馬文俊

馬文俊:西安鐵路局西安電務(wù)段 工程師 710005 西安

CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)主要由列控車(chē)載系統(tǒng)(ATP)、鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM-R)、無(wú)線閉塞中心(RBC)三大模塊及其他地面設(shè)備組成。系統(tǒng)中任何一個(gè)環(huán)節(jié)存在異常大都會(huì)反映到列控車(chē)載設(shè)備上，表現(xiàn)為無(wú)線連接超時(shí)，而且因發(fā)生時(shí)機(jī)不同對(duì)列車(chē)的影響各不相同。概括起來(lái)有以下幾類:①絕大部分制動(dòng)10～20 s后自動(dòng)緩解;②少數(shù)制動(dòng)20～30 s后會(huì)降級(jí)為C2運(yùn)行;③低速下B7級(jí)制動(dòng)導(dǎo)致停車(chē);④極少數(shù)因交權(quán)流程取消等原因?qū)е碌木o急制動(dòng)停車(chē)。

1 故障定義

無(wú)線連接超時(shí)，是指CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)中，因無(wú)線鏈路異常，導(dǎo)致車(chē)載設(shè)備最新收到的無(wú)線消息的時(shí)間戳與其當(dāng)前時(shí)間的差大于參數(shù)T_NVCONTACT時(shí)，列控車(chē)載系統(tǒng)按照安全邏輯向車(chē)體輸出B7級(jí)制動(dòng)，影響動(dòng)車(chē)組正常運(yùn)行問(wèn)題的統(tǒng)稱。

對(duì)于無(wú)線連接超時(shí)故障，盡管采取了軟件升級(jí)、系統(tǒng)優(yōu)化等措施，但由于系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)要求高、涉及部門(mén)多等原因，這個(gè)問(wèn)題始終未能得到徹底、有效解決，長(zhǎng)期困擾系統(tǒng)維護(hù)人員。

2 故障原因

2.1 車(chē)載設(shè)備無(wú)線傳輸模塊工作不穩(wěn)定

車(chē)載設(shè)備無(wú)線傳輸模塊由MT電臺(tái)及電臺(tái)與ATP主機(jī)的專用接口模塊組成。接口模塊根據(jù)ATP設(shè)備型號(hào)不同而略有差異，如300S型為RIM模塊，300T型為 GCD+STU－V模塊，300H型為RTM模塊。車(chē)載無(wú)線傳輸模塊中MT電臺(tái)故障率較低，絕大多數(shù)是接口模塊軟件或硬件(含MT電臺(tái)天饋系統(tǒng))異常所致，其中軟件異常占絕大多數(shù)，而在軟件異常中絕大多數(shù)又發(fā)生在啟機(jī)自檢過(guò)程中，通常斷電重啟可以克服。

判斷車(chē)載設(shè)備是否正常的最有效標(biāo)準(zhǔn):ATP系統(tǒng)未經(jīng)斷電重啟的情況下，如果在后續(xù)交權(quán)區(qū)均發(fā)生無(wú)線連接超時(shí)，則判定為車(chē)載設(shè)備故障，否則為其他設(shè)備影響。主要依據(jù)是專用接口模塊不具備故障自恢復(fù)功能，必須經(jīng)過(guò)系統(tǒng)自檢通過(guò)后才能掛上總線，并實(shí)現(xiàn)通信控制功能。300T設(shè)備在每個(gè)交權(quán)區(qū)均發(fā)生無(wú)線連接超時(shí)后，同時(shí)降級(jí)為C2級(jí)運(yùn)行，前方站出站后轉(zhuǎn)入C3。

2.2 RBC設(shè)備工作異常

RBC系統(tǒng)作為CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的核心設(shè)備，其安全性、可靠性、可用性和可維護(hù)性等方面均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試，而且設(shè)備安裝所處環(huán)境良好，RBC通信接口單元故障的可能性較小。即使發(fā)生異常也會(huì)被RBC主機(jī)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并采取切換至冗余系統(tǒng)、宕機(jī)等措施排除故障，確保RBC系統(tǒng)安全平臺(tái)邏輯運(yùn)算和控制正確無(wú)誤，因此造成無(wú)線連接超時(shí)的概率非常小。

而因RBC主機(jī)問(wèn)題影響C3級(jí)列車(chē)正常運(yùn)行的情況，基本是因?yàn)?RBC主機(jī)發(fā)現(xiàn)與地面 IXL、TSRS等設(shè)備安全連接異常、RBC移交過(guò)程中發(fā)生的移交取消等特定場(chǎng)景、RBC數(shù)據(jù)配置與實(shí)際(如車(chē)號(hào)、地面基礎(chǔ)數(shù)據(jù))不符等，此時(shí)，軟件啟動(dòng)故障-安全機(jī)制，使RBC系統(tǒng)導(dǎo)向安全側(cè)。

2.3 GSM-R系統(tǒng)異常

GSM-R系統(tǒng)頻段:上行鏈路885～889 MHz，下行鏈路930～934 MHz，帶寬4MHz，與中國(guó)移動(dòng)共用EGSM頻段，而且采用頻率空間分割方式，由于部分地區(qū)清頻不徹底，移動(dòng)基站業(yè)務(wù)量大時(shí)會(huì)占用GSM-R頻點(diǎn)，造成網(wǎng)間同頻干擾。

而無(wú)線電波的傳播又受地形地貌、電磁環(huán)境、氣候條件、系統(tǒng)抗干擾能力等諸多因素影響。所以，GSM-R系統(tǒng)傳輸性能很大程度上決定了無(wú)線連接超時(shí)發(fā)生的概率，也是觸發(fā)車(chē)載ATP、地面RBC設(shè)備發(fā)起安全會(huì)話終止的主要原因。

3 故障分析

無(wú)線連接超時(shí)發(fā)生的原因復(fù)雜，應(yīng)從C3級(jí)列控系統(tǒng)的角度，采取車(chē)-網(wǎng)-地聯(lián)合分析的方法，以及信號(hào)、通信等各相關(guān)專業(yè)全力配合，共同查找故障點(diǎn)。除了300H型ATP設(shè)備具備鏈路層、傳輸層、安全層及網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量測(cè)量報(bào)告等通信底層數(shù)據(jù)記錄功能，其他300S、300T系統(tǒng)均沒(méi)有底層數(shù)據(jù)記錄功能，JRU及Dump數(shù)據(jù)也只分別記錄了應(yīng)用層無(wú)線消息和ATP系統(tǒng)自身的故障代碼。所以，從車(chē)載側(cè)分析故障原因，主要依據(jù)車(chē)載安全邏輯及后續(xù)交路運(yùn)行情況綜合判斷，車(chē)載數(shù)據(jù)提供的有效信息有限。

無(wú)線連接超時(shí)分析，要綜合ATP設(shè)備和RBC設(shè)備應(yīng)用層消息交互內(nèi)容和邏輯、消息發(fā)送和接收時(shí)延、時(shí)序，以及GSM-R系統(tǒng)Abis、A、PRI接口數(shù)據(jù)等一同進(jìn)行。常規(guī)分析流程如下。

1．判斷故障是否發(fā)生在RBC交權(quán)區(qū)，后續(xù)交路及交權(quán)區(qū)運(yùn)行是否正常。

2．車(chē)載及RBC設(shè)備有無(wú)故障代碼、異常燈顯等軟件、硬件問(wèn)題。此類問(wèn)題盡管發(fā)生概率較小，但判斷方法、實(shí)現(xiàn)途徑較為簡(jiǎn)便，可以在故障發(fā)生后最短時(shí)間內(nèi)及時(shí)進(jìn)行確認(rèn)。所以故障發(fā)生時(shí)，首先安排RBC工區(qū)值班人員觀察附近列車(chē)運(yùn)行情況，同時(shí)檢查故障發(fā)生位置對(duì)應(yīng)RBC設(shè)備硬件燈位顯示及工作狀態(tài)。其次，安排ATP工區(qū)人員撥打司機(jī)GSM-R手持機(jī)，請(qǐng)求司機(jī)確認(rèn)ATP電臺(tái)及接口模塊燈位顯示及工作狀態(tài)，如300S設(shè)備MT電臺(tái)SIM卡指示燈、NW網(wǎng)絡(luò)指示燈是否為紅燈，主備系RIM模塊燈位狀態(tài)是否一致。此方法受單司機(jī)值乘等因素影響，可以通過(guò)DMS系統(tǒng)盯控該車(chē)后續(xù)運(yùn)行情況判斷，在非特殊緊急情況下，不建議電務(wù)人員采用。再次，可以請(qǐng)求核心網(wǎng)工區(qū)結(jié)合GSM-R系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析。

3．通過(guò)RBC數(shù)據(jù)分析，判斷故障發(fā)生時(shí)應(yīng)用層無(wú)線消息是否按正常流程終止會(huì)話，以確定車(chē)載設(shè)備工作狀態(tài)，便于進(jìn)一步縮小故障范圍。由于下載RBC日志文件不受時(shí)間等其他條件制約，易于獲得，所以可以通過(guò)RBC記錄的車(chē)-地之間L4層日志進(jìn)行先期分析判斷。除發(fā)生在交權(quán)區(qū)和C3→C2等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的正常掛斷流程外，RBC發(fā)送的M24+P42消息是RBC設(shè)備要求車(chē)載啟動(dòng)正常掛斷流程的唯一方式。

應(yīng)用層會(huì)話正常掛掉流程規(guī)定:RBC收到ATP發(fā)送M156“通信會(huì)話結(jié)束”消息后，RBC認(rèn)為終止了其通信會(huì)話;ATP收到RBC回復(fù)M39“通信會(huì)話結(jié)束確認(rèn)”消息后，ATP認(rèn)為終止了其通信會(huì)話。

RBC對(duì)其“發(fā)送安全消息的頻率”和“再次發(fā)送消息前的確認(rèn)消息等待時(shí)間”分別設(shè)置定時(shí)器T_ALIVE(6s)和T_ACK(12 s)，當(dāng)定時(shí)器超時(shí)后還未收到車(chē)載回復(fù)的確認(rèn)消息，RBC將發(fā)送M24+P42消息要求車(chē)載斷開(kāi)通信會(huì)話。如果車(chē)載及時(shí)向RBC發(fā)送M156消息，說(shuō)明車(chē)載及時(shí)收到并正確處理了RBC發(fā)送的M24+P42消息，據(jù)此可以初步判斷車(chē)載ATP設(shè)備工作正常。

一個(gè)典型列子為:LKDR-S型RBC在配置時(shí)間內(nèi)(18 s)沒(méi)有收到車(chē)載對(duì)其發(fā)送M24+P65(M_ACK=1)消息的確認(rèn)消息M146，RBC觸發(fā)安全處理邏輯向車(chē)載發(fā)送M24+P42要求車(chē)載主動(dòng)斷開(kāi)與其通信會(huì)話?，F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)人員結(jié)合故障發(fā)生位置，判斷是否為應(yīng)用層啟動(dòng)正常掛斷流程，對(duì)排除信號(hào)設(shè)備異常尤其重要。接下來(lái)的工作需故障車(chē)體入庫(kù)后上車(chē)下載ATP數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相關(guān)檢查測(cè)試。

4．ATP及RBC聯(lián)合分析。通過(guò)比對(duì)車(chē)-地會(huì)話過(guò)程，分析是否存在應(yīng)用層消息丟失、重傳、失序、錯(cuò)發(fā)(確保最新收到的消息T_TRAIN參數(shù)不大于前一個(gè)消息的T_TRAIN參數(shù))等異常情況。

RBC數(shù)據(jù)記錄，16:34:53:734 RBC向ATP發(fā)送T_TRAIN=2125.8的M24無(wú)線消息，之后又發(fā)送了9條M24無(wú)線消息。與之對(duì)應(yīng)，ATP數(shù)據(jù)顯示記錄，16:34:55:0 ATP收到RBC發(fā)送的T_TRAIN=2125.8無(wú)線消息M24之后，再未收到RBC側(cè)的任何應(yīng)用層消息。按照RBC配置參數(shù)T_NVCONTACT=10，16:35:04:0車(chē)-地會(huì)話中斷10 s后，ATP向RBC發(fā)送“無(wú)線連接超時(shí)”錯(cuò)誤消息，并于1 s后輸出B7制動(dòng)。通過(guò)上述比對(duì)分析，本次無(wú)線連接超時(shí)，應(yīng)用層邏輯無(wú)異常。故障原因?yàn)橥ㄐ诺讓觽鬏敭惓?，?dǎo)致車(chē)-地通信會(huì)話過(guò)程中應(yīng)用層無(wú)線消息大量丟失所致。深入分析無(wú)線消息丟失的原因，就需要通信部門(mén)結(jié)合GSM-R系統(tǒng)各接口數(shù)據(jù)確定底層通信異常的原因。

5．信號(hào)人員也可結(jié)合GSM-R系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從PRI接口和Abis接口數(shù)據(jù)做初步分析，找出異常原因。

1)Abis接口位于基站收發(fā)信臺(tái)BTS與基站控制器BSC之間，主要記錄網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和電平、TA值等參數(shù)。數(shù)據(jù)分析主要關(guān)注質(zhì)量和電平指標(biāo)是否超出范圍。GSM-R網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量指標(biāo)規(guī)定:信號(hào)電平為－47～－98 dBm，－47 dBm質(zhì)量最好;通話質(zhì)量等級(jí)為0～7級(jí)，0級(jí)最好，大于5級(jí)將不能正常承載上層列控業(yè)務(wù)，導(dǎo)致“無(wú)線連接超時(shí)”。另外，可通過(guò)分析比對(duì)故障時(shí)段與正常時(shí)段TA值大小判斷是否存在網(wǎng)內(nèi)同頻干擾問(wèn)題。

2)PRI接口是移動(dòng)交換中心MSC與無(wú)線閉塞中心RBC之間的接口，主要記錄鏈路的建立、信息交互，釋放等過(guò)程。數(shù)據(jù)主要從以下4方面進(jìn)行分析:一是安全及通信連接建立、數(shù)據(jù)傳輸、連接釋放等過(guò)程和時(shí)序是否符合規(guī)范;二是鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、安全層各層間信令類型、傳輸時(shí)延、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是否與其他時(shí)段明顯不同，CRC校驗(yàn)是否正確;三是數(shù)據(jù)鏈路層I(信息幀)、S(監(jiān)控幀)、U(非數(shù)字幀)三類幀與其他各層幀類型對(duì)應(yīng)是否正確，是否存在 SREJ選擇性拒絕幀、DISC模式中斷幀等;四是車(chē)-地通信雙方I幀與S幀幀編號(hào)是否正確，故障發(fā)生前是否存在大量單方向重傳信息幀等。

車(chē)-地通信過(guò)程中存在諸多異常，如:鏈路層的I幀(信息幀)及RR幀(監(jiān)督幀)編號(hào)錯(cuò)誤;傳輸層出現(xiàn)丟幀及未知幀;安全層缺失AU1、AU3驗(yàn)證消息;應(yīng)用層RBC→ATP發(fā)送M32“系統(tǒng)確認(rèn)”消息前缺失 M155“通信會(huì)話開(kāi)始”消息;CRC校驗(yàn)多次錯(cuò)誤等，均是導(dǎo)致底層拆鏈的原因，即造成無(wú)線連接超時(shí)。

3)A接口為BSC與MSC之間的接口，主要是傳遞呼叫處理、移動(dòng)性管理、基站管理等功能，需要關(guān)注信令和小區(qū)切換是否正常。比對(duì)該區(qū)段歷史數(shù)據(jù)，分析是否存在切換失敗、切換位置發(fā)生明顯變化、2次切換間隔小于傳輸恢復(fù)時(shí)間(大于20 s)等情況。同時(shí)可結(jié)合Abis接口電平參數(shù)，分析主、從信號(hào)相差是否太小(小于6 dB)使切換提前，進(jìn)一步導(dǎo)致乒乓切換。另外，車(chē)速也是影響切換的因素之一。

4 故障應(yīng)急處理

C3級(jí)列控系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，車(chē)、地、無(wú)線通道、互聯(lián)互通等任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，大部分以“無(wú)線連接超時(shí)”故障反映出來(lái)，所以“無(wú)線連接超時(shí)”故障應(yīng)急及分析處理存在很大難度。筆者結(jié)合多年來(lái)維護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)和對(duì)各型ATP設(shè)備原理、設(shè)備規(guī)范的學(xué)習(xí)，提出以下幾點(diǎn)建議僅供參考。

1．對(duì)于運(yùn)行途中非交權(quán)區(qū)發(fā)生的1次無(wú)線連接超時(shí)，很大可能是外部干擾或網(wǎng)內(nèi)同頻干擾所致，ATP專業(yè)應(yīng)做好后續(xù)交路盯控。

2．對(duì)于長(zhǎng)大交路中的少數(shù)幾次非連續(xù)無(wú)線連接超時(shí)，原因及應(yīng)急措施同上。

3．同一地點(diǎn)附近(3～3.5 km)多趟列車(chē)發(fā)生無(wú)線連接超時(shí)，重點(diǎn)檢查基站硬件或監(jiān)測(cè)附近外網(wǎng)干擾。

4．一定時(shí)期內(nèi)線路交匯處及樞紐地區(qū)多次發(fā)生無(wú)線鏈接超時(shí)，主要考慮新線引入導(dǎo)致的基站覆蓋變化、網(wǎng)內(nèi)干擾等方面存在問(wèn)題，ATP專業(yè)應(yīng)主動(dòng)了解該地區(qū)鐵路建設(shè)情況，并積極向上級(jí)部門(mén)匯報(bào)，請(qǐng)求協(xié)調(diào)處理。

5．運(yùn)行途中所有交權(quán)區(qū)均發(fā)生無(wú)線連接超時(shí)，基本可以判定為車(chē)載電臺(tái)1系故障或該系電臺(tái)接口模塊啟機(jī)失敗(軟件BUG)，即單電臺(tái)交權(quán)故障。建議司機(jī)在條件允許時(shí)重啟ATP系統(tǒng)。

此類故障發(fā)生時(shí)，ATP專業(yè)須待車(chē)入庫(kù)后重點(diǎn)檢查測(cè)試，主要檢查接口模塊硬件和電臺(tái)天饋線是否異常。檢查步驟如下:啟機(jī)及呼叫試驗(yàn)、下載數(shù)據(jù)分析故障代碼、測(cè)試對(duì)應(yīng)電臺(tái)天線駐波比、登頂檢查天線外觀、打開(kāi)車(chē)頂天線檢查饋線連接情況、測(cè)試饋線衰耗、檢查車(chē)體饋線出線口密封情況及天線安裝平臺(tái)內(nèi)部是否有銹跡(防止車(chē)體內(nèi)部熱空氣進(jìn)入密閉空間形成冷凝水，引起功率損失)等，逐步定位故障點(diǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

從現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)管理角度出發(fā)，對(duì)“無(wú)線連接超時(shí)”故障的定義、成因、判斷要點(diǎn)和流程、故障應(yīng)急處理等方面進(jìn)行分析;從列控車(chē)載設(shè)備、傳輸通道、列控地面設(shè)備三個(gè)通信相關(guān)方分別進(jìn)行了故障概率研判和數(shù)據(jù)分析知識(shí)點(diǎn)歸納。藉此拋磚引玉，給現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、通信專業(yè)大量新入職的干部職工提供一種分析判斷方法，并幫助其開(kāi)闊思路。

［1］中國(guó)人民共和國(guó)鐵道部．運(yùn)基信號(hào)［2010］224號(hào)．CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)無(wú)線功能接口規(guī)范(V1．0)［S］．2010．

［2］韓斌杰．GSM原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化［M］．(第2版)北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009．

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