戴正航

GSM－R是國際鐵路聯(lián)盟 （UIC）和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會 （ETSI）專為歐洲鐵路無線移動(dòng)通信開發(fā)的數(shù)字鐵路通信系統(tǒng)，中國鐵路在分別采用北電、華為、西門子公司的GSM－R系統(tǒng)建立試驗(yàn)段后，已經(jīng)開始在全國主要客運(yùn)專線上大規(guī)模地部署。GSM－R作為專門為鐵路設(shè)計(jì)的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，能夠提供各種鐵路所需的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時(shí)還可以作為CTCS－3級列控系統(tǒng) （簡稱C3）的傳輸平臺，承載用于列車自動(dòng)控制的車－地雙向調(diào)度指揮信息的傳輸。為了保證列車的安全運(yùn)行，需要對C3及其承載網(wǎng)絡(luò)的性能進(jìn)行監(jiān)測和分析。

1 CTCS－3級列控主要技術(shù)指標(biāo)及測試方法

裝備了C3車載列控設(shè)備的列車，在由無線閉塞中心 （RBC）控制的、并且裝備了應(yīng)答器和發(fā)生器的線路上運(yùn)行。車－地之間的雙向信息通信由GSM－R提供傳輸通道，由應(yīng)答器提供列車定位信息，地面設(shè)備完成列車完整性檢查。RBC通過GSM－R連續(xù)傳送行車控制命令，車－地間可雙向通信；在點(diǎn)式設(shè)備的配合下，車載設(shè)備對列車運(yùn)行速度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，并實(shí)時(shí)上報(bào)。因此C3車－地通信鏈路的可靠性，直接關(guān)系到行車的安全。對車－地通信鏈路的關(guān)鍵指標(biāo) （KPI）統(tǒng)計(jì)也應(yīng)該是監(jiān)測的重點(diǎn)。

1.G網(wǎng)基本KPI：車載臺呼叫建立時(shí)延、固定臺呼叫建立時(shí)延、呼叫成功率、車載臺切換成功率等。

2.C3車－地通信基本KPI：通信會話 （嘗試）的次數(shù)、通信成功次數(shù)、通信鏈路失敗率、C3車－地通信鏈路的建立時(shí)延、C3會話時(shí)長、車載C3設(shè)備及電話號碼呼叫分布等。

3.行車許可 （MA）的KPI統(tǒng)計(jì)：MA次數(shù)、每次MA的起始時(shí)間、MA環(huán)路時(shí)延、MA狀態(tài)（成功/失?。⑾鄳?yīng)應(yīng)答器組編號、車載設(shè)備標(biāo)識（RBC標(biāo)識、車次號等）。

4.RBC切換分析及統(tǒng)計(jì)。

在當(dāng)前的鐵路通信系統(tǒng)測試中，這些指標(biāo)大多數(shù)是通過主動(dòng)測試得到的。即測試者通過撥打測試（如路測設(shè)備、QoS質(zhì)量測試儀），模擬正常的GSM－R移動(dòng)終端或固定臺的呼叫。這種 “直接驗(yàn)證”法，主要用于網(wǎng)絡(luò)開通之前的網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)收測試。優(yōu)點(diǎn)是方法直觀，且能驗(yàn)證某個(gè)特定位置的呼叫質(zhì)量。但該方法并不適用于網(wǎng)絡(luò)開通后的運(yùn)維和安全監(jiān)督。因?yàn)榇罅康臏y試呼叫會干擾正常的鐵路業(yè)務(wù) （列控/調(diào)度）。即使這種測試是在列車運(yùn)行的 “天窗”期（如凌晨幾個(gè)小時(shí)內(nèi)）進(jìn)行，也不能完全模擬正常的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境?！疤齑啊逼诘木W(wǎng)絡(luò)狀況，如話務(wù)量、信令量、呼叫分布及外部/內(nèi)部的干擾程度與正常工作時(shí)段差別很大。

因此，在日常的維護(hù)測試中，需要采用被動(dòng)方式監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，尤其是對接入網(wǎng)及核心網(wǎng)的信令監(jiān)測。由于監(jiān)測模式不會影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此通過監(jiān)測數(shù)據(jù)得到網(wǎng)絡(luò)的主要KPI是網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的必要手段。

2 實(shí)際測試過程及數(shù)據(jù)分析

以信令分析設(shè)備Nexus8635為例，對GSM－R及C3列控的一些常用KPI進(jìn)行分析。分析GSMR的KPI，是因?yàn)镃3列控指令在移動(dòng)側(cè)是承載在GSM－R無線接入網(wǎng)及核心網(wǎng)用戶信道上。GSM－R尤其是其無線接入網(wǎng)的性能會直接影響列控性能。在GSM－R的KPI中，重點(diǎn)是呼叫建立時(shí)延，即從起呼指令到連接確認(rèn)之間的時(shí)間。測試原理就是找到這2條消息的時(shí)標(biāo)，將其相減得到時(shí)延，GSMR要求該時(shí)延小于5s。但在真實(shí)測試場景中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可能有幾十個(gè)甚至上百個(gè)呼叫同時(shí)進(jìn)行，需要將分屬于同一個(gè)呼叫的2條消息關(guān)聯(lián)起來，分別計(jì)算每個(gè)呼叫的建立時(shí)延，再對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均即得到KPI。為了同步計(jì)算多個(gè)呼叫的呼叫時(shí)延，連接請求 （Connect Request）消息和連接確認(rèn)（Connect Confirm）消息的關(guān)聯(lián)因素有：OPC （起始信令點(diǎn)）、DPC （目的信令點(diǎn)）、DLR/SLR （目的地/起始地本地參考）、起呼時(shí)間、主被叫號碼等。呼叫時(shí)延的統(tǒng)計(jì) （平均值、最大值、最小值）如圖1所示。

圖1 呼叫時(shí)延統(tǒng)計(jì)

C3列控有關(guān)的協(xié)議主要有X.224，ETCS和EDSS1。其中，EDSS1即是標(biāo)準(zhǔn)的ISDN協(xié)議，是PRI接口的信令協(xié)議。EDSS1協(xié)議很成熟，參數(shù)和統(tǒng)計(jì)方式很簡單。而X.224和ETCS層的消息是PRI接口上用戶面的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，主要KPI如下。

1.車－地通信會話的次數(shù) B。對 ETCS（CTCS）層的 “車－地通信會話開始”消息 （列控消息標(biāo)識號：155）進(jìn)行計(jì)數(shù)，并對每一個(gè)建立連接的C3車載設(shè)備分別統(tǒng)計(jì)。

2.車－地通信成功次數(shù)A。對ETCS子層中的“通信會話已建立”消息 （列控消息標(biāo)識號：159）進(jìn)行計(jì)數(shù)，并對每一個(gè)已經(jīng)建立連接的C3車載設(shè)備分別統(tǒng)計(jì)。

3.車－地通信鏈路失敗率C。通過上述A，B值得到：C＝ （1－A/B）×100%。

4.車－地通信鏈路的建立時(shí)延。消息 “車－地通信會話開始”與消息 “通信會話已建立”之間的時(shí)間差。通常需要統(tǒng)計(jì)其平均值、最大值和最小值。實(shí)現(xiàn)方式是通過C3車載設(shè)備標(biāo)識號 （NID＿ENGINE）將同一個(gè)會話中的這2條消息關(guān)聯(lián)，即可計(jì)算每一次會話的建立時(shí)延，再將計(jì)算出的時(shí)延進(jìn)行計(jì)算，得到平均值、最大值和最小值，還可對時(shí)延超時(shí)的會話進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

圖2是通過Nexus 8635對PRI接口監(jiān)測后得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，從中可以看出上述4項(xiàng)重要指標(biāo)，同時(shí)可以得到所有與RBC建立連接的車載設(shè)備號。

圖2 C3列控通信鏈路基本KPI

在CTCS－3級列控系統(tǒng)中，所有列車會經(jīng)一定的時(shí)間間隔，自動(dòng)向RBC報(bào)道自身的位置和行進(jìn)方向，列車的運(yùn)行也通過RBC被實(shí)時(shí)監(jiān)控。運(yùn)行的授權(quán)、速度和開放進(jìn)路等信息都通過GSM－R傳輸。應(yīng)答器被用作被動(dòng)定位信號站或者電子標(biāo)識。在2個(gè)定位信號站之間，列車通過感應(yīng)器來判斷自身的位置，定位信號站作為參考來矯正距離錯(cuò)誤。車載計(jì)算機(jī)不斷地監(jiān)控傳輸過來的數(shù)據(jù)，并且控制機(jī)車不要超速。行車許可 （MA）是列控消息中極其重要的指令，包含列車運(yùn)行的距離、速度、允許列車到達(dá)的最遠(yuǎn)位置及相關(guān)線路數(shù)據(jù)等信息。當(dāng)列車收到應(yīng)答器信息后，車載向RBC發(fā)送MA請求，RBC收到該請求后作出回應(yīng)。從列車發(fā)出MA請求到收到響應(yīng)，這之間的時(shí)間稱為行車許可環(huán)回時(shí)間 （MA RTT）。如果環(huán)回時(shí)間過長，則為MA請求將超時(shí)，將請求重發(fā)；如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)始終未收到RBC的MA，列車將降速、停車或切換至低一級的列控模式。每一次車－地之間的通信會話都包含至少幾十次的MA消息傳送，也為列控信息分析儀對MA的KPI進(jìn)行監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)提供了可能，如圖3所示。

圖3 C3行車許可統(tǒng)計(jì)

當(dāng)系統(tǒng)中存在多個(gè)RBC時(shí)，列車的行車過程必然會涉及到RBC切換。當(dāng)列車收到RBC1的控制時(shí)，根據(jù)RBC1提供的行車許可運(yùn)行。當(dāng)RBC1從RBC2獲得進(jìn)路信息，生成延伸到RBC2管轄范圍的行車許可，同時(shí)RBC1命令另一個(gè)GSM－R車載電臺呼叫RBC2，與RBC2建立通信；列車尾部通過切換應(yīng)答器后，列車收到RBC2的控制，終止與RBC1的通信，完成RBC切換，并根據(jù)RBC2提供的行車許可運(yùn)行。

通過 Nexus 8635，可以得到RBC切換的詳細(xì)流程圖和信息解碼，并得到切換時(shí)的各個(gè)列控參數(shù)和列車狀態(tài)，即切換起始時(shí)間和位置、切換完成時(shí)間和位置、切換成功率、切換完成時(shí)長等。

3 小結(jié)

在G網(wǎng)及C3系統(tǒng)的日常維護(hù)測試中，應(yīng)采用被動(dòng)方式監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，尤其是接入網(wǎng)及核心網(wǎng)的信令監(jiān)測，可通過信令分析設(shè)備Nexus8635對網(wǎng)絡(luò)的KPI參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，而且采用監(jiān)測模式，不會影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。由于采集的是現(xiàn)網(wǎng)中真實(shí)用戶的呼叫數(shù)據(jù)，且樣本數(shù)量很大，因此得到的KPI指標(biāo)更能反映網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)情況。

［1］ 蔣文怡，鐘章隊(duì).CTCS－3級列控系統(tǒng)無線通信網(wǎng)絡(luò)綜合監(jiān)測技術(shù)的研究［J］.鐵道通信信號，2010（10）.