CN101409890A - 一种车地通信监测系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车地通信监测系统及其方法；所述系统包括：采集单元和呼叫详细记录CDR服务器；所述采集单元用于从GSM－R网络的移动交换中心MSC和列车运行控制系统的无线闭塞中心RBC之间的接口上采集接口信令和车载设备OBU用户数据，按照与CDR服务器约定的格式将所述接口信令和OBU用户数据的原码封装后发送给CDR服务器；所述CDR服务器用于对采集单元发送来的接口信令和OBU用户数据进行解码和用户识别，获得针对不同用户的监测信息。本发明能够与列车运行控制系统配合使用，针对GSM－R专用网络进行车地通信监测。

Description

一种车地通信监测系统及其方法
技术领域
本发明涉及监测领域，具体涉及一种车地通信监测系统及其方法。
背景技术
GSM-R(GSM for Railways)系统是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。它在GSMPhase2+的规范协议的高级语音呼叫功能，如组呼、广播呼叫、多优先级抢占和强拆业务的基础上，加入了基于位置寻址和功能寻址等功能，适用于铁路通信特别是铁路专用调度通信的需要。主要提供无线列调、编组调车通信、区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等语音通信功能，可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道，并可提供列车自动寻址和旅客服务。
列车运行控制系统是我国铁路技术体系和设备现代化的重要组成部分，是基于GSM-R无线通信实现车地信息双向传输、无线闭塞中心(RBC)生成行车许可的列控系统，系统采用先进的技术手段对高速运行下的列车进行运行速度、运行间隔等实时监控和超速防护，以目标距离连续速度控制模式、设备制动优先的方式监控列车安全运行，并可满足列车跨线运营的要求。比如CTCS-3级(Chinese Train Control System-3级，中国列车运行控制系统3级)列车运行控制系统就是我国铁路时速300-350km客运专线的重要技术设备，是保证高速列车安全、可靠、高效的核心技术之一。
无线闭塞中心(RBC)是列车运行控制系统的核心设备之一。无线闭塞中心根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可等信息，并通过GSM-R无线通信系统将行车许可、线路参数、临时限速等信息传输给车载设备(OBU)；同时接收车载设备发送的位置和列车参数等信息。GSM-R无线通信网络是列车运行控制系统中车载设备与地面设备之间进行双向信息传输的安全通道。
目前，虽然通信行业针对GSM的网络监测技术业已成熟，但目前各种监测设备并没有针对GSM-R专用网络特点的软硬件平台，而且也没有和列车运行控制系统配合使用的产品出现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种车地通信监测系统及其方法，能够与列车运行控制系统配合使用，针对GSM-R专用网络进行车地通信监测。
为了解决上述问题，本发明提供了一种车地通信监测系统，包括：
采集单元和呼叫详细记录CDR服务器；
所述采集单元用于从GSM-R网络的移动交换中心MSC和列车运行控制系统的无线闭塞中心RBC之间的接口上采集接口信令和车载设备OBU用户数据，按照与CDR服务器约定的格式将所述接口信令和OBU用户数据的原码封装后发送给CDR服务器；
所述CDR服务器用于对采集单元发送来的接口信令和OBU用户数据进行解码和用户识别，获得针对不同用户的监测信息。
进一步的，所述列车运行控制系统为中国列车运行控制系统CTCS-3级系统。
进一步的，所述CDR服务器进行用户识别，获得针对不同用户的监测信息的过程具体包括：根据同一个MSC下的不同用户接入过程中的相关信令所包含的移动用户国际号码，识别出某一用户的全部信令；
对接口信令进行信令类型解析；
根据相关信令确定各用户在接口上进行数据传输所采用的数据时隙号，通过跟踪相应时隙中的数据准确识别出所述用户收发的数据；
对不同用户的信令和数据添加不同的用户识别字节。
进一步的，所述的系统还包括：
数据库服务器，用于保存CDR服务器得到的经过用户识别的接口信令和OBU用户数据；
操作显示终端，用于根据用户的指令或主动的实时显示所述CDR服务器得到的经过用户识别的接口信令和OBU用户数据。
进一步的，所述CDR服务器或操作显示终端还用于将实时监测到的信令流程和应有的信令流程进行比较，找到流程的不同之处；以及保存各种失败过程对应的原因和建议操作方法，对失败过程提示相应的原因分析与相应的建议操作方法。
进一步的，所述采集单元按照MSC和RBC之间的接口传输速率变换采集接口信令和OBU用户数据的速率。
进一步的，所述采集单元具体包括：接口模块、控制模块、网络传输模块和电源；其中：所述电源用于给采集单元中的各模块供电；
所述控制模块用于控制接口模块和网络传输模块工作；
所述接口模块高阻跨接在所述MSC和RBC之间的连接线上，用于采集接口信令和OBU用户数据；
所述网络传输模块用于将所述接口信令和OBU用户数据按照与CDR服务器约定的格式进行封装，然后通过传输网络发送给CDR服务器。
进一步的，所述接口模块包括信令采集卡和数据处理卡；
所述信令采集卡可以但不限于高阻跨接在所述MSC和RBC之间的连接线上，用于把所有时隙中传输的接口信令和OBU用户数据都采集下来，把本卡无法识别的数据根据与所述数据处理卡约定好的协议封包发送给数据处理卡，把识别出的接口信令的原码发送给所述网络传输模块；
所述数据处理卡用于对ISDN信令采集卡发来的数据包拆包，识别出OBU用户数据的原码，发送给所述网络传输模块。
本发明还提供了一种车地通信监测方法，包括：从GSM-R网络的MSC和列车运行控制系统的RBC之间的接口上采集接口信令和OBU用户数据；
对所采集的所述接口信令和OBU用户数据进行解码和用户识别，获得针对不同用户的监测信息。
进一步的，对所采集的所述接口信令和OBU用户数据进行用户识别，获得针对不同用户的监测信息的过程具体包括：
根据同一个MSC下的不同用户接入过程中的相关信令所包含的移动用户国际号码，识别出某一用户的全部信令；
对接口信令进行信令类型解析；
根据相关信令确定各用户在接口上进行数据传输所采用的数据时隙号，通过跟踪相应时隙中的数据准确识别出所述用户收发的数据；
对不同用户的信令和数据添加不同的用户识别字节；
所述的方法还包括：保存经过用户识别的接口信令和OBU用户数据；
根据用户的指令或主动的实时显示所得到的经过用户识别的接口信令和OBU用户数据。
本发明的技术方案通过实现对列车运行控制系统与GSM-R网络之间交互的接口信令和OBU用户数据的采集、处理、存储、实时跟踪、查询、业务分析等功能，最终实现OBU业务的专业跟踪分析，为OBU设备业务的监视和维护提供可靠保障。能实现OBU通信过程全程记录以及CTCS-3级列控系统标准相关流程实时监测及集中显示；提供有效的手段，支持GSM-R网络维护人员进行维护；OBU设备工作状态实时监测及故障告警。
附图说明
图1为一个车地通信监测系统的实施例的示意框图；
图2为一个车地通信监测方法的实施例的流程示意图；
图3为图2中步骤202的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。
本发明提供了一种车地通信监测系统，包括：采集单元和呼叫详细记录(CDR)服务器；
采集单元，用于从GSM-R网络的MSC(Mobile Switching Center，移动交换中心)和列车运行控制系统的无线闭塞中心(RBC)之间的接口上采集接口信令和OBU用户数据，按照与CDR服务器约定的格式将所述接口信令和OBU用户数据的原码封装后发送给CDR服务器。
CDR服务器用于对采集单元发送来的接口信令和OBU用户数据进行解码和用户识别，获得针对不同用户的监测信息，从而完成对用户的信令跟踪和呼叫过程跟踪。
本文中的用户，一般指的是列车上的移动台(通常为OBU)，当一列火车上只有一个移动台时也可以认为用户是指一列火车。
所述列车运行控制系统可以但不限于为CTCS-3级列控系统，也可以是ITCS(增强型列车控制系统)、ETCS(Europe Train Control System，欧洲列车控制系统)等列控系统。
由于当采用CTCS-3级列控系统时，MSC和RBC之间的接口速率是可变的，因此该情况下，所述采集单元还用于进行速率自适应，按照MSC和RBC之间的接口传输速率变换采集接口信令和OBU用户数据的速率，以适应接口位置传输速率的多样性。
所述采集单元为一个或多个，各采集单元可以但不限于高阻跨接在所述MSC和RBC之间的连接线上。所述采集单元可以把所采集到的接口信令和OBU用户数据的原码添加上时间戳和本采集单元的标识后，以和CDR服务器约定的帧格式发送给CDR服务器，在所述帧格式中可以指明本帧为接口信令还是OBU用户数据。
所述采集单元可以具体包括：接口模块、控制模块、网络传输模块和电源等；其中：
所述电源用于给采集单元中的各模块供电；
所述控制模块用于控制接口模块和网络传输模块工作；
所述接口模块可以但不限于高阻跨接在所述MSC和RBC之间的连接线上，用于采集接口信令和OBU用户数据；
所述网络传输模块用于将所述接口信令和OBU用户数据按照与CDR服务器约定的格式进行封装，然后通过传输网络发送给CDR服务器。
其中，接口模块的实现可以采用同时具备信令采集功能和数据采集功能的采集卡，也可以采用信令采集卡和数据处理卡(比如V.110的数据处理卡)共同实现；其中，选用与通信协议一致的信令采集卡，通常可以但不限于采用ISDN(Integrated Services Digital Network，综合业务数字网)信令采集卡。
所述信令采集卡可以但不限于高阻跨接在所述MSC和RBC之间的连接线上，用于把所有时隙中传输的接口信令和OBU用户数据都采集下来，把本卡无法识别的数据根据与所述数据处理卡约定好的协议封包发送给数据处理卡，把识别出的接口信令的原码发送给所述网络传输模块；
所述数据处理卡用于对ISDN信令采集卡发来的数据包拆包，识别出OBU用户数据的原码，发送给所述网络传输模块。
由于整个处理过程速度非常快，因此效率上因为采用两个单板处理而造成的损失基本可以忽略不计，因此性价比要比价格较贵的同时具备信令采集功能和数据采集功能的采集卡高，能节省大量的成本。
当采用CTCS-3级列控系统时，所述CDR服务器对采集单元发送的帧进行解封后，得到所采集的接口信令和OBU用户数据的原码；对这些原码按照CTCS-3级列控系统标准中所定义的数据格式和类型，进行解码。
CDR服务器对所述接口信令和OBU用户数据的原码所进行的用户识别，获得针对不同用户的监测信息的具体过程可以包括：
根据同一个MSC下的不同用户接入过程中的相关信令所包含的MSISDN号(移动用户国际号码)，识别出某一用户的全部信令；
对接口信令进行信令类型解析；
根据相关信令中所指示的各用户在接口上采用哪个数据时隙号进行数据传输，通过跟踪相应时隙中的数据准确识别出所述用户收发的数据；
利用用户跟踪算法，对不同用户的信令和数据添加不同的用户识别字节。
另外，CDR服务器通过解析OBU发送的数据信息，可以提取出关于机车车次号或机车号等识别信息，进而区别用户的位置。
所述车地通信监测系统还可以包括：
数据库服务器，用于保存CDR服务器得到的经过用户识别的接口信令和OBU用户数据，从而记录所有的用户信令和呼叫过程。
所述车地通信监测系统还可以包括：
操作显示终端，用于根据用户的指令或主动的实时显示所述CDR服务器得到的经过用户识别的接口信令和OBU用户数据，可以进行实时的用户跟踪显示，能实时显示用户信令、标注用户呼叫过程；还可以提供用户跟踪、数据查询、传输告警显示、统计分析等多种功能。
所述车地通信监测系统还包括：传输网络；
车地通信监测系统中的上述设备通过该传输网络相互连接。
所述车地通信监测系统的传输网络可以基于TCP/IP技术(比如采用以太网)进行冗余备份架构，并结合精密的采集单元，保证了系统性能的优越与稳定。系统部署灵活，扩展性好；同时对于铁路行业的网络维护人员简单易用，能够满足用户对铁路OBU设备业务分析的需求。
所述操作显示终端可以具体包括：实时显示模块和查询统计模块。
所述实时显示模块可以用于实时显示CDR服务器发送过来的经过用户识别的数据，完成系统配置与告警功能。
所述查询统计模块可以用于实现用户信令和用户数据的查询、显示、解析、报表功能。
所述车地通信监测系统还可以用于进行实时分析与事后查询统计分析，具体包括：由操作显示终端或CDR服务器将实时监测到的信令流程和应有的信令流程进行比较，找到流程的不同之处时，可以进行报警；另外，保存有各种失败过程对应的原因和建议操作方法，可以对失败过程提示相应的可能的原因分析与相应的建议操作方法。
通过在操作显示终端上监测、查询这些信息，维护人员可以分析得到如下结果：分清网络故障和业务故障；指导维护人员分析处理问题。
当采用CTCS-3级列控系统时，所述车地通信监测系统通过对MSC和RBC之间的接口信令进行监测，可以获得以下任一个或任几个场景业务过程中的接口信令和/或OBU用户数据：
OBU发送的注册与启动、注销、进出动车段、级间转换、行车许可、RBC切换、自动过分相、重联与摘解、临时限速、降级情况、灾害防护、调车作业、人工解锁进路和特殊进路等。
同时，所述车地通信监测系统还能对OBU用户进行实时跟踪和查询，获得系统的运行状态，给出相关故障的原因；具体可以包括：
24小时监测记录OBU与RBC之间的基本信令流程，并针对通信中断过程，查询异常时的网络信令，主要包括：OBU用户的信令跟踪；信令中的中断原因解码与分析。通过这些信息，维护人员可以分析得到如下结果：中断原因、中断原因解释以及产生此原因的可能。
24小时监测记录OBU与RBC之间的信令数据过程；获得OBU发送的注册与启动、注销、进出动车段、级间转换、行车许可、RBC切换、自动过分相、重联与摘解、临时限速、降级情况、灾害防护、调车作业、人工解锁进路、特殊进路等场景业务过程的接口信令和/或OBU用户数据；通过流程分析，及时发现OBU和RBC业务交互的异常状况与故障，并给出处理意见，实现报警预警功能。
一个与CTCS-3列车运行控制系统配合使用的车地通信监测系统的实施例的示意框图如图1所示，车地通信监测系统内部可以遵从IP/TCP/UDP协议；系统解析接口信令，符合Q.931、Q.921等协议标准要求；系统解析接口信令和用户数据，符合铁道部CTCS-3列车控制系统的相关协议的要求。
本发明还相应提供了一种车地通信监测方法，包括：
从GSM-R网络的MSC和列车运行控制系统的RBC之间的接口上采集接口信令和OBU用户数据；
对所采集的所述接口信令和OBU用户数据进行解码和用户识别，获得针对不同用户的监测信息。
所述监测方法还可以包括：
保存经过用户识别的接口信令和OBU用户数据；
根据用户的指令或主动的实时显示所得到的经过用户识别的接口信令和OBU用户数据。
所述监测方法还可以包括：将实时监测到的信令流程和应有的信令流程进行比较，找到流程的不同之处；保存各种失败过程对应的原因和建议操作方法，对失败过程提示相应的原因分析与相应的建议操作方法。
其它细节可以同系统中所述的相同。
本发明的车地通信监测方法一个实施例如图2所示，包括：
201、从GSM-R网络的MSC和列车运行控制系统的RBC之间的接口上采集接口信令和OBU用户数据；
202、对所采集的所述接口信令和OBU用户数据进行解码和用户识别，获得针对不同用户的监测信息；
203、保存经过用户识别的接口信令和OBU用户数据；
204、根据用户的指令或主动的实时显示所得到的经过用户识别的接口信令和OBU用户数据。
其中，步骤202具体过程如图3所示，包括：
301、根据同一个MSC下的不同用户接入过程中的相关信令所包含的移动用户国际号码，识别出某一用户的全部信令；
302、对接口信令进行信令类型解析；
303、根据相关信令确定各用户在接口上进行数据传输所采用的数据时隙号，通过跟踪相应时隙中的数据准确识别出所述用户收发的数据；
304、对不同用户的信令和数据添加不同的用户识别字节。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1、一种车地通信监测系统，其特征在于，包括：
采集单元和呼叫详细记录CDR服务器；
所述采集单元用于从GSM-R网络的移动交换中心MSC和列车运行控制系统的无线闭塞中心RBC之间的接口上采集接口信令和车载设备OBU用户数据，按照与CDR服务器约定的格式将所述接口信令和OBU用户数据的原码封装后发送给CDR服务器；
所述CDR服务器用于对采集单元发送来的接口信令和OBU用户数据进行解码和用户识别，获得针对不同用户的监测信息。
2、如权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述列车运行控制系统为中国列车运行控制系统CTCS-3级系统。
3、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述CDR服务器进行用户识别，获得针对不同用户的监测信息的过程具体包括：
根据同一个MSC下的不同用户接入过程中的相关信令所包含的移动用户国际号码，识别出某一用户的全部信令；
对接口信令进行信令类型解析；
根据相关信令确定各用户在接口上进行数据传输所采用的数据时隙号，通过跟踪相应时隙中的数据准确识别出所述用户收发的数据；
对不同用户的信令和数据添加不同的用户识别字节。
4、如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：
数据库服务器，用于保存CDR服务器得到的经过用户识别的接口信令和OBU用户数据；
操作显示终端，用于根据用户的指令或主动的实时显示所述CDR服务器得到的经过用户识别的接口信令和OBU用户数据。
5、如权利要求4所述的系统，其特征在于：
所述CDR服务器或操作显示终端还用于将实时监测到的信令流程和应有的信令流程进行比较，找到流程的不同之处；以及保存各种失败过程对应的原因和建议操作方法，对失败过程提示相应的原因分析与相应的建议操作方法。
6、如权利要求1到5中任一项所述的系统，其特征在于：
所述采集单元按照MSC和RBC之间的接口传输速率变换采集接口信令和OBU用户数据的速率。
7、如权利要求1到5中任一项所述的系统，其特征在于，所述采集单元具体包括：接口模块、控制模块、网络传输模块和电源；其中：
所述电源用于给采集单元中的各模块供电；
所述控制模块用于控制接口模块和网络传输模块工作；
所述接口模块高阻跨接在所述MSC和RBC之间的连接线上，用于采集接口信令和OBU用户数据；
所述网络传输模块用于将所述接口信令和OBU用户数据按照与CDR服务器约定的格式进行封装，然后通过传输网络发送给CDR服务器。
8、如权利要求7所述的系统，其特征在于：
所述接口模块包括信令采集卡和数据处理卡；
所述信令采集卡可以但不限于高阻跨接在所述MSC和RBC之间的连接线上，用于把所有时隙中传输的接口信令和OBU用户数据都采集下来，把本卡无法识别的数据根据与所述数据处理卡约定好的协议封包发送给数据处理卡，把识别出的接口信令的原码发送给所述网络传输模块；
所述数据处理卡用于对ISDN信令采集卡发来的数据包拆包，识别出OBU用户数据的原码，发送给所述网络传输模块。
9、一种车地通信监测方法，包括：
从GSM-R网络的MSC和列车运行控制系统的RBC之间的接口上采集接口信令和OBU用户数据；
对所采集的所述接口信令和OBU用户数据进行解码和用户识别，获得针对不同用户的监测信息。
10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，
对所采集的所述接口信令和OBU用户数据进行用户识别，获得针对不同用户的监测信息的过程具体包括：
根据同一个MSC下的不同用户接入过程中的相关信令所包含的移动用户国际号码，识别出某一用户的全部信令；
对接口信令进行信令类型解析；
根据相关信令确定各用户在接口上进行数据传输所采用的数据时隙号，通过跟踪相应时隙中的数据准确识别出所述用户收发的数据；
对不同用户的信令和数据添加不同的用户识别字节；
所述的方法还包括：
保存经过用户识别的接口信令和OBU用户数据；
根据用户的指令或主动的实时显示所得到的经过用户识别的接口信令和OBU用户数据。
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