GSM_R网络QoS对CTCS_3级列控系统车_地数据传输的影响

3北京交通大学　讲师(铁道部C3技术攻关组成员),100044　北京　33北京交通大学　教授,100044　北京　收稿日期:2010203225GSM 2R 网络QoS 对CTCS 23级列控系统车2地数据传输的影响蒋文怡3　钟章队33摘　要:首先介绍了铁路整体运营服务质量(QoS )指标,提出利用自顶向下方式拆解,定义相应的GS M 2R 网络电路域QoS 指标的具体内容,阐述了QoS 指标对CT CS 23级车2地数据传输的影响。

然后着重描述了QoS 指标与CTCS 23级车2地数据传输的相互作用关系,并分析了在QoS 指标已知合格的条件下,如何设置CTCS 23级数据传输的参数以更好地适应GS M 2R 网络的特性。

关键词:GS M 2R 网络;服务质量;CTCS 23级车2地数据传输Abstract:This article intr oduces the whole QoS index of rail w ay at first,suggests a t op 2down method t o analyzing the content of GS M 2R net w ork CS D QoS index,then points out the effects of these QoS indexes t o the CTCS 23Train 2T o 2gr ound data trans m issi on .Finally it describes how the QoS indexes and CTCS 23Train 2To 2gr ound data trans m issi on are related t o each other .It analyzes ho w t o configure the C3datatrans m issi on para meters t o adap ting t o the GS M 2R net w ork features better at the conditi on of qualified QoSindexes .Key words:GS M 2R net w ork;QoS;CTCS 23level Train 2To 2gr ound data trans m issi on CT CS 23级列控系统满足运营速度350k m /h 、最小追踪间隔3m in 的要求。

GS M 2R 网络是CTCS 23级列控系统车2地通信的基础平台,能够在铁路沿线的车站、隧道、山区、丘陵等各种地形地貌和各种铁路区域提供连续无缝的网络服务,在这些区域的任意2点之间都能够完成双向的信息交互。

CTCS 23级列控车载设备和地面RBC 之间利用GS M 2R 网络进行双向命令与状态信息交互,完成列车位置跟踪、行车许可、紧急停车、临时限速等关键信息的传送。

CT CS 23级列控系统对GS M 2R 网络的可靠性和可用性提出了非常苛刻的要求。

但任何通信系统,无论是无线还是有线的,都无法从概率上做到100%的可靠,传输误码、链接中断、呼叫失败等异常事件还会以一定的概率出现。

同时,从另一方面看,任何使用网路的应用系统都必须具备一定的容错能力,能够检测瞬间的通信错误,并从中恢复。

CT CS 23级列控系统具备这样的能力,能够检测并重传通信过程中出现的错误数据帧。

因此,必须定义定量的指标,规定GS M 2R 网络的服务质量,是GS M 2R 网络优化的最终目标。

另一方面,这些指标也是进行CTCS 23级列控系统软件中通信协议栈软件优化配置的参考。

1　GS M 2R 网络电路域服务质量(QoS)指标概述111　铁路整体运营QoS 目标图1显示了铁路运输、CT CS 23级列控系统和数据传输的QoS 相互关系。

从下而上主要包含了2个主要的联系:①数据传输的QoS 极大影响了CT CS 23级列控系统的QoS;②CTCS 23级列控系统的QoS 关系到整体的铁路运输QoS 。

在保障安全的前提下尽可能的满足乘客的期望,是铁路运输最重要的目标,这就要求铁路必须有一个合理的运输服务标准,而且不同线路的运输服务标准是不一样的。

在旅客运输方面,对于运输服务质量的评估主要是通过列车到达时间的准确性来衡量。

而对于货物运输特别是一些重载线路,最大的运输能力更重要。

112　自顶向下拆解QoS 指标自顶向下拆解QoS 指标需要综合很多因素,同时还需要长时间的统计分析。

铁路系统正常情况下会分配一定的保护时间。

比如,根据不同的情况制定不同的列车到达时刻表—8— 2010年6月铁道通信信号Ju me 2010 第46卷　第6期RA I L WAY SI G NALL I N G &C OMMUN I CATI O NVol 146　No 16　图1　铁路系统QoS 的相互依赖关系和准点范围。

德铁规定:比时刻表规定时间大于5m in 的列车比例为5%,0～5m in 的列车比例为10%,其余85%的列车应该准点或提前到达。

为此,信号系统工程师会综合各种可能情况给出一个时延预算。

可测量的列车晚点在多数情况下都是设备故障引起的。

同时,CT CS 23级列控系统依靠GS M 2R 系统来进行车2地数据传输,其传输时延服从某种概率分布,这意味着绝大多数消息能够在允许的平均值范围内准时传输,个别情况下仍有消息时延超过了预期,如出现GS M 2R 掉话情况。

因此,需要给车2地数据传输异常导致的时延分配一部分保护时间,尽管这种事件出现的概率非常小。

11211　晚点超过5m in 的列车比例为5%拆解过程见图2。

图2　晚点超过5m in 的列车比例为5%时的QoS 拆解欧洲ERT MS 通过对运营情况进行统计后,排除人为因素造成的晚点,发现设备方面可以分为机车/车辆、线路、信号系统等,其中信号系统占10%。

这10%又可以分为:30%为CTCS,30%为联锁系统,30%为其他部分。

在CT CS 23级列控系统的30%里面,超过5m in 的时延多数是设备故障导致的,因此,CT CS 23级列控系统QoS 的权重占据了20%,另外的80%时延是由于设备故障带来的影响。

11212　晚点在5m in 内的列车比例为10%拆解过程见图3。

图3　晚点在5m in 内的列车比例为10%时的QoS 拆解图3与图2情况相反,在CTCS 23级列控系统的30%里面,不到5m in 的时延多数是由于CTCS 23级列控系统的QoS 导致的,而另外的20%时延才是由于设备故障带来的影响。

113　GS M 2R QoS 指标1.网络注册时延,指发起网络注册请求命令到收到已成功注册GS M 2R 网络的标志之间的时间间隔。

指标要求,GS M 2R 网络注册时延应满足:≤30s (95%),≤35s (99%)。

另外,GS M 2R 网络注册时延>40s 时认定为注册失败。

2.连接建立时延,是指连接请求方从发起连接请求到收到连接已成功建立的指示之间的时间间隔。

指标要求,移动用户主叫的连接建立时延应满足<815s (95%),≤10s (100%)。

连接建立时延>10s 则认为连接建立失败。

连接建立时延包含端到端连接建立中所有环节产生的时延,包括车载电台(MT )产生的时延。

3.连接建立失败概率,是指连接建立失败次数与连接建立请求总次数之比值。

连接建立失败包括承载业务引起的各种失败类型,连接建立时延>10s 是连接建立失败的一种情况。

指标要求,移动台主叫的连接建立失败概率应小于10-2。

4.用户数据帧传送时延,是指用户数据帧发起传送请求到该用户数据帧成功传送之间的时间间隔。

用户数据帧是指测试数据帧,长度为30字节。

指标规定,用户数据帧(30字节)传送时延应满足≤015s (99%)。

5.链路断开(失效)概率,是指在累积的连接保持时间内非主动释放的累积次数。

指标规定,连接建立失败概率<10-2时,链路断开(失效)—9—RA I L WAY SI G NALL I N G &COMMUN I CATI O N Vol 146　No 16　2010　 注:HDLC 帧指30字节用户数据帧传输干扰时间T TI ,从出现第一个出错的用户开始可分为A 、B 、C 、D 4种情况,其中A 为HDLC 帧的出现早于传输干扰的出现;B 为无错时间不足以传输HDLC 帧;C 为没有HDLC 帧需要传输;D 为受损HDLC 帧的结束晚于传输干扰的结束传输干扰的指标规定:传输干扰时间T TI 应满足,<018s (95%),<1s (99%);传输无差错时间TREC 应满足,>20s (95%),>7s (99%)图4　传输干扰时间和传输无差错时间概率应<10-2/h 。

6.传输干扰,由传输干扰时间T TI 和传输无差错时间(又称“恢复时间”)T REC 来表示。

当接收到的30字节用户数据帧与发送的用户数据帧存在部分或完全偏离,则发生传输干扰,如图4所示。

传输干扰时间T TI 指从出现第1个出错的用户数据帧开始计时到出现第1个无错的用户数据帧时结束。

传输无差错时间(恢复时间)T REC 指从出现第一个无错的用户数据帧开始计时到出现第1个出错的用户数据帧结束。

出错的用户数据帧是指接收到的30字节的用户数据帧中至少有1个比特与发送的用户数据帧不一致,否则就判定为无错的用户数据帧。

2　GS M 2R QoS 指标对车2地数据传输的影响211　CTCS 23级列控系统运营场景中的通信过程本文选取常用的运营场景,对其中的通信过程进行分析。

1.注册与启动:指停在车站股道或线路上的列车,从车载设备上电、司机开启驾驶台、具备发车条件至列车启动时信号系统的工作过程。

与GS M 2R 网络注册时延有关,CT CS 23级列控系统设计需根据GS M 2R 网络注册时延指标(≤30s (95%),≤35s (99%),>40s 时认为注册失败)预留充足的注册与启动时间。

2.注销:指列车停车后,从注销列车信息至关闭车载设备电源的工作过程。

GS M 2R 通信中断会影响CT CS 23级列控车载通信单元和RBC 之间注销列车信息的发送。

3.等级转换:包括其他等级向CT CS 23级的转换和CT CS 23级向其他等级的转换。

等级转换边界一般设在闭塞分区和RBC 控制范围的边界。

其他等级向CT CS 23级转换,需要完成GS M 2R 网络注册(40s )、车载与地面RBC 间建立连接(10s/次×2次)、车载设备与地面RBC 之间交换数据(15～20s ),以及司机确认(5s )的工作过程,总计80～85s 。