C3無線超時原因不明類問題的分析及應對措施

施成超 中國鐵路上海局集團有限公司科技和信息化部

1 引言

近年來，國鐵集團對各局C3無線超時制動問題的分析、處置及定責要求日趨嚴格，上海局利用C3無線超時制動信息流轉平臺、C3無線超時月度分析會對每件制動、降級信息落實逐件分析要求。但車載側受限于現有的分析、監測手段，在未額外安裝監測設備的情況下只能對車地應用層數據進行分析，缺乏底層數據記錄，對車地交互、結合部問題分析并不徹底。同時由于無線通信受環境因素影響較大，因此對于個別無線超時問題,降級原因無法精準定位。

2 原因不明類無線超時現狀

如圖1所示，2020年3月至12月上海局累計發生642件由于電務列控設備造成的無線超時類制動、降級問題。最終經分析會定為原因不明的合計120件，占比約19%。

圖1 上海局2020年度無線超時類問題統計

以300T型ATP設備為例，車載側在處理DMS報告的此類無線超時問題時，需下載ATPCU、SDP、STU-V-V、JRU等ATP數據進行分析，查看在應用層有無設備故障報警語句及車地數據交互邏輯異常信息。車載側對上述原因不明無線超時問題進行數據分析時，現象及結論基本類似：車載側連續發送多條M136包后，一直未收到RBC的M24或M3包回復，車載設備在T_NVCONTACT時間內(10 s-20 s)未收到任何來自RBC的應用層消息后判斷無線超時，觸發最大常用制動乃至降級，車載設備正常。若車載側對此類問題需要進一步分析時，需依靠六婕AMS(監測Igsm-r、Um接口)或通號datalog（監測Igsm-r接口）監測設備（如圖2所示），但目前上海局加裝的該類設備數量較少，導致現場分析處置能力有所欠缺，分析處置時往往還需要依賴通信三接口數據。

圖2 車地接口監測接口示意圖

根據現場多年的無線超時問題處置經驗，將原因不明類問題分為四大類：一是小區切換后電臺異常；二是車載或RBC判斷TPDU幀類型錯誤,發送ER幀；三是車載或RBC判斷HDLC幀類型或時序錯誤，發送FRMR幀；四是車地10 s-20 s無通信導致車載安全傳輸層發送DI/DR。可以明確的是，原因不明類故障與列控設備運用檢修狀態無關，一般無需對列控設備進行處置。

3 典型性故障分析

3.1 小區切換后異常

此類問題一般發生在MT小區切換時。其典型場景為：在小區切換前，上、下行鏈路接收電平、質量均正常，切換后上行接收質量突然下降，導致數據包連續錯誤，無線鏈接超時。此前該類問題認為與切換后MT異常有關，但在實際案例中發現車地均有可能引起該類問題。

2021年3月13日G1971次列車DMS報C3降級，下載ATP數據分析，9:16:37時車載收到RBC側最后一條24消息，9:16:41時起車載向RBC發送了3條136包，均未得到回復，至9:16:56時無線連接超時觸發常用制動，9:17:06時降為C2等級。

結合通信三接口數據，查看Abis口數據發現由XZDTSXLS06小區切換至XZD-TSXLS07B后，上行鏈路通信質量突降為7級，并且下行鏈路通信質量、電平值均未收到，屬于典型的小區切換后異常問題。再由PRI接口數據可知，小區正常切換后09:16:41.502時RBC發送SREJ重傳幀，要求ATP重傳98號I幀，09:16:42.127收到重傳的98號I幀，但由于FSC校驗失敗再次要求ATP重傳，但后續ATP已斷開鏈接。同時在長達9 s時間內收到車載側發送了大量的無效數據Link Invalid Data，并只收到ATP發送的1條136包。

因此該問題原因可能為：一是切換后電臺異常；二是切換后上行鏈路異常，存在干擾。由于此車安裝了AMS裝置，車載側人員對Um接口、Igsm-r接口數據（如圖3所示）進行進一步分析。從Igsm-r接口監測信令來看ATP側交互邏輯正常。由Um接口監測測量報告可知，切換前后下行鏈路通信質量和電平值均正常，上行鏈路中MT正常向地發送測量報告，MT工作正常。由上，可以得出此次無線超時問題是由上行方向鏈路存在干擾導致。

圖3 IGSM-R、Um接口監測信令

3.2 車地發送FRMR、ER幀

車地發送數據鏈路層FRMR幀、傳輸層ER幀一般是因為判定接收的幀通過FSC校驗但最終判定結構錯誤導致，從而釋放車地鏈接導致無線鏈接超時。一般情況下，該類問題基本是由于通信HDLC、TPDU協議機制、無線通信極小概率丟包、誤碼特點導致的。

其較典型的問題場景為：車地在接收到的NR幀序出現回退或異常增大情況下，導致一方發送FRMR幀。分析人員可以在Igsm-r或Pri接口數據上對此類問題予以明確。從車載側來看，車地設備在處置此類NR幀序異常問題時，直接發送FRMR幀存在一定的不合理性，車地安全計算機設備可丟棄回退的、異常增大的幀來確保車地交互的一致性，而不是直接發送FRMR幀來重置當前鏈路。

3.3 異常丟幀

丟幀現象易發生在小區切換或上下行通信鏈路存在干擾場景下，并通過幀重發機制來保持車地正常通信。但是在單個小區內且車地通信環境滿足要求的情況下，仍會遇到異常丟幀問題。

3.3.1 上行鏈路異常案例

2021年3月13日6時31分,DJ8729次列車運行至杭長客專K384處C3降級。從ATPCUlog中分析得知，06:35:27時車載收到RBC側最后一條24消息。06:35:31起車載向RBC發送了4條136消息包，均未得到回復，06:35:39報無線網絡資源不可用，至06:35:45時無線連接超時觸發常用制動18 s，根據CTCS-3級規范，超過無線超時判定時間（10 s-20 s），06:35:48降級一次，未恢復，后續運行正常。

結合通信數據，分析Abis、A口數據可知故障發生時未處于小區切換狀態，且上下行電平值為40-50，接收質量0-2級，滿足車地正常通信要求。

分析Pri口數據可知（如圖4所示），下行數據既RBC向ATP發送的N（S）信息至124幀，ATP向RBC回復N（R）=125信息表明ATP收到所有RBC發送的信息幀，下行通道暢通。分析上行數據，RBC從06:35:27.203至06:35:31.671一直在向ATP發送N（R）=119，表明RBC一直在等待ATP發送N（S）=119幀,但RBC一直未收到，并于06:35:32.328收到ATP的N（S）=120,表明ATP發送的119幀丟失，RBC隨即向ATP發送三次SREJ要求重傳，但均未收到ATP的有效幀回復，亦未看到從ATP發送的后續四條136包，最終導致RBC發起SABME。

圖4 車地數據鏈路層交互示意圖

我們注意到，從06:35:27.000 RBC發送N（S）=124到06:35:29.578收到ATP發送確認N（R）=125間隔時間長達2.5 s，因此，綜合判斷造成此次降級的原因是上行通道異常或存在較大延時，造成ATP發送的若干信息未被RBC收到。

3.3.2 下行鏈路異常案例

2021年1月13日21時13分，G7744次交路報無線連接超時制動并降級。通過對車載JRU和ATPlog數據的分析獲知，車載自21：13：20收到地面側最后一條應用層消息M24包后，從21:13:24開始，6次發送M136信息包，均未收到回復，2 1時1 3分38秒觸發無線超時制動并降級。

通過通信Abis口數據可知故障發生時未處于小區切換狀態，上下行電平值為50-60，接收質量2-4級，滿足車地正常通信要求。

再查看通信Pri口數據，如圖5所示，下行通信鏈路中，21:13:26.985時RBC向ATP發送了N（S）=12幀，但21:13:27.204時ATP仍在向RBC發送N（R）=12幀，表明ATP未收到12幀。因此ATP在21:13:28.095時向RBC發送SREJ要求重傳12幀，RBC于21:13:28.265重傳,但ATP于21:13:32.954開始，多次向RBC發送N（R）=12，表明ATP仍未收到RBC第二次重傳的12幀。由此造成ATP缺少12幀信息無法組成M24包，并于21:13:40.720向RBC發送了DR/DI拆鏈信息。值得注意的是，自ATP發送SREJ重傳幀后，從21:13:32.954到21:13:38.938約6s期間，ATP共計向RBC發送了5次N（R）=12幀，但并未再次發送SREJ重傳幀。

圖5 車地數據鏈路層交互示意圖

由于該車未安裝空口監測設備，結合ATP數據、地面三接口數據判斷降級原因為：下行通信鏈路異常（MT異常未轉發或通信通道瞬時干擾），導致RBC側2次發送的12幀丟失。

4 結論

文中對原因不明類無線超時問題的發生原因及典型性問題分析等進行了一些探究。由于現場Um口監測設備的缺少及無線通信機制的若干特點，目前對該結合部問題的定責、處置存在一定的困局，我們可以從以下3點嘗試減少該類問題的影響：

（1）繼續增加車載側、基站側Um口監測裝置（特別是存在重復發生點）。

避免車載側與通信側定責不清、推諉扯皮現象，提高現場分析處置能力，增強設備穩定性。

（2）考慮在車載側增加濾波裝置。

加強MT電臺抗干擾能力，減少小區切換環境及通信干擾環境下電臺異常概率。

（3）繼續在車載軟件上優化車地交互邏輯。

一是可增加車載設備無線超時后觸發C3降級的時間。以此增加車地通信異常后鏈路恢復的幾率，減少降級的概率，降低無線超時問題對現場運營的負面影響。目前在2021年300T型ATP最新V1.11.2版軟件中，已將無線超時降級邏輯由“C3無線超時制動后列車速度低于C2允許速度后降級C2”更改為“無線超時制動超40 s或時速降至50 km且低于C2允許速度才可降級”，較大程度上降低了降級問題的發生概率。

二是修改跳幀及回退現象的處理邏輯，可采用錯誤幀棄用的方法，而不是發送FRMR幀導致無線超時問題；三是優化異常丟幀后自動重發能力。例如在上述下行鏈路異常案例已明確丟幀的情況下，車載側仍在長時間范圍內連續重復發送N（R）幀，未繼續主動向RBC發送SJET重傳幀，RBC側亦在被動等待。