一种基于GSM-R的数据处理系统论文和设计-王啸阳

全文摘要

本实用新型公开了一种基于GSM‑R的数据处理系统，包括列车系统与地面通信系统，所述列车系统包括ATP设备、车载通信设备；所述地面通信系统包括地面通信设备；所述ATP设备通过所述车载通信设备与所述地面通信设备进行通信，所述车载通信设备与信令存储设备相连接；其中，所述车载通信设备用于备份列车系统与地面通信系统的信令信息，并用于对所述信令信息进行分类、生成信息帧；所述信令存储设备用于接收、处理信息帧，并将信息帧中的信令信息整理成日志文件进行保存。该系统有效地提升了信令信息抓取与分析的时效性，进而提升了列车运行过程中的故障排查效率。

主设计要求

1.一种基于GSM-R的数据处理系统，包括列车系统与地面通信系统，其特征在于，所述列车系统包括ATP设备、车载通信设备；所述地面通信系统包括地面通信设备；所述ATP设备通过所述车载通信设备与所述地面通信设备进行通信，所述车载通信设备与信令存储设备相连接；其中，所述车载通信设备用于备份列车系统与地面通信系统的信令信息，并用于对所述信令信息进行分类、生成信息帧；所述信令存储设备用于接收、处理信息帧，并将信息帧中的信令信息整理成日志文件进行保存。

设计方案

1.一种基于GSM-R的数据处理系统，包括列车系统与地面通信系统，其特征在于，

所述列车系统包括ATP设备、车载通信设备；所述地面通信系统包括地面通信设备；所述ATP设备通过所述车载通信设备与所述地面通信设备进行通信，所述车载通信设备与信令存储设备相连接；其中，

所述车载通信设备用于备份列车系统与地面通信系统的信令信息，并用于对所述信令信息进行分类、生成信息帧；

所述信令存储设备用于接收、处理信息帧，并将信息帧中的信令信息整理成日志文件进行保存。

2.根据权利要求1所述的基于GSM-R的数据处理系统，其特征在于：所述信令信息包括所述ATP设备与地面通信设备之间的上行业务数据、下行业务数据以及车载通信设备的网络参数与模块状态信息。

3.根据权利要求1所述的基于GSM-R的数据处理系统，其特征在于：所述车载通信设备包括信令分类子装置与信息帧生成子装置，其中，

所述信令分类子装置，用于按照上行数据、下行数据、PIN脚状态、小区信息、告警信息五种信令类型对所述信令信息进行分类；

所述信息帧生成子装置，用于首先设置信息帧，所述信息帧包括信令类型、信令长度、校验位以及信令信息，然后按照所述信令类型对信息帧中的信令信息设置唯一对应的类型字段与信令长度字段，并依据信令类型字段与信令长度字段的异或运算确定信令信息在信息帧中的校验位的值。

4.根据权利要求3所述的基于GSM-R的数据处理系统，其特征在于，

所述上行数据包括信令信息中所述ATP设备与地面通信设备之间的上行业务数据；

所述下行数据包括信令信息中所述ATP设备与地面通信设备之间的下行业务数据；

所述PIN脚状态包括信令信息中车载通信设备的模块状态信息；

所述小区信息与告警信息包括信令信息中车载通信设备的网络参数。

5.根据权利要求1所述的基于GSM-R的数据处理系统，其特征在于：所述信令存储设备包括信息帧处理子装置、信令信息整合子装置、以及日志管理子装置，其中，

所述信息帧处理子装置，用于解析信息帧，获取一项或多项信令信息；

所述信令信息整合子装置，用于将所述信令信息分成第一类信令信息与第二类信令信息，其次分别在所述第一类信令信息与第二类信令信息中添加辅助参数，然后将所述第一类信令信息与第二类信令信息生成为日志文件并存储；

所述日志管理子装置，用于整合、提取日志文件。

6.根据权利要求5所述的基于GSM-R的数据处理系统，其特征在于：所述第一类信令信息包括上行业务数据、下行业务数据以及模块状态信息，所述第二类信令信息包括网络参数。

7.根据权利要求5所述的基于GSM-R的数据处理系统，其特征在于：所述辅助参数包括时间、信令类型、信令来源。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于轨道交通领域，特别涉及一种基于GSM-R的数据处理系统。

背景技术

目前，国内绝大部分的客运列车专线铁路的铁路系统都采用GSM-R网络，通过车上的电台与地面侧通信设备进行无线通信。

列车上的C3通信模块绝大部分市场由Funkwerk等外国厂商占据，经常出现无线通信断线超时等故障。而且通信模块的信令和日志记录解析功能不完善，无法有效的定位、排查故障，严重影响线上的客专线路运行，仅2016年上半年全路就有CTCS-3故障3975次。而国内市场在列车上的通信模块方面一直是空白。从而现有车载通信设备的信令和日志系统存在以下问题：

1、国外厂商的带信令与日志记录功能的模块昂贵，现实中在铁路系统中的覆盖比例很低：客专铁路现有的铁路系统中，带信令和日志功能的模块只占不到10％；而且客专列车通常在固定的路局内运行，导致某些路段的故障频发，但无法准确定位。如广铁集团曾专项整治的武广线、广深线，虽然超时故障频发，但能记录故障日志的车次有限，无法进行有效的对比测试，超时故障一直无法彻底排除。

2、故障日志分析效率低，由于现有通信模块的信令分析系统被外国厂商控制，各路局各电务段无法自主分析故障日志，必须将抓取的日志发送至指定代理公司，再由代理公司解析结果，且解析的文件只能在特定的计算机上，用指定的授权码才能查看。因此该故障分析时间周期长，各环节操作流程长，而且代理公司的技术人员对铁路专网的了解程度有限，造成现有的故障日志分析效率低。

3、现有的信令日志系统信息不全，无法准确指出故障点。列车的安全运行时，需要车地间保持通信，并根据通信状态控制列车速度。这需要地面通信设备、空口信号发射\/接收设备、车载通信设备、列车自动保护(ATP)设备的共同协作。列车上的车载通信设备与车载ATP设备进行通信，所述车载ATP设备能够在通信异常时，对列车发送降级指令进控制，且车载通信设备还通过空口通信与地面设备的地面通信设备进行通信，并输出与车载ATP设备、地面通信设备之间交互的AT指令、AT指令回复、ATP控制指令、业务数据等；但现有的车载通信设备虽能提供Igsmr监测信令(收发的业务数据)、以及AT指令及回复，只能证明所述通信模块与ATP设备、地面设备的空口通信或者ATP的交互是否正常，但不能获取完整的底层信息(如不提供模块状态、部分空口状态信息等)，比如，引发ATP故障还可能是ATP设备异常、ATP发送的控制信息异常、ATP与电台连接异常、电台状态异常、电台未能执行ATP的命令等，分析人员只知道发生了列车减速\/停车故障，但无法判断是哪个具体的设备发生了问题，引发了故障。而且因为ATP、通信电台、地面侧设备分别涉及信号、通信等多个技术领域，归属于多个部门，模糊的故障信令对故障排查带来了极大的不便。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供了一种基于 GSM-R的数据处理系统，所述数据处理系统使得铁路系统的GSM-R信令和日志解析简便、快速，并提升故障处理效率。

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于GSM-R的数据处理系统，采用以下技术方案：

一种基于GSM-R的数据处理系统，包括列车系统与地面通信系统，

所述车载通信设备用于备份列车系统与地面通信系统的信令信息，并用于对所述信令信息进行分类、生成信息帧；

所述信令存储设备用于接收、处理信息帧，并将信息帧中的信令信息整理成日志文件进行保存。

进一步，所述信令信息包括所述ATP设备与地面通信设备之间的上行业务数据、下行业务数据以及车载通信设备的网络参数与模块状态信息。

进一步，所述车载通信设备包括信令分类子装置与信息帧生成子装置，其中，

所述信令分类子装置，用于按照上行数据、下行数据、PIN脚状态、小区信息、告警信息五种信令类型对所述信令信息进行分类；

进一步，所述上行数据包括信令信息中所述ATP设备与地面通信设备之间的上行业务数据；

所述下行数据包括信令信息中所述ATP设备与地面通信设备之间的下行业务数据；

所述PIN脚状态包括信令信息中车载通信设备的模块状态信息；

所述小区信息与告警信息包括信令信息中车载通信设备的网络参数。

进一步，所述信令存储设备包括信息帧处理子装置、信令信息整合子装置、以及日志管理子装置，其中，

所述信息帧处理子装置，用于解析信息帧，获取一项或多项信令信息；

所述日志管理子装置，用于整合、提取日志文件。

进一步，所述第一类信令信息包括上行业务数据、下行业务数据以及模块状态信息，所述第二类信令信息包括网络参数。

进一步，所述辅助参数包括时间、信令类型、信令来源。

本实用新型的处理系统降低了信令信息处理成本，也进一步提升了带有该信令处理系统的车载通信设备在铁路系统中的覆盖率。另外车载通信设备直接抓取GSM-R系统的交互信息以及车载通信设备自身的模块状态信息与网络参数等信令信息，使得系统采集的信令信息更加全面，进一步，用户能够直接从信令存储设备中获取信令信息的日志文件，从而有效地提升了信令抓取与分析的时效性，进而提升了故障排查效率。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型实施例的一种基于GSM-R的数据处理系统结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例的一种基于GSM-R的数据处理系统结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例的一种基于GSM-R的数据处理方法流程示意图；

图4示出了本实用新型实施例的一种基于GSM-R的数据处理系统的信令信息交互示意图；

图5示出了本实用新型实施例的一种基于GSM-R的数据处理系统的信令信息处理示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例中介绍了一种基于GSM-R的数据处理系统，包括列车系统与地面通信系统，所述列车系统包括ATP设备、车载通信设备；所述地面通信系统包括地面通信设备；所述ATP设备通过所述车载通信设备与所述地面通信设备进行通信，所述车载通信设备与信令存储设备相连接；其中，所述载通信设备用于备份列车系统与地面通信系统的信令信息，并用于对所述信令信息进行分类、生成信息帧；所述信令存储设备用于接收、处理信息帧，并将信息帧中的信令信息整理成日志文件进行保存。

具体的，如图2所示，所述车载通信设备可以是车载通信电台，所述车载通信电台分别连接ATP设备、地面通信设备以及信令存储设备，所述车载通信电台为ATP设备与地面通信设备之间的通信枢纽，所述车载通信电台与地面通信设备通过空口通信，且所述车载通信电台向信令存储设备发送信令信息，所述信令存储设备分析、存储信令信息，最终用户通过便携式计算机连接至所述信令存储设备实现数据输出。

所述车载通信设备包括信令分类子装置与信息帧生成子装置，其中，所述信令分类子装置，用于按照上行数据、下行数据、PIN脚状态、小区信息、告警信息五种信令类型对所述信令信息进行分类；所述信息帧生成子装置，用于首先设置信息帧，所述信息帧包括信令类型、信令长度、校验位以及信令信息，然后按照所述信令类型对信息帧中的信令信息设置唯一对应的类型字段与信令长度字段，并依据信令类型字段与信令长度字段的异或运算确定信令信息在信息帧中的校验位的值。

所述信令存储设备包括信息帧处理子装置、信令信息整合子装置、以及日志管理子装置，其中，所述信息帧处理子装置，用于解析信息帧，获取一项或多项信令信息；所述信令信息整合子装置，用于将所述信令信息分成第一类信令信息与第二类信令信息，其次分别在所述第一类信令信息与第二类信令信息中添加辅助参数，然后将所述第一类信令信息与第二类信令信息生成为日志文件并存储；所述日志管理子装置，用于整合、提取日志文件。

如图3所示，本实用新型实施例中介绍了一种基于GSM-R的数据处理方法，所述处理方法具体包括，

S101、所述车载通信设备备份自身以及ATP设备与地面通信设备之间交互的信令信息。

如图4中所示，所述车载通信设备可以为车载通信电台，所述车载通信电台为所述ATP设备与所述地面通信设备之间的通信枢纽，所述信令信息包括所述车载通信电台与ATP设备之间的AT指令、AT指令回复以及下行业务数据，以及所述车载通信电台与地面通信设备之间的上行业务数据与下行业务数据；所述车载通信电台输出网络参数与模块状态信息、业务数据、AT指令以及AT 指令回复，其中，所述网络参数包括小区信息与告警信息。所述业务数据包括上行业务数据与下行业务数据，且所述业务数据包括Igsmr监测信令、空口信息等。

具体的，所述车载通信电台为所述ATP设备与无线闭塞中心RBC之间的通信枢纽。在列车运行时，所述ATP设备通过车载通信电台为无线闭塞中心 RBC提供上行业务数据，所述无线闭塞中心RBC根据所述ATP设备提供的上行业务数据，对列车进行调度。若列车发生无线通信超时故障时，即所述ATP 设备从收到的数据中判断网络状态异常时，所述ATP设备中断与无线闭塞中心 RBC之间的通信，同时，所述ATP设备向列车发送降级指令，以达到列车减速或停止的目的。

以AT指令为例，所述ATP设备向所述车载通信电台发送AT指令，所述车载通信电台接收AT指令后进行备份，并将AT指令传输至无线闭塞中心RBC，无线闭塞中心RBC做出AT指令回复并传输至所述车载通信电台，所述车载通信电台接收、备份AT指令回复，并传输至所述ATP设备。所述AT指令包括 (但不限于)查询车载通信电台的状态指令、控制车载通信电台呼叫无线闭塞中心RBC指令、调整车载通信电台的网络参数指令、注册网络指令等。

所述车载通信电台也按照所述ATP设备下发的AT指令执行工作，例如，车载通信电台接收到调整车载通信电台的网络参数指令，则调整自身网络参数，或车载通信电台接收到注册网络与呼叫无线闭塞中心RBC指令，则注册 GSM-R网络并呼叫无线闭塞中心RBC，呼叫成功后，则车载通信电台则与无线闭塞中心RBC通过空口进行通信。

S102、所述车载通信设备将所述信令信息进行整合、生成信息帧，并发送至信令存储设备；

具体的，所述信息帧中依次包括信令类型type、信令长度Length、校验位 XOR以及信令信息Data。其中，所述信令类型type、信令长度Length、校验位XOR均为一个字段。

所述车载通信电台对信令信息进行整合时，首先将所述信令信息按照上行数据、下行数据、告警信息、小区信息、PIN脚(管脚)状态五种信息类型进行分类，然后对上行数据、下行数据、告警信息、小区信息、PIN脚状态五种信息类型的信令信息分别设置类型字段，其中，

所述上行数据包括所述车载ATP设备发送给无线闭塞中心RBC的信令信息，在所述信息帧中的信令类型type的类型字段为0xAA；

所述下行数据包括所述无线闭塞中心RBC发送至车载ATP设备的信令信息，在所述信息帧中的信令类型type的类型字段为0xBB；

所述告警信息包括所述车载通信模块的网络参数中的告警信息，在所述信息帧中的信令类型type的类型字段为0xCC；

所述小区信息包括所述车载通信电台的网络参数中的小区信息，在所述信息帧中的信令类型type的类型字段为0xDD；

所述PIN脚状态包括所述车载通信模块的模块状态信息，在所述信息帧中的信令类型type的类型字段为0xEE，

其次，所述车载通信设备将信令类型type字段与信令长度Length字段的异或运算值为所述信息帧中的校验位XOR的检验位值，不同类型的信令信息的校验位具有不同的值。

进一步的，当GSM-R中CTS、DSR、DCD的PIN脚状态有变化时，所述车载通信设备输出CTS、DSR、DCD时，则信令信息Data采用两个字节表示，即PIN脚(管脚)状态标识与电平标识，其中，PIN脚状态标识：00表示CTS 值，01表示DSR值，02表示DCD值，电平标识：00表示低电平，01表示高电平。

以CTS类型的信令信息为例，所述信令信息的信息帧为EE 02 EC 00 01时，则表示CTS的PIN脚状态有变化，且CTS值为高电平。从而将GSM-R系统中的信令信息采用信息帧传输、存储，使得信令信息分析更加直观、具体。

S103、所述信令存储设备处理信息帧、并将所述信息帧中的信令信息整理成日志文件进行保存。

如图5所示，所述信令存储设备用于解信息帧、添加信息、文件存储、文件管理，具体的，所述解信息帧包括所述信令存储设备整合处理、并存储车载通信电台发送的信息帧。所述信令存储设备对车载通信设备发送的信息帧进行解析，获取上行数据、下行数据、PIN脚(管脚)状态、小区信息、告警信息中一种或多种类型的信令信息，所述信令存储设备按照类型将所述信令信息分成第一类信令信息、第二类信令信息，其中，所述第一类信令信息包括上行数据、下行数据、PIN脚(管脚)状态，所述第二类信令信息包括小区信息、告警信息。所述添加信息为所述信令存储设备向所述第一类信令信息与第二类信令信息中的信令信息逐条添加辅助参数，所述文件存储为所述存储设备将添加辅助参数后的信令信息按照类别属性存储成日志文件。优选地，所述信令存储设备每间隔一段预设时间生成一次日志文件并保存；所述预设时间可以是30 分钟，但不限于30分钟，可以是任何指定时间，例如15分钟。

本实施例中，所述辅助参数包括时间、信息类型、信息来源，所述时间为时间戳。但不限于上述辅助参数，还可以包括比如功能参数等。

本实施例中，所述处理方法还包括查询、读取日志文件，即所述信令存储设备的文件管理，所述信令存储设备支持用户通过日志文件的类型属性和\/或时间属性进行筛选查询。具体的，如图5所示，用户将读取设备通过信令存储设备的用户界面进行连接，用户通过读取设备依据日志文件类型与时间属性在所述信令存储设备中筛选文件，并将筛选后的日志文件下载、导出至读取设备；进一步具体的，所述读取设备具备读取模块，所述读取模块读取日志文件，并将日志文件中的信令信息采用报表的形式输出，所述报表可以采用Excel表格等。如图5中所示，所述读取设备包括便携式计算机等。

本实施例中，列车发生故障时，用户将所述便携式计算机连接至信令存储设备，并通过浏览器筛选相应的日志文件，然后利用读取模块读取日志文件，最终从读取模块导出相应的信令信息Excel表格，所述信令信息Excel表格中包括信令信息、信令信息的时间、类型以及来源，从而用户可直接获取故障的具体信息，从而确定故障点，从而该方法提高了信令解析的效率，进而提高了铁路系统故障排查效率。

本实施例中，所述信令存储设备还采用自动覆盖存储模式；所述信令存储设备对日志文件进行保存时，若所述信令存储设备的存储空间达到预设阈值，则所述信令存储设备生成的日志文件自动覆盖最早的日志文件。优选地，所述信令存储设备至少存储60天的日志文件。所述信令存储设备采用自动覆盖的存储模式有效地保证了信令存储的可靠性。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

设计图

一种基于GSM-R的数据处理系统论文和设计

一种基于GSM-R的数据处理系统论文和设计-王啸阳

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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