CTCS-3线路GSM-R网络运维质量评价体系研究

蒋笑冰，薛 强，薛晚亭

（1.中国铁路北京局集团公司北京铁路通信技术中心，北京 100038；2.中兴通讯股份有限公司，广东深圳 518057；3.北京林业大学，北京 100091）

高速铁路CTCS-3 线路GSM-R 网络承载列车控制、调度通信、调度命令等行车通信业务。CTCS-3线路GSM-R 网络运维质量直接关系到其所承载行车通信业务的使用。保障CTCS-3 线路GSM-R 运维质量成为当前急需攻克的难题。

前期GSM-R 网络质量评价方面的研究，主要是研究检测车定期对GSM-R 网络进行检测，分析GSM-R 网络场强检测数据和GSM-R 网络服务质量检测数据，对检测数据进行评价。本文结合CTCS-3 线路GSM-R 网络业务特点，分析CTCS-3线路GSM-R 网络运维质量评价关键技术指标，明确CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量评价项点，构建CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量评价体系。根据铁路通信维护规程中质量评价的要求，积极探索GSM-R 网络运维质量评价体系，将GSM-R 网络的运维质量数据结构化的呈现。

1 评价思路

CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量评价以铁路运输安全管控为目标，通过突出保障GSM-R 网络的CTCS-3 无线超时、无线降级、调度命令和进路预告等业务，形成“质量评价体系设计、质量评价对象管理、质量评价数据管理、质量评价结果分析”的闭环、循环迭代模型。可随着时间周期、铁路运输安全管控需求而变化，CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量评价进行动态优化调整，如图1 所示。

图1 CTCS-3线路GSM-R网络运维质量评价思路Fig.1 Quality assessment ideas for GSM-R network operation and maintenance of CTCS-3 line

2 评价体系

CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量评价体系包括评价对象、评价数据、评价维度、评价算法和评价公式，如图2 所示。

图2 CTCS-3线路GSM-R网络运维质量评价体系Fig.2 Quality assessment system for GSM-R network operation and maintenance of CTCS-3 line

2.1 评价对象

结合GSM-R 网络安全风险和运维特点，CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量评价以CTCS-3线路GSM-R 网络为评价对象，科学全面地评价CTCS-3 线路GSM-R 无线网设备质量状况，及时发现CTCS-3 线路GSM-R 网络安全隐患，积极开展CTCS-3 线路GSM-R 网络优化和克缺整改，提高CTCS-3 线路GSM-R 网络质量。

2.2 评价数据

CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量评价数据来源于GSM-R 网络运维工具，例如：GSM-R 网络基站控制设备（BSC）专业网管、CTCS-3 线路无线链接超时统计分析系统（DMS）、GSM-R 接口监测系统等。经过对比分析，CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量数据，主要选取GSM-R 网络BSC 专业网管性能质量数据，CTCS-3 线路DMS CTCS-3 业务数据，GSM-R 接口监测系统列控业务连接建立数据，电务检测系统GSM-R 检测车检测数据等。

2.3 评价维度

CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量评价主要衡量GSM-R 网络承载CTCS-3 列控系统业务、调度命令、进路预告等行车通信业务的运维工作优劣程度。CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量评价包含GSM-R无线网设备质量、工作质量和运用质量3 个评价维度，如图3 所示。

图3 CTCS-3线路GSM-R网络运维质量评价维度Fig.3 Quality assessment dimensions for GSM-R network operation and maintenance of CTCS-3 line

1）设备质量评价主要评价的是CTCS-3 线路GSM-R 无线网设备的性能状态和网络的性能质量。设备质量评价项点由GSM-R 网络无线网设备的性能质量进行统计得出。

2）工作质量评价主要评价的是设备的维护质量。工作质量评价项点由GSM-R 网络发生的故障和一类障碍数目进行统计得出。GSM-R 网络原因造成列车运行控制系统降级运行属于一类障碍。

3）运用质量评价主要评价的是GSM-R 网络承载行车通信业务的运用情况。运用质量评价项点包括基础运用质量和检测运用质量，其中基础运用质量评价项点为CTCS-3 列车控制行车通信业务运用情况，检测运用质量评价项点为综合检测车场强测试及网络服务质量（QoS）测试等检测情况。

2.4 评价算法

CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量评价算法分为分段线性转换法、异常事件扣分法和Logsig 函数法。

分段线性转换法适用于指标数据为连续的数值型数据，通过将数值进行线性转换的方式计算对应项点的评价分数，例如，基于信令信道分配成功率对BSC 的性能质量进行评价。

异常事件扣分法是针对通过发生异常事件的次数来评价的项点，原理是将每类异常事件发生一次转换为对应的扣除分数，从总分中扣除异常事件发生次数应扣分数得到评价结果。例如，用评价周期内的CTCS-3 线路GSM-R 故障的发生次数来评价CTCS-3 线路的工作质量。

Logsig 函数构建评价函数主要用于评价GSM-R网络服务质量，以评价结果为0 表示参评指标达到理想状态，且评价结果越靠近10，表示评价指标的测量值偏离理想状态的程度越大。

2.5 评价公式

2.5.1 设备质量（主要评价项点）统计公式说明

评价对象为CTCS-3 线路GSM-R 网络无线网设备性能质量。

信令信道分配成功率：项点考察小区信令信道分配情况，由GSM-R 无线网BSC 进行统计；信令信道分配成功率=（SDCCH 信道分配成功总次数/ SDCCH 信道分配请求总次数）×100%；指标要求≥99%。该项点采取分段线性转换法进行评价。

业务信道分配成功率：项点考察小区信令信道分配情况，由GSM-R 无线网BSC 进行统计；业务信道分配成功率=（TCH 信道分配成功总次数 / TCH 信道分配请求总次数）×100% ；指标要求≥99%。该项点采取分段线性转换法进行评价。

信令信道掉话率（8 W）：项点考察小区业务信道掉话事件，由GSM-R 无线网BSC 进行统计；信令信道掉话率=（SDCCH 信道掉话总次数/SDCCH信道分配成功总次数）×100%；指标要求：列控线路≤0.3%。该项点采取分段线性转换法进行评价。

业务信道掉话率（8 W）：项点考察小区业务信道掉话事件，由GSM-R 无线网BSC 进行统计；业务信道掉话率=（TCH 信道掉话总次数/TCH 信道分配成功总次数）×100%；指标要求：列控线路≤0.6%。该项点采取分段线性转换法进行评价。

坏小区比例（8 W）：项点考察业务信道掉话率（含切换）≥3%的小区占比，由GSM-R 无线网BSC 进行统计；坏小区比例=（坏小区数/小区总数）×100%；指标要求≤1%。该项点采取分段线性转换法进行评价。

越区切换成功率：项点考察小区切换事件，由GSM-R 无线网BSC 进行统计；越区切换成功率=（原小区切出成功总次数 /原小区切出请求总次数）×100%；指标要求≥99.5%。该项点采取分段线性转换法进行评价。

2.5.2 工作质量（GSM-R通信故障和一类障碍）统计公式说明

评价对象为CTCS-3 线路GSM-R 网络工作质量。

以GSM-R 网络系统通信故障和一类障碍的事件作为评价依据，采取GSM-R 通信故障异常事件每件1 分、GSM-R 网络一类障碍异常事件每件0.2 分的扣分方式进行评价。

2.5.3 基础运用质量统计公式说明

评价对象为CTCS-3 线路GSM-R 网络基础运用质量。

CTCS-3 列控业务百万公里超时率：以CTCS-3列控业务百万公里超时的事件作为评价依据。该项点采取分段线性转换法进行评价。

CTCS-3 列控业务通信原因无线超时率：以通信原因CTCS-3 列控业务无线超时的事件作为评价依据。该项点采取分段线性转换法进行评价。

CTCS-3 列控业务本局线路本局车担当动车组百万公里异常降级率：以CTCS-3 列控业务本局线路本局车担当动车组百万公里异常降级的事件作为评价依据。该项点采取分段线性转换法进行评价。

列控业务连接建立成功率：项点考察GSM-R 网络承载列控业务的运用质量，由GSM-R 接口监测系统进行统计；列控业务连接建立成功率=连接建立成功次数/连接建立请求总次数；指标要求≥99%。该项点采取分段线性转换法进行评价。

2.5.4 检测运用质量统计公式说明

评价对象为CTCS-3 线路GSM-R 网络检测运用质量。

GSM-R 网络QoS 评价体系采用Logsig 函数构建评价函数，均以评价结果为0 表示参评指标达到理想状态，且评价结果越靠近10，表示评价指标的测量值偏离理想状态的程度越大。因检测数据中选取的指标无法表征场强覆盖不合格、场强覆盖异常和掉话等3 类通信服务质量问题，因此对这3 类问题进行异常扣分，如表1 所示。

表1 CTCS-3线路GSM-R网络运维质量评价项点情况Tab.1 Quality assessment items for GSM-R network operation and maintenance of CTCS-3 line

3 评价结果

CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量评价结果如下：

CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量评价=（CTCS-3 线路GSM-R 网络设备质量 + CTCS-3 线路GSM-R 网络工作质量+CTCS-3 线路GSM-R 网络运用质量）×33.33%；

CTCS-3 线路GSM-R 网络设备质量 =∑项点分值×项点权重；

CTCS-3 线路GSM-R 网络工作质量 =∑项点分值×项点权重；

CTCS-3 线路GSM-R 网络运用质量= CTCS-3 线路GSM-R 网络基础运用质量×75% + CTCS-3 线路GSM-R 网络检测运用质量×25%；

CTCS-3 线路GSM-R 网络基础运用质量=∑项点分值×项点权重。

以某铁路局集团公司2023 年某月GSM-R 网络运维质量数据为例，计算得出某铁路局CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量评价结果，如表2 所示。评价结果能够通过设备质量、工作质量、运用质量3个维度，综合地反映出某铁路局管内7 条CTCS-3线路GSM-R 网络运维质量状况。

表2 某铁路局CTCS-3线路GSM-R网络运维质量评价结果Tab.2 Quality assessment results for GSM-R network operation and maintenance of CTCS-3 line in a railway bureau

4 结束语

本文针对CTCS-3 线路GSM-R 网络承载列车控制、调度通信、调度命令、进路预告等业务的特点，分析GSM-R 网络运维质量评价思路，提出CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量评价体系。通过现网GSM-R 运行数据进行计算得出评价结果，能够综合地反映出CTCS-3 线路GSM-R 网络运维质量状况，为GSM-R 网络智能运行维护工作提供参考。