CTCS-3级列控系统等级转换失败原因分析及解决措施.pdf
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1、 2023 年 10 月第 59 卷 第 10 期铁 道 通 信 信 号Railway Signalling&CommunicationOctober 2023Vol.59 No.10CTCS-3级列控系统等级转换失败原因分析及解决措施韩宇摘 要:装备CTCS-3级列控车载设备的列车从CTCS-2级线路向CTCS-3级线路运行时需进行CTCS-2/3等级转换,在转换过程中车地建立无线通信连接时的列控数据交互,需经过物理层、链路层、传输层、安全层和应用层等,任何一步失败,都会导致列车无法转换到CTCS-3等级运行。从 CTCS-2/3 级等级转换失败案例中选取车载未发送 SABME 帧、车载发送
2、多条SABME帧、RBC收到多条M155消息包等典型问题进行分析,分别从车载、网络和地面3个方面提出针对性的解决措施,可为类似问题的处理提供借鉴。关键词:CTCS-3级列控系统;等级转换;列车超速防护系统;T1定时器;无线闭塞中心中图分类号:U284.48 文献标识码:A Cause Analysis and Solution Measures for Level Transition Failure of CTCS-3 Level Train Control SystemHAN YuAbstract:Trains equipped with CTCS-3 level train contro
3、l onboard equipment need to undergo CTCS-2/3 level conversion when running from CTCS-2 level lines to CTCS-3 level lines.When the train-ground wireless communication connection is established for CTCS-2/3 level conversion,the train control data interaction needs to go through the physical layer,link
4、 layer,transmission layer,security layer and application layer.Any interaction failure in the interaction process will cause the train to fail to switch to CTCS-3 level operation.From the CTCS-2/3 level conversion failure cases,typical problems such as not sending SABME frames in the vehicle,sending
5、 multiple SABME frames in the vehicle,and RBC receiving multiple M155 message packets are selected for analysis.Targeted solutions are proposed from three aspects:vehicle,network,and ground,which can provide reference for the handling of similar problems.Key words:CTCS-3 level train control system;L
6、evel conversion;Automatic Train Protection(ATP);T1 Timer;Radio Block Center(RBC)DOI:10.13879/j.issn.1000-7458.2023-10.22095扫码浏览下载韩 宇:中国铁路济南局集团有限公司青岛电务段 工程师 266000 山东青岛收稿日期:2022-03-24引用格式:韩宇.CTCS-3级列控系统等级转换失败原因分析及解决措施J.铁道通信信号,2023,59(10):86-90.Citation:HAN Yu.Cause Analysis and Solution Measures for
7、Level Transition Failure of CTCS-3 Level Train Control SystemJ.Railway Signalling&Communication,2023,59(10):86-90.86Railway Signalling&Communication Vol.59 No.10 2023装备CTCS-3级列控车载设备的列车在CTCS-3级线路上运行时,车载设备主要工作在CTCS-3等级,通过GSM-R网络实现车地信息实时双向传输;在 CTCS-2 级线路上运行时,车载设备工作在CTCS-2等级,通过地面应答器和轨道电路获取行车相关信息1-2。列车从C
8、TCS-2级线路向CTCS-3级线路运行时需进行CTCS-2/3等级转换,若等级转换失败则会影响列车的运行效率3。本文选取CTCS-2/3等级转换失败的典型案例进行分析,并提出对应的解决措施。1GSM-R车地无线通信网络GSM-R 车 地 无 线 通 信 网 络 示 意 见 图 1。CTCS-3级列控系统通过GSM-R网络实现车地信息双向传输,RBC根据获取的信息生成行车许可及线路描述等信息并传送给ATP,ATP根据这些信息控制列车运行4。2CTCS-2 级转 CTCS-3 级列控数据交互流程列车运行经过RBC连接应答器组RL(用于列车呼叫 RBC)收到通信管理信息包 ETCS-42时5,AT
9、P 通过 MT 电台呼叫 RBC。CTCS-3 级列控数据交互流程见图2,车地建立无线通信连接的列控数据交互需经过物理层、链路层、传输层、安全层和应用层。物理层通过V.110帧同步实现;链路层由 ATP 发送建立异步平衡扩展模式(Set Asynchronous Balanced Mode Extended,SABME),RBC 回复无编号确认(Unnumbered Acknowledge,UA)实现;传输层由ATP发起连接请求(Connection Request,CR),RBC 回复连接确认(Connection Confirmation,CC)实现;安全层由ATP发起安全协议数据单元第一
10、验证消息(SaPDU AU1)实现;应用层由 ATP 发起 M155(通信会话启动)包实现。列控数据以 I Frame和RR Frame 的形式进行交互。ATP 和 RBC 可通过RR Frame 判断列控数据的交互状态,同时对 I Frame进行组包,组成完整的数据包之后解码得到包含列控数据的应用层数据,然后根据实际的应用层数据控制列车运行。ATP 将列车的行驶状态信息(位置、速度等)通过位置报告发送给RBC,RBC根据当前线路上前后车的行驶状态生成行车许可并发送给车载 ATP,行车许可中包含等级转换位置信息6。根据行车许可信息,在列车接近等级转换执行点时,车载ATP通过人机接口(DMI)提
11、示司机列车将进行等级转换,并由司机确认等级转换信息7。列车越过等级转换执行应答器,自动转换到 CTCS-3等级运行。车地信息交互过程中任何一步信息交互失败,都会导致列车无法转换到CTCS-3等级运行。3等级转换失败原因分析及优化措施结合线路列车运营的经验,对几种常见的等级转换失败原因进行分析,并提出相应的解决方案。3.1车载未发送SABME帧2021年5月,2列安装300S型ATP车载设备的动车组在不同时间和地点发生了等级转换失败。通过数据分析及试验验证,发现2次失败均是由于300S 设备无线控制单元(RIM)未发送 SABME帧,导致车载ATP无法与RBC正常通信。其中一列车经过RL应答器组
12、,ATP控制电台呼叫RBC,电台呼叫成功并返回CONNECT 4800 指令给ATP,因车载RIM和电台之间的通信速率与 RIM 内部的通信速率不一致,该 AT 指令在RIM内部被分到2个周期接收,见图3,导致RIM无法识别该 AT 指令,车载 ATP 认为电台呼叫RBC失败,不发送SABME帧。另一列车是RIM收到电台返回的CONNECT 4800指令后,同时收到电台上报的大量异常乱码数据。由于 RIM 中存储 AT 指令的缓存区长度为256 B,当RIM接收到大量的乱码时,会导致AT指令接收缓存区越界,位于该缓存区后面的数据被改写,引起软件运行异常,造成车载ATP无法正ATP安全计算机无线
13、控制单元MTGSM-R网络BTSBSC/TRAUMSC/IWFRBCISDN服务器安全计算机图1 GSM-R车地无线通信网络示意87铁道通信信号 2023年第59卷第10期常发送SABME帧。该类问题可以通过车载 RIM 软件升级解决:一是优化RIM软件识别逻辑,当RIM从电台接收的数据解析不完整时,保留该数据并与下一周期接收到的数据拼接成完整的AT指令后再进行识别;二是增加RIM软件防护逻辑,在接收函数中限制最大接收长度,确保RIM在收到大量异常数据时,AT指令接收缓存区不会越界,从而防止缓存区后面的数据被改写。目前,该问题已结合300S设备V3.71.0018版软件升级得到了解决。3.2车
14、载多次发送SABME帧2021年6月,一列安装300S型ATP车载设备的动车组发生了等级转换失败。经分析,ATP与RBC 建立通信连接过程中,因 RBC 侧收到多条SABME帧导致通信链路被异常释放,通信会话建立失败。通过数据分析发现,车载ATP与RBC建立链路过程中,电台正在进行小区切换8,且下行链路存在 7级质差,车载 ATP 发送 SABME 帧,未收到 RBC 的 UA 确 认,后 续 车 载 ATP 重 发 5 次SABME 帧,均未收到 RBC 的 UA 确认。RBC 在收到第2条SABME帧时,按协议标准对链路进行重置,造成对现有的通信链路进行了释放。在GSM-R无线通信系统中,
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