列控系统无线链接超时问题分析及解决建议

eopiriifix

摘 要：该文以CTCS-3级列控系统无线通信原理为切入点，通过对无线链接超时问题的原因解析，梳理分析方法，总结该问题常见的几种情况，并提出相应的处理方法及建议，为预防无线链接超时问题和设备维护方面提供技术参考。
关键词：CTCS3级列控系统 无线链接超时 车载设备 GSM-R
中图分类号：U284  文献标识码：A      文章编号：1672-3791（2019）05（c）-0019-02
我国高速铁路实际运营中，“无线链接超时”问题发生较为普遍，该问题也成为影响动车组运行效率的原因之一。当列控系统发生该问题后，作为控车设备的ATP装置将输出制动信号，在条件许可情况下，将动车组降为CTCS-2等级运行。
1 CTCS-3级列控系统无线超时问题概述
CTCS-3列控系统是在CTCS-2级轨道传输信息的基础上应用无线传输技术，在地面部分增加RBC设备和通信基站，车载部分增加GSM-R电台和信息接收模块，实现车载与地面无线数据通信的列车运行控制系统。
1.1 CTCS-3级列控系统车地通信原理
在CTCS-3级列控系统中列车与地面之间的通信过程是：地面的无线闭塞中心RBC通过无线网络与动车组车载的ATP设备相互传输数据，ATP无线通信单元（GSM-R模块）负责接收和传输车载安全计算机的相关数据，从而实现高铁线路上的各种信息和指令传输。
1.2 无线链接超时问题的产生
“无线链接超时”在列控系统中是指在CTCS-3等级下，列车与地面之间的信息传输超过系统规定的应答时间，有3种情况可列为无线超时的定义范围：一是列车的车载设备在应答时间内未收到任何来自地面RBC的应用层消息;二是地面RBC在应答时间内未收到任何来自车载设备的应用层消息而主动挂断;三是通信网络中移动交换中心MSC由于网络质量问题引起的数据信息拆链。以上情况发生后，列控设备均判断为无线链接超时。
2 无线链接超时问题的分析
无线超时问题在高速铁路的运用中较为高发，研究对该问题的分析方法尤为重要。
2.1 分析无线链接超时主要步骤
通过梳理无线链接超时问题的过程，总结出主要分析步骤。
（1）确定故障发生点以及发生在哪个通信过程;（2）查看MT在G网下的覆盖电平和质量;（3）查看每个接口的记录数据，按时间轴顺序排列;（4）确定MT与G网之间的信令交互情况;（5）确定MT与RBC之间的列控数据传输情况;（6）分析越区切换过程及其前后的数据传输过程（包括丢帧的重发过程）;（7）综合上述数据分析，得出问题结论。
2.2 分析无线链接超时所需的数据
要分析清楚引发无线链接超时的具体原因，必须要先分析在该问题发生前后以下几个方面的数据：（1）MT当前所在G网小区的覆盖电平和通信质量数据;（2）MT与G网的信令交互数据;（3）MT与RBC的列控交互数据;（4）设备自身的工作数据。以上数据汇总后，通过综合分析，可以定位引起无线链接超时问题的原因点。
2.3 分析所需数据的来源
结合CTCS-3级列车控制系统的组成和无线通信的原理，分析无线链接超时问题需要三大类数据：车载设备数据、GSM-R网络监测数据、RBC数据。
车载设备数据来源于车载安全计算机记录的数据和JRU数据。GSM-R网络监测数据来源于三接口数据（Abis接口、A接口和Pri接口）。RBC数据来源于无线闭塞中心服务器记录的数据。
目前在无线链接超时问题分析中，以网络三接口数据最为重要，因为它包含了CTCS-3级系统无线通信过程中各方面的信令数据和网络环境监测数据。从三接口数据中可分析出信息传输在哪个环节出现问题，并通过相关联的设备，可进一步分析无线链接超时的具体原因。
3 无线链接超时各类原因解析
无线链接超时问题的分析是一个系统庞大的信息分析梳理过程，涉及很多专业领域，下面通过几类诱发原因，对无线链接超时问题的分析过程进行说明。
3.1 车载MT电台故障
这类故障表现特征为：列车经过每个RBC移交区时，均发生无线链接超时，属车载设备故障。每套车载设备有两个MT电台，每个电台利用GSM-R网络与RBC进行数据传输。该类故障一般是一个电台正常，另一个故障，因此通过RBC移交区时，单个电台无法移交，导致无线链接超时。
3.2 GSM-R網络干扰
这类故障表现特征为：突发性，即动车组在运行中突然发生无线链接超时，而在后续运行中又恢复C3级控车模式。
有些固定地点经常发生无线链接超时，若发现附近存在信号干扰源并排除后，该地点的无线链接超时发生率大幅降低。这类场景重点关注通信网络的外界干扰。
3.3 地面RBC设备故障
这类故障表现特征为：处在故障RBC控制范围内的所有动车组均发生无线链接超时，该类故障一般是因为RBC设备通信中断或重启所致。对于这类场景，一般对RBC重点分析。
4 采取的措施
4.1 车载设备故障
车载原因主要分为：STU-V模块通信问题;MT电台软件问题;MT电台硬件问题;车顶天线硬件问题。
（1）针对STU-V模块以太网通信问题和MT电台软件问题，可以通过优化软件，解决通信异常及软件本身缺陷。
（2）针对车载设备硬件故障，需要在维护中加强检查测试。
（3）MT硬件重点检查模块本身和SIM卡安装，对于SIM卡松动问题，可采取加厚SIM卡卡槽措施，确保SIM卡牢固，接触良好，并对SIM卡进行擦拭，去除芯片表面氧化层。
（4）对于车顶天线，可先采用驻波比测量法，若数值异常，则重点检查天线外观，该天线安装在动车组顶部，高速运行时，外壳容易受损，导致天线工作异常。
4.2 GSM-R通信故障
GSM-R通信故障主要由无线干扰和设备本身故障引起，其中无线干扰有通信基站宽频干扰，高磁场干扰等;设备本身故障有MSC拆线、GSM-R设备故障和电源设备故障等问题。
（1）针对无线干扰的处理过程为：首先确认是网内还是网外干扰，网内干扰就要具体分析干扰点附近的电磁环境;网外干扰可协调相关单位关闭基站或重新核对GSM基站的频率。另外，可根据干扰性质进行GSM-R网络优化，改善网络抗干扰的能力。
（2）针对设备本身质量问题，加强设备日常维护，严格落实维修工艺标准，对于无法满足要求的，联合设备厂家进行攻关整治。
4.3 RBC设备故障
RBC设备故障主要包括RBC间通信中断、RBC重启、ISDN服务器故障和非移交区RBC主动结束通信會晤等。
RBC设备属于集成化设备，故障集中在软件方面。对于RBC设备故障，需做好故障梳理、分析及统计，有针对性地进行软件优化，为后续投入运营的RBC提供技术改进，降低故障概率。
5 针对无线超时问题的解决建议
无线链接超时在CTCS-3等级列控系统运用中仍属于高发问题，该问题涉及面广，分析处理难度大，在这里提出以下建议，供读者参考。
（1）强化数据统计分析。建立模块类型、小区CI、告警时间为关键字的数据库，通过对大数据进行归类、查询，为后续无线链接超时问题的分析处理和预防提供数据支持。
（2）增加通信监测设备。在动车组上加装空口通信监测装置，可以准确判断C3通信超时是地面还是车载原因，便于采取针对措施。
（3）提高终端设备抗干扰能力。在车载MT模块加装滤波器，使MT模块只接收铁路GSM-R频段的信号，从而提高MT模块的抗下行干扰能力，有效解决外界干扰造成的无线链接超时问题。
参考文献
[1] 诸叶刚.简析GSM-R在CTCS-3列控系统中的作用和故障判断处理[J].铁路通信信号工程技术，2014，11（5）：35-38.
[2] 李冰，朱雅楠.CTCS-3系统中GSM-R网络结构的研究分析[J].铁道标准设计，2013（4）：119-123.