影响CTCS-3车地数据传输的GSM-R网络服务质量指标
与优化
蒋文怡a,陈 欣a,钟章队a,b
【摘 要】铁路综合数字移动通信系统GSM-R网络是中国列车控制系统CTCS-3级列控系统车地通信的基础平台,由于无线网络自身的特性,通信中断总是不可避免地以一定的概率出现.本文分析了影响GSM-R网络服务质量的电路域指标,并对其中导致通信失败和通信中断的连接丢失率、传输时延、传输干扰、越区切换中断时间及越区切换成功率5个关键参数进行了分析,同时给出了我国现阶段使用GSM-R无线通信网络的CTCS-3级高速铁路的相关参数设定参考值,为GSM-R网络设置和参数优化提供参考,并对未来铁路数字无线通信的网络规划与优化给出一些建议.
【期刊名称】北京交通大学学报 【年(卷),期】2011(035)005 【总页数】4
【关键词】GSM-R;服务质量;电路域指标;参数优化
CTCS(Chinese T rain Control System)是中国列车控制系统的缩写,我国铁道部已经明确CTCS-3级列控系统应能够满足列车运营时速350 km,最小追踪间隔3 min的要求,并满足正向按照自动闭塞追踪运行,反向按照自动站间闭塞运行的基本要求[1-2].作为CTCS-3系统车地通信的基础平台,铁路综合数字移动通信系统GSM-R网络,要在铁路沿线的车站、隧道、山区和丘陵等,各种地形地貌和各种区域提供连续无缝的通信网络服务,完成任意线路点上的列车位置跟踪、移动授权、紧急停车和临时限速等关键信息的交互与传送.
由于铁路运输系统安全性、可靠性及铁路线路的特殊性,要求GSM-R网络应成为一个高可靠性的无线移动专用网络,保证铁路运输系统的数据传送和车-地通信.但众所周知,任何通信系统,无论是无线通信系统还是有线通信系统,都无法做到100%可靠.网络中的传输误码、链接中断和呼叫失败等异常事件仍会以极小的概率出现.同时,采用GSM-R无线通信网络的控制系统本身也必须具备一定的容错能力,能够检测到瞬时的通信错误并从中恢复.CTCS-3系统具备这样的恢复能力,但必须在系统设置初期就给出GSM-R网络服务质量(Quality of Service,QoS)的相关参数指标,作为CTCS-3系统软件中通信协议栈软件优化配置的参考.
在我国现阶段采用GSM-R网络的CTCS-3级铁路线路的实际操作和要求的基础上,本文作者就如何设置CTCS-3数据传输参数(包括重传次数、定时器设置、单帧最大字节数等),以更好地适应GSM-R网络的特性做出探讨,并对标准中给出的部分参数进行优化,并给出了建议值,为下一代铁路数字无线通信的网络规划与优化提供参考和建议.
1 GSM-R网络电路域QoS指标
铁路通信GSM-R系统数据传输的QoS极大地影响着中国列车控制系统CTCS-3级的QoS,在此基础上,CTCS列控系统的QoS又极大地决定着铁路运输的整体服务质量指标[3].在保障安全的前提下尽可能的满足乘客的期望,这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,而且不同性质线路的运输服务标准应该是不一样的.对于旅客运输,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的,而对于货物运输特别是一些重载线路,最大运输能力尤其重要.
决定GSM-R网络电路域QoS指标的参数包括：网络注册时延、连接建立时延、连接建立失败率、链路失效率、端到端传输时延、传输干扰时间 TTI和传输无差错时间 TREC[2,4].
2 GSM-R QoS对CTCS-3影响
CTCS-3车载OBC在任务开始(SoM)前注册启动、从CTCS-2转换到CTCS-3、RBC切换和异常中断后与RBC重新建立连接时,需要通过GSM-R网络呼叫RBC.
在GSM-R网络正常且QoS指标符合规范要求时,GSM-R QoS指标引起的通信中断(进而引起的CTCS-3车地数据传输延迟)是客观存在的,这是由GSM-R网络的特性决定的.车地通信建立后,影响车地通信的GSM-R QoS指标主要包括：连接丢失概率、传输干扰、传输时延、越区切换中断时间和越区切换成功率.下面依次讨论相关的GSM-R网络指标. 2.1 连接丢失概率
连接丢失是指规定的单位时间内,通信连接非主动释放的次数.GSM-R连接丢失后,CTCS-3车载通信单元(On Board Unit,OBU)与地面无线闭塞中心(Radio Block Center,RBC)间的数据传输将发生中断.CTCS-3的OBU一旦检测到GSM-R无线链路故障,即刻断开当前连接,进行小区重选(若位置区发生变化还会进行位置更新),重新与RBC建立连接.
连接丢失引起的数据传输中断时间=OBU判定GSM-R无线链路故障时间+小区重选时间+重建连接时间.《CTCS-3级列控系统GSM-R网络需求规范》[2]要求GSM-R连接丢失率为＜10-2/h,即每100 h发生1次通信连接丢失;由此引起的数据传输中断时间最长为RLT+15 s.具体分析如下：
影响CTCS-3车地数据传输的GSM-R网络服务质量指标与优化
