李 竑 上海鐵路局電務(wù)處

GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的研究

李 竑 上海鐵路局電務(wù)處

目前常用的一些GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維子系統(tǒng)，多偏重于自身環(huán)節(jié)的故障處理，系統(tǒng)間缺乏聯(lián)動(dòng)，其功能離完整、全面地提供GSM-R系統(tǒng)維護(hù)、管理的技術(shù)支撐需求還有相當(dāng)?shù)木嚯x。GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主要從大數(shù)據(jù)技術(shù)角度將GSM-R網(wǎng)絡(luò)各運(yùn)維子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和深度挖掘，可對(duì)C3無(wú)線連接超時(shí)故障進(jìn)行自動(dòng)分析，并對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用質(zhì)量進(jìn)行趨勢(shì)分析，為全面掌控GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況提供有效的技術(shù)支撐手段。

GSM-R網(wǎng)絡(luò)；C3無(wú)線連接超時(shí)；自動(dòng)分析；大數(shù)據(jù)技術(shù)

自GSM-R系統(tǒng)開(kāi)通運(yùn)用至今，維護(hù)單位已經(jīng)陸續(xù)具備了多種GSM-R系統(tǒng)的運(yùn)行支持手段，涵蓋了GSM-R網(wǎng)絡(luò)管理、接口監(jiān)測(cè)、無(wú)線覆蓋等方面。這些系統(tǒng)從GSM-R網(wǎng)絡(luò)不同的環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，提供GSM-R系統(tǒng)維護(hù)所需的統(tǒng)計(jì)、故障排查、性能監(jiān)測(cè)等手段。但普遍存在系統(tǒng)間缺乏聯(lián)動(dòng)、系統(tǒng)缺乏自動(dòng)分析能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)偏重于故障處理和性能監(jiān)測(cè)等問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，就需要建立一個(gè)綜合的GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)能將各種相對(duì)獨(dú)立的GSM-R運(yùn)維系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，將GSM-R網(wǎng)絡(luò)的性能數(shù)據(jù)、接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、無(wú)線覆蓋數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、地理信息（GIS）數(shù)據(jù)等進(jìn)行統(tǒng)一分析處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)深度挖掘，提高數(shù)據(jù)利用效率，提供對(duì)數(shù)據(jù)的匯總分析和趨勢(shì)分析，在實(shí)現(xiàn)C3無(wú)線連接超時(shí)業(yè)務(wù)故障快速診斷及原因分析的基礎(chǔ)上，對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量變化發(fā)展趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)預(yù)判，以提升GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量和維護(hù)管理水平。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 軟件架構(gòu)

系統(tǒng)軟件架構(gòu)主要分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)聚合、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)等四個(gè)功能部分，如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集：系統(tǒng)自身沒(méi)有數(shù)據(jù)錄入的需要，其數(shù)據(jù)全部來(lái)自各類專業(yè)子系統(tǒng)，可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行對(duì)接采集所需數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)聚合：采集到的數(shù)據(jù)主要有結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化兩種類別。系統(tǒng)可分別對(duì)兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成系統(tǒng)可用的數(shù)據(jù)源。

數(shù)據(jù)挖掘：系統(tǒng)采用物理存儲(chǔ)與業(yè)務(wù)邏輯分別處理的方式，運(yùn)用大數(shù)據(jù)手段將數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)邏輯層單獨(dú)處理，處理后的數(shù)據(jù)可用于系統(tǒng)呈現(xiàn)及輸出。

數(shù)據(jù)呈現(xiàn)：將最終數(shù)據(jù)以統(tǒng)計(jì)分析、結(jié)果輸出等形式實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

圖1 GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)軟件架構(gòu)

1.2 數(shù)據(jù)處理架構(gòu)

GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)作為GSM-R網(wǎng)絡(luò)的綜合運(yùn)維管理分析系統(tǒng)，可以將現(xiàn)有的GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維相關(guān)數(shù)據(jù)接入到平臺(tái)中，包括GSM-R接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、動(dòng)車綜合檢測(cè)系統(tǒng)、GSM-R設(shè)備網(wǎng)管系統(tǒng)、GSM-R無(wú)線路測(cè)系統(tǒng)、列控設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

因接入的系統(tǒng)較多、數(shù)據(jù)格式復(fù)雜（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)深層次運(yùn)用及系統(tǒng)智能化分析等因素，所以系統(tǒng)采用了大數(shù)據(jù)處理技術(shù)。數(shù)據(jù)處理架構(gòu)如圖2所示。

圖2 GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理架構(gòu)

2 C3無(wú)線連接超時(shí)自動(dòng)分析

C3列控車地信息傳送是目前GSM-R網(wǎng)絡(luò)承載的最重要一項(xiàng)業(yè)務(wù)，由于C3無(wú)線連接超時(shí)可能會(huì)引起C3降級(jí)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致列車停車從而對(duì)正常的列車運(yùn)行秩序造成影響，所以C3無(wú)線連接超時(shí)分析需要及時(shí)、快速、準(zhǔn)確。上海局是高鐵大局，每天上線運(yùn)行的動(dòng)車組非常多，因此，C3無(wú)線連接超時(shí)分析是目前各級(jí)GSM-R維護(hù)人員最為重視，也是最為繁重的一項(xiàng)工作。下文主要對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的C3無(wú)線連接超時(shí)自動(dòng)分析功能進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

2.1 C3無(wú)線連接超時(shí)基本概念

C3無(wú)線連接超時(shí)是指車（ATP）或地（RBC）在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有接收到對(duì)方發(fā)送的應(yīng)用層數(shù)據(jù)。在C3系統(tǒng)的ATP、RBC中定時(shí)器T_NVCONTACT設(shè)置了2個(gè)C3應(yīng)用層數(shù)據(jù)包正確接收的時(shí)間參數(shù)，目前該定時(shí)器設(shè)置為20 s。

C3無(wú)線連接超時(shí)引起的降級(jí)故障是指列車采用C3系統(tǒng)控制列車運(yùn)行時(shí)，由于RBC與OBC之間無(wú)線連接超時(shí)使得列車在速度降低到C2系統(tǒng)允許的運(yùn)行速度后自動(dòng)轉(zhuǎn)換到C2系統(tǒng)運(yùn)行。

2.2 C3無(wú)線連接超時(shí)原因分類

C3無(wú)線連接超時(shí)原因主要分為三類：通信原因、信號(hào)原因和不明原因，這三種類型的原因又可根據(jù)具體故障原因進(jìn)行細(xì)分，常見(jiàn)的原因分類如表1所示。

表1 常見(jiàn)故障原因分類

2.3 C3無(wú)線連接超時(shí)自動(dòng)分析

通過(guò)對(duì)大量C3降級(jí)故障案例的研究分析，同時(shí)吸取維護(hù)人員積累的分析經(jīng)驗(yàn)，在總結(jié)C3降級(jí)故障類別判斷關(guān)鍵點(diǎn)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)確定了C3無(wú)線連接超時(shí)自動(dòng)分析的流程（如圖3所示）。

圖3 C3無(wú)線連接超時(shí)自動(dòng)分析流程圖

2.3.1 理清拆鏈流程

判斷首先發(fā)起拆鏈的單元和網(wǎng)絡(luò)連接釋放時(shí)的原因值，這是判斷降級(jí)故障歸屬和原因的重要參考。比如，若是 BSC 或 MSC首先發(fā)起的拆鏈，那么極有可能是通信網(wǎng)絡(luò)方面的原因?qū)е碌慕导?jí)；若是 RBC應(yīng)用層發(fā)起的拆鏈，那么降級(jí)的主要原因就首先考慮在 RBC方面。

2.3.2 檢查 GSM-R網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)

（1）檢查連接釋放前 Abis接口信令流程和上下行話音質(zhì)量、電平值。

（2）檢查信令流程以判斷是否有未完成的切換，判斷是否因 T3103超時(shí)或 RLT超時(shí)引起掉話。

（3）通過(guò)讀取降級(jí)前的測(cè)量報(bào)告判斷上下行話音質(zhì)量和電平值是否發(fā)生劣化，判斷是否因無(wú)線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量或ATP異常引起掉話。

2.3.3 檢查列控用戶數(shù)據(jù)傳輸情況

重點(diǎn)查看PRI接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否有以下現(xiàn)象：

（1）判斷連接斷開(kāi)前，PRI接口持續(xù) 5 s以上各層均無(wú)任何數(shù)據(jù)交互。

（2）判斷降級(jí)發(fā)生時(shí)的車地通信場(chǎng)景，比如是否處于RBC交權(quán)區(qū)。

（3）判斷是否有OBU或RBC不響應(yīng)對(duì)端應(yīng)用層消息的情況。

（4）判斷鏈路層上下行鏈路是否可達(dá)，是否有標(biāo)志通信異常的數(shù)據(jù)類型。

2.3.4 綜合GSM-R網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和列控用戶車地通信情況判斷C3降級(jí)故障類型

（1）若是因?yàn)橥ㄐ胚B接質(zhì)量差導(dǎo)致 RLT超時(shí)或切換時(shí)T3103超時(shí)引起的車地通信中斷，或 MSC/BSC設(shè)備故障引起連接異常釋放，判為通信原因。

（2）若通信連接質(zhì)量良好，由于列控系統(tǒng)用戶層，EuroRadio安全層、傳輸層或鏈路層出現(xiàn)不符合協(xié)議規(guī)范的異常，從而發(fā)起連接釋放，判為信號(hào)原因。

（3）對(duì)于三個(gè)接口均未發(fā)現(xiàn)異常,不能確定是列控系統(tǒng)車載端、地面端或GSM-R網(wǎng)絡(luò)中某一方原因的情況，在本文的研究中暫時(shí)將其歸為“不明原因”類。

3 GSM-R網(wǎng)絡(luò)綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)

除了對(duì)C3無(wú)線連接超時(shí)進(jìn)行自動(dòng)分析，GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)還可根據(jù)維護(hù)管理需要，通過(guò)采集大量的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)的分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量趨勢(shì)分析。

該平臺(tái)通過(guò)采用分層次的評(píng)估體系以達(dá)到簡(jiǎn)化無(wú)線通信系統(tǒng)評(píng)估復(fù)雜度的目的。根據(jù) GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)C3列控系統(tǒng)影響的不同層面，將評(píng)估體系分為系統(tǒng)層評(píng)估、業(yè)務(wù)層評(píng)估及資源層評(píng)估。其中對(duì) GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)RAMS指標(biāo)的評(píng)估稱為系統(tǒng)層評(píng)估，對(duì) GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)其所承載業(yè)務(wù)的影響的評(píng)估稱為業(yè)務(wù)層評(píng)估，對(duì) GSMR無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的基本通信能力的評(píng)估稱為資源層評(píng)估。

GSM-R網(wǎng)絡(luò)綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)方法由兩部分組成，一部分是基于歷史數(shù)據(jù)的分析，另一部分是計(jì)算基于指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的分析，最后通過(guò)加權(quán)求處理得到綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果。主要算法流程如圖4所示。

圖4 GSM-R網(wǎng)絡(luò)綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)流程圖

4 總結(jié)

GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將GSM-R系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源、網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)、接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、無(wú)線覆蓋及干擾數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、地理信息（GIS）數(shù)據(jù)等進(jìn)行統(tǒng)一分析處理，建立了GSM-R系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)間的相互關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了C3無(wú)線連接超時(shí)故障快速智能診斷及原因分析，提高GSM-R系統(tǒng)業(yè)務(wù)運(yùn)用質(zhì)量；系統(tǒng)還可對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)綜合質(zhì)量進(jìn)行客觀綜合評(píng)價(jià)。該系統(tǒng)自2016年3月起部署應(yīng)用以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定，界面簡(jiǎn)潔友好。維護(hù)人員通過(guò)使用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能分析，C3無(wú)線連接超時(shí)自動(dòng)分析，報(bào)表生成與管理，接口信令回溯等功能，能有效提升GSM-R網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和C3無(wú)線連接超時(shí)分析工作的效率，對(duì)加強(qiáng)GSM-R網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)管理工作，提升GSM-R網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理水平和運(yùn)行質(zhì)量有著很好的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

[1]鐵道部科學(xué)技術(shù)司，鐵道部運(yùn)輸局.CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)總體技術(shù)方案. 2008.

[2]鐵道部科學(xué)技術(shù)司，鐵道部運(yùn)輸局.2009.CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)與GSMR網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接口規(guī)范.

[3]鐵路通信技術(shù)中心.王買智.《C3通信超時(shí)分析方法的研究》

[4]《GSM-R綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)》.

責(zé)任編輯：許耀元

來(lái)稿日期：2016-11-08