CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统

摘要

GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统由GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台两部分组成，其中所述的GSM-R车载网络监测单元包括A/B两套电源、A/B两套电源滤波板、适配器单元、网络监测单元和数据传输单元；所述的GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台的数据传输单元均嵌套有GPRS模块。本发明的优点在于能在因GSM-R网络资源不足等原因导致数据丢失或传输失败或因铁路恶劣的环境干扰导致数据传输故障时，能迅速准确的定位故障原因，使得工作人员能及时排除故障，确保列车运营的安全。

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域及列车控制领域，特别涉及一种CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统。

背景技术

随着我国铁路的快速发展，我国制定了铁路中长期发展规划，其规划中的中国列车控制系统CTCS(China Train Control System)是为保证列车安全运行，并以分级形式满足不同线路运行需求的技术规范，是我国未来铁路技术发展的方向，CTCS按照系统条件和功能共分5级，从0级到4级。

CTCS-3级列控系统是基于GSM-R无线通信和轨道电路的列车运行控制系统，CTCS-3级列控系统的一个重要特征就是利用GSM-R网络进行列控数据的传输，而GSM-R车载无线传输模块就是CTCS-3级列控系统中车载设备的GSM-R网络接入终端，机车利用该设备通过GSM-R网络与地面进行列控数据的通信。所以该设备所处GSM-R网络传输环境的好坏直接关系到列控数据传输的安全性以及整个列车在CTCS-3级模式下的安全运行。

GSM-R车载无线传输模块在GSM-R网络的局间切换、小区切换、常规层与超层之间切换等过程中会有可能因为GSM-R网络资源不足等原因导致数据丢失或传输失败，也有可能因为铁路恶劣的环境干扰导致数据传输故障，因此目前急需一种能提供GSM-R车载无线传输模块在GSM-R网络中的自适应能力以及在数据传输失败的情况下迅速准确的定位故障原因的系统。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种能在因GSM-R网络资源不足等原因导致数据丢失或传输失败或因铁路恶劣的环境干扰导致数据传输故障时，能迅速准确的定位故障原因的CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统。

CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统由GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台两部分组成，其中：

所述的GSM-R车载网络监测单元包括A/B两套电源、A/B两套电源滤波板、适配器单元、网络监测单元和数据传输单元；所述的GSM-R地面网络监测服务台由UPS不间断电源、数据存储单元、监测分析单元、显示单元和数据传输单元组成；所述的GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台的数据传输单元均嵌套有GPRS模块；所述的GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台通过数据传输单元的GPRS模块连接。

所述GSM-R车载网络监测单元的A/B两套电源滤波板主要保护电源免受浪涌、群脉冲、高频串扰等外界干扰，保证电源电磁兼容性的高可靠性。

所述GSM-R车载网络监测单元的电源B及B电源滤波板是作为电源A与A电源滤波板的备用，通过双套电源热备的方式实现了设备供电系统的稳定性。

所述GSM-R车载网络监测单元的适配单元主要实现GSM-R车载网络监测单元与GSM-R地面网络监测服务台之间的电平转换，是GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台之间的数据通道。 

所述GSM-R车载网络监测单元的控制单元主要负责分析处理、存储GSM-R车载无线传输模块与GSM-R地面网络监测服务台之间的通信数据。

所述GSM-R车载网络监测单元的网络监测单元主要完成自诊断处理、GSM-R网络相关参数的监测，并把相关参数发送给控制单元。

所述GSM-R车载网络监测单元的数据传输单元完成自诊断并保持GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台之间的通信链路的建立与维护。

所述的GSM-R地面网络监测服务台的监控分析单元主要功能为：接收并分析GSM-R车载网络监测单元监测GSM-R网络参数报告消息，并以数据和图例的形式通过显示单元显示给监控人员，如果GSM-R网络发生故障并向监控人员发生报警；对数据进行存储，把所有GSM-R车载网络监测单元监测GSM-R网络参数报告消息存储到数据存储单元；用于历史数据查询，可以按设备、日期、操作员等条件进行一级和多级查询；用于历史数据统计与分析，通过对所查询历史数据的分析找出设备运行的故障规律并以曲线图的形式显示，供维护人员及产品设计人员参考。

CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统的监测方法为：GSM-R车载无线传输模块通过适配器接口将 实时状态数据和监测数据传输控制单元，经过控制单元分析判断后通过GSM-R车载网络监测单元发起对GSM-R网络参数的监测，然后控制单元接收GSM-R车载网络监测单元的监测数据，并进行分析处理后通过GSM-R车载网络监测单元的数据传输单元的GPRS模块传送给GSM-R地面网络监测服务台，同时实现GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台之间的通信链路的建立、维护和自身设备的自诊断，GSM-R地面网络监测服务台收到GSM-R车载网络监测单元发送的数据后，对其进行存储分析后，以数据和图例的方式通过GSM-R地面网络监测服务台的显示单元显示给监测人员。

本发明的优点在于能在因GSM-R网络资源不足等原因导致数据丢失或传输失败或因铁路恶劣的环境干扰导致数据传输故障时，能迅速准确的定位故障原因，使得工作人员能及时排除故障，确保列车运营的安全。

附图说明

图1 CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统示意图。

图2CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中的GSM-R车载网络监测单元结构组成示意图。

图3 CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中 GSM-R地面网络监测服务台结构组成示意图。

图4 CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中GSM-R车载网络监测单元的网络监测单元开机自诊断示意图。

图5CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中GSM-R车载网络监测单元的数据传输单元开机自诊断示意图。

图6 CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中GSM-R车载网络监测单元的适配器单元开机自诊断示意图。

图7 CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中的GSM-R车载网络监测单元中的网络监测单元在列车运行过程中的在途自诊断示意图。

图8 CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中的GSM-R车载网络监测单元中的数据传输单元在列车运行过程中的在途自诊断示意图。

图9 CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台通信链路建立示意图。

图10 CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台通信链路建立后的链路维护示意图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统由GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台两部分组成，其中：

所述的GSM-R车载网络监测单元包括A/B两套电源、A/B两套电源滤波板、适配器单元、网络监测单元和数据传输单元；所述的GSM-R地面网络监测服务台由UPS不间断电源、数据存储单元、监测分析单元、显示单元和数据传输单元组成；所述的GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台的数据传输单元均嵌套有GPRS模块；所述的GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台通过数据传输单元的GPRS模块无线连接。

所述GSM-R车载网络监测单元的A/B两套电源滤波板主要保护电源免受浪涌、群脉冲、高频串扰等外界干扰，保证电源电磁兼容性的高可靠性。

所述GSM-R车载网络监测单元的电源B及B电源滤波板是作为电源A与A电源滤波板的备用，通过双套电源热备的方式实现了设备供电系统的稳定性。

所述GSM-R车载网络监测单元的适配单元主要实现GSM-R车载网络监测单元与GSM-R地面网络监测服务台之间的电平转换，是GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台之间的数据通道。 

所述GSM-R车载网络监测单元的控制单元主要负责分析处理、存储GSM-R车载无线传输模块与GSM-R地面网络监测服务台之间的通信数据。

所述GSM-R车载网络监测单元的网络监测单元主要完成自诊断处理、GSM-R网络相关参数的监测，并把相关参数发送给控制单元，

所述的数据传输单元完成自诊断并保持GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台之间的通信链路的建立与维护。

所述的GSM-R地面网络监测服务台的监控分析单元主要功能为：接收并分析GSM-R车载网络监测单元监测GSM-R网络参数报告消息，并以数据和图例的形式通过显示单元显示给监控人员，如果GSM-R网络发生故障并向监控人员发生报警；对数据进行存储，把所有GSM-R车载网络监测单元监测GSM-R网络参数报告消息存储到数据存储单元；用于历史数据查询，可以按设备、日期、操作员等条件进行一级和多级查询；用于历史数据统计与分析，通过对所查询历史数据的分析找出设备运行的故障规律并以曲线图的形式显示，供维护人员及产品设计人员参考。

利用CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统监测方式为：GSM-R车载无线传输模块通过适配器接口将 实时状态数据和监测数据传输控制单元，经过控制单元分析判断后通过GSM-R车载网络监测单元发起对GSM-R网络参数的监测，然后控制单元接收GSM-R车载网络监测单元的监测数据，并进行分析处理后通过GSM-R车载网络监测单元的数据传输单元的GPRS模块传送给GSM-R地面网络监测服务台，同时实现GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台之间的通信链路的建立、维护和自身设备的自诊断，GSM-R地面网络监测服务台收到GSM-R车载网络监测单元发送的数据后，对其进行存储分析后，以数据和图例的方式通过GSM-R地面网络监测服务台的显示单元显示给监测人员。

如图4所示，CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中GSM-R车载网络监测单元的网络监测单元开机自诊断示方式为：

步骤一：GSM-R车载网络监测单元的网络监测单元自诊断时，先打开串口，如不能正常打开，则报告串口打开错误，并存储错误数据；

步骤二：如串口能正常打开，设置串口参数，同时设置GSM-R车载网络监测单元的网络监测单元的工作模式，并测试SIM卡是否正常，如不正常，报告SIM卡错误，并存储故障信息；

步骤三：如果SIM卡正常，则监测单元发送测试帧数据，如果N次内均没有应答，报告无应答故障，并存储故障信息，如有应答数据，则返回开机自诊断成功结果。

如图5所示，CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中GSM-R车载网络监测单元的数据传输单元开机自诊断方式为：

步骤一：GSM-R车载网络监测单元的数据传输单元开始自诊断是，先打开通信串口，如不能正常打开，报告串口打开错误，并存储故障信息；

步骤二：如通信串口能正常打开，测试GSM-R车载网络监测单元中数据传输单元的GPRS是否正常，如不正常，报告GPRS不正常错误，并存储故障信息；

步骤三：如GPRS正常，则测试SIM卡是否正常，如不正常，报告SIM卡错误，并存储故障信息；

步骤四：如果SIM卡正常，则测试场强是否正常，如不正常，报告场强弱，并存储故障信息；

步骤五：如场强正常，返回GSM-R车载网络监测单元的数据传输单元开机自诊断成功结果。

如图6所示，CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中GSM-R车载网络监测单元的适配器单元开机自诊断方式为：

步骤一：GSM-R车载网络监测单元的适配器单元自诊断时，先打开通信串口，如串口不能打开，报告串口打开错误，并存储故障信息；

步骤二：如通信串口正常打开，则设置串口参数，并先GSM-R无线传输模块发送测试数据，如果N次内没有均没有应答，报告无应答故障，并存储故障信息，如有应答数据，则返回GSM-R车载网络监测单元的适配器单元开机自诊断成功结果。

如图7所示，CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中的GSM-R车载网络监测单元中的网络监测单元在列车运行过程中的在途自诊断方式为：

步骤一：启动在途诊断定时器，并设置网络监测单元为空闲模式，给GSM-R车载网络监测单元中的控制单元发送空闲模式数据测试帧，如有应答，则表示工作正常，同时取消定时器；

步骤二：如没有应答，再次发送N次数据测试帧，如有应答，则表示工作正常，同时取消定时器，如没有应答，存储故障信息，并通过数据传输模块发送故障信息到GSM-R地面网络监测服务台。

如8所示，CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中的GSM-R车载网络监测单元中的数据传输单元在列车运行过程中的在途自诊断方式为：

步骤一：启动在途诊断定时器，检测GSM-R车载网络监测单元中数据传输单元的GPRS模块是否有数据通信，如有，取消自诊断定时器，并继续通信；

步骤二：如检测的GSM-R车载网络监测单元中数据传输单元的GPRS模块无数据通信，在定时时间到时，启动在途自诊断程序，并切换GPRS由在线数据状态转为在线命令状态，同时测试GPRS模块是否正常，如不正常，报告GPRS不正常错误，并存储故障信息；

步骤三：如果GPRS模块正常，测试SIM卡是否正常，如不正常，报告SIM卡错误，并存储故障信息；

步骤四：如果SIM卡正常，则测试场强是否正常，如不正常，报告场强弱，并存储故障信息；

步骤五：如场强正常，切换GPRS由在线命令状态转回到在线数据状态，并继续通信。

如9所示，CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台通信链路建立方式为：建立通信链路，GSM-R车载网络监测单元读取GSM-R地面网络监测服务台电话号码，并配置GPRS模块，GSM-R车载网络监测单元呼叫GSM-R地面网络监测服务台，如失败，记录失败原因，如成功，则链路建立成功。

如10所示，CTCS-3级列控系统GSM-R车载无线传输模块网络传输环境监测系统中GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台通信链路建立后的维护方式为：

当在对通信链路进行维护而设定的定时时间内时，GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台的数据传输单元收到链路断开标志时，GSM-R车载网络监测单元读取GSM-R地面网络监测服务台电话号码, 并对GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台的数据传输单元的GPRS模块进行配置，呼叫GSM-R地面网络监测服务台，如果失败，记录失败原因，如成功，则通信链路重新建立成功；

当对通信链路进行维护而设定的时间到时，GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台的数据传输单元彼此发送链路测试数据包，如GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台均收到测试应答数据包，则表示链路正常，如没有收到测试数据包，则GSM-R车载网络监测单元读取GSM-R地面网络监测服务台电话号码, 并对GSM-R车载网络监测单元和GSM-R地面网络监测服务台的数据传输单元的GPRS模块进行配置，呼叫GSM-R地面网络监测服务台，如果失败，记录失败原因，如成功，则通信链路重新建立成功。