基于Asub接口數(shù)據(jù)對CSD鏈路異常問題的研究

常根

（中國鐵路廣州局集團有限公司廣州通信段，廣東 廣州 510630）

CTCS-3級列控系統(tǒng)（以下簡稱C3）是我國高鐵列車運行控制系統(tǒng)的重要組成部分，C3無線超時是指ATP（列車自動防護系統(tǒng)）或RBC（無線閉塞中心）在規(guī)定的時間內(nèi)沒有接收到對方發(fā)送的應(yīng)用層數(shù)據(jù)的情況。為保證鐵路通信服務(wù)質(zhì)量，減少無線超時故障率，保障鐵路運行秩序，本文從無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)進行深層次的分析及優(yōu)化建議工作，通過在日常無線超時分析中發(fā)現(xiàn)的CSD鏈路異常問題開展研究分析，結(jié)合新建Asub接口監(jiān)測系統(tǒng)，成功定位出CSD鏈路異常問題中，上行數(shù)據(jù)幀回退現(xiàn)象是由于TRAU重復(fù)發(fā)送響應(yīng)幀，導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀出現(xiàn)回退，RBC判斷HDLC幀時序錯誤發(fā)送FRMR拆線。

1 基本概念

1.1 CSD鏈路

CSD鏈路指的是從BTS（基站）至MSC（移動交換中心）間C3數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸通道，如圖1，CSD鏈路經(jīng)過的GSM-R（鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有BTS（基站）、BSC（基站控制器）、TRAU（碼型變換及速率適配單元）、MSC（移動交換中心），涉及到的接口Um、Abis、A、PRI接口。

目前全國18家鐵路局通信既有三接口分別為Abis接口、A接口、PRI接口，2021年底，中國鐵路廣州局集團有限公司廣州通信段開始試運行Asub接口監(jiān)測系統(tǒng)。

Abis接口用于BTS與BSC之間的互連，支持所有向用戶提供的服務(wù)，并支持對BTS無線設(shè)備的控制和無線頻率的分配。Abis接口采用2.048 Mbit/s數(shù)字接口，通信協(xié)議可采用廠家內(nèi)部協(xié)議。

A接口用于TRAU與MSC之間的互連，主要傳遞呼叫處理、移動性管理、基站管理、移動臺等信息。A接口采用2.048 Mbit/s數(shù)字接口，信令規(guī)程采用No.7信令方式。

PRI接口為MSC與RBC之間的接口，該速率支持E1(30B+D)2.048Mbps，其中B信道為用戶信道，用于傳送應(yīng)用數(shù)據(jù)、話音等用戶信息，速率為64kbit/s；D信道為控制信道，用來傳送公共信道信令，控制同一接口的B信道上的呼叫，速率為 64kbit/s，通過B信道和D信道的劃分，實現(xiàn)C3數(shù)據(jù)和呼叫信令的分離。Abis接口用于BTS與BSC之間的互連，支持所有向用戶提供的服務(wù)，并支持對BTS無線設(shè)備的控制和無線頻率的分配。

1.2 鏈路層協(xié)議流程

C3通信系統(tǒng)共包括物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、安全層、應(yīng)用層6層通信協(xié)議層。分析處理C3無線超時是一個非常復(fù)雜大的工作，本文主要從鏈路層數(shù)據(jù)來對CSD鏈路異常引起的C3無限超時進行深入分析研究。

鏈路層采用的是HDLC（高級數(shù)據(jù)鏈路控制）協(xié)議。連接建立均由ATP發(fā)起，連接釋放ATP或RBC都可以發(fā)起。

根據(jù)HDLC的協(xié)議規(guī)范，正常情況下，發(fā)送端發(fā)送的信息幀（I Frame）和命令幀（RR幀），均由接收端返回的RR幀或信息幀響應(yīng)。可以通過N（S）：發(fā)送幀序列編號（0～127），N（R）：期望接收的幀序列編號來確認，幀號連續(xù)說明數(shù)據(jù)交互正常。

異常情況下，發(fā)送端連續(xù)發(fā)送N2次（最大重發(fā)次數(shù)）I幀和RR幀，均未收到接收端返回的確認幀，則發(fā)送SABME幀，請求重新建立鏈路或發(fā)送DISC拆除連接，若某一端收到FRMR幀，則發(fā)送DISC拆除連接。SREJ是選擇性拒絕幀,要求發(fā)送方發(fā)送編號為N（R）的單個I幀，并表示其它編號的I幀已全部確認。

判斷下行鏈路可達的方法是查看連接釋放前，RBC是否正常收到ATP發(fā)送的RR確認幀。判斷上行鏈路可達的方法是查看連接釋放前，ATP是否正常收到RBC發(fā)送的RR確認幀。是否有SABME、FRMR和多個HDLC重傳幀可以輔助判斷鏈路是否可達。

1.3 Asub接口

Asub接口為私有接口，為BSC與TRAU之間接口，Asub接口的物理鏈路采用傳統(tǒng)的通信E1（時分復(fù)用幀）鏈路承載，采用可采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的E1采集器，通過對物理鏈路碼流數(shù)據(jù)的組幀后可以獲取業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

其中，該接口業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的獲取需要將V.100格式轉(zhuǎn)換成HDLC格式后組成完整的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；信令數(shù)據(jù)通過采集器后類比A接口信令可以采集完整的HDLC數(shù)據(jù)幀。

Asub接口監(jiān)測系統(tǒng)由采集設(shè)備和數(shù)據(jù)中心構(gòu)成。采集設(shè)備可安裝在TRAU側(cè)，通過高阻跨接的方式對Asub接口通信信令和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行采集；然后將采集的數(shù)據(jù)接入GSM-R運用數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)虛擬化平臺，實現(xiàn)Asub接口數(shù)據(jù)的解碼、處理、存儲和調(diào)用。

Asub接口E1中第16時隙一般是作為信令信道，1至15和17至31時隙作為業(yè)務(wù)信道。在Asub口實際應(yīng)用當(dāng)中，作為業(yè)務(wù)信道的每個64K bit/s時隙又劃分為4個16K bit/s的子時隙，每個語音呼叫或CSD呼叫僅使用上下行一對16K bit/s的子時隙。而傳輸信令的16時隙則是一個完整的64K bit/s通道。

2 問題現(xiàn)象分析

針對C3列控系統(tǒng)因CSD鏈路異常導(dǎo)致車地?zé)o線通信超時問題，經(jīng)認真梳理分析，主要現(xiàn)象為幀序號回退，均發(fā)生在諾西設(shè)備，列車小區(qū)切換后因上行數(shù)據(jù)幀回退導(dǎo)致RBC發(fā)送FRMR消息拆線中斷連接。本文主要研究諾西設(shè)備幀序號回退問題，在鐵路既有三接口數(shù)據(jù)分析下，通過引入Asub接口，更加微觀判斷故障發(fā)生原因，定位故障位置，為后續(xù)的C3網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供幫助。

上行數(shù)據(jù)幀回退現(xiàn)象從Pri口側(cè)顯示車載發(fā)送了RR（N）幀后，接著再次發(fā)送RR(N-1)幀，即幀序號出現(xiàn)了回退現(xiàn)象，導(dǎo)致RBC收到后按規(guī)定發(fā)送FRMR幀拒絕，進入拆鏈流程。從Abis C3業(yè)務(wù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，可以看到OBC只發(fā)送了一次RR響應(yīng)幀，從A口C3業(yè)務(wù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，可以看到OBC發(fā)送了幀序號回退的RR響應(yīng)幀，判斷為BSC/TRAU發(fā)送了幀序號回退RR幀。

2022年4月17日G1183在YDX-QY04基站發(fā)生無線超時，分析為慣性超時問題“CSD鏈路異常，數(shù)據(jù)幀回退”，各接口業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互分析如下。

（1）PRI接口數(shù)據(jù)：在20:40:27.493以前，PRI接口數(shù)據(jù)交互正常，接口數(shù)據(jù)顯示在20:40:27.493無線閉塞中心收到R:35響應(yīng)幀后，再次收到兩條R:34響應(yīng)幀（三接口監(jiān)測廠家確認再次收到的其中一條R:34響應(yīng)幀為采集沒有去重），RBC收到NR回退（R:35->R:34）的響應(yīng)幀，RBC判斷HDLC幀時序錯誤發(fā)送FRMR拆線，和《2021年版CTCS-3無線超時和降級原因類別劃分表》中CSD鏈路問題第一種現(xiàn)象一致，判斷為CSD鏈路問題。

（2）A接口數(shù)據(jù)：A口C3業(yè)務(wù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示MSC接收到R:35響應(yīng)幀后，又收到了1條R:34響應(yīng)幀，與PRI接口數(shù)據(jù)一致。

（3）Asub接口數(shù)據(jù)：Asub接口業(yè)務(wù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示TRAU只收到一條R:34的響應(yīng)幀，未見R:34響應(yīng)幀重復(fù)發(fā)送，重復(fù)發(fā)送的R:34響應(yīng)幀不是BSC發(fā)出。

（4）Abis接口：Abis接口業(yè)務(wù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示BSC只收到一條R:34的響應(yīng)幀，未見R:34響應(yīng)幀重復(fù)發(fā)送。

根據(jù)以上各接口的業(yè)務(wù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，特別是Asub接口業(yè)務(wù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的支持，可以判斷此次超時是由于TRAU重復(fù)發(fā)送R:34響應(yīng)幀，導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀出現(xiàn)回退，RBC判斷HDLC幀時序錯誤發(fā)送FRMR拆線，證明了BSC設(shè)備運行正常，通過日后對該類故障的觀察，可以逐步排除BSC側(cè)的故障嫌疑，對日后C3網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供定位指導(dǎo)。

3 優(yōu)化建議

在諾西無線子系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)在Abis接口是以TRAU數(shù)據(jù)幀形式傳送，其傳輸速率為16kbit/s。過程是先把無線接口速率12kbit/s轉(zhuǎn)換成中間速率16kbit/s，然后再經(jīng)過適配實現(xiàn)了V.110幀80比特幀格式到Abis接口上傳輸320bit幀的之間的轉(zhuǎn)換。如果相鄰地基站地時鐘精度存在較大差異，使得TRAU與新基站之間的TRAU幀ALIGNMENT的時間較長。當(dāng)TRAU側(cè)發(fā)送完“R117”、“R118”數(shù)據(jù)后，在既定時間內(nèi)，沒有收到或無法解析出下一組的TRAU幀信息，TRAU不得不將緩存中的保留的上一幀的業(yè)務(wù)填充到當(dāng)前業(yè)務(wù)信道中。我們看到的故障現(xiàn)象表現(xiàn)為TRAU重發(fā)了兩次“R117”、“R118”的數(shù)據(jù)。

借鑒中國鐵路濟南局中興設(shè)備案例，同類型R幀重發(fā)的CSD鏈路異常問題，中興公司修改了BSC時鐘跟蹤參數(shù)后未再發(fā)生。當(dāng)前武廣TSYNC的值均為2000，建議改為1000（10S）。修改后增加監(jiān)控TRAU幀的敏感度，及時發(fā)現(xiàn)TRAU幀的質(zhì)量問題。

中國鐵路廣州局集團有限公司管轄C3線路現(xiàn)網(wǎng)共有三套諾基亞BSC/TRAU，TRAU定時器TSYNC的設(shè)置略有差異，其中武廣高鐵為2000（20s）；滬昆高鐵杭長段為600（6s）。通過梳理近年無線超時數(shù)據(jù)，分析2020年5月4日G1479在滬昆高鐵杭長段醴陵東-長沙南03小區(qū)為CSD鏈路異常引起的無線超時，查看期間無告警。判斷武廣高鐵TRAU定時器TSYNC參數(shù)調(diào)整后CSD鏈路異常時不一定產(chǎn)生告警，建議按照諾基亞建議調(diào)整參數(shù)后繼續(xù)觀察。

4 結(jié)語

由于Asub接口為私有接口，在面臨接口協(xié)議不規(guī)范統(tǒng)一、無同類產(chǎn)品借鑒等困難情況下，目前已實現(xiàn)武廣高鐵gzBSC1和TRAU0至TRAU6之間Asub接口數(shù)據(jù)監(jiān)測，并幫助分析2022年4月17日G1183次慣性C3超時問題“CSD鏈路異常”，準(zhǔn)確定位原因為：TRAU重復(fù)發(fā)送響應(yīng)幀R：34，導(dǎo)致上行數(shù)據(jù)幀出現(xiàn)回退，RBC判斷HDLC幀時序錯誤發(fā)送FRMR拆線。

本文通過Asub接口監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，針對上行數(shù)據(jù)幀回退現(xiàn)象的CSD鏈路異常進行了詳細分析，結(jié)合已有經(jīng)驗給出了初步解決方案，為后期故障的分析定位和優(yōu)化整改提供了指導(dǎo)。