R接口原理與關(guān)鍵技術(shù)

2.1IGSM-R接口網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

IGSM-R接口在網(wǎng)絡(luò)中的位置見(jiàn)圖1。

IGSM-R接口監(jiān)測(cè)位置介于ATP通信模塊與GSM-R模塊之間，通過(guò)該接口信息可以監(jiān)測(cè)到雙方向的鏈路使用情況。ATP發(fā)送過(guò)來(lái)的列控信息通過(guò)GSM-R模塊與進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 IGSM-R接口在網(wǎng)絡(luò)中的位置

2.2IGSM-R接口監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

IGSM-R接口的設(shè)備主要分為2個(gè)部分：一是車載設(shè)備，包括車載采集單元、無(wú)線傳輸單元、供電單元；二是地面設(shè)備，包括地面數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)單元、外部網(wǎng)關(guān)單元、終端顯示單元。

2.2.1車上設(shè)備

車載采集設(shè)備安裝在動(dòng)車組靠近車載ATP設(shè)備的地方。車載采集設(shè)備包含T型三通頭、控制板。車載采集設(shè)備分別采集經(jīng)過(guò)2個(gè)GSM-R模塊IGSM-R接口的雙向所有數(shù)據(jù)包，并將獲取的數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)本地，然后根據(jù)地面的需要打包，通過(guò)車-地GSM-R網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)GPRS數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送到指定的地面處理設(shè)備。車載采集設(shè)備的模塊功能與實(shí)現(xiàn)如下：

（1）T型三通頭一端跨接在GSM-R與ATP數(shù)據(jù)傳輸跳線上，一端連接IGSM-R接口采集主設(shè)備，用于取樣原始數(shù)據(jù)包。三通頭實(shí)物見(jiàn)圖2。

三通頭內(nèi)部邏輯見(jiàn)圖3。

圖2 三通頭實(shí)物

圖3 三通頭內(nèi)部邏輯

原有設(shè)備是通過(guò)DB26公母頭對(duì)接連通傳輸數(shù)據(jù)，此款研發(fā)的三通連接器的原理是在不改變?cè)性O(shè)備連通情況下向IGSM-R接口設(shè)備輸出信號(hào)，同時(shí)IGSM-R接口設(shè)備只是接收信號(hào)無(wú)對(duì)外輸出。

DB26接口之間并未新增電路及元器件，而是在向IGSM-R接口設(shè)備輸出信號(hào)的中途做隔離保護(hù)，為IGSM-R接口設(shè)備和三通連接器發(fā)生故障時(shí)采取隔離防護(hù)。當(dāng)IGSM-R設(shè)備和三通連接器本身發(fā)生故障時(shí)，在圖中“信號(hào)隔離”單元直接斷開(kāi)，所以不會(huì)影響原先設(shè)備的正常通信。

同時(shí)，三通頭采用三級(jí)隔離保護(hù)技術(shù)，原理見(jiàn)圖4。

第一級(jí)保護(hù)：二極管，保證數(shù)據(jù)方向從設(shè)備到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，反方向截止。不會(huì)由于監(jiān)控計(jì)算機(jī)的誤操作而影響設(shè)備間的通信。

第二級(jí)保護(hù)：三極管，當(dāng)其生故障時(shí)，呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。表現(xiàn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)與設(shè)備脫機(jī)。

第三級(jí)保護(hù)：電源及信號(hào)隔離，當(dāng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)產(chǎn)生浪涌時(shí)，不會(huì)將浪涌電壓傳遞到設(shè)備。通過(guò)以上3級(jí)保護(hù)，可以確保當(dāng)計(jì)算機(jī)或本轉(zhuǎn)接板發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)影響設(shè)備間的通信。

（2）控制板及其處理軟件是整個(gè)產(chǎn)品的重要組成部分，從線纜中采集到的數(shù)據(jù)按照呼叫順序、呼叫時(shí)間等格式封裝在本地硬盤中，大量的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)特定的軟件壓縮機(jī)制，實(shí)現(xiàn)降低空間的占用率。

圖4 三通頭采用三級(jí)隔離保護(hù)技術(shù)原理

無(wú)線傳輸單元負(fù)責(zé)傳輸IGSM-R接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息給地面服務(wù)器。無(wú)線傳輸通道采用鐵路GPRS數(shù)據(jù)傳輸模式。由于其搶占信道級(jí)別比較低，即使在大面積推廣使用IGSM-R接口監(jiān)測(cè)設(shè)備下載數(shù)據(jù)占用大量信道的情況下，是可以被優(yōu)先級(jí)較高的呼叫或數(shù)據(jù)傳輸搶占該信道的，保證了鐵路通信網(wǎng)絡(luò)既有重要業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行；斷點(diǎn)續(xù)傳技術(shù)也是無(wú)線傳輸單元的一個(gè)重要功能特性，模塊中配備軟件自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)收、發(fā)包的完整性，當(dāng)呼叫記錄的信息由于各種外界原因沒(méi)有傳完時(shí)，會(huì)在下次進(jìn)行續(xù)傳。

供電單元結(jié)合實(shí)際動(dòng)車上的供電情況，專門定制一款符合IGSM-R接口監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電系統(tǒng)，通過(guò)多道門檻防止電源短路導(dǎo)致的影響，設(shè)計(jì)增加二極管、空氣開(kāi)關(guān)以及看門狗電路等，保證IGSM-R接口設(shè)備電源的正常供給和對(duì)源路的自保護(hù)等。

2.2.2地面設(shè)備

地面設(shè)備是整個(gè)IGSM-R接口監(jiān)測(cè)的核心部分。車上設(shè)備傳來(lái)的數(shù)據(jù)包，要經(jīng)過(guò)地面服務(wù)器解壓、解碼、處理，直至送達(dá)到客戶端顯示界面上。具體包括如下幾個(gè)部分：

（1）服務(wù)器數(shù)據(jù)處理軟件擔(dān)負(fù)著整個(gè)原始數(shù)據(jù)的處理，該服務(wù)器數(shù)據(jù)處理進(jìn)程對(duì)車載設(shè)備采集到的IGSM-R接口數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、篩選和分析，并分類存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)表中。

（2）GPRS網(wǎng)關(guān)是連接GGSN與IGSM-R接口地面設(shè)備的一個(gè)“閘門”，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腎GSM-R接口信息以文件傳輸協(xié)議（FTP）的形式下載到地面服務(wù)器上，同時(shí)地面下發(fā)的命令也要通過(guò)該網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送給無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，在由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)尋址等方式找到車載IGSM-R接口的無(wú)線傳輸單元。

（3）客戶端軟件是根據(jù)客戶的需求量身定制，具有實(shí)時(shí)顯示和歷史數(shù)據(jù)查詢功能，以及分類導(dǎo)出、篩選數(shù)據(jù)的能力，通過(guò)終端軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)IGSM-R接口數(shù)據(jù)的下載任務(wù)，存儲(chǔ)形式位置等操作。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1車載呼叫地面RBC設(shè)備成功

圖5中標(biāo)黃的數(shù)據(jù)顯示無(wú)線通信模塊1呼叫地面RBC設(shè)備，成功建立電路域數(shù)據(jù)鏈路，傳輸速率為4 800 b/s。

3.2車載呼叫地面RBC設(shè)備失敗

圖6中標(biāo)黃的數(shù)據(jù)顯示無(wú)線通信模塊1呼叫地面RBC設(shè)備，連接失敗，無(wú)線通信模塊向車載ATP回復(fù)No Carrier，說(shuō)明本次呼叫不成功，車-地通信鏈路建立失敗。

3.3MT向ATP發(fā)送的數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤碼或CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤

圖7中標(biāo)黃的數(shù)據(jù)顯示無(wú)線通信模塊MT向ATP發(fā)送的C3數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤碼，無(wú)法正確解析，標(biāo)綠的數(shù)據(jù)表示無(wú)線通信模塊MT向ATP發(fā)送的C3數(shù)據(jù)出現(xiàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）校驗(yàn)錯(cuò)誤。

這2種情況說(shuō)明此時(shí)的MT接收到的GSM-R電平太差或無(wú)線環(huán)境惡劣，導(dǎo)致MT接收到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤碼，這些數(shù)據(jù)發(fā)送至ATP后，ATP會(huì)認(rèn)為數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，一定時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)通信超時(shí)故障。

3.4C3車-地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

通過(guò)對(duì)C3業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，可以實(shí)時(shí)獲取車-地通信狀況（見(jiàn)圖8），為故障排查定位和解決提供有效的手段。

圖5 車載呼叫地面RBC成功

圖6 車載呼叫地面RBC失敗

圖7 MT向ATP發(fā)送的數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤碼

3.5備用無(wú)線通信模塊狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警

圖9中標(biāo)黃色部分是模塊2的AT指令數(shù)據(jù)，模塊2此時(shí)處于備用模式，在備用模式下車載ATP會(huì)定時(shí)查詢無(wú)線通信模塊的網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)情況和信號(hào)質(zhì)量，無(wú)線通信模塊收到后進(jìn)行恢復(fù)。根據(jù)該信息，IGSM-R監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)車載備用無(wú)線通信模塊連接與網(wǎng)絡(luò)狀況的監(jiān)測(cè)和故障預(yù)警。

3.6無(wú)線通信模塊通信故障指示（見(jiàn)圖10）

3.7數(shù)據(jù)傳輸故障分析

調(diào)度報(bào)：17日19：30，Gxxxx次（1端）在運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)C2。

PRI接口數(shù)據(jù)：OBC向RBC發(fā)送的RR幀中序號(hào)超過(guò)范圍（應(yīng)該在33—36之間，但發(fā)送的是53），RBC收到錯(cuò)誤的幀序號(hào)后，向OBC發(fā)送FRMR幀（見(jiàn)圖11）。

IGSM-R接口數(shù)據(jù)：車載ATP并沒(méi)有發(fā)送序號(hào)為53的RR幀，而是連續(xù)發(fā)送序號(hào)為33—36的RR幀，是正常行為。但PRI接口收到序號(hào)為53的RR幀，而且沒(méi)有收到序號(hào)為34和35的RR幀（見(jiàn)圖12）。

綜上可以初步判斷問(wèn)題出現(xiàn)在通信側(cè)，車載ATP設(shè)備沒(méi)有問(wèn)題。

圖8 車-地通信數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

圖9 備用無(wú)線通信模塊狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警

4IGSM-R接口發(fā)展前景

鐵路通信信號(hào)已成為鐵路不可缺少的重要安全基礎(chǔ)設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和鐵路發(fā)展的需求，將進(jìn)一步為鐵路現(xiàn)代化提供重要技術(shù)支撐。IGSM-R接口是對(duì)信號(hào)專業(yè)與通信專業(yè)相互交織、通信的一個(gè)接口，與既有Abis、A和PRI接口結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)C3車-地安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈]環(huán)監(jiān)測(cè)，有效地減輕動(dòng)車庫(kù)及核心網(wǎng)機(jī)房的工作壓力，為優(yōu)化車-地間的安全數(shù)據(jù)傳輸提供有效的手段。

圖10 無(wú)線通信模塊通信故障指示

圖11 PRI接口數(shù)據(jù)

圖12 IGSM-R接口數(shù)據(jù)

IGSM-R接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)工作由廣州鐵路（集團(tuán)）公司電務(wù)處牽頭，于2011年在廣州鐵路（集團(tuán)）公司立項(xiàng)，次年通過(guò)廣州鐵路（集團(tuán)）公司科技鑒定并獲得獎(jiǎng)勵(lì)，現(xiàn)已推廣運(yùn)用于京廣高鐵線路。

5 結(jié)束語(yǔ)

IGSM-R接口監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，極大地減輕了鐵路設(shè)備維護(hù)人員的工作壓力，提高了工作效率，特別是節(jié)省了對(duì)處理異常通話、掉話等情況的分析報(bào)告時(shí)間，同時(shí)為日常的數(shù)據(jù)分析及優(yōu)化提供了一個(gè)切實(shí)有效的依據(jù)。

[1] 邢紅霞． GSM-R技術(shù)在我國(guó)鐵路通信中的應(yīng)用和發(fā)展[J]． 現(xiàn)代電子技術(shù)，2009(23)．

[2] 鐘章隊(duì)． 21世紀(jì)通信新技術(shù)[M]． 北京：中國(guó)鐵道出版社，1999．

[3] 鐘章隊(duì)，王文靜． 我國(guó)高速鐵路數(shù)字移動(dòng)通信制式探討[J]． 鐵道通信信號(hào)，2001(4)：4-7．

[4] 沈堯星． 鐵路數(shù)字調(diào)度通信[M]． 北京：中國(guó)鐵道出版社，2006．

[5] 朱惠忠，張亞平． GSM-R通信技術(shù)與應(yīng)用[M]． 北京：中國(guó)鐵道出版社，1999．

席武夷：廣州鐵路（集團(tuán)）公司電務(wù)處，工程師，廣東廣州，510088

楊顯來(lái)：廣州鐵路（集團(tuán)）公司電務(wù)處，工程師，廣東廣州，510088

責(zé)任編輯陳曉云

U279.5

A

1672-061X（2014）03-0013-04