基于PRI接口的高鐵無線閉塞監測分析系統的研究

趙致 江睿 周興韜

PRI接口是RBC與GSM-R網絡MSC之間的基群速率接口，本文重點從RBC工區日常無線問題分析面臨的問題和困難，分析在PRI通道的ISDN的阻抗轉換器側采用高阻跨接方式進行數據采集的方法，以大量數據分析推理為基礎，結合采用分層協議解析與解碼技術、車地應用數據智能診斷技術，對RBC與ATP之間的數據傳輸進行分析以及故障定位，從而滿足RBC工區電務人員對故障快速定位、隱患提前預警、數據綜合分析的需求。

一、概述

目前，我國高鐵總里程已達到2.5萬公里，其中裝備CTCS-3級列控系統的客運專線總里程也已經達到1萬公里以上。C3列控系統滿足時速350km/h的運行要求，是在CTCS-2級列控系統的基礎上，地面增加無線閉塞中心（RBC）設備，車載設備增加GSM-R電臺和信息接收模塊，從而實現了車-地雙向信息無線傳輸。RBC作為C3級列控系統的核心設備，對于保障列車正常高效、安全、可靠、穩定運行具有非常重要的意義，而車-地之間的無線通信又是承載RBC業務的關鍵。

無線超時指的是以C3等級運行的車載ATP與RBC在正常通信會話過程中，在一定時間內未收到RBC的應用數據，導致ATP輸出制動，并隨后轉為C2等級運行。在已開通運行的C3線路上，發生無線超時的故障越來越多。

無線超時的原因可以分為3類：通信、車載和RBC。

通信原因包括突發干擾、切換問題、基站干擾、核心網設備故障、BSC切換等；

車載原因包括硬件設備故障（比如天線等）、主機故障等；

RBC原因包括RBC異常重啟、ISDN服務器故障、移交過程通信超時等。

二、現狀分析

首先，近幾年來針對RBC-ATP通信鏈路監測，逐步實現了圍繞通信側的通道監測和圍繞ATP側的車載GSM-R監測，而在RBC側（電務RBC中心機房）缺少相應監測手段，無法形成RBC-ATP安全數據傳輸和通信信令的閉環監測；

其次，現場運營過程中車載無線超時發生的頻率較高，每天都需要RBC機房的維護人員從設備上拷取日志進行分析，而且RBC側的GSM-R接口設備（如ISDN服務器）如發生未知的隱性故障，往往無法及時發現，勢必在一段時間后導致大范圍列車無線超時；

最后，當前通信側和ATP側的監測手段都從其本專業出發，從電務RBC側的專業和日常維護來看，其功能性和智能性都有所欠缺，包括CTCS-3級列控系統運營場景下的關于緊急停車、臨時限速、行車許可等信息當前均無法智能地實時地進行診斷和分析，不足以支撐新一代集成化電務綜合監測體系下的任務要求。

三、系統設計

（一）設計原則

中心監測分析診斷系統的設計和開發，主要遵循下列設計原則：

安全性：為了保證不影響RBC正常業務，通過高阻跨接方式監聽接口數據，跨接電阻設計的盡可能大。

故障-安全設計：診斷系統發生異常或錯誤時，對自身系統及其監測的各終端或設備無不良影響。

實時性：數據及時有效的監控與分析，分析結果及時告警，保證響應效率。

數據持久性：數據以多種形式進行歸檔整理并存儲，形成歷史數據備查。

界面設計：為用戶提供簡單易用、美觀大方、運行流暢的現代化圖形界面。

用戶合法性驗證：對維護人員權限進行管理，對操作過程進行審計。

（二）采集設計

RBC中心MSC接口診斷系統通過旁路方式并接在RBC系統和MSC之間的ISDN PRI線路上，系統靠近RBC側。系統不占用ISDN PRI線路網絡資源，不向以上網絡和線路發送任何數據。

RBC中心MSC接口診斷系統的接入方案如下：

將MSC配線架與RBC接口柜中的阻抗轉換之間的E1線纜在阻抗轉換器側斷開并接入高阻三通；

從高阻三通分出兩路E1，未經過高阻的一路進入ISDN阻抗轉換架，經過高阻的一路進入監測；

監測的一路E1接入采集設備進行采集、解析、存儲、分析和診斷。

（三）功能設計

通道質量監測：包括信號強度、鏈路LOS告警數、AIS告警數、LOF告警數、誤碼秒數、嚴重誤碼秒數、HDLC正常幀數、正常字節數、錯誤幀數、錯誤字節數、異常幀數、帶寬使用率。

運行質量分析：統計報表為用戶對高鐵電務終端運行情況的評判提供相應的參考依據。系統可對高鐵電務終端內被監測設備的性能數據、資產數據等提供數據報表和數據曲線。

1.月度單位的設備故障率

2.月度單位內每天的故障分布數據和曲線

3.月度單位內每天的告警分布數據和曲線

4.故障發生至故障解決、銷記所消耗時間的數據統計和圖表

5.設備狀態的旬報、月報、季度報和年報，并可提供按設備和告警級別分類的詳細報告、報表

四、關鍵技術

（一）PRI接口數據監測采集技術

從RBC與MSC之間的GSM-R通信標準、物理傳輸介質等方面對通信數據的采集方式進行研究，構建并實現基于高阻跨接的RBC與MSC之間數據信息采集方法，并提出信號衰減度、信息采集準確率等關鍵參數，保證監測系統對RBC與MSC的主業務通道不產生影響。

（二）基于GSM-R業務通信協議分層結構的數據幀解析技術

ISDN PRI接口協議層級較多，且每層之間環環相扣。監測系統需要綜合分析多條鏈路數據才能復原完整交互邏輯，因此在業務解析模塊使用流水線分析技術，解決業務數據解析問題。

五、無線通信故障智能分析診斷技術

構建基于RBC與ATP之間故障信息、故障處置記錄等歷史數據的案例庫，利用大數據技術、智能診斷技術在RBC通信上的應用，構建通信線路拓撲，實現對監測通道數據的趨勢分析，以及在故障發生時精確有效地分析結果反饋。

六、結語

系統緊密結合RBC維護人員日常工作需求，通過計算機方式實現MSC接口監測、鏈路故障快速定位、業務故障輔助分析等功能，降低維護人員工作強度。

高鐵無線閉塞中心監測分析診斷系統的應用提高了維護的有效性和時效性。

先進技術和先進架構的應用以及豐富的系統接口，為依托于需求的持續改進奠定了基礎。

系統緊密結合RBC系統特性和電務維護需求，具有較強的實用性。

RBC系統在鐵路系統中應用廣泛，針對該系統的專業維護工具具有廣泛的應用前景。

作者單位：趙致 昆明通信段

江睿 昆明南電務段

周興韜 北京道邇科技有限公司