基于GSM-R的调度命令传送故障诊断分析系统的实现

２０１４年７月　第５０卷第７期　铁道通信信号　ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＩＧＮＡⅢＮＧ＆Ｃ０ＭＭＵＮＩＣＡ　ｎＯＮ　Ｊｕｌｙ　２０１４　Ｖｏｌ＿５０　ＮＯ．７　基于ＧＳＭ—Ｒ的调度命令传送　故障诊断分析系统的实现　赵新红　摘郝俦喜　蒋文怡　要：随着中国高速铁路、客运专线的建设，基于ＧＰＲＳ的铁路应用业务在国内大量应用，由　于缺乏监测和分析手段，在实际应用中无法对调度命令传输过程中出现的异常和故障进行有效分　析。针对这些情况，研制基于ＧＳＭ—Ｒ的调度命令传送故障诊断分析系统，可对ＧＳＭ—Ｒ分组域关　键接口进行监测，实现调度命令故障诊断分析。　关键词：分组域监测；调度命令；诊断分析　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａｇ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｒａｉｌｗａｙ　ａｎｄ　ｐａｓｓｅｎｇｅｒ　ｄｅｄｉｃａｔｅｄ　ｌｉｎｅ，ｖａｒｉｏｕｓ　ｒａｉｌ—　ｗａｙ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＧＰＲＳ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ．Ｄｕｅ　ｔｏ　ｌａｃｋ　ｏｆ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｏｏｌｓ，ｔｈｅ　ａｂｎｏｒｍＭｉｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｆａｕｌｔｓ　ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　ｏｒｄｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｃａｎｎｏｔ　ｂｅ　ａｎ—　ａｌｙｚｅｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｏ　ａｄｄｒｅｓｓ　ｔｈｉｓ　ｐｒｏｂｌｅｍ，ａ　ｆａｕｌｔ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　ｏｒｄｅｒ　ｔｒａｎｓ・　ｍｉｓｓｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＧＳＭ－Ｒ　ｗａｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｏｆ　ＧＳＭ—Ｒ　ｐａｃｋｅｔ　ｄｏｍａｉｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｄｉｓｐａｔｃｈ　ｃｏｍｍａｎｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｐａｃｋｅｔ　ｆｉｅｌｄ　ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ；Ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　ｃｏｍｍａｎｄ；Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ＤｏＩ：１０．１３８７９／ｊ．ｉｓｓｎｌ０００．７４５８．２０１４－０７．１４１８９　根据铁道部规划，国内客运专线、高速铁路全　部采用ＧＳＭ．Ｒ数字移动通信系统作为列车与地面　控制中心间的无线通信平台，并采用ＣＴＣ调度集　中系统实现列车调度指挥。ＧＰＲＳ分组域是ＧＳＭ．Ｒ　赵新红：太原铁路局电务处高级工程师０３００１３太原　郝俦喜：太原铁路局太原通信段　高级工程师０３０１００太原　蒋文怡：北京交通大学电子信息工程学院副研究员　１０００４４　北京　铁路数字移动通信网重要的数据传输技术，随着国　内高速铁路的大规模建设和陆续开通，ＣＴＣ系统采　收稿日期：２０１４－０４－．０９　４　结束语　日常运用中，北京ＧＳＭ．Ｒ核心网作为全路共　用网元设置的ＧＰＲＳ业务主用节点，全路均需访问　北京ＤＮＳ、ＲＡＤＩＵＳ以及ＧＲＯＳ等分组域设备，对　在北京局及全路网络ＧＰＲＳ业务安全监控、日常数　据分析方面发挥了较好的作用。同时，我们应根据　监测运用情况，不断分析、积累数据，进一步研　究、探索和完善系统功能，使其在网络安全监控中　发挥更好的作用，也将为后期确定Ｇｂ、Ｇｎ、Ｇｉ接　口监测技术条件提供更有效的参考数据。　参考文献　ＧＳＭ—Ｒ数字移动通信网络接口监测系统功能进行　补充和完善，实现Ｇｂ、Ｇｎ、Ｇｉ接口的监测，不仅　为本局的网络安全监控提供了重要手段，也为配合　［１］　中国铁路总公司．运基通信［２０１０］６３７号．ＧＳＭ－Ｒ数　字通信通信网Ａｂｉｓ、Ａ、ＰＲＩ接口监测系统技术条件　Ｖ１．０［ｓ］．２０１０．　其他铁路局进行调度命令传送等数据业务的实时监　测跟踪分析、发现并排查故障提供了有效的技术　手段。　［２］　钟章队．铁路数字移动通信系统ＧＳＭ・Ｒ无线网络规　划与优化［Ｍ］．北京：北京交通大学出版社，２０１２．　（责任编辑：诸红）　实践证明，完善ＧＳＭ．Ｒ网络接口监测功能，　一５４一　ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＩＧＮＡＬＵＮＧ＆Ｃ０ＭＭＵＮＩＣＡＴ１０Ｎ　Ｖ０１．５０　Ｎｏ．７　２０１４　用ＧＰＲＳ方式向机车综合无线通信设备ＣＩＲ发送调　口位于ＧＧＳＮ与ＳＧＳＮ之间、Ｇｉ接口位于ＧＧＳＮ与　度命令，列车进路预告信息在国内铁路广泛使用。　ＧＲＩＳ之间。ＧＳＭ—Ｒ　ＧＰＲＳ关键接口如图１所示。　作为行车凭证，调度命令、列　车进路预告信息发送的成功与　否直接关系行车安全和运输　效率。　ＩＰ　、Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｒｅ　Ｉａｙ　ｌ　ｌＰ　１　问题提出　ＳＮＤＣＰｊ　ＳＭ　‘；　￣ＩＩＳＮＤＣＰＩ　ＳＭ　ＧＴＣ　ＩＰ．【　ＧＴＰＵ　．　．‘—　—　ＧＴＰＣ　１．ｊ　ＧＴＰＵ　—　ＬＬＣ　、　ＪＩ　　Ｒｅ｜ａｙ　ＩＩ　　Ｊ．．一　…　ＵＤＰ　・ＵＤＰ　在ＧＳＭ—Ｒ网络应用ＧＰＲＳ　ＲＬＣ　‘—　—’　ＲＬＣ　ＢＳＳＧＰ　ＢＳＳＧＰ　１Ｐ　‘—　ＩＰ　ＭＡＣ　‘—÷—　ＭＡＣ　Ｎｓｅｔ　ｗｏ　ｒ　ｋ　Ｌ２　．１　＋　Ｌ２　通用分组无线业务，具有无线　。ＧＳＭＲＦ　土’　ＧＳＭＲＦ　Ｌｌ　“　｛　—叫　ｕｂ　Ｉ】　　Ｌ】　＿｝　．　Ｌ１　信道利用率高等优点，但同时　ＢＳＳ　Ｇｂ　ＳＧＳＮ　Ｇ　ＧＧＳＮ　ＧＩ　也存在时延长，可靠性较电路　图１　ＧＳＭ．Ｒ　ＧＰＲＳ关键接口示意图　交换ＣＳＤ方式差的缺点。由于　ＧＰＲＳ分组业务监测分析工具的缺乏，使得运营维　通过对Ｇｂ、Ｇｎ、Ｇｉ接口信令、数据的采集、　护人员工作中不能对调度命令传送业务进行实时跟　分析、存储，可实现对机车综合无线通信设备ＣＩＲ　踪监测，业务出现问题或故障后又没有有效的故障　分组域模块的状态监测，调度命令信息传送故障诊　记录、分析手段和相应的解决措施。　断分析，以及ＧＰＲＳ网络关键技术指标统计功能。　我国２００６年首次在青藏铁路上使用ＧＰＲＳ传　系统是集信令采集分析、应用数据采集分析、　输调度命令等信息。目前国内新建高速铁路、客运　在线用户监视、查询分析、中断统计、日志图表和　专线、重载铁路均采用ＧＳＭ—Ｒ承载调度命令信息　综合分析等多种功能为一体的监测分析系统，功能　传送。虽然欧洲多国已采用ＧＳＭ—Ｒ数字移动通信　如下。　系统，但只使用了ＧＳＭ—Ｒ的电路域功能，并没有　１．数据采集。系统能够实时采集被监测的　将分组域业务应用到铁路业务中。在公众通信行　Ｇｂ、Ｇｎ、Ｇｉ接口所有的网络信令和业务数据的功　业，针对ＧＳＭ的网络监测技术业已成熟，但是国　能，可按被监测用户的业务流将网络信令和用户数　内外的各种监测设备没有针对ＧＳＭ—Ｒ专用网络特　据信息整合成用户业务记录。　点的软硬件平台，也没有针对铁路调度命令故障诊　２．信令与数据的解析。系统可对采集的网络　断分析的产品。　信令和业务数据进行解析，解析的网络信令应符合　信令分析仪不能对采集的信令进行多用户的识　３ＧＰＰ　ＴＳ　０８．１６、３ＧＰＰ　ＴＳ　０８．１８、３ＧＰＰ　ＴＳ　０４．６４、　别，对正在传输的信令也不具备用户识别能力，这　３ＧＰＰ＇ＩＳ　０４．６５的定义。系统能够对ＣＩＲ与ＧＲＩＳ　限制了普通信令分析仪对铁路特定使用调度命令业　之间传输ＧＰＲＳ应用业务数据进行解析，对数据的　务用户的分析，不利于有针对性的发现问题。　解析应符合“ＧＳＭ－Ｒ数字移动通信应用技术条件　通过对ＧＰＲＳ网络原理的理论研究、协议栈分　第九分册：数据传输应用接口”相关规定。　析、信令流程分析，结合铁路运输的实际应用情　３．用户监测与显示。系统能够对管内所有被　况，提出了对ＧＰＲＳ网络的Ｇｂ、Ｇｎ、Ｇｉ接口进行　监测用户的ＧＭＭ状态、ＰＤＰ状态以及用户数据进　检测分析，开发一套集信令采集、解码、综合分析　行跟踪。实时显示被监测用户的ＩＭＳＩ、ＩＰ地址、　软件及硬件设备的监测分析系统，实现多用户多目　车次号、机车号、所在的铁路线路、位置信息、监　标跟踪，形成了适合铁路业务需求的调度命令信息　传送智能分析方案。　测时间、信令或数据内容等信息。　４．数据查询。系统能够按ＩＭＳＩ、监测时间、　２　系统原理　铁路线路、ＩＰ地址、车次号、机车号等条件进行　Ｇｂ接口位于ＳＧＳＮ与ＢＳＣ／ＰＣＵ之间、Ｇｎ接　组合，对采集的接口历史数据（网络信令、业务　ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＩＧＮＡＬＵＮＧ＆ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ　Ｖｏ１．５０　Ｎｏ．７　２０１４　和成功率统计。　３．３诊断分析　在调度命令信息传送系统中，调度命令信息传　送成功与否主要取决于以下几个方面：①ＣＩＲ分组　数据模块的ＧＰＲＳ状态是否正常；②调度命令信息　传送过程中经过的各个接口信令流程是否正常；　￣ｃｍ分组数据模块信令的鉴权信息是否正确；　＠ＣＩＲ分组数据模块传输的应用信息格式及内容是　否正确。因此，本系统诊断分析技术方案也依据以　上情景进行分析。　３．４硬件设计　１．信令数据采集设备。包括配置了端口镜像　的Ｇｎ接口交换机和Ｇｉ接口交换机，以及跨接了高　阻隔离适配器的Ｇｂ接口ＤＤＦ配线架和Ｇｂ接口采　集设备。采集设备用于从各接口采集原始数据信　令，并发送到分析处理中心设备。　２．分析处理中心设备。包括各接口ＣＤＲ服务　器、数据库服务器和综合分析及网管服务器。中心　设备用于处理原始数据，对数据进行详细解码，实　现用户跟踪，最终形成信令话单。处理过程中对故　障情况进行分析跟踪，产生智能诊断结果。同时对　铁路应用业务指标和ＧＰＲＳ网络指标进行统计处　理，生成统计结果。其中的数据库服务器用于存储　所有的原始数据、信令话单、故障诊断结果和指标　统计结果。　３．人机交互界面。为管理人员提供访问系统　的接口，供管理人员查看系统状态，设置系统参　数，查询各接口数据、结果，并生成和导出报表。　３．５软件设计　１．信令采集软件。主要功能是采集Ｇｂ、Ｇｎ、　Ｇｊ接口的信令和数据，并传送至分析处理中心。　２．处理中心软件。主要功能是对Ｇｂ、Ｇｎ、Ｇｉ　接口的信令和数据进行解码分析、用户跟踪、调度　命令业务传送诊断分析，并将数据存储于数据库服　务器。　３．客户端软件。用于维护人员查看系统状态，　设置系统参数，查询各接口数据、结果，并生成和　导出报表。　４　总结　针对调度命令传输过程点多面广、经过设备分　散的特殊情况，在系统研究ＣＴＣ调度集中工作原　理、ＧＳＭ—Ｒ网络分组域信令协议、ＧＲＰＳ接口服务　器工作原理和调度命令信息等数据传输流程的基础　上，提出了通过监测Ｇｂ、Ｇｎ、Ｇｉ接口，实现基于　调度命令业务数据流跟踪的故障诊断方法，将调度　命令数据传输过程与ＧＰＲＳ分组域网络性能及ＣＩＲ　状态相关联，给出了故障的判断依据和故障分析　方法。　由于在线ＣＩＲ用户众多，调度命令信息传输　的突发性和随机性大，以及ＣＩＲ用户与其他用户　共享ＧＰＲＳ无线资源，采用关键信息元索引、数据　过滤和筛选、多种物理资源映射等技术，提出了多　目标、多用户智能检测与实时跟踪方法，解决了用　户数据或信令遗漏、乱序、重复等问题，实现了多　维并发海量数据的采集、存储与分离。　针对多个接口、不同通信信令流程和数据传输　协议，采用分散采集和集中处理思路、智能专家分　析技术、机车号／车次号与物理资源映射的方式，　提出了时间、空间、对象和内容的四元事件描述方　法，解决了故障表示问题，实现了对调度命令发送　故障的分析和诊断。　本系统在实际应用中能准确跟踪调度命令在　Ｇｂ、Ｇｎ、Ｇｉ接口上的信息传输，正确区分不同用　户的多种业务数据，能有效分析和诊断调度命令发　送中的故障，并统计ＧＲＰＳ网络关键性能指标。自　动记录数据，自动分析统计业务指标和网络指标，　自动生成统计报表，极大地降低了网络维护人员的　工作强度，为维护人员提供了调度命令故障分析的　手段，从而有效提高了ＧＰＲＳ网络的维护水平。　参考文献　［１］　钟章队，蒋文怡，李红君．ＧＰＲＳ通用分组无线业务　［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００１．　［２］钟章队，李旭，蒋文怡，丁建文等．铁路ＧＳＭ－Ｒ数字移　动通信系统［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００６．　［３］　ＧＳＭ．Ｒ数字移动通信应用技术条件第九分册：数据传　输应用接Ｅｌ及设备［Ｓ］．２００８．　（责任编辑：诸红）　一５７—