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

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，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C3無線連接超時故障進(jìn)行自動分析，并對GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用質(zhì)量進(jìn)行趨勢分析，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無線連接超時；自動分析；大數(shù)據(jù)技術(shù)

自GSM-R系統(tǒng)開通運(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、無線覆蓋等方面。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)測等手段。但普遍存在系統(tǒng)間缺乏聯(lián)動、系統(tǒng)缺乏自動分析能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)偏重于故障處理和性能監(jiān)測等問題。

為解決上述問題，就需要建立一個綜合的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)測數(shù)據(jù)、無線覆蓋數(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)對數(shù)據(jù)深度挖掘，提高數(shù)據(jù)利用效率，提供對數(shù)據(jù)的匯總分析和趨勢分析，在實(shí)現(xiàn)C3無線連接超時業(yè)務(wù)故障快速診斷及原因分析的基礎(chǔ)上，對GSM-R網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量變化發(fā)展趨勢實(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)等四個功能部分，如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集：系統(tǒng)自身沒有數(shù)據(jù)錄入的需要，其數(shù)據(jù)全部來自各類專業(yè)子系統(tǒng)，可通過標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行對接采集所需數(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)接入到平臺中，包括GSM-R接口監(jiān)測系統(tǒng)、動車綜合檢測系統(tǒng)、GSM-R設(shè)備網(wǎng)管系統(tǒng)、GSM-R無線路測系統(tǒng)、列控設(shè)備動態(tài)監(jiān)測系統(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無線連接超時自動分析

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無線連接超時可能會引起C3降級，嚴(yán)重時會導(dǎo)致列車停車從而對正常的列車運(yùn)行秩序造成影響，所以C3無線連接超時分析需要及時、快速、準(zhǔn)確。上海局是高鐵大局，每天上線運(yùn)行的動車組非常多，因此，C3無線連接超時分析是目前各級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GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的C3無線連接超時自動分析功能進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

2.1 C3無線連接超時基本概念

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

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

2.2 C3無線連接超時原因分類

C3無線連接超時原因主要分為三類：通信原因、信號原因和不明原因，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，常見的原因分類如表1所示。

表1 常見故障原因分類

2.3 C3無線連接超時自動分析

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

圖3 C3無線連接超時自動分析流程圖

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)連接釋放時的原因值，這是判斷降級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碌慕导墸蝗羰?RBC應(yīng)用層發(fā)起的拆鏈，那么降級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超時或 RLT超時引起掉話。

（3）通過讀取降級前的測量報(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)測數(shù)據(jù)是否有以下現(xiàn)象：

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

（2）判斷降級發(fā)生時的車地通信場景，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降級故障類型

（1）若是因?yàn)橥ㄐ胚B接質(zhì)量差導(dǎo)致 RLT超時或切換時T3103超時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，判為信號原因。

（3）對于三個接口均未發(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將其歸為“不明原因”類。

3 GSM-R網(wǎng)絡(luò)綜合質(zhì)量評價(jià)

除了對C3無線連接超時進(jìn)行自動分析，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)量趨勢分析。

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

GSM-R網(wǎng)絡(luò)綜合質(zhì)量評價(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，最后通過加權(quán)求處理得到綜合評價(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)測數(shù)據(jù)、無線覆蓋及干擾數(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)倉庫和數(shù)據(jù)間的相互關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了C3無線連接超時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GSM-R網(wǎng)絡(luò)綜合質(zhì)量進(jìn)行客觀綜合評價(jià)。該系統(tǒng)自2016年3月起部署應(yīng)用以來運(yùn)行穩(wěn)定，界面簡潔友好。維護(hù)人員通過使用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能分析，C3無線連接超時自動分析，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無線連接超時分析工作的效率，對加強(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

來稿日期：2016-11-08