一种基于AMS监测数据的CTCS-3超时自动分析方法与流程

本发明实施例涉及列车运行控制技术，尤指一种基于ams监测数据的ctcs-3超时自动分析方法。

背景技术：

ctcs-3(ctcs，即chinesetraincontrolsystem中国列车运行控制系统，ctcs-3即ctcslevel3，简称c3)是我国目前支持列车运营速度最高的列车运行控制系统，利用gsm-r(gsmforrailway铁路数字移动通信系统)移动通信网络作为车-地双向安全数据传输平台，整个系统中的两大关键设备车载atp(列控车载设备)和地面rbc(列控地面设备)，保障了列车安全与高效的运行。高速列车一旦发生无线超时，就有可能导致列车由ctcs-3模式降为ctcs-2(即ctcslevel2)模式，影响列车安全有序运行。

目前ctcs-3超时原因分析主要采用基于通信设备日志数据的人工分析和基于设备日志特征码的自动分析，人工分析特点是准确性高，但效率低下；基于设备日志特征码的自动分析特点是分析效率高，准确性一般，对于没有形成特征码的故障类型无法判断。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于ams监测数据的ctcs-3超时自动分析方法，能够提高分析效率，并保证分析的正确性。

为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种基于ams监测数据的ctcs-3超时自动分析方法，可以包括：

根据下发的故障分析任务提取ams监测数据；

采用提取的ams监测数据驱动有限状态机的状态进行转换，并在状态转换到异常状态时进行故障分析；

其中，有限状态机用于模拟ctcs-3列车运行控制系统中待分析节点的协议栈。

可选地，该方法还可以包括：通过以下方案采用有限状态机模拟ctcs-3列车运行控制系统中待分析节点的协议栈：

根据待分析节点的协议栈中各层协议的协议标准，通过标准建模语言uml状态图描述出该层协议的有限状态机模型，其中，协议标准中包含对该层协议内所包含的状态及各状态间转换条件的描述；

在每个有限状态机模型的次态中添加异常状态，并将当前输入的ams监测数据不能驱动现态转换到处于正常状态的次态的情况作为异常状态的转换条件；

其中，如果现态转换到异常状态不会造成ctcs-3超时，则将该现态删除，并将该现态的次态，以及该现态与该次态之间的转换条件链接到该现态的上一个状态。

可选地，采用提取的ams监测数据驱动有限状态机的状态进行转换可以包括：

将提取的ams监测数据根据该数据所属协议层逐条输入到与该协议层对应的有限状态机中，有限状态机根据输入的数据和转换关系将现态转换到相关联的次态；该次态包括正常状态和异常状态；

其中，当输入的数据无法驱动现态转换为相关联的正常状态时，有限状态机转换到异常状态。

可选地，在状态转换到异常状态时进行故障分析可以包括：

通过异常状态、异常状态的上一状态以及导致异常状态的报文判断错误所发生的协议层和故障原因。

可选地，ams监测数据可以包含：gsm-r通信网络的um接口监测数据以及列控车载设备atp与gsm-r通信模块mt之间的igsm-r接口监测数据；

待分析节点可以包括：mt节点和atp节点；其中，mt节点包含at命令协议栈和无线接口协议栈，atp节点包含一个与rbc通信的五层协议栈。

可选地，五层协议栈可以包括：应用层协议数据单元apdu协议栈；

针对apdu协议栈的有限状态机中的正常状态包括：正常的业务数据收发状态和升降级切换状态。

可选地，无线接口协议栈可以包括：l3层接口协议栈；

针对l3层接口协议栈的有限状态机中的正常状态包括：正常的业务数据收发状态和数据切换状态；异常状态包括：异常的业务数据收发状态、超时事件状态以及通信质量差事件状态。

可选地，该方法还可以包括：在根据下发的故障分析任务提取ams监测数据之前，从预设的ams监测数据库中的呼叫记录数据中或实时检测到的呼叫记录数据中获取异常呼叫记录，并根据异常呼叫记录生成故障报文；根据故障报文下发故障分析任务。

可选地，从预设的ams监测数据库中的呼叫记录数据中或实时检测到的呼叫记录数据中获取异常呼叫记录，并根据异常呼叫记录生成故障报文可以包括：

根据呼叫记录数据中的故障标志位判断当前呼叫记录数据是否为异常呼叫记录，并根据速度字段从判断出的全部异常呼叫记录中排除停车时产生的第一异常呼叫记录；

将全部异常呼叫记录中排除第一异常呼叫记录后剩余的第二异常呼叫记录，根据预设形式生成故障报文，并将故障报文插入预设的故障列表中；其中，该预设形式包括四元组形式，四元组的内容包括：设备识别号码ctcsid、呼叫标记callmark、开始时间和结束时间。

可选地，基于ams监测数据的ctcs-3超时自动分析的分析类型可以包括：在线实时分析和离线分析。

可选地，该方法还可以包括：根据配置文件中预设的运行类型runtype值确定当前ctcs-3超时分析的分析类型。

可选地，当分析类型为在线实时分析时，根据故障分析任务提取ams监测数据包括：

通过用户数据报协议udp逐条实时接收ams监测数据，并根据ams监测数据中的消息类型字段区分igsm-r接口监测数据和um接口监测数据；

对于接收的um接口监测数据，根据预设的第一三元组对数据进行清洗，以通过匹配所述第一三元组的数据进行ctcs-3超时分析；第一三元组的内容可以包括：ctcsid、频道号和时隙；

对于接收的um接口监测数据，当遇到小区切换消息数据时，提取小区切换消息数据中所带的频道号和时隙，形成新的第一三元组。

可选地，当分析类型为离线分析时，所述根据故障分析任务提取ams监测数据包括：

对于um接口监测数据，根据预设标准对ams监测数据库中的数据进行清洗，其中预设标准包括预设的第二三元组，第二三元组的内容可以包括：ctcsid、频道号和时隙；以及，

针对小区切换消息数据，根据相同的ctcsid以及小区切换消息数据中所带的频道号和时隙拼接后的数据进行数据提取。

一种终端，包括处理器和计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当该指令被处理器执行时，实现上述的基于ams监测数据的ctcs-3超时自动分析方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的基于ams监测数据的ctcs-3超时自动分析方法。

本发明实施例包括：根据下发的故障分析任务提取ams监测数据；采用提取的ams监测数据驱动有限状态机的状态进行转换，并在状态转换到异常状态时进行故障分析；其中，有限状态机用于模拟ctcs-3列车运行控制系统中待分析节点的协议栈。通过该实施例方案，提高了分析效率，并保证了分析的正确性。

本发明实施例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，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明实施例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特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明实施例的技术方案，并不构成对本发明实施例技术方案的限制。

图1为本发明实施例的基于ams监测数据的ctcs-3超时自动分析方法示意图；

图2为本发明实施例一中apdu层的状态示意图；

图3为本发明实施例一中有限状态机由当前的业务数据收发状态进入到异常状态示意图；

图4为本发明实施例二中l3层接口协议栈的状态示意图；

图5为本发明实施例二中有限状态机的正常状态之间转换示意图；

图6为图5所示实施例中出现超时事件状态时状态转换示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种基于ams监测数据的ctcs-3超时自动分析方法，包括步骤s101-s102：

s101、根据下发的故障分析任务提取ams监测数据。

在本发明实施例中，为了分析列车运行过程中ctcs-3超时产生的原因，可通过对整个gsm-r通信网络各节点之间的接口进行监测，采集监测数据，通过对监测数据中的信令数据和业务数据进行分析，从而判断ctcs-3超时产生的原因。ams(atpinterfacemonitoringsystem，列控车载设备接口监测系统，是ctcs-3级列控车载设备igsm-r、um接口监测系统)监测数据就是监测到的列车车载端的igsm-r接口和um接口的通信数据；igsm-r接口为atp与gsm-r通信模块mt之间的接口，um接口为mt与地面基站间的接口。ams监测数据对ctcs-3车载端超时原因的分析有至关重要的作用，本发明实施例方案可以针对ams监测数据对车载端的故障进行自动分析，以获取ctcs-3超时原因。

可选地，该方法还可以包括：在根据下发的故障分析任务提取ams监测数据之前，从预设的ams监测数据库中的呼叫记录数据中或实时检测到的呼叫记录数据中获取异常呼叫记录，并根据异常呼叫记录生成故障报文；根据故障报文下发故障分析任务。

在本发明实施例中，可以通过预先设置的故障发现子系统从ams监测数据库中的呼叫记录数据中获取异常呼叫记录，或实时检测到的呼叫记录数据中获取异常呼叫记录，从而发现故障，并将该故障插入预设的故障列表中，并生成相应的故障报文发送给预设的任务调度子系统，以使该任务调度子系统根据该故障报文生成故障分析任务，并启动新线程运行该故障分析任务；故障分析任务首先可以向预设的数据提取子系统发送数据提取指令，并等待数据提取子系统的回复；当接收到数据提取子系统的回复后，故障分析任务可以再向预设的超时分析子系统发送分析指令，以使超时分析子系统根据提取的数据进行ctcs-3超时自动分析，并等待该超时分析子系统的回复。

可选地，从预设的ams监测数据库中的呼叫记录数据中或实时检测到的呼叫记录数据中获取异常呼叫记录，并根据异常呼叫记录生成故障报文可以包括：

根据呼叫记录数据中的故障标志位判断当前呼叫记录数据是否为异常呼叫记录，并根据速度字段从判断出的全部异常呼叫记录中排除停车时产生的第一异常呼叫记录；

将全部异常呼叫记录中排除第一异常呼叫记录后剩余的第二异常呼叫记录，根据预设形式生成故障报文，并将故障报文插入预设的故障列表中；其中，该预设形式包括四元组形式，四元组的内容包括：设备识别号码ctcsid、呼叫标记callmark、开始时间和结束时间。

可选地，基于ams监测数据的ctcs-3超时自动分析的分析类型可以包括：在线实时分析和离线分析。

在本发明实施例中，本实施例方案针对ams监测数据对车载端的故障进行自动分析，通过配置可实现针对持久化监测数据的离线分析和ams监测数据的在线实时分析。目前ctcs-3超时原因分析主要采用基于通信设备日志数据的人工分析和基于设备日志特征码的自动分析，人工分析特点是准确性高，但效率低下；基于设备日志特征码的自动分析特点是分析效率高，准确性一般，对于没有形成特征码的故障类型无法判断。对于基于ams监测数据的的ctcs-3超时自动分析上述先例，并且在线实时分析更是还没有出现过。

可选地，该方法还可以包括：根据配置文件中预设的运行类型runtype值确定当前ctcs-3超时分析的分析类型。

在本发明实施例中，在配置文件中可以预先设置一个runtype值，并且不同的数值代表不同的分析类型。该值可以通过人工操作预先设置，以便超时分析子系统能够根据该值自动进行相应的禅师分析。

可选地，当分析类型为在线实时分析时，根据故障分析任务提取ams监测数据可以包括：

通过用户数据报协议udp逐条实时接收ams监测数据，并根据ams监测数据中的消息类型字段区分igsm-r接口监测数据和um接口监测数据；

对于接收的um接口监测数据，根据预设的第一三元组对数据进行清洗，以通过匹配所述第一三元组的数据进行ctcs-3超时分析；第一三元组的内容可以包括：ctcsid、频道号和时隙；

对于接收的um接口监测数据，当遇到小区切换消息数据时，提取小区切换消息数据中所带的频道号和时隙，形成新的第一三元组。

可选地，当分析类型为离线分析时，所述根据故障分析任务提取ams监测数据可以包括：

对于um接口监测数据，根据预设标准对ams监测数据库中的数据进行清洗，其中预设标准包括预设的第二三元组，第二三元组的内容可以包括：ctcsid、频道号和时隙；以及，

针对小区切换消息数据，根据相同的ctcsid以及小区切换消息数据中所带的频道号和时隙拼接后的数据进行数据提取。

在本发明实施例中，本发明实施例的实质方案是通过有限状态机模拟ctcs-3列车运行控制系统中待分析节点的协议栈，将提取到的数据按照协议字段输入到对应的协议层的有限状态机中，驱动状态转换，分析故障原因，并将分析结果通知任务调度子系统。

在本发明实施例中，本发明实施例方案的分析方法简单的说就是：当目前已有了一个协议运行时产生的数据，为了验证这个协议在运行中哪里出现了故障，只需把这个协议重新实现一遍，即把数据从头到尾采用该协议回放一遍，当哪一条数据卡住了，就是哪条数据引发了故障。基于该分析思想，在上述的超时分析子系统接收任务调度子系统下发的故障分析任务后，可以通过任务id从数据提取子系统中获取数据提取子系统所提取的数据，通过有限状态机模拟ctcs-3列车运行控制系统中待分析节点的协议栈，以采用提取的数据驱动协议栈中的状态进行转换，从而分析出故障原因，并将分析结果通知任务调度子系统。

可选地，该方法还可以包括：通过以下方案采用有限状态机模拟ctcs-3列车运行控制系统中待分析节点的协议栈：

根据待分析节点的协议栈中各层协议的协议标准，通过标准建模语言uml状态图描述出该层协议的有限状态机模型，其中，协议标准中包含对该层协议内所包含的状态及各状态间转换条件的描述；

在每个有限状态机模型的次态中添加异常状态，并将当前输入的ams监测数据不能驱动现态转换到处于正常状态的次态的情况作为异常状态的转换条件；

其中，如果现态转换到异常状态不会造成ctcs-3超时，则将该现态删除，并将该现态的次态，以及该现态与该次态之间的转换条件链接到该现态的上一个状态。可选地，ams监测数据库中可以包含：gsm-r通信网络的um接口监测数据以及atp与mt之间的igsm-r接口监测数据；

该待分析节点可以包括：mt节点和atp节点；其中，mt节点可以包含at命令协议栈和无线接口协议栈，atp节点可以包含一个与rbc通信的五层协议栈。

s102、采用提取的ams监测数据驱动有限状态机的状态进行转换，并在状态转换到异常状态时进行故障分析。

可选地，采用提取的ams监测数据驱动有限状态机的状态进行转换可以包括：

将提取的ams监测数据根据该数据所属协议层逐条输入到与该协议层对应的有限状态机中，有限状态机根据输入的数据和转换关系将现态转换到相关联的次态；该次态包括正常状态和异常状态；

其中，当输入的数据无法驱动现态转换为相关联的正常状态时，有限状态机转换到异常状态。

在本发明实施例中，针对上述的该待分析节点(如mt节点和atp节点)采用有限状态机进行分析时，可针对每个待分析节点中的协议栈中的每一层协议进行有限状态机建模，然后通过数据提取子系统提供的数据，逐条输入到有限状态机中，以使有限状态机可以根据输入的数据来判断转换到相关联的哪个状态。每个有限状态机除了正常状态外还应包含一个异常状态，当收到的数据无法驱动当前状态转换为相关联的正常状态时，状态机就应转换到异常状态，这时就可判断数据出现错误。

可选地，在状态转换到异常状态时进行故障分析可以包括：

通过异常状态、异常状态的上一状态以及导致异常状态的报文判断错误所发生的协议层和故障原因。

下面根据两个具体实施例来详细阐述本发明实施例方案：

实施例一

车载atp通过mt无线传输模块与地面建立网络链接，并与地面rbc进行通信；atp与rbc之间通信协议可以分为五层：hdlc(数据链路层)、npdu(网络层)、tpdu(传输层)、sapdu(安全层)、apdu(应用层)，每层有自己独特的状态机结构，对于分析故障原因，可将紧密相关的层划分为一层看待(例如可将hdlc和npdu两层看作一层)，根据每一层承载的协议进行状态划分，以apdu层为例来说明，如图2所示，为apdu层的状态示意图。

apdu层为消息应用层，几个关键性状态：

1、业务数据收发状态：用于正常状态下的ctcs-3/c2级业务数据收发，它的下个状态包含三个：升级/降级切换状态、进入挂断状态、异常状态；

2、挂断状态：在收到rbc发送的39号报文后，进入挂断状态，它的下一状态包含两个：异常状态、初始状态。

在本发明实施例中，针对apdu协议栈的有限状态机中的正常状态可以包括：正常的业务数据收发状态、升降级切换状态(即升级/降级切换状态)和挂断状态。

基于上述的状态划分，针对apdu协议栈的超时故障分析可以如下述实施例所述：

从监测数据中按时间顺序读入每条apdu数据，将apdu数据输入到apdu协议栈的有限状态机中。如果当前有限状态机处于初始状态，当前apdu数据为atdxxxx，则有限状态机根据数据atdxxxx的驱动从初始状态进入业务数据收发状态；如果下一条数据为包含会晤控制报文的39号报文，将该条数据输入有限状态机后，则有限状态机由当前的业务数据收发状态进入到异常状态，其状态转换图如图3中虚线部分所示。

当任何一层协议栈的有限状态机进入到异常状态时，可以将每层有限状态机形成快照，并统计每层有限状态机相关属性，生成故障报告元数据，将该故障报告元数据发送给任务调度子系统，以通知任务调度子系统分析任务已完成。

实施例二

可选地，无线接口协议栈包括：l3层接口协议栈；

针对l3层接口协议栈的有限状态机中的正常状态包括：正常的业务数据收发状态和数据切换状态；异常状态包括：异常的业务数据收发状态、超时事件状态以及通信质量差事件状态。

mtl3层为um接口协议中比较重要的一层，大部分um接口故障发生在这一层，通过l3层接口协议的有限状态机能够判断大多数车载端故障。mtl3层状态机中除正常状态转换外，还包括状态组和状态组的属性，这里包括计时器事件、通信质量阀值等mtl3层状态组的属性。l3层几个关键状态转换条件包括：connect、disconnect、channelrelease、handovercommand、handovercomplete等，其状态转换示意图如图4所示。

基于上述的状态划分，针对mtl3层接口协议栈的超时故障分析可以如下述实施例所述：

按时间顺序输入um接口监测数据中的l3层数据，如输入第一条immediateassignment到有限状态机中，有限状态机不发生改变，直到输入connect或connectacknowledge到有限状态机中，有限状态机从初始状态转换为数据收发状态；在数据收发状态中正常收发系统消息及质量检测报告，直到输入handovercommand进入到切换状态，然后输入handovercomplete将有限状态机从切换状态转换为数据收发状态，具体状态转换图如图5中虚线部分所示。

如果计时器多次没有接收到measurementreport，则触发状态组的计时器事件，有限状态机由当前状态直接转换为异常状态，具体状态转换图如图6中虚线部分所示。

当任何一层协议栈的有限状态机进入到异常状态时，可以将每层有限状态机形成快照，并统计每层有限状态机相关属性，生成故障报告元数据，将该故障报告元数据发送给任务调度子系统，以通知任务调度子系统分析任务已完成。

一种终端，包括处理器和计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令被所述处理器执行时，实现上述的基于ams监测数据的ctcs-3超时自动分析方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于ams监测数据的ctcs-3超时自动分析方法。

本发明实施例包括：根据下发的故障分析任务提取ams监测数据；采用提取的ams监测数据驱动有限状态机的状态进行转换，并在状态转换到异常状态时进行故障分析；其中，有限状态机用于模拟ctcs-3列车运行控制系统中待分析节点的协议栈。通过该实施例方案，提高了分析效率，并保证了分析的正确性。

虽然本发明实施例所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明实施例。任何本发明实施例所属领域内的技术人员，在不脱离本发明实施例所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明实施例的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。