高速铁路GSM-R网络动态检测方法及其系统与流程

本发明属于铁路通信监测应用领域，具体涉及一种在动车组运行过程中对高速铁路gsm-r网络进行动态检测方法及其系统。

背景技术：

铁路数字移动通信系统(globalsystemformobilecommunications–railway，简称gsm-r)，是一种基于gsm平台专门为满足铁路应用而开发的数字式无线通信系统。gsm-r作为无线通信系统，覆盖情况影响其性能指标、也影响网络运行质量。覆盖不合理会导致指标达不到系统要求，严重的时候甚至导致不能正常通信。铁路作为一个特殊行业，对通信的安全性和可靠性均有着较高的要求，gsm-r系统的正常运行对于保障行车安全具有非常重要的意义。

针对高速铁路gsm-r网络测试，目前国内外多采用搬仪表上车或采用测试列车测试等比较单一的测试方式，以上测试方式能够对铁路gsm-r网络进行一定的检测，但局限于定期检测和定点检测，不能实现高速铁路gsm-r网络状态的动态掌握和实时分析，不能捕捉gsm-r网络的突发异常、实现隐患分析。随着公用无线通信业务的快速发展和各种射频设备的大量增加，铁路沿线的空间电磁环境越来越复杂，地形、环境甚至天气条件等客观因素也会对gsm-r网络造成一定的影响。需进一步研究高速铁路gsm-r网络动态检测技术，将gsm-r检测模块装配到每台正常运行的动车组上，实现对gsm-r网络远程在线测试、分析，此种方式既能保证与在线行进列车同步，又能节省专门挂试验车或安排人员进行测试的施工，节省人力、物力和施工停止时间。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高速铁路gsm-r网络动态检测方法及其系统，主要解决高速铁路gsm-r网络状态的动态实时检测和实时分析，能够对gsm-r网络的突发异常实现隐患分析；系统将传统独立的仪表测试系统(仪表、测试列车)集成为多块测试电路板检测模块，分散安装到多条线路正常运行的各个动车组上，通过无线网络实现远程动态测试，从而方便维护人员发现并分析基站参数设计是否合理，在网络优化阶段能及时发现系统存在的问题，保证gsm-r系统的正常运行。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高速铁路gsm-r网络动态检测系统，包括车载gsm-r网络检测单元、车载主机、地面检测服务器、用户终端；其中车载gsm-r检测模块与车载主机相连接，车载主机通过gsm-r网络与地面检测服务器相连接，地面检测服务器与实时检测终端、分析终端相连接；

所述gsm-r网络检测单元，在列车运行过程中用于采集地面gsm-r网络状态信息，包括当前服务小区、 信号强度、接收质量、网络信令、相邻服务小区及其信号强度等信息；

所述车载主机，用于接收dms车载主机发送的列车运行信息和gsm-r网络检测单元采集信息，并将接收信息通过gsm-r网络传输至地面检测服务器；

所述地面检测服务器，用于接收、解析gsm-r网络通道内传输的数据，并将gsm-r网网络环境信息和车辆信息结合起来进行分析、处理和保存；

所述用户终端，用于显示车辆信息、实时报警信息、实时检测数据，结合里程/速度/走行距离等基础数据以图形化的方式显示场强、频点号、小区名称和基站等信息，同时能够远程向gsm-r网络检测单元发送在线测试指令，进行锁网、锁频、扫描、短呼、长呼等在线测试。

所述gsm-r网络检测单元，采用插板结构，安装在动车组车载主机扩展单元内，由车载主机提供工作电源和列车运行速度、位置、时间等列车运行基本信息；

所述gsm-r网络检测单元，内部包含两个测试模块：其中测试模块a为常规检测，测试模块b为扫描和专项测试；测试模块a对空闲状态下的信令的监测，获取邻区，服务小区的信息；测试模块b对gsm-r频点的扫描；

所述测试模块a能够做插sim卡的拨测专项测试；

所述测试模块b，能够做不插sim卡不占用网络资源的专项测试。

所述地面检测服务器，包括总公司检测服务器和路局检测服务器；

所述总公司检测服务器，实现车载发送gsm-r动态检测数据包的实时落地，并结合dms系统发送的基础数据进行分析，根据各路局权限将数据通过铁路内网传输至各路局检测服务器；

所述路局检测服务器，用于接收总公司检测服务器分发的实时检测数据进行分析，同时能够接收通过自动或人工下载的详细数据进行分析；路局检测服务器检测数据通过铁路内网传输至实时检测终端进行显示、分析。

所述用户终端，包括实时检测终端、分析终端；

所述实时检测终端，用于实时显示车辆信息、实时报警信息、实时检测数据，结合里程/速度/走行距离等基础数据以图形化的方式显示场强、频点号、小区名称和基站等信息，同时能够远程向gsm-r网络检测单元发送在线测试指令，进行锁网、锁频、扫描、短呼、长呼等在线测试；

所述分析终端，用于检测数据事件分析、线路诊断分析及位置分析，并对分析数据进行统计，显示分析结果，同时能够进行专项测试；

所述实时检测终端、分析终端，安装在各铁路局通信段调度中心，通过tcp/ip协议与路局检测服务器建立连接。

一种高速铁路gsm-r网络动态检测的方法，包括以下步骤：

①、由gsm-r网络检测单元采集地面gsm-r网络状态信息并传输至车载主机；

②、车载主机将接收的dms车载主机发送的列车运行信息和gsm-r网络检测单元采集信息，经数据打包处理后，通过gsm-r网络传输至地面检测服务器；

③、地面检测服务器对接收gsm-r网络通道内传输的数据进行分析、处理和保存，以备实时检测终端查询、回放；

④、实时检测终端通过铁路办公网实时查看、分析gsm-r网络传输数据，同时能够对网络状态进行专项测试；

⑤、分析终端通过铁路办公网从地面检测服务器下载检测数据，并对检测数据进行分析，形成测试报告。

步骤1中，所述gsm-r网络检测单元，通过动态扫描、实时解码技术，获取在整个运行线路中的gsm-r网络环境信息；

所述gsm-r网络检测单元，包括测试模块a、测试模块b，系统启动后，模块a进入正常模式，模块b进入扫描模式；所述模块a处于正常模式，检测服务小区、邻区网络信息并输出检测数据至车载主机；所述模块b处于扫描模式时，扫描的频点由车载主机输入，有频点扫描时输出扫描结果，无频点扫描时不输出任何数据；

所述测试模块a、测试模块b的工作模式，由检测主机进行设置。

步骤1中，所述gsm-r网络检测单元，能够执行实时检测终端发送的专项测试指令，执行专项测试包括：锁定网络、频点扫描、短呼测试、长呼测试；

所述锁定网络，能够对指定网络进行检测；

所述频点扫描，能够对单个或多个频点进行场强扫描、bcch扫描、plmn扫描；

所述短呼测试，测试呼叫建立时延、呼叫建立成功率；

所述长呼测试：测试沿线小区切换情况，通话质量等。

步骤2中，所述车载主机，根据解码结果获得服务小区、邻区频点，同时控制模块b扫描这些频点，模块b输出扫描结果；当模块a失去网络时，车载主机控制模块b停止扫描；

所述车载主机，能够通过usb接口导出存储的检测数据。

步骤3中，所述地面检测服务器，一方面接收车载模块实时传送过来的检测数据，另一方面为实时检测终端提供软件展示列车信息数据，如：线路代码、机车号、车速、司机号、车站信息、车辆状况等。

步骤3中，所述地面检测服务器，包括总公司检测服务器和路局检测服务器；

所述总公司检测服务器，包括数据接收模块、数据分析处理模块、数据存储模块及数据分发模块；所 述数据接收模块，总公司检测服务器接收车载设备通过铁路gsm-r网和公网gprs传输的数据，对数据进行非序列和序列化数据处理，同时进行数据包的解压、解密和校验处理，获得原始数据包；所述数据分析处理模块，对数据包进行数据结构解析和业务逻辑判断，同时通过查询基础数据库，将业务数据结合基础数据进行综合分析，形成写入数据库的原语；所述数据存储模块，将数据库原语写入数据库进行存储备份，同时进行数据库同步；所述数据分发模块，根据分发权限进行数据过滤，为各路局检测服务器提供数据分发服务，并实现数据缓冲和数据分发；

所述路局检测服务器，包括数据接收模块、数据存储模块、数据查询模块和基础数据维护模块；所述数据接收模块，连接铁路内网接收总公司检测服务器的数据，对数据进行校验，形成写入数据库的原语；所述数据存储模块，将原语数据写入数据库，完成数据存储；所述基础数据维护模块，提供基础数据维护接口，如信号库、应答器库等在内的基础数据导入，保证系统数据分析结果的正确性；所述数据查询模块，为用户提供gsm-r网络的查询、下载、分发功能。

步骤4中，所述实时检测终端，通过测试按钮远程向车载主机发送在线测试指令，车载主机收到测试指令后，传输至gsm-r网络检测单元；gsm-r网络检测单元回送应答信号，车载主机转发应答信号至实时检测终端；

所述实时检测终端，能够对检测数据进行解析，结合里程数据、速度数据、走行距离数据，以图形化的方式显示场强、频点号、小区名称和基站信息。

步骤5中，所述分析终端，通过铁路办公网向检测服务器提取数据进行分析，对检测数据的分析，结合公里标/里程/速度/等基础数据，以图形化方式显示场强、质量、干扰等数据；同时能够进行信令解码，分析通信异常原因；能够远程向gsm-r网络检测单元发送测试指令，进行锁网、锁频、扫描、短呼、长呼等专项测试；能够统计重选/切换/掉网/掉话/位置更新等重要通信事件；能够解码网络载波配置，提示公网所使用的对g网潜在干扰的频点；能够解码扫描测试数据，统计场强覆盖情况，提示场强弱区域；能够解码短呼测试数据，统计呼叫建立时延、呼叫建立成功率等数据，输出测试报告；能够解码长呼测试数据，统计场强覆盖、正常切换、异常切换、切换成功率等，输出测试报告；能够自定义通信事件或条件。

采用上述技术方案的本发明，它具有以下优点：

(1)本发明将检测的gsm-r网络环境信息与列控信息相结合，通过gprs、gsm-r无线传输技术将数据发送至地面，实现了对运行车次所在的gsm-r网络的实时动态监测。

(2)本发明将gsm-r网络信息及列控信息、地面静态基础数据相结合，用图示的方式直观地展示路局内实时运行的车次在整个运行线路中的网络环境信息等。

(3)本发明通过分析列控atp设备触发gsm-r网络无线通信超时报警原因，为gsm-r网络检测提供了 辅助手段。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

图2为本发明的数据流程图。

图3为本发明的实时检测终端软件模块结构图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，高速铁路gsm-r网络动态检测系统，包括车载gsm-r网络检测单元、车载主机、地面检测服务器、用户终端；其中车载gsm-r检测模块与车载主机相连接，车载主机通过gsm-r网络与地面检测服务器相连接，地面检测服务器与实时检测终端、分析终端相连接；地面检测服务器包括总公司检测服务器、路局检测服务器；

gsm-r网络检测单元在列车运行过程中采集地面gsm-r网络状态信息，包括当前服务小区、信号强度、接收质量、网络信令、相邻服务小区及其信号强度等信息；车载主机接收dms车载主机发送的列车运行信息和gsm-r网络检测单元采集信息，并将接收信息通过gsm-r网络传输至总公司检测服务器；总公司检测服务器接收车载发送gsm-r动态检测数据包的实时落地，并结合dms系统发送的基础数据进行分析，根据各路局权限将数据通过铁路内网传输至各路局检测服务器；路局检测服务器接收总公司检测服务器分发的实时检测数据进行分析，同时能够接收通过自动或人工下载的详细数据进行分析；路局检测服务器检测数据通过铁路内网传输至实时检测终端进行显示、分析。

所述gsm-r网络检测单元，采用插板结构，安装在动车组车载主机设备扩展单元内，由车载主机提供工作电源和列车运行速度、位置、时间等列车运行基本信息；

所述gsm-r网络检测单元，内部包含两个测试模块：其中测试模块a为常规检测，测试模块b为扫描和专项测试；测试模块a对空闲状态下的信令的监测，获取邻区，服务小区的信息；测试模块b对gsm-r频点的扫描；

所述测试模块a能够做插sim卡的拨测专项测试；

所述测试模块b，能够做不插sim卡不占用网络资源的专项测试。

所述地面检测服务器，包括总公司检测服务器和路局检测服务器；

所述总公司检测服务器，实现车载发送gsm-r动态检测数据包的实时落地，并结合dms系统发送的基 础数据进行分析，根据各路局权限将数据通过铁路内网传输至各路局检测服务器；

所述路局检测服务器，用于接收总公司检测服务器分发的实时检测数据进行分析，同时能够接收通过自动或人工下载的详细数据进行分析；路局检测服务器检测数据通过铁路内网传输至实时检测终端进行显示、分析。

所述用户终端，包括实时检测终端、分析终端；

所述实时检测终端，用于实时显示车辆信息、实时报警信息、实时检测数据，结合里程/速度/走行距离等基础数据以图形化的方式显示场强、频点号、小区名称和基站等信息，同时能够远程向gsm-r网络检测单元发送在线测试指令，进行锁网、锁频、扫描、短呼、长呼等在线测试；

所述分析终端，用于检测数据事件分析、线路诊断分析及位置分析，并对分析数据进行统计，显示分析结果，同时能够进行专项测试；

所述实时检测终端、分析终端，安装在各铁路局通信段调度中心，通过tcp/ip协议与路局检测服务器建立连接。

如图2所示，系统启动后，由gsm-r网络检测单元采集地面gsm-r网络状态信息并传输至车载主机，车载主机将接收的dms车载主机发送的列车运行信息和gsm-r网络检测单元采集信息，经数据打包处理后通过gsm-r网络传输至地面检测服务器，地面检测服务器对接收gsm-r网络通道内传输的数据进行分析、处理和保存，并将采集信息通过铁路办公网发送至实时检测终端、分析终端；检测终端、分析终端实时查看、分析gsm-r网络传输数据；

当需要进行网络实时测试或专项测试，由实时检测终端或分析终端发送测试指令，通过地面检测服务器转发至车载主机，车载主机控制gsm-r检测单元进行动态扫描测试，并将测试数据经车载主机上传到地面检测服务器，由地面检测服务器经处理、保存后转发至实时检测终端或分析终端。

一种高速铁路gsm-r网络动态检测的方法，包括以下步骤：

①、由gsm-r网络检测单元采集地面gsm-r网络状态信息并传输至车载主机；

②、车载主机将接收的dms车载主机发送的列车运行信息和gsm-r网络检测单元采集信息，经数据打包处理后，通过gsm-r网络传输至地面检测服务器；

③、地面检测服务器对接收gsm-r网络通道内传输的数据进行分析、处理和保存，以备实时检测终端查询、回放；

④、实时检测终端通过铁路办公网实时查看、分析gsm-r网络传输数据，同时能够对网络状态进行专项测试；

⑤、分析终端过铁路办公网从地面检测服务器下载检测数据，并对检测数据进行分析，形成测试报告。

步骤1中，所述gsm-r网络检测单元，通过动态扫描、实时解码技术，获取在整个运行线路中的gsm-r网络环境信息；

所述gsm-r网络检测单元，包括测试模块a、测试模块b，系统启动后，模块a进入正常模式，模块b进入扫描模式；所述模块a处于正常模式，检测服务小区、邻区网络信息并输出检测数据至车载主机；所述模块b处于扫描模式时，扫描的频点由车载主机输入，有频点扫描时输出扫描结果，无频点扫描时不输出任何数据；

所述测试模块a、测试模块b的工作模式，由检测主机进行设置。

步骤1中，所述gsm-r网络检测单元，能够执行实时检测终端发送的专项测试指令，执行专项测试包括：锁定网络、频点扫描、短呼测试、长呼测试；

所述锁定网络，对指定网络进行检测；

所述频点扫描，能够对单个或多个频点进行场强扫描、bcch扫描、plmn扫描；

所述短呼测试，测试呼叫建立时延、呼叫建立成功率；

所述长呼测试：测试沿线小区切换情况，通话质量等。

步骤2中，所述车载主机，根据解码结果获得服务小区、邻区频点，同时控制模块b扫描这些频点，模块b输出扫描结果；当模块a失去网络时，车载主机控制模块b停止扫描；

所述车载主机，能够通过usb接口导出存储的检测数据。

步骤3中，所述地面检测服务器，一方面接收车载模块实时传送过来的检测数据，另一方面为实时检测终端提供软件展示列车信息数据，如：线路代码、机车号、车速、司机号、车站信息、车辆状况等。

步骤3中，所述地面检测服务器，包括总公司检测服务器和路局检测服务器；

所述总公司检测服务器，包括数据接收模块、数据分析处理模块、数据存储模块及数据分发模块；所述数据接收模块，总公司检测服务器接收车载设备通过铁路gsm-r网和公网gprs传输的数据，对数据进行非序列和序列化数据处理，同时进行数据包的解压、解密和校验处理，获得原始数据包；所述数据分析处理模块，对数据包进行数据结构解析和业务逻辑判断，同时通过查询基础数据库，将业务数据结合基础数据进行综合分析，形成写入数据库的原语；所述数据存储模块，将数据库原语写入数据库进行存储备份，同时进行数据库同步；所述数据分发模块，根据分发权限进行数据过滤，为各路局检测服务器提供数据分发服务，并实现数据缓冲和数据分发；

所述路局检测服务器，包括数据接收模块、数据存储模块、数据查询模块和基础数据维护模块；所述数据接收模块，连接铁路内网接收总公司检测服务器的数据，对数据进行校验，形成写入数据库的原语；所述数据存储模块，将原语数据写入数据库，完成数据存储；所述基础数据维护模块，提供基础数据维护 接口，如信号库、应答器库等在内的基础数据导入，保证系统数据分析结果的正确性；所述数据查询模块，为用户提供gsm-r网络的查询、下载、分发功能。

步骤4中，所述实时检测终端，通过测试按钮远程向车载主机发送在线测试指令，车载主机收到测试指令后，传输至gsm-r网络检测单元；gsm-r网络检测单元回送应答信号，车载主机转发应答信号至实时检测终端；

所述实时检测终端，能够对检测数据进行解析，结合里程数据、速度数据、走行距离数据，以图形化的方式显示场强、频点号、小区名称和基站信息。

步骤5中，所述分析终端，通过铁路办公网向检测服务器提取数据进行分析，对检测数据的分析，结合公里标/里程/速度/等基础数据，以图形化方式显示场强、质量、干扰等数据；同时能够进行信令解码，分析通信异常原因；能够远程向gsm-r网络检测单元发送测试指令，进行锁网、锁频、扫描、短呼、长呼等专项测试；能够统计重选/切换/掉网/掉话/位置更新等重要通信事件；能够解码网络载波配置，提示公网所使用的对g网潜在干扰的频点；能够解码扫描测试数据，统计场强覆盖情况，提示场强弱区域；能够解码短呼测试数据，统计呼叫建立时延、呼叫建立成功率等数据，输出测试报告；能够解码长呼测试数据，统计场强覆盖、正常切换、异常切换、切换成功率等，输出测试报告；能够自定义通信事件或条件。

如图3所示，实时检测终端软件，包括车辆列表模块、实时跟踪模块、数据回放模块、gsm-r报警模块、在线测试模块、系统设置模块；

所述车辆列表模块，以车次、车号、线别显示各路局车辆信息，其中车次、线别中显示的在线车辆信息，车号显示所有的车辆信息；

所述实时跟踪模块，根据在线车辆信息实时跟踪gsm-r基站的覆盖范围及小区信号强度；实时跟踪以运行图示显示跟踪信息；

所述数据回放模块，对历史检测数据进行回放，数据回放方式包括：回放历史数据、打开回放数据、点击无线链接报警列表，数据回放以运行图示形式进行展示；

所述gsm-r报警模块，该模块以列表形式显示发送无线链接报警的车辆，选择车辆信息，可以进行数据回放；通过回放界面，可对列表数据进行数据导出；

所述在线测试模块，远程向检测模块发送测试指令，进行短呼、长呼等专项测试；

所述系统设置模块，用于对网络设置及其他系统基本信息设置。

本发明将检测的gsm-r网络环境信息与列控信息相结合，通过gprs、gsm-r无线传输技术将数据发送至地面，实现了对运行车次所在的gsm-r网络的实时动态监测。

本发明将gsm-r网络信息及列控信息、地面静态基础数据相结合，用图示的方式直观地展示路局内 实时运行的车次在整个运行线路中的网络环境信息等。

本发明通过分析列控atp设备触发gsm-r网络无线通信超时报警原因，为gsm-r网络检测提供了辅助手段。