GSM-R分組業務分析

馬 捷 中國鐵路上海局集團有限公司上海通信段

1 引言

本文以現網GPRS設備為例，從日常維護中常見的CIR收不到進路預告問題出發，通過對GSM-R網絡分組側業務消息的發送、簽收流程進行分析，對CIR終端的消息發送格式不符合規范導致CTC不給CIR發送進路預告的問題進行分析、定位故障原因，介紹了CIR收不到列車進站進路預告的常用分析方法，對日常維護工作具有一定的指導意義。

2 GPRS業務流程

中國鐵路上海局集團有限公司管范圍內，GPRS分組側設備主要由服務GPRS支持節點（SGSN）、網關GPRS支持節點（GGSN）、GPRS接口服務器（GRIS）組成。

GPRS服務支持節點（SGSN）是GPRS網絡側設備中的重要功能實體，主要功能有：移動性管理、會話管理、鑒權、加密、壓縮、統計功能，實現了在本PLMN或其他PLMN范圍內定位、跟蹤手機的當前路由信息，管理手機的PDP上下文，負責完成移動終端和GGSN間的業務數據的路由和轉發。

網關GPRS支持節點（GGSN）相當于GPRS網絡的網關，是本局GPRS網絡與外部數據網絡的網關,主要完成會話管理，路由和轉發、動態IP地址分配等功能，并能根據路由信息將業務數據發送到移動終端所屬的當前服務GPRS支持節點（SGSN）。

GPRS接口服務器（GRIS）負責將CTC發送給CIR的調度命令、列車進站進路預告信息轉發至GGSN，并在本地服務器硬盤內存儲，能夠根據機車號自動查找對應CIR的IP地址并轉發給對應的列車。

現網GPRS業務類型主要包括車次號校核信息、調度命令、列車進站進路預告、當前GRIS IP地址查詢、活動性檢測及告警信息。

2.1 CIR開機附著流程

司機將CIR開機或重啟后，CIR首先會注冊GPRS網絡，該過程為自動進行，CIR將向SGSN發送附著請求，包含其附著類型（IMSI附著、GPRS附著或聯合的IMSI/GPRS附著）和其身份識別碼（TMSI或者P-TMSI），SGSN根據IMSI號找到車載臺對中數據卡所開戶的HLR，并向請求HLR更新該用戶所處的SGSN地址，更新成功后HLR將該車載臺數據卡的相關用戶信息發送給SGSN，SGSN確認該用戶具備GPRS業務能力后分配新的P-TMSI給該CIR，并發送附著成功消息給CIR，附著成功后CIR將獲得新的P-TMSI。

2.2 PDP激活流程

PDP激活的主要目的是使終端獲得IP地址，以實現網絡側設備能夠將業務數據發送至移動臺；目前全路范圍內采用的是靜態IP地址分配，由RADIUS（認證服務器）依據機車號做靜態分配,即每一個SIM卡對應唯一的IP地址。

CIR在完成附著后，將發起PDP激活請求，PDP激活請求中包含了APN信息，SGSN將收到的APN發送給北京、武漢DNS進行域名解析，得到該CIR中SIM卡所歸屬局GGSN的IP地址，之后SGSN將CIR發送的PDP激活請求發送給對應IP地址的GGSN，GGSN將CIR的PDP激活請求中的機車號作為賬號和密碼發給北京、武漢RADIUS服務器，RADIUS服務中儲存了機車號與IP地址的對應關系，若該機車號為合法賬號，RADIUS服務器將分配的IP地址發送給GGSN，GGSN再通過SGSN發送給車載臺，從而完成PDP激活過程，PDP激活成功后CIR獲得新的IP地址。

2.3 查詢當前GRIS IP地址流程

PDP激活成功后，CIR根據預存的GROS IP地址向GROS發送“查詢當前GRIS IP地址”指令，內容包括機車號、車次號、交路號、公里標、當前小區號、經緯度信息等。GROS查詢并返回CIR當前所屬局的GRIS的IP地址，CIR接收當前GRIS IP地址，并實時存儲。

2.4 列車進路預告發送流程

CTC向CIR發送列車進站進路預告需滿足如下3個條件：車次號校核信息正確無誤，即CIR上報的車次號與該列車實際的車次號相互匹配無誤；列車位置處于相應要接收進路預告的區段，且前方進路無其他列車占用；前方進路已開放，即進路已辦理成功，并且和列車運行計劃完全一致。

若發送列車進站進路預告的3個條件均滿足，則由車站自律機根據列車運行計劃自動生成相應的進路預告信息，當列車運行至該區段時，車站自律機將進路預告信息發送至CTC中心通信前置機，后經通信側設備GIRS、GGSN、SGSN、BSC、BTS最終通過無線網絡發送至CIR，CIR在收到列車進路預告信息后，發送自動確認信息，之后發出提示音提示司機進行簽收，在列車司機進行簽收后，CIR向GSM-R網絡側發送手動簽收回執信息，最終以相反的路徑發送至CTC。

2.5 相關規定

《鐵路通信維護規則》設備維護中關于非列控業務應用質量標準規定如下：進路預告發送成功率應不小于99%。列車進路預告發送成功是指同一編號進路預告發出后規定時間內（包含兩次重發），收到該編號進路預告信息的一條手動簽收或自動確認信息。

3 故障案例

3.1 故障現象

2016年2月15日滬寧城際線G7217次列車（機車號：30228051）不能正常取進路預告，經核實使用的是天津712廠CIR應急臺，注冊機車號為30228051。

在GRIS網管上查看該CIR應急臺，發現該CIR不能正常上報車次號校核信息,在正常情況下車次號校核信息應由CIR發至GRIS，GIRS轉發至CTC，G7217次列車的車次號校核信息僅有GRIS發至CTC的數據記錄，缺少前一段CIR發至GRIS數據記錄。該應急臺可以獲取本機IP，但通過GRIS無法ping到終端。查看GRIS網管發現CTC也未發送進路預告給該機車號。2月16日上南工區使用本工區天津712廠CIR應急臺同樣存在上述問題。

3.2 原因分析

根據上述現象描述我們可以發現，天津712廠的應急臺均有這情況，故判斷故障點在應急臺上。但是，在現象上存在幾個問題：（1）應急臺能獲取IP但是無法ping通；（2）GRIS網管上查看G7217次列車車次號校核信息，缺少CIR發至GRIS的數據記錄；（3）CTC未給G7217次列車下發進路預告。

問題點1經詢問天津712廠應急CIR廠家，得到回復為應急臺程序設置問題，由于ping不屬于規范，所以這一批應急CIR沒有開通被ping的功能。

問題點2經與廠家討論得知天津712廠的應急臺在發送車次號校核信息時，發送的數據格式與GRIS解析不兼容，導致GRIS網管未能顯示出CIR發至GRIS的數據記錄。

問題點3初步判斷CTC未給G7217次列車發送進路預告的原因為觸發預告的三要素沒有得到滿足。車次號校核信息按要求是由CIR每30 s向網絡上報1次，經通信通道傳送至CTC服務器，CTC在一定時間內（通常為半小時）只需成功收到一次即判定為車次號校核有效，即滿足車次號校核正確條件。通過查看GRIS網管及核對相關信息，發現疑點在GRIS轉發的車次號校核信息上，通過提取GRIS的設備日志與規范《運基通信【2009】144號》文件做比對，對G7217次列車的車次號校核信息碼流進行分析，來定位故障原因。

3.3 排查流程

2016年2月15日分析人員使用測試CIR注冊該機車號30228051進行試驗，注冊情況正常，確認問題點在機車上的應急CIR。

2016年2月16日與現場聯系仍使用原來故障應急臺，注冊測試機車號99904107，現象與15日故障現象一致。聯系天津712廠廠家反映情況，廠家建議再次縮小故障范圍，更換數據模塊或主控單元來排查。同時聯系CTC，詢問2月15日CTC為何不向G7217發送進路預告，得到答復為G7217發送的車次號校核信息校核不正確。

2016年2月17日上南車載工區使用天津712的CIR在900M模式下注冊，在GRIS網管上發現有同樣的故障現象，應急臺獲取IP地址但網絡無法PING通，通過截取Gb接口信令分析，判斷信令層面交互正常，PDP激活正常。

2016年2月17日再次對2月15日G7217上的應急臺進行測試，嘗試多次注冊不同的機車號，并在GRIS上PING應急臺，均未PING通。

通過分析GIRS設備日志中天津712廠應急CIR發送的車次號校核信息原始碼流，發現CTC不發送進路預告主要是車載發送的車次號校核信息沒有將數據幀中72字節“監控裝置數據”中的第1項“地址長度”填為38H、第17項“地址長度”填為39H。正常的車次校核信息日志如下：

根據GRIS與GPRS終端的通信協議。標準的基本幀格式為，前兩字節10 02為幀起始，8F 00為信息長度，91代表是GRIS向GSM-R通信服務器發送應用數據。05代表該業務類型為車次號校核信息，38為IP原通信地址的長度。FF為補位。

導出2016年2月15日G7217車次號校核信息的LOG數據進行分析比對，發現數據有異常。2月15日G7217所用的應急CIR的車次號校核信息的LOG，隨機選擇一條，具體如下：

前幾位如10 02 8F 00 91 05，和正常車次號校核信息的LOG一樣，但之后兩個字節（及38為IP原通信地址的長度），用FF補位，不符合規范導致CTC無法正常讀取。車次號校核信息通過GRIS轉發到CTC側的接口服務器后再以廣播的形式轉發給通信前置服務器（每條線路對應一個通信前置服務器），也就是說每個通信前置服務器都儲存所有車次號校核信息，調度臺發送調度命令時先去該線路的通信前置服務器查詢車次號校核信息，然后發送調度命令給前置服務器，之后轉發給接口服務器，最后發到GRIS上。至于在GRIS中看到的機車號，通過數據幀中72字節“監控裝置數據”中碼流可以讀到。

同時工區將分析結果向天津712廠反應，廠家試驗后承認本廠應急CIR的問題，并聯系所有配備天津712廠應急CIR的單位進行軟件升級。

3.4 分析結論

導致2016年2月15日滬寧城際線G7217次列車（機車號：30228051）不能正常取進路預告的原因是該列車上使用的天津712廠應急CIR設備發送的車次號校核信息不符合規范《運基通信【2009】144號》中要求的格式，導致CTC無法正常識別，判斷車次號校核無效，從而沒給G7217次列車發送列車進路預告信息。

4 總結

列車進路預告發送經過的GSM-R網絡側設備較多，含無線側 BTS、BSC、核心側 SGSN、GGSN、GRIS 設備，業務流程較為復雜，故障點定位需集合GRIS設備日志、CIR設備日志、GPRS接口檢測等多方數據。

分析列車收不到進路預告這類問題，維護人員可以先從故障影響范圍入手，確定故障存在與單趟列車故障還是群體性故障，若為群體性故障，則排查方向為核心網分組側設備，若為單趟車故障，則通過GRIS網管查看車次號校核信息、活動性檢測發送情況，通過與車載CIR設備日志進行比對，判斷故障原因、定位問題點并做進一步處理，從而保障鐵路GPRS業務交互的安全性、可靠性。

本文通過一個典型案例，結合通信規范文件，定位問題點為CIR設備終端上報的車次號校核消息不符合規范格式導致CTC沒有給列車發送列車進路預告信，對日常維護工作具有一定的指導意義。