CN103209041A - 一种gsm-r网络接口数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GSM-R网络接口数据采集方法，包括信号连接器接入GSM-R网络接口的模拟信号；物理层解码器将所述模拟信号转换为数字信号，并对所述数字信号进行处理，获得数据帧；中央处理器向数据链路层解码器发送第一解码信号；数据链路层解码器根据所述第一解码信号，对所述数据帧进行解码，获得所述数据帧中的信令数据；中央处理器根据所述信令数据，向所述数据链路层解码器发送第二解码信号；数据链路层解码器根据所述第二解码信号，对所述数据帧进行解码，获得所述数据帧中的有效数据，并将所述有效数据反馈至所述中央处理器。本发明提供是GSM-R网络接口数据采集方法，实现对GSM-R网络中的各个网络接口的多种数据的采集。

Description

一种GSM-R网络接口数据采集方法

技术领域

本发明涉及移动通信网络技术领域，尤其涉及一种GSM-R网络接口数据采集方法。

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。GSM-R在GSM（Global System of Mobile Communication，全球移动通信系统）Phase2+的规范协议的基础上，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。

目前，我国GSM-R 数字移动通信系统主要由七个子系统构成：网络交换子系统、基站子系统、操作维护子系统、通用分组无线业务子系统、智能网子系统、固定接入交换子系统和终端子系统。

GSM-R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等信息。因此，对铁路列车的运行状态的监控是非常有必要的。

现有技术中，通常使用一种信令数据采集设备对GSM-R网络的Abis接口、A接口的网络信令数据采集监测，通过监测信令数据可实现对列车呼叫完整性的分析。其对GSM-R网络监控与性能分析的基本原理是：当移动台（Mobile Station，简称MS）发起一个呼叫时，其将会产生一系列的信令数据流程（如呼叫发起、通道分配、呼叫建立、呼叫释放等）；用户通过使用信令采集设备可捕获到当前网络中产生的信令数据，通过对其加以关联分析，来检查当前网络的呼叫是否完整或异常。

其中，Abis接口为GSM-R基站子系统的两个功能实体，即基站控制器（Base Station Controller，简称BSC）和基站收发信台（Base Transceiver Station，简称BTS）之间的通信接口，用于BTS与BSC之间的远端互连方式。Abis接口速率为16kbps（Kilobits Per Second，千位每秒），信号方式采用开放互连结构。A接口是GSM网络交换子系统与基站子系统之间的标准接口，在物理实体上表现为移动交换中心（Mobile Switching Center，简称MSC）与BSC之间的接口。

但由于GSM-R系统的复杂性，仅仅通过采集ABIS、A两个接口的信令数据是无法精确判断列车的行驶情况，因此无法实现有效、可靠的列车行驶监控。目前，GSM-R在中国列车运行控制系统3级（Chinese Train Control System，简称CTCS-3）中的应用对GSM-R网络的服务质量提出了更高的要求，GSM-R网络服务质量直接影响到CTCS-3的可靠性、可用性等关键指标。

目前为了保障中国列车运行控制系统的可靠性，和克服以上技术方案的缺陷，现有技术中还提供了一种数字移动通信网接口监测系统，通过设计三种数据采集设备，分别对Abis接口进行信令数据监测，对A接口进行信令数据监测，和对PRI口进行信令数据及列车行驶控制数据监测。

其中，PRI（Primary Rate Interface）为基群速率接口，总带宽速率为2.048Mb/s（兆比特每秒），通常用于语音业务，一条PRI业务可以带30路语音线路。

虽然使用该系统时增加了可参考的数据类型和数据信息量，但仍然存在多种缺陷，主要体现在：一方面，数据关联不完整，当前系统未能对语音通话数据进行采集。另一方面，数据采集精度不一，容易关联出错。当前系统分别用三种不同的数据采集设备对三个接口进行数据采集，一旦每个设备的时间精度不一样，就容易引起数据关联出错。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种GSM-R网络接口数据采集方法，能同时采集GSM-R多个网络接口的信令数据、语音通话数据或列车行驶控制数据。

为解决以上技术问题，本发明实施例提供一种GSM-R网络接口数据采集方法，包括以下步骤：

S1、信号连接器接入GSM-R网络接口的模拟信号，并将所述模拟信号发送给物理层解码器；

S2、所述物理层解码器将所述模拟信号转换为数字信号，并对所述数字信号进行处理，获得数据帧；所述数据帧包括信令数据和有效数据；

S3、所述物理层解码器将所述数据帧发送至数据链路层解码器；

S4、中央处理器向所述数据链路层解码器发送第一解码信号；

S5、所述数据链路层解码器根据所述第一解码信号，对所述数据帧进行解码，获得所述数据帧中的信令数据，并将所述信令数据反馈至所述中央处理器；

S6、所述中央处理器根据所述信令数据，向所述数据链路层解码器发送第二解码信号；

S7、所述数据链路层解码器根据所述第二解码信号，对所述数据帧进行解码，获得所述数据帧中的有效数据，并将所述有效数据反馈至所述中央处理器。

进一步地，所述数据帧为E1标准的数据帧或T1标准的数据帧。

更进一步地，所述有效数据为语音通话数据或列车行驶控制数据。

所述GSM-R网络接口包括Abis接口、A接口、基群速率接口、C接口、D接口、E接口、G接口、GB接口、GN接口、GI接口和GR接口中的至少一项。

再进一步地，所述方法还包括以下步骤：

S8、所述中央处理器将采集得到的所述有效数据进行处理，并将经过处理后的有效数据通过以太网接口发送到后台数据处理服务器。

本发明实施例提供的一种GSM-R网络接口数据采集方法，可同时将GSM-R网络中的各个网络接口的信号进行采集，通过对所述网络接口的模拟信号的处理，获得数据帧；通过数据链路解码器，对所与各种网络接口所对应的述数据帧进行解码，获得数据帧中的信令数据和有效数据，为中国列车运行控制系统提供了大量可靠、有效的分析数据，实现及时监控列车运行维护情况，为列车行车的安全性提供保障。

附图说明

图1是本发明提供的一种GSM-R网络接口数据采集方法的一个实施例的方法流程图；

图2是本发明实施例中的信号连接器与GSM-R网络接口连接的结构示意图；

图3是本发明实施例中的步骤S2的一种实现方式的方法流程图；

图4是本发明实施例中的步骤S5的一种实现方式的方法流程图；

图5是本发明实施例中的步骤S7的一种实现方式的方法步骤图；

图6是本发明提供的一种GSM-R网络接口数据采集方法的又一个实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，是本发明提供的一种GSM-R网络接口数据采集方法的一个实施例的方法流程图。

在本实施例中，所述的GSM-R网络接口数据采集方法， 包括以下步骤：

步骤S1：信号连接器接入GSM-R网络接口的模拟信号，并将所述模拟信号发送给物理层解码器。

在本实施例中，作为优选的实施方式，所述的GSM-R网络接口包括Abis接口、A接口、基群速率接口、C接口、D接口、E接口、G接口、GB接口、GN接口、GI接口和GR接口中的至少一项。

其中，Abis接口、A接口和基群速率接口（PRI接口）已在本说明书背景技术中有所记载；C接口为移动交换中心（Mobile Switching Center，简称MSC）与归属位置寄存器（Home Location Register，简称HLR）之间的接口；D接口为MSC与拜访位置寄存器（Visitor Location Register，简称VLR）之间的接口；E接口为两个移动交换中心之间的接口；G接口为两个拜访位置寄存器之间的接口；GB接口是GPRS服务支持节点和基站子系统之间的接口；GN接口是两个GPRS服务支持节点之间或GPRS服务支持节点与网关GPRS支持节点之间的接口；GI接口是GPRS与外部分组数据网之间的接口；GR接口是GPRS服务支持节与HLR之间接口。

参看图2，是本发明实施例中的信号连接器与GSM-R网络接口连接的结构示意图。

在图2中，Abis接口为基站收发台101与基站交换中心102之间的接口；A接口为基站交换中心102与移动交换中心103之间的接口；PRI接口为移动交换中心103与无线闭塞中心104之间的接口。

具体实施时，信号连接器10已经接入GSM-R网络中的各个网络接口的模拟信号，该模拟信号包括相关的网络接口中的信令数据、语音通话数据和列车行驶控制数据。具体地，该模拟信号中所涵盖的数据信息，根据实际应用需要进行采集。

在本实施例中，具体实施时，GSM-R网络信号的在传输过程中采用差分传输技术。因此，从GSM-R各个网络接口接入的模拟信号为差分信号。差分传输是一种信号传输技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，且这两个信号的振幅相等，相位相反。而在这两根线上的传输的信号就是差分信号。

需要说明的是，图2中只画出了Abis接口、A接口和PRI接口与信号连接器10的连接关系，其它GSM-R网络接口未一一画出。但其它GSM-R网络接口与信号连接器10的连接关系，与Abis接口与信号连接器10的连接关系相同。本实施例中所需要采集的信令数据、语音通话数据、列车行驶控制数据会在以上所述的各个GSM-R网络接口上传输。

具体实施时，所述信号连接器10作为数据连接的设备，其将自身所接入的各个GSM-R网络接口的模拟信号转发给物理解码器20进行进一步的处理。

步骤S2：所述物理层解码器20将所述模拟信号转换为数字信号，并对所述数字信号进行处理，获得数据帧；所述数据帧包括信令数据和有效数据。

在本实施例中，作为优选的实施方式，所述有效数据为语音通话数据或列车行驶控制数据。具体实施时，所述列车行驶控制数据通过电路交换数据业务（Circuit Switch Data，简称CSD）来进行传输。

CSD是一种数据承载业务，简单来说是使用电路域传送数据的一种方法，CSD传输数据时与电话通信类似，不管用户是否在通话或传送数据，系统都会在上下行的频段中保留一个信道给用户，CSD就是利用这个信道传送列车行驶控制数据的。

在本实施例中，物理层解码器20对信号连接器10传送过来的模拟信号进行模数转换，以对转换得到的数字信号进行处理，按照一定的帧结构对所述数字信号进行成帧处理。

参看图3，是本发明实施例中的步骤S2的一种实现方式的方法流程图。

作为优选的实现方式，具体实施时，所述步骤S2包括以下步骤：

步骤S21：所述物理层解码器20将所述模拟信号转换为数字信号。

步骤S22：所述物理层解码器20对所述数字信号进行时钟恢复和去抖动处理，获得优化数字信号。 

步骤S23：所述物理层解码器20对所述优化数字信号进行解码。

作为优选的实施方式，在本实施例中，具体实施时，所述优化数字信号为三阶高密度双极性码，则所述步骤S23具体包括：所述物理层解码器根据三阶高密度双极性码的解码协议对所述三阶高密度双极性码进行解码。

或者，所述优化数字信号为信号交替反转码，则所述步骤S23具体包括：所述物理层解码器根据信号交替反转码的解码协议对所述信号交替反转码进行解码。

三阶高密度双极性码（High Density Bipolar of order 3code，简称HDB3码）， 是国际电报电话咨询委员会（International Telephone and Telegraph Consultative Committee，简称CCITT）推荐使用的基带传输码型之一。与其编码过程相比较，其解码过程或解码协议相对简单。其解码过程的基本原理是：从收到的符号序列中找到破坏极性交替的点，可以断定符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连码；再将所有的符号“-1”变换成“+1”后，就可以得到原数据代码。

信号交替反转码（Alternative Mark Inversion，简称AMI码），是通信编码中的一种，为极性交替翻转码，分别有一个高电平和低电平表示两个极性。根据AMI码的编码过程，其解码的基本原理是：从收到的符号序列中将所有的“-1”变换成“+1”后，就可以得到原数据代码。

步骤S24：所述物理层解码器20接收所述中央处理器的控制信号，并根据所述控制信号，对所述解码后的优化数字信号进行成帧处理，获得所述数据帧。

在本实施例中，经过所述步骤S2的处理后，所述数据帧为E1标准的数据帧或T1标准的数据帧。

其中，欧洲的脉冲编码调制的一次群简称E1标准，其速率是2.048Mb/s（兆比特每秒）。E1标准的数据帧是指E1的一个时分复用帧（其长度T=125微秒），共划分为32个相等的时隙，时隙的编号为TS0~TS31。其中时隙TS0用作帧同步，时隙TS16用来传送信令数据，剩下TS1~ TS15和TS17~ TS31 共30个时隙用作30个话路。每个时隙传送8bit（比特），因此一个E1数据帧共有256bit。每秒传送8000个帧，因此E1标准的数据率就是 2.048Mb/s。

T1标准是在北美使用的脉冲编码调制方式。T1标准的数据帧共有24个时隙。其中每个时隙用7bit编码，然后再加上1bit信令码元，因此一个时隙占用8bit。帧同步码是在24个时隙的编码之后加上1bit，这样每帧共有193bit。因此，T1标准的数据帧包括23个B信道和一个D信道。其中B信道也被称为载体信道，在综合业务数字网中用于传输语音或数据信息；D信道在综合业务数字网的基本速率接口中向用户提供的速率为16kb/s，在基群速率接口中向用户提供的速率为64kb/s，D信道主要用于传递信令数据。

目前，我国各个应用场合采用的大多是欧洲的E1标准。T1标准通常用于需要在远程站点间进高带宽高速率传输的大型组织，其具有高质量的通话和数据传送界面。

在本实施例中，物理解码器20在对所述数字信号进行成帧处理时，根据中央处理器40的控制信号，选择采用E1标准或T1标准进行成帧处理，成帧后每帧数据包含32时隙或24时隙，每时隙承载着GSM-R网络中传输的各种数据。

具体实施时，一个GSM-R网络接口的信令数据、语音通话数据、CSD列控数据是在同一物理线（同轴电缆和双绞线）上传输，各占用32时隙（E1标准）中的不同时隙进行传输。

步骤S3：所述物理层解码器20将所述数据帧发送至数据链路层解码器30。

步骤S4：中央处理器40向所述数据链路层解码器30发送第一解码信号。具体地，所述中央处理器40为了控制所述数据链路层解码器30进行正确的数据解码，以获得有效的信令数据，其所发出的第一解码信号中包含有信令数据所处的时隙位置。具体地，所述时隙位置为数据帧中各个时隙的编号，如时隙16，即TS16。

步骤S5：所述数据链路层解码器30根据所述第一解码信号，对所述数据帧进行解码，获得所述数据帧中的信令数据，并将所述信令数据反馈至所述中央处理器40。

参看图4，是本发明实施例中的步骤S5的一种实现方式的方法流程图。

作为优选的实施方式，具体实施时，所述步骤S5包括以下步骤：

步骤S51：所述数据链路层解码器对所述第一解码信号进行解析，获得所述信令数据在所述数据帧中的时隙位置。

步骤S52：所述数据链路层解码器根据所述时隙位置，采用高级数据链路控制协议对所述时隙位置所对应的时隙信号进行解码，获得所述数据帧中的信令数据。

高级数据链路控制协议（High-Level Data Link Control，简称HDLC），是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议。HDLC着重于对分段成物理块或包的数据的逻辑传输，数据由起始标志引导并由终止标志结束，也称为HDLC帧。具体地，每个帧前、后均有一标志码“01111110”用作帧的起始标志、终止标志以及帧同步标志。标志码“01111110”不允许在帧的内部出现，以免引起歧义。在发送端，监视除标志码以外的所有字段，当发现有连续5个比特“1”出现时，便在其后添插一个比特“0”，然后继续发后继的比特流；在接收端，同样监视除起始标志码以外的所有字段：当连续发现5个比特“1”出现后，若其后一个比特“0”则自动删除它，以恢复原来的比特流。所有面向比特的数据链路控制协议均采用统一的帧格式，不论是数据还是单独的控制信息均以帧为单位传送。

因此，数据链路层解码器采用高级数据链路控制协议对时隙信号进行解码时，需要对数据帧中的比特流进行监测，当连续发现5个比特“1”出现后，若其后一个比特“0”则自动删除它，以获得所述数据帧中的信令数据。

步骤S53：所述数据链路层解码器将所述信令数据发送给所述中央处理器。

在本实施例中，为了提高数据处理效率，具体地，数据链路层解码器30可同时对多个时隙的解码并行处理。

步骤S6：所述中央处理器40根据所述信令数据，向所述数据链路层解码器30发送第二解码信号。

在GSM-R中，各个网络接口，如ABIS接口、A接口、PRI接口，每个网络接口的列车行驶控制数据或语音通话数据与信令数据是在同一物理线路上进行传输，这些数据通过时分复用技术，各自占用数据帧中的不同时隙进行数据传输。

由于在数据传输过程中，信令数据是GSM-R网络上各个设备之间的控制信号，因此，要进一步获得有效数据（语音通话数据或列车行驶控制数据），为保证数据采集准确性，通常需要先采集得到所述信令数据，并对所述信令数据加以分析，以获知当前呼叫的语音通话数据或列车行驶控制数据是在数据帧中的哪个时隙上传输（如E1标准的数据帧中的时隙TS1~时隙31中任意时隙，每次呼叫分配的时隙不一样）。

因此，具体实施时，所述步骤S6具体包括：

所述中央处理器40根据所述信令数据，确定所述有效数据在所述数据帧中的时隙位置；并通过向所述数据链路层解码器30发送所述第二解码信号，将所述有效数据在所述数据帧中的时隙位置，以及所述有效数据的解码模式发送给所述数据链路层解码器30。

步骤S7：所述数据链路层解码器30根据所述第二解码信号，对所述数据帧进行解码，获得所述数据帧中的有效数据，并将所述有效数据反馈至所述中央处理器40。

在本实施例中，所述有效数据为语音通话数据或列车行驶控制数据。

参看图5，是本发明实施例中的步骤S7的一种实现方式的方法步骤图。

具体地，所述步骤S7中包括以下步骤：

步骤S71：所述数据链路层解码器对所述第二解码信号进行解析，获取所述有效数据在所述数据帧中的时隙位置，以及所述有效数据的解码模式。

步骤S72：所述数据链路层解码器根据所述解码模式，对与所述有效数据在所述数据帧中的时隙位置相对应的时隙信号进行解码，获得所述数据帧中的有效数据。

步骤S73：所述数据链路层解码器所述有效数据反馈至所述中央处理器。

参看图6，是本发明提供的一种GSM-R网络接口数据采集方法的又一个实施例的方法流程图。

进一步地，在上述实施例的基础上，执行完所述步骤S7后，所述的GSM-R网络接口数据采集方法还包括以下步骤：

步骤S8：所述中央处理器40将采集得到的所述有效数据进行处理，并将经过处理后的有效数据通过以太网接口发送到后台数据处理服务器。

在本发明实施例所提供的GSM-R网络接口数据采集方法中，所述的信号连接器10可为通用的数据传输接口；物理层解码器20可选取具有模数转换和成帧处理的帧处理器进行实现；数据链路层解码器30为现场可编程门阵列器件（Field－Programmable Gate Array，简称FPGA）；中央处理器40为嵌入式处理器。进一步地，可采用CPCI标准将所述的信号连接器10、物理层解码器20、数据链路层解码器30和中央处理器40封装在同一块主板上，构成一个GSM-R网络接口数据采集设备，以对GSIM-R的各个网络接口的数据进行采集。其中，CPCI是Compact PCI的简称，英文为Compact Peripheral Component Interconnect，中文又称紧凑型PCI。CPCI是一种高性能工业用总线。

本发明实施例所提供的一种GSM-R网络接口数据采集方法，可同时对GSM-R网络中的各个网络接口的信号进行采集，通过对所述网络接口的模拟信号的处理，获得数据帧；通过数据链路解码器，对所与各种网络接口所对应的述数据帧进行解码，获得数据帧中的信令数据和有效数据，为中国列车运行控制系统提供了大量可靠、有效的分析数据，实现及时监控列车运行维护情况，为列车行车的安全性提供保障。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种GSM-R网络接口数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、信号连接器接入GSM-R网络接口的模拟信号，并将所述模拟信号发送给物理层解码器；

S2、所述物理层解码器将所述模拟信号转换为数字信号，并对所述数字信号进行处理，获得数据帧；所述数据帧包括信令数据和有效数据；

S3、所述物理层解码器将所述数据帧发送至数据链路层解码器；

S4、中央处理器向所述数据链路层解码器发送第一解码信号；

S5、所述数据链路层解码器根据所述第一解码信号，对所述数据帧进行解码，获得所述数据帧中的信令数据，并将所述信令数据反馈至所述中央处理器；

S6、所述中央处理器根据所述信令数据，向所述数据链路层解码器发送第二解码信号；

S7、所述数据链路层解码器根据所述第二解码信号，对所述数据帧进行解码，获得所述数据帧中的有效数据，并将所述有效数据反馈至所述中央处理器。

2.如权利要求1所述的GSM-R网络接口数据采集方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S21、所述物理层解码器将所述模拟信号转换为数字信号；

S22、所述物理层解码器对所述数字信号进行时钟恢复和去抖动处理，获得优化数字信号； 

S23、所述物理层解码器对所述优化数字信号进行解码；

S24、所述物理层解码器接收所述中央处理器的控制信号，并根据所述控制信号，对所述解码后的优化数字信号进行成帧处理，获得所述数据帧。

3.如权利要求2所述的GSM-R网络接口数据采集方法，其特征在于，所述优化数字信号为三阶高密度双极性码，则所述步骤S23具体包括：所述物理层解码器根据三阶高密度双极性码的解码协议对所述三阶高密度双极性码进行解码；

或者，所述优化数字信号为信号交替反转码，则所述步骤S23具体包括：所述物理层解码器根据信号交替反转码的解码协议对所述信号交替反转码进行解码。

4.如权利要求3所述的GSM-R网络接口数据采集方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

S51、所述数据链路层解码器对所述第一解码信号进行解析，获得所述信令数据在所述数据帧中的时隙位置；

S52、所述数据链路层解码器根据所述时隙位置，采用高级数据链路控制协议对所述时隙位置所对应的时隙信号进行解码，获得所述数据帧中的信令数据；

S53、所述数据链路层解码器将所述信令数据发送给所述中央处理器。

5.如权利要求4所述的GSM-R网络接口数据采集方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括：

所述中央处理器根据所述信令数据，确定所述有效数据在所述数据帧中的时隙位置；并通过向所述数据链路层解码器发送所述第二解码信号，将所述有效数据在所述数据帧中的时隙位置，以及所述有效数据的解码模式发送给所述数据链路层解码器。

6.如权利要求5所述的GSM-R网络接口数据采集方法，其特征在于，所述步骤S7具体包括：

S71、所述数据链路层解码器对所述第二解码信号进行解析，获取所述有效数据在所述数据帧中的时隙位置，以及所述有效数据的解码模式；

S72、所述数据链路层解码器根据所述解码模式，对与所述有效数据在所述数据帧中的时隙位置相对应的时隙信号进行解码，获得所述数据帧中的有效数据；

S73、所述数据链路层解码器所述有效数据反馈至所述中央处理器。

7.如权利要求1~6任一项所述的GSM-R网络接口数据采集方法，其特征在于，所述数据帧为E1标准的数据帧或T1标准的数据帧。

8.如权利要求7所述的GSM-R网络接口数据采集方法，其特征在于，所述有效数据为语音通话数据或列车行驶控制数据。

9.如权利要求8所述的GSM-R网络接口数据采集方法，其特征在于，所述GSM-R网络接口包括Abis接口、A接口、基群速率接口、C接口、D接口、E接口、G接口、GB接口、GN接口、GI接口和GR接口中的至少一项。

10.如权利要求9所述的GSM-R网络接口数据采集方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

S8、所述中央处理器将采集得到的所述有效数据进行处理，并将经过处理后的有效数据通过以太网接口发送到后台数据处理服务器。

Images