RBC設備常見無線連接超時原因分析

夏朋亮

（中國鐵路西安局集團有限公司西安高鐵基礎設施段，西安 710000）

1 目前無線連接超時現(xiàn)狀

CTCS-3（簡稱C3）無線連接超時處理涉及通信、信號兩個專業(yè)，影響因素較多，是目前國內(nèi)較難解決的一個問題，國內(nèi)許多高校及相關科研單位正在努力研究。C3無線連接超時是指車載設備與RBC通信過程中，由于GSM-R網(wǎng)絡、車載ATP或無線閉塞中心(RBC)等原因，引起車載與RBC通信異常中斷，RBC無法對列車進行控制。C3無線連接超時是影響C3級列控系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要問題，由無線連接超時引起的C3降至C2級，嚴重影響高鐵的運輸效率。因此，通信、信號維護單位應準確分析、判斷C3超時原因，及時消除造成超時的隱患，進一步減少超時對列車運行的影響。

C3級列控系統(tǒng)主要由車載列控系統(tǒng)（ATP）、鐵路專用移動通信網(wǎng)絡（GSM-R）、無線閉塞中心（RBC）3部分及其他地面設備組成。RBC根據(jù)軌道電路、聯(lián)鎖進路等信息生成行車許可（MA)，并通過 GSM-R 無線通信系統(tǒng)將MA、線路參數(shù)、臨時限速等信息傳輸給ATP車載設備，同時通過GSM-R 無線通信系統(tǒng)接收車載設備發(fā)送的位置和列車數(shù)據(jù)等信息。CTCS-3列控系統(tǒng)無線超時，即車載在T_NVCONTACT時間內(nèi)未收到任何來自RBC的應用層消息。無線超時發(fā)生后，車載ATP將通過DMI提示司機無線連接超時，同時控制列車輸出最大常用制動。

2 無線超時類故障分析基本步驟

以西安局管內(nèi)RBC為例，鄭西RBC的通信日志，主要包含RBC與地面子系統(tǒng)之間（RBC-CTC、RBC-CBI、RBC-TSRS和RBC-RBC）以及RBC與車載之間的通信日志。在發(fā)生C3無線連接超時后，基于車地閉環(huán)監(jiān)測鏈，綜合對比分析RBC設備地面數(shù)據(jù)及各接口監(jiān)測數(shù)據(jù)，其各接口監(jiān)測位置如圖1所示，確定故障點，提出處理措施建議。基本分析步驟如下。

圖1 各接口監(jiān)測位置示意Fig.1 Locations of interface monitoring

1）檢查RBC地面設備，確認設備對應各板卡是否運行正常，與其他連接設備是否通信正常。

2）下載RBC日志數(shù)據(jù)，并分析RBC-CC傳輸層（L4層）和網(wǎng)絡層（L3層）的日志數(shù)據(jù)，查看車地雙方是否按照規(guī)范發(fā)送相應數(shù)據(jù)包，以及對方是否正常收到所需的數(shù)據(jù)包，確定C3數(shù)據(jù)層面的拆鏈原因。

3）下載RBC業(yè)務監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析是否啟動定時器等，與RBC日志數(shù)據(jù)分析進行對比，再次確認超時原因。

4）將數(shù)據(jù)發(fā)送各自廠家協(xié)助分析，進一步確認超時故障原因。

5）通過綜合對比各個接口的數(shù)據(jù)和RBC地面數(shù)據(jù)來最終確定超時原因。

3 典型故障案例分析

以西安局管內(nèi)高鐵發(fā)生的無線連接超時典型故障為例，簡述故障發(fā)生時數(shù)據(jù)分析方法及處理措施。

1）2021年7月19日15:12，由蘭州局CRH 380B-5829-01車擔當?shù)腉3181（300T）次運行至徐蘭高鐵線茂陵東輔助所—楊陵南站間下行線1 111 km 100 m處，因無線連接超時由C3級降為C2級運行。

如圖2所示，從日志數(shù)據(jù)分析看，14:12:27 CC系統(tǒng)日志顯示：CC開始重啟。CC啟動時，CC系統(tǒng)時間較北京時間有8個時區(qū)差異，此時時間未經(jīng)校時不準15:13:15 CC系統(tǒng)日志顯示：CC啟動完成并進行系統(tǒng)校時。

圖2 西寶RBC1 CC1 syslog日志Fig.2 Syslog log of RBC1 CC1 of Xi’an-Baoji High-speed Railway

由于CC1重啟，CC1與外部通信中斷，重啟后與外部通信逐漸恢復。原因為西寶RBC1 CC1板卡異常重啟，造成RBC1 CC1與外部通信中斷，引起G3181次無線連接超時。

2）2021年4月30日16:03，G833次(西安動車段CRH380AL-2591號，廣州南至西安北，西安機務段值乘)運行至徐蘭高鐵線臨潼東站—西安北站間下行線1 070 km 500 m處無線連接超時，由C3級轉C2級運行。

查看RBC5的CC日志，發(fā)現(xiàn)鄭西RBC5發(fā)生3系宕機。原因為RBC5收到該車尾部（即最小安全后端）進入C2區(qū)域的位置報告，判定C9308次列車的C3/C2等級轉換流程已完成，并為該車更新基于BSL1應答器的MA，但該MA中又包含C3/C2等級轉換執(zhí)行應答器信息。RBC5按照MA中的C3/C2等級轉換信息再次啟動C3/C2等級轉換流程。由于該車已完成C3/C2等級轉換，RBC 5按照其安全處理邏輯判斷列車編號無效并觸發(fā)宕機。最后通過修改鄭西RBC5軟件問題得以解決。

3）2021年8月27日18:40，G2024次(鄭州動車段CRH380B-5802，300T)運行至楊陵南站至茂陵東輔助所間上行線K1118+500處無線連接超時，C3轉C2模式運行（未停車），19:03運行至西安北站—臨潼東站間上行線K1065+500處恢復C3級運行，未影響列車。

綜合分析RBC日志和RBC業(yè)務監(jiān)測數(shù)據(jù)：18:21:54～18:40:57 L3層大量連續(xù)出現(xiàn)FALC Loss of alignment信息(表示從MSC來的物理層幀有異常），車-地信息交互異常，18:39:27 RBC主動發(fā)送安全連接斷開。

結合通信關于機械室2 M纜施工如更換2 M纜倒切有關RBC業(yè)務時，由于2 M同軸電纜芯較為靈敏，往往會出現(xiàn)因通信不暢而導致無線連接超時，依據(jù)RBC側數(shù)據(jù)分析經(jīng)驗，可提前預判網(wǎng)絡通信不好所引起的無線連接超時，如圖3所示。

圖3 大量FALCFig.3 large amount of FALC

4 RBC側無線連接超時分析及處置流程

C3級列控系統(tǒng)日常的無線連接超時現(xiàn)狀，依據(jù)國鐵集團和中國鐵路西安局集團有限公司電務部關于C3無線通信超時分析的要求，為規(guī)范西安高鐵基礎設施段C3無線通信超時分析流程，減少無線連接超時對高鐵運輸?shù)挠绊懀钊敕治霾檎褻3無線通信超時問題原因。按照“誰發(fā)現(xiàn)、誰發(fā)起”的原則，對發(fā)現(xiàn)的無線連接超時報警信息，由發(fā)起方及時聯(lián)系配合方進行配合分析，確定其故障原因。

4.1 無線連接超時信息傳遞流程

RBC工區(qū)值班人員每日定時對RBC設備狀態(tài)及各終端進行巡視檢查，發(fā)現(xiàn)無線連接超時報警后，及時對報警前后時段的數(shù)據(jù)進行下載和初步分析，分析報警原因并逐級匯報，并將下載的RBC數(shù)據(jù)發(fā)給各自廠家協(xié)助分析。值班人員應第一時間聯(lián)系西安通信段核心網(wǎng)工區(qū)，提出獲取MSC側RBC與GSM-R網(wǎng)絡通信的相關數(shù)據(jù)。同時詢問相關站段核心網(wǎng)工區(qū)和RBC工區(qū)的初步分析結果，若無法獲取相關數(shù)據(jù)，將聯(lián)系結果逐級反饋并最終由電務部協(xié)調(diào)解決。

4.2 無線連接超時信息分析流程

無線連接超時發(fā)生后，由電務維修技術中心組織電子檢測維修隊及各自廠家對RBC數(shù)據(jù)進行初步分析，確定無線連接超時發(fā)生的關鍵項點和初步原因。電子檢測維修隊由當日值班干部組織RBC工區(qū)人員及各自廠家技術人員進行分析，查找故障原因。通過對RBC的CC日志數(shù)據(jù)、CC的 L3層日志數(shù)據(jù)、通信ORI接口數(shù)據(jù)等方面進行分析，確認無線消息包的收/發(fā)及在網(wǎng)絡中的傳遞情況、RBC的處理邏輯、車載設備是否正常掛斷的結論。

4.3 無線連接超時信息處置流程

結合數(shù)據(jù)分析結果，如果為RBC設備問題，根據(jù)影響范圍采取立即申請隱患要點、立即更換不良設備或在不影響正常使用情況下天窗內(nèi)處理。如果分析與RBC設備無關，則通知通信段及車載設備車間進一步分析查找原因。電子檢測維修隊形成故障報告，經(jīng)段主管領導審核后，由段生產(chǎn)監(jiān)控中心上報局集團公司安監(jiān)室和電務部。

5 優(yōu)化并完善RBC監(jiān)測手段

結合西安局管內(nèi)高鐵的實際情況，部分無線連接超時依然分析不出具體原因。依據(jù)每年全國C3無線超時（空口監(jiān)測)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，其中RBC相關問題占整體C3超時問題的13%左右。目前GSM-R網(wǎng)絡中已經(jīng)監(jiān)測的接口有PRI、A、Abis、Um和IGSM-R共5個接口，但對于RBC側的監(jiān)測仍然是空白。RBC作為主要的行車安全設備，一旦發(fā)生故障，影響范圍較大。為了更好地解決C3無線超時問題、深入分析RBC相關原因、完善RBC側監(jiān)測手段，西安高鐵基礎設施段新增加RBC業(yè)務監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)主要監(jiān)測RBC收/發(fā)的數(shù)據(jù)，能夠進一步準確判斷C3無線超時問題發(fā)生的位置，也為分析RBC側問題提供數(shù)據(jù)支撐。

MSC與RBC之間通過傳輸設備連接，既有PRI接口監(jiān)測在MSC側，通過PRI接口數(shù)據(jù)無法判斷數(shù)據(jù)從MSC發(fā)出后，經(jīng)過傳輸?shù)竭_RBC之前是否產(chǎn)生變化，增加RBC側業(yè)務監(jiān)測系統(tǒng)，便于確定MSC發(fā)出的數(shù)據(jù)經(jīng)過傳輸?shù)竭_RBC之前是否發(fā)生變化，綜合對比PRI接口、RBC業(yè)務監(jiān)測及RBC記錄數(shù)據(jù)來定位數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常的具體位置。具體RBC業(yè)務監(jiān)測的數(shù)據(jù)如圖4所示，目前匯總RBC不明問題如下：

圖4 RBC業(yè)務監(jiān)測數(shù)據(jù)示意Fig.4 Monitoring data of RBC services

1）在PRI接口查看上行方向數(shù)據(jù)無異常，RBC發(fā)送FRMR幀拒絕；

2）列車ATP控制電臺起呼，起呼失敗或RBC無應答；

3）RBC突然發(fā)送DISCONNECT；

4）在PRI接口未看到RBC發(fā)送的有效數(shù)據(jù)。

以上幾種情況，利用既有接口監(jiān)測數(shù)據(jù)無法準確定位原因，需要綜合RBC業(yè)務監(jiān)測數(shù)據(jù)來確定RBC側是否正常。

6 常見無線連接超時原因分析總結

導致C3無線連接超時的因素較多，但ATP、GSM-R、RBC三者是關鍵影響因素。依據(jù)日常無線連接超時分析經(jīng)驗，大部分因RBC側導致無線連接超時的原因如表1所示。

表1 C3無線超時原因分析類別（RBC）Tab.1 Cause analysis of wireless connection timeout of CTCS-3 system by fault type (RBC)

7 結束語

由于引起C3無線連接超時的原因較為復雜，涉及到的網(wǎng)元眾多，往往包含信號和通信兩個專業(yè)。目前各路局對于無線連接超時類故障的分析及定位，往往是通信側、車載側和地面RBC側等各自分析，不能做到對整個分析過程的全面梳理，從而導致分析過程單一化、片面化，故障點定位不夠準確。因此要對各方面分析進行融合，以準確分析定位無線連接超時故障原因。當前不斷對硬件設備進行優(yōu)化，增加更多的分析手段和應對措施，以確保一旦發(fā)生超時，盡可能快地分析出結果，確定其故障原因。本文僅供初次分析人員參考，對分析處理無線連接超時問題具有一定的指導意義，其分析方法與總結將在日后進一步完善和優(yōu)化。