GSM-R无线网络Asub接口监测系统研究应用.pdf

C o m m u n i c a t i o n&I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y N o.4.2 0 2 3通信与信息技术2 0 2 3 年第4 期(总第2 6 4 期)G S M-R 无线网络A s u b 接口监测系统研究应用常根，戴俊勉，胡江云，李铭煜，谭勇中国铁路广州局集团有限公司，广东广州5 1 0 0 8 0摘 要：针对目前C S D 链路(C o r p o r a t e S y n e r g y D e v e l o p m e n t,电路交换数据业务)异常导致C T C S-3(C h i n e s e T r a i nC o n t r o l S y s t e m-3,三级中国列车运行控制系统)发生无线通信超时故障时，现有三接口监测手段无法对故障原因进行准确定位的问题。提出新的接口监测技术，在B S C(B a s e S t a t i o n C o n t r o l l e r,基站控制器)和T R A U(T r a n s c o d i n ga n d R a t e A d a p t a t i o n U n i t,码型转换和速率适配单元)之间增加A s u b 接口监测设备，对其进行整体的系统设计和功能研究，通过A s u b 接口监测数据，成功实现C S D 链路异常故障精准定位，为无线网络优化及减少无线通信超时提供有效的帮助。关键词：无线通信超时；C S D 链路异常；A s u b 接口；接口信令；传输监测中图分类号：T N 9 1 5.8 5 2文献标识码：A文章编号：1 6 7 2-0 1 6 4(2 0 2 3)0 4-0 0 4 2-0 4C T C S-3 级列控系统由R B C(无线闭塞中心)、A T P(列控车载设备)和G S M-R 网络(铁路数字移动通信系统)组成。在列车运行过程中，受到G S M-R 无线网络中设备特性的影响，列车时常发生C T C S-3 无线通信超时，其中部分列车运行速度将由C T C S-3 级降级为C T C S-2 级，降低铁路运输效率。为减少无线通信超时，国铁集团在2 0 2 0 年先后下发两个重要文件：关于进一步加强C T C S-3 级A T P 无线通信超时降级故障分析和整治的通知和关于进一步加强C 3 无线通信超时降级C 2 问题专题整治的通知,为此广州铁路局加大无线通信超时分析力度，发现部分无线通信超时为C S D 链路异常导致，由于缺乏相关的监测手段，无法实现设备故障精准定位，因此有必要增加新的监测设备。在B S C(基站控制器)和T R A U(码型转换和速率适配单元)之间新增A s u b 接口监控设备，并对其进行系统设计和功能研究。1 现状分析C S D 链路是从B T S(基站收发信机)至M S C(移动交换中心)间C 3 数据业务传输通道，其结构组成图如图1 所示，其中包含的设备有B T S、B S C、T R A U 和M S C,涉及通信侧既有的监测接口有A b i s(B S C-B T S 间)接口、A(M S C-T A R U间)接口和P r i(R B C-M S C 间)接口 2 1。当C S D 链路异常故障发生在B S C 或T R A U 之间时，既有的接口监测技术无法定位具体的故障点 3 。因此，广州铁路局考虑在B S C 和T R A U 之间增加接口监测设备，如图1 所示，对A s u b 接口数据进行实时的监控。统计2 0 2 0 年1 月至2 0 2 2 年8 月共计3 2 个月广州铁路局管内C S D 链路异常问题共发生2 9 件，其问题主要发生在武广高铁，设备类型为诺西B S S 设备，现象表现为通信过程中上行数据帧序号回退，以2 0 2 1 年7 月3 日武广高铁G 8 5 无线通信超时为例，结合既有的接口监测数据分析如下 2 1:P R I 口信令见图2,M T(车载电台)在呼叫R B C 期间，拆线前M T 模块O B C(机载控制器)发送了响应帧R:1 1 7,R:1 1 8 后，接着马上再次发送了响应帧R:1 1 7,R:1 1 8,导致R B C 检测到响应R R 帧中的N(R)值为无效顺序编号，发送F R M R 拆链。A b i s C 3 业务监测如图3 所示，O B C 只发送了一次响应帧R:1 1 7,R:1 1 8,且可以看到O B C 发送了数据帧S:1 2 6,R:1 1 8,但在A 接口及P r i 接口均未监测到该数据帧。综合分析既有接口监测数据，G 8 5 次超时原因是C S D 链路异常导致，问题定位为B S C 或T R A U 重发了响应R R 帧，导致R B C 发送F R M R 拆线，列车发生无线通信超时，而仅依靠既有P r i、A 口、A b i s 口接口监测数据，无法准确全面定位故障原因，有必要引入新接口监测手段对故障进行准确定位4。2 系统设计收稿日期：2 0 2 2 年1 1 月1 8 日；修回日期：2 0 2 3 年6 月2 5 日4 2热点技术G S M-R 无线网络A s u b 接口监测系统研究应用新增A T Pl g s m r _接口M TU m|按写B T SA b i s接口B S CA s u b接口T R A UA接口M S CP r i接口R B CC S D 链路-图1 C S D 链路结构图阳信令满籍E输后记聚时间信令方向车发号C c 校恰教炎号安全E防用E车地地车拆谐原因2 0 1-0 7 9 1 4:0 5 4 6*1 1O B c C面G SH a CR n m e:AM2 0 2 1-0 7-0 3 1 4:0 5 4 6.1 3 0R R C-O K面G 5H O CI F a m e:A5 1 1 5,8:1 2 5|2 0 2 1-0 7-0 3 1 4:0 6 4 6.1 6 1 5 0R B C-O B CG EH O CI F r a n s:AS:1 1 5,8:1 52 0 1-0 7-0 1 1 4:0 5 4 5.1 3 6 1 5 6n c-C C6 6其cI f a r;A5 1 1 2,8:1 52 0 0 1-0 7-0 3 1 4:0 6 4 5.1 3 0 1 5 7R B C-O B CG B时T F O U+0 22 0 2 1-0 7-3 1 4:0 6 4 6.1 3 0 1 8R B C C B CG 8S a N D US a u o t2 0 2 1-0 7-0 5 1 4:0 9 4 6.1 3 6 1 5 9R B C=C R C矿G 8A P O U2 6 0 1-0/-0 1 1 4:0 6 4 6.2 8 1o c-CG S4N O CI t t;A2 1 22 0 2 1-0 7-0 9 1 4:0 5 4 5.4 3 3 3 4 8O B C-F B C前G BH O U C*F a m e:A32 0 2 1 1.0 7.0 3 1 4:0 6 4 5.4 8 4 5 1O B C C近GH O CR f n m e:AR:1 1 42 0 2 1-0 7-0 9 1 4:0 6 4 6.4 5 8 1O B C F R CG 8H Cf n m:A1 1 1 52 0 2 1-0 7-0 0 1 4:0 4 5.6 3o n c-P C朝G 8H O CI F a m e:l8 1 2,8:1 1 52 0 2 1-0 7-0 9 1 4:0 6 4 6.0 5 8 3 5 0O B C R C对G ST P O UbA K 1 22 0 2 1.0 7 0 8 1 4 0 6 4 6.O B C F E CG BH O C8 F n i m e:A8:1 62 0 0 1-0 7-0 1 1 4:0 6 4 6.6 5 8 5 0 5O H c-M c4 6H O CM f t m e A2 0 2 1-0 7-0 3 1 4:0 6 4 5.6 8 5 2 0O E c-CJG 8H O UR A n m e:A1 12 0 2 1-0 7 8 1 4:0 6 4 6.6 3 5 2 6O R C P E CG 5￥H O U CR R F a m e:A2 0 2 1-0 7-0 3 1 4:0 9 4 6.7 3 6 0 1 2R B C=C B C6 8H O L CR F a m e:2 52 0 2 1-0 7-0 1 1 4:0 5 4 6.8 3 3 6o u c m C过(%H CR R r i m e:A05a r i.n u n t-n h wn a r A r古图2 G 8 8 5 次P r i 接口信令伶施秘中 下只王后6处方 l i2 2 1 0 7 0 1 5 0 5 2 5 4 9H C 2 C XN M U)S I2 0 1 1 0 7 0 1 0 4 5.2 5 4 1C-W O3 期2 6 0 1 9 m2 0 4 0 4 1 1 2 5 5 3 8 0t t)H tm加1 0 4 1 1 0 4 0赋W h m:A加的2 2 1 0 7 9 1 4 0 2 4 5.4 7 2C C-C2 0 2 1 0 7 0 1 4 0 4 6 4 7 2O C 胞H C Cm eM B2 0 1.0.0 1 8 0 4 5 4 7 7T Uk k7 0 1 0 0 1 0 6 6 4 1hh i m师驱2 2 0 1 0O K-)题M C2 0 1 0 7 0 9 1 4 0 3 6.0 0 0 7C R C 枢LR f m:2 0 1 0 7 0 0 1 4 0 6 4 6.6 0 40 9 0 5Mn o对图3 G 8 5 次A b i s C 3 业务数据2.1 系统结构A s u b 接口监测系统根据设备功能可分为三层：数据采集层，数据分析层、数据展示层，各层数据交互通过交换机实现9,如图4 所示。其中，数据采集层由A s u b 接口监测采集器和高阻跨接线缆组成，高阻跨接线缆接线处可以为B S C 侧传输D D F 架，也可以是T R A U 侧传输D D F 架，考虑地理位置等因素，A s u b接口监测采集器和高阻跨接线缆部署在B S C 侧；数据分析层由数据服务中心(虚拟化平台)组成，通过构建数据分析云平台，实现采集数据分析、数据关联及数据存储等功能；数据展示层由A s u b 接口监测分析管理终端组成 2。2.2 功能实现A s u b 接口的物理链路采用传统的通信E 1(时分复用帧)链路承载，采集该接口数据类型方式与A b i s 和A 接口数据采4 3通信与信息技术2 0 2 3 年第4 期(总第2 6 4 期)集一样，可采用采集业务数据的E 1 采集器，通过对物理链路码流数据的组帧后可以获取业务数据，其实现完全具备可行性6。A s u b 接口监测系统由采集设备和数据中心构成四。采集设备可安装在T R A U 侧，通过高阻跨接的方式对A s u b 接口通信信令和业务数据进行采集；然后将采集的数据接入G S M-R 运用数据综合分析系统虚拟化平台，实现A s u b 接口数据的解码、处理、存储和调用。武广高铁包括广州B S C 和长沙B S C,其中广州B S C 到T R A U 共7 对P C M S 电缆，长沙B S C到T R A U 共1 3 对P C M S 电缆，第一阶段采集武广高铁广州B S C 到T R A U 之间的A s u b 接口数据用于研究分析 2 。武广高铁A s u b 接口监测系统组网图如图4 所示。数据中心(虚报化平台服务器时务盐交获机机房网管室交换机R 机房A s u b 采集器B S CT R A图4 武广高铁A s u b 接口监测系统框架图2.3 数据采集A s u b 接口数据采集分为信令采集和业务数据采集，两者的采集原理在物理层面实现方式是一样的，均使用目前我们正在使用的信令采集器以高阻搭接方式获得A s u b 接口E 1表1 H D L C 数据帧内容比对表日期 车次M S I S D N时间段P r i 口A s u b 口信令内数据帧数据帧容一致 备注数量 数量 性1 4 9 8 5 7 7G 1 1 0 26:5 5:0 6-8:0 4:2 8 3 3 7 03 3 7 0 1 0 0%4 6 1 53 月2 1 日1 4 9 8 5 7 7G 1 7 4 47:0 1:5 1-8:0 9:5 1 4 1 0 84 1 0 8 1 0 0%3 3 8 61 4 9 8 5 7 8G 1 1 0 26:5 5:1 7-8:0 5:0 8 3 7 8 4 3 7 8 4 1 0 0%3 0 4 03 月2 2 日1 4 9 8 5 7 7G 1 7 4 47:0 2:1 5-8:1 0:1 3 4 1 2 1 4 1 2 1 1 0 0%4 3 8 21 4 9 8 5 7 7小区切换3 5 2 2/1 4导致数据G 1 1 0 26:5 5:5 4-8:0 4:3 4 1 1 8 5 7 1 1 8 5 6 1 0 0%9 8 5 7 7 3 5帧C R C 校3 月2 3 日2 5验错误1 4 9 8 5 7 7G 1 7 4 47:0 1:2 4-8:0 9:0 9 4 0 8 9 4 0 8 9 1 0 0%4 8 6 8合计3 1 3 2 9 3 1 3 3 0 1 0 0%电信号。高阻搭接方式对被搭接的E 1 线路不会造成干扰，施工时在传输机房D D F(数字配线架)上用三通高阻隔离器接入，三通高阻隔离器的高阻出线端用7 5 同轴电缆连接至信令采集器8 1。A s u b 接口E 1 中第1 6 时隙一般是作为信令信道，1-1 5 和1 7-3 1 时隙作为业务信道。在A s u b 接口实际应用当中，作为业务信道的每个6 4 k b/s 时隙又划分为4 个1 6 k b/s 的子时隙，每个语音呼叫或C S D 呼叫仅使用上下行一对1 6 k b k/s 的子时隙。而传输信令的1 6 时隙则是一个完整的6 4 k b/s 通道。对A s u b 接口研究分析，信令信道的链路层是N o.7 信令的M T P 2 层，基于标准的H D L C 协议，因此信令采集器在采集A s u b 接口信令信道时以标准H D L C 协议进行采集，采集直接得到N o.7 信令消息。而A s u b 接口业务信道则是用透明模式采集1 6 信道，信令采集器采集到的是信道的原始B I T 码流，包含采集的语音业务和C S D 业务数据，由于语音信道的码流不是本次项目的关注点，予以直接舍弃；而承载C S D 数据(C 3数据)信道的原始码流，通过和A、A b i s 接口业务数据进行比对研究，信令采集器做了进一步的处理，从中提取出V.1 1 0帧，再从V.1 1 0 帧中提取C 3 数据的H D L C 包。2.4 数据存储与管理利用M Y S Q L 数据库存储和管理解码后的数据，M Y S Q L数据库支持多种访问接口和形式，并可提供数据备份和迁移的接口，便于后台数据的管理和维护，以及前端W E B 对数据的提取和二次开发；数据库可根据具体的数据特征，提取关键信息，以小时或天为单位创建和存储数据 2 。2.5 系统测试自2 0 2 2 年3 月2 0 日起对武广高铁广州B S C 的A s u b 接口监测系统进行在线测试，分别对A s u b 接口和P r i 接口的H D L C数据帧内容、传输层和应用层数据进行比对，数据比对结果正常，详见表1。2.6 应用案例2 0 2 2 年4 月1 7 日G 1 1 8 3 在Y D X-Q Y 0 4 基站发生无线超时，分析为惯性超时问题“C S D 链路异常，数据帧回退”,结合A s u b 接口监测数据准确定位原因为T R A U 重复发送响应帧。在2 0:4 0:2 7.4 9 3 A 和P R I 接口出现异常N R:3 4 的R R 帧。A s u b 接口数据分析显示T R A U 只收到一条R:3 4 的响应帧，未见R:3 4 响应帧重复发送，重复发送的R:3 4 响应帧不是B S C 发出。3 总结根据A s u b 接口数据信息定位出无线通信超时为T R A U设备引起，需要对诺西无线子系统进行深入分析。在诺西无线子系统中，数据在A b i s 接口是以T R A U 数据帧形式传送，其传输速率为1 6 k b i t/s。过程是先把无线接口速率1 2 k b i t/s 转换成中间速率1 6 k b i t/s,然后再经过适配实现A b i s 接口上传4 4热点技术G S M-R 无线网络A s u b 接口监测系统研究应用输3 2 0 b i t 帧的转换。中间采用了严格的差错控制，信道编码交织等，在切换过程中，T R A U 需要与新基站重新校对T R A U 消息。如果相邻地基站的时钟精度存在较大差异，使得T R A U 与新基站之间的T R A U 帧A L I G N M E N T 的时间较长。当T R A U 侧发送完数据后，在既定时间内，没有收到或无法解析出下一组的T R A U 帧信息，T R A U 不得不将缓存中的保留的上一帧的业务填充到当前业务信道中，即故障现象表现为：T R A U 重发了两次同样的数据。由于A s u b 接口为私有接口，在面临接口协议不规范统一、无同类产品借鉴等困难情况下，广州局克服困难，成功实现武广高铁A s u b 接口数据监测，在面对无线通信超时间题“C S D 链路异常”时，准确定位设备故障点，并深入分析设备故障原因，为降低无线通信超时提供了明确的方向，对铁路无线通信维护具有一定的参考。参考文献 1 陈小平，基于T A 值的C T C S-3 无线超时分析 J .铁路通信信号工程技术，2 0 2 1,1 8(1 2):3 2-3 7.2 常根.基于A s u b 接口数据对C S D 链路异常问题的研究 J .中国设备工程，2 0 2 2,(2 2):1 1 0-1 1 2.3 戴美泰，吴志忠，邵世祥，林纲.G S M 移动通信网络优化 M .北京：人民邮电出版社，2 0 0 3.5 7-6 3.4 钟章队，艾渤，刘秋妍，林思雨.铁路综合数字移动通信系统(G S M-R)M .北京：中国铁道出版社，2 0 0 3:2 3-5 4+6 5-8 7.5 牛志敏.铁路综合运维管理平台总体方案研究 J .铁路计算机应用，2 0 1 7,2 6(8):5-8.6 杨锐，张琚，景永明.G S M-R 网络运行数据综合分析系统在C T C S-3 无线超时分析中的应用 J .铁道通信信号，2 0 1 6,5 2(1 2):3 9-4 3.7 孙斌，蒋文怡.新一代G S M-R 网络接口监测系统 J .铁道通信信号，2 0 1 5,5 1(4):6 1-6 4.8 孙斌.G S M-R 网络接口监测系统在高速铁路运营维护中的应用 J .铁路技术创新，2 0 1 1,(0 2):1 0 8-1 1 1.作者简介常根(1 9 9 8-),学士，助理工程师，主要研究方向G S M-R 网络管理及优化、数据网管理。戴俊勉(1 9 8 6-),学士，高级工程师，主要研究方向G S M-R 网络管理及优化、铁路数据网及网络安全。胡江云(1 9 9 5-),学士，助理工程师，主要研究方向网据管理、网络安全、G S M-R 网络管理及优化。李铭煜(1 9 9 5-),学士，助理工程师，主要研究方向G S M-R 网络管理及优化、数据网及安全防护网管理，大数据平台开发及运维。谭勇(1 9 8 9-),学士，工程师，主要研究方向G S M-R 网络管理及优化。G S M-R w i r e l e s s n e t w o r k A S U B i n t e r f a c e m o n i t o r i n g s y s t e m r e s e a r c h a n da p p l i c a t i o nC H A N G G e n,D A I J u n m i a n,H U J i a n g y u n,L I M i n g y u,T A N Y o n gC h i n a R a i l w a y G u a n g z h o u B u r e a u G r o u p C o.,L t d.,G u a n g z h o u,5 1 0 0 8 0 C h i n aA b s t r a c t:W h e n C C T S-3 W i r e l e s s C o m m u n i c a t i o n T i m e o u t f a u l t o c c u r s d u e t o C S D L i n k E x c e p t i o n,t h e e x i s t i n gt h r e e-i n t e r f a c e m o n i t o r i n g m e t h o d c a n n o t a c c u r a t e l y l o c a t e t h e f a u l t c a u s e.A n e w i n t e r f a c e m o n i t o r i n g t e c h n o l o g y i s p r o p o s e d,a n dA s u b I n t e r f a c e m o n i t o r i n g e q u i p m e n t i s a d d e d b e t w e e n B S C a n d T R A U,a n d t h e o v e r a l l s y s t e m d e s i g n a n d f u n c t i o n r e s e a r c h a r ec a r r i e d o u t o n i t.T h r o u g h t h e m o n i t o r i n g d a t a o f A s u b I n t e r f a c e,C S D L i n k E x c e p t i o n i s a c c u r a t e l y l o c a t e d s u c c e s s f u l l y,p r o v i d i n ge f f e c t i v e a s s i s t a n c e f o r w i r e l e s s n e t w o r k o p t i m i z a t i o n a n d r e d u c i n g W i r e l e s s C o m m u n i c a t i o n T i m e o u t.K e y w o r d s:W i r e l e s s C o m m u n i c a t i o n T i m e o u t,C S D L i n k E x c e p t i o n,A s u b I n t e r f a c e,S t a n d a r d H D L C P r o t o c o l,T r a n s m i s s i o nM o n i t o r i n g4 5