管文軍，梁立濤，馬雪燕

CTCS-3級列控系統(tǒng)車載設(shè)備通過GSM-R無線網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)與無線閉塞中心RBC的信息交互,控制列車安全運(yùn)行。針對當(dāng)前無線通信超時發(fā)生率較高,故障分析與定位困難,嚴(yán)重影響動車組運(yùn)輸組織和效率等問題,本文建立了一套無線通信超時故障處理與數(shù)據(jù)分析流程,以期提高車載無線通信系統(tǒng)的維護(hù)效率。

1 車載無線通信系統(tǒng)

車載無線通信系統(tǒng)示意見圖1,主要包括車載無線控制單元、GSM-R無線通信單元和GSM-R天線。車載無線控制單元負(fù)責(zé)處理無線安全數(shù)據(jù),并對無線傳輸通道進(jìn)行加、解密；GSM-R無線通信單元對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制解調(diào),實(shí)現(xiàn)信息的雙向傳輸,包括電源模塊、電臺模塊及記錄模塊等；GSM-R天線位于動車組車體頂部,是車載設(shè)備無線通信的收發(fā)器［1］。

圖1 車載無線通信系統(tǒng)示意

無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)是分析無線通信問題的主要依據(jù),包括車載無線通信數(shù)據(jù)和地面無線通信數(shù)據(jù)。無線通信系統(tǒng)接口分布示意見圖2。

圖2 無線通信系統(tǒng)接口分布

2 無線通信超時判斷邏輯

CTCS-3級無線通信超時是指車載設(shè)備與地面設(shè)備在規(guī)定的時間內(nèi),沒有收到對方發(fā)送的應(yīng)用層消息。規(guī)定時間是由無線報(bào)文Packet-3（配置參數(shù)信息包）中的T_NVCONTACT（無新的安全消息最大時間）變量定義的,一般線路定義為20 s。當(dāng)車地?zé)o安全連接時間超過T_NVCONTACT定義時間時,DMI提示無線通信超時制動,車載設(shè)備輸出最大常用制動。在制動過程中車載主控單元控制電臺最多嘗試3次呼叫RBC設(shè)備以建立連接。

無線通信超時邏輯優(yōu)化前,列車制動至CTCS-2級允許速度以下,DMI即提示降級C2。為了增加車載電臺與RBC成功建立連接的概率,降低降級C2的概率,無線通信超時邏輯增加了制動時間和列車降至最低速度的判斷。當(dāng)列車制動時間大于40 s或當(dāng)前速度小于50 km/h時,DMI提示降級C2,司機(jī)確認(rèn)后車載設(shè)備轉(zhuǎn)入C2等級,同時制動緩解。列車速度小于50 km/h即提示轉(zhuǎn)入C2等級,能夠有效減少因無線通信超時導(dǎo)致的制動停車次數(shù)。優(yōu)化后的邏輯能夠有效降低無線通信超時故障對350 km/h鐵路線路運(yùn)輸秩序和生產(chǎn)效率的影響［2-4］。

3 無線通信超時故障處理與數(shù)據(jù)分析

3.1 無線通信超時故障處理流程

對于車載設(shè)備維護(hù)人員來說,標(biāo)準(zhǔn)的無線通信超時處理流程能夠有效提高維護(hù)質(zhì)量和效率。通過DMS監(jiān)測報(bào)警信息或是接收到無線通信超時反饋信息后,需聯(lián)系通信段G網(wǎng)中心、空口監(jiān)測廠家實(shí)時下載無線接口數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析,待動車組入庫后下載車載數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。無線通信超時故障處理流程見圖3。

圖3 無線通信超時故障處理流程

3.2 無線通信超時數(shù)據(jù)分析流程

通過故障數(shù)據(jù)對故障點(diǎn)進(jìn)行分析定位,是故障處理流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是維護(hù)的難點(diǎn)。對于無線通信系統(tǒng),單獨(dú)的數(shù)據(jù)往往還不夠,需要進(jìn)行綜合的閉環(huán)分析才能最終定位故障點(diǎn)。當(dāng)車載主控單元數(shù)據(jù)、車載無線控制單元數(shù)據(jù)、GSM-R無線通信單元數(shù)據(jù),以及Igsm-r、Um、A、Abis、PRI等接口數(shù)據(jù)齊全時,無線通信超時基本分析流程［5］如下。

1）分析車載主控單元數(shù)據(jù)、車載無線控制單元數(shù)據(jù)、GSM-R無線通信單元數(shù)據(jù)等,確認(rèn)車載側(cè)是否記錄相應(yīng)硬件故障代碼,車載無線控制單元運(yùn)行是否正常,電臺網(wǎng)絡(luò)注冊是否穩(wěn)定,是否按規(guī)定發(fā)送和接收相應(yīng)數(shù)據(jù)包等。

2）分析Igsm-r接口數(shù)據(jù),根據(jù)AT命令判斷車載無線控制單元和電臺之間信息交互是否存在異常。

3）分析Um接口、Abis接口,判斷基站與電臺是否按周期發(fā)送系統(tǒng)消息,電臺是否按周期上報(bào)測量報(bào)告,電臺測量的鄰區(qū)電平是否正常,判斷故障時的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是否正常,是否存在網(wǎng)絡(luò)干擾。

4）分析Igsm-r接口、Um接口、Abis接口、A接口、PRI接口拆鏈方向和拆鏈原因,判斷拆鏈發(fā)起方,根據(jù)拆鏈原因分析故障可能原因。

5）分析Abis接口、A接口的信令交互過程,查看故障時刻是否發(fā)生在小區(qū)切換過程中,小區(qū)切換過程是否正常,小區(qū)切換后上下行指標(biāo)是否正常,有無小區(qū)回切等情況。

6）分析Um接口、PRI接口數(shù)據(jù)幀的交互過程,查看車地雙方是否按規(guī)定發(fā)送和正常收到相應(yīng)的幀類型和數(shù)據(jù)包,是否存在數(shù)據(jù)幀長度異常、時鐘同步失敗、CRC漏檢等,最終定位超時原因。

4 無線通信超時分類

根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果和維護(hù)經(jīng)驗(yàn),將無線通信超時故障按發(fā)生部位進(jìn)行分類。不同車型車載無線通信設(shè)備雖然名稱和組成略有不同,但基本功能和控制邏輯通用。將300T、300S、300H型車載設(shè)備使用的電臺分SAGEM電臺和FWK電臺2種,功能和邏輯基本一致,本文分析的典型故障2種電臺均適用。

4.1 車載無線控制單元故障

由于300T、300S、300H型車載設(shè)備無線控制單元在硬件設(shè)計(jì)上有差異,模塊故障的影響也不同,故在故障發(fā)生時,需根據(jù)報(bào)警信息故障代碼更換相應(yīng)的模塊。

300T型車載無線控制單元STU為非冗余設(shè)計(jì),STU故障時會導(dǎo)致列車無法以CTCS-3等級運(yùn)行。

300S型車載無線控制單元RIM分為主RIM-N和備RIM-R,300H型車載無線控制單元RTM分為RTM 1和RTM 2,當(dāng)且僅當(dāng)2個RIM模塊或RTM模塊故障時,才會導(dǎo)致列車無法以CTCS-3等級運(yùn)行,其中1系故障時會導(dǎo)致列車單電臺過RBC交權(quán)區(qū)。

4.2 GSM-R無線通信單元故障

GSM-R無線通信單元的2個移動終端電臺MT經(jīng)過RBC交權(quán)區(qū)時交替使用,其中1個電臺故障會導(dǎo)致單電臺過交權(quán)區(qū)［6］。

4.2.1 電臺異常重啟

列車運(yùn)行中車載電臺異常重啟時,車載主控單元數(shù)據(jù)記錄為車地信息交互突然中斷,電臺數(shù)據(jù)記錄為“AT Command：SAGEM MRM GPRM 1：BOOTING/r/n”,“BOOTING”出現(xiàn)在剛啟機(jī)過程中屬正常情況,如果在運(yùn)行過程中出現(xiàn)說明電臺異常重啟。故障時刻ATP→MT發(fā)送的數(shù)據(jù)幀在Igsm-r接口數(shù)據(jù)和Um接口數(shù)據(jù)中無法對應(yīng),說明數(shù)據(jù)幀經(jīng)過電臺后未發(fā)送成功。Abis接口測量報(bào)告記錄上行通信質(zhì)量降至7,上行電平值降至-110 dBm,表示上行方向（車到地為上行方向,反之為下行方向）電臺發(fā)送信號強(qiáng)度最低,通信質(zhì)量最差［7］。列車運(yùn)行中發(fā)生電臺異常重啟屬于軟件運(yùn)行異常,需要通過軟件升級解決。

4.2.2 電臺發(fā)送信號強(qiáng)度異常

電臺發(fā)送信號強(qiáng)度由通信基站進(jìn)行測量并記錄。車載主控單元數(shù)據(jù)記錄列車多次發(fā)送Msg136位置報(bào)告但收不到回復(fù)；Igsm-r接口數(shù)據(jù)與車載主控單元數(shù)據(jù)相對應(yīng)；Um接口數(shù)據(jù)記錄上行數(shù)據(jù)亂碼或是收不到數(shù)據(jù),與Igsm-r接口數(shù)據(jù)不能對應(yīng)；Abis接口測量報(bào)告記錄上行電平值和通信質(zhì)量均降低,由于下行測量報(bào)告需通過上行鏈路發(fā)送至基站記錄,因此基站無法繼續(xù)記錄下行質(zhì)量；A接口記錄拆鏈情況；PRI接口記錄車載發(fā)送至RBC的數(shù)據(jù)亂碼,導(dǎo)致CRC校驗(yàn)錯誤或數(shù)據(jù)未發(fā)送至PRI接口。在排除網(wǎng)絡(luò)干擾的情況下,應(yīng)是電臺發(fā)送信號強(qiáng)度異常,可通過更換電臺模塊解決。

4.2.3 電臺不發(fā)送測量報(bào)告

由于電臺軟件偶發(fā)異常,導(dǎo)致車載電臺出現(xiàn)不響應(yīng)車載無線控制單元的AT指令、異常發(fā)送“DR”和“DISC”拆鏈指令,以及完成小區(qū)切換后在目標(biāo)小區(qū)不發(fā)送測量報(bào)告等故障,實(shí)際維護(hù)中電臺在目標(biāo)小區(qū)不發(fā)送測量報(bào)告的問題發(fā)生較多。

電臺根據(jù)基站發(fā)送的系統(tǒng)消息周期性測量下行質(zhì)量,并將測量的下行電平以測量報(bào)告的形式周期性發(fā)送給基站。測量報(bào)告停發(fā)時,車載主控單元、Igsm-r接口、電臺數(shù)據(jù)記錄正常,Um接口數(shù)據(jù)監(jiān)測到上行方向未按周期發(fā)送測量報(bào)告,Abis接口記錄上行數(shù)據(jù)幀異常、下行正常,A口數(shù)據(jù)記錄拆鏈指令及原因,PRI接口記錄上行數(shù)據(jù)幀異常、下行正常,車地?zé)o安全連接超過規(guī)定時間后,即發(fā)生無線通信超時故障［8］。小區(qū)切換后電臺不發(fā)送測量報(bào)告屬于軟件類異常,需通過升級電臺底層軟件解決。

4.2.4 SIM卡網(wǎng)絡(luò)注冊異常

電臺在上電初始化階段通過SIM卡在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行注冊。車載主控單元數(shù)據(jù)記錄“一個電臺注冊到網(wǎng)絡(luò)”,DMI網(wǎng)絡(luò)注冊標(biāo)志異常,Igsm-r接口的AT命令看不到電臺MT發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)注冊信息或網(wǎng)絡(luò)注冊狀態(tài)為拒絕；Um接口數(shù)據(jù)記錄故障電臺不起呼,無位置更新消息；Abis接口測量報(bào)告記錄故障時刻不上傳測量報(bào)告。Abis、A、PRI接口記錄故障電臺無位置更新、無呼叫記錄。SIM卡網(wǎng)絡(luò)注冊異常排除網(wǎng)絡(luò)原因后,可認(rèn)為SIM卡、SIM卡槽異常,需通過更換相應(yīng)組件消除故障［9］。電臺數(shù)據(jù)記錄SIM卡相關(guān)故障,常見故障代碼見表1。

表1 SIM卡常見故障代碼

4.3 車地結(jié)合部問題

隨著維護(hù)單位對無線通信超時問題分析的深入和全力整治,車載無線控制單元、GSM-R無線通信單元硬件問題得到明顯改善,軟件問題通過升級正在逐步解決。目前,發(fā)生在車地結(jié)合部的問題凸顯出來。常見車地結(jié)合部問題有小區(qū)回切、通信信道上停止發(fā)送信息、不響應(yīng)小區(qū)切換信令、異常拆鏈等。該類故障一般為偶發(fā)性軟件問題,不影響后續(xù)列車運(yùn)行,故障無法復(fù)現(xiàn),分析時需對照車地間信息交互流程進(jìn)行詳細(xì)的追蹤分析,根據(jù)信令數(shù)據(jù)交互步驟中出現(xiàn)錯誤的時間節(jié)點(diǎn)和中斷點(diǎn)確定故障位置［10］。

5 結(jié)束語

通過建立一套無線通信超時故障處理及數(shù)據(jù)分析流程,從車載側(cè)對無線通信超時進(jìn)行了分類研究,對故障處理和定位具有指導(dǎo)意義。目前,由于無法完全掌握進(jìn)口電臺軟件的核心技術(shù),因此需要逐步推進(jìn)電臺自主化工作,以解決電臺相關(guān)的軟件故障,從而進(jìn)一步降低電臺軟件相關(guān)的無線通信超時發(fā)生率。