本发明专利技术提供一种城市轨道交通无线通信系统故障预警方法及装置，方法包括无线信号接收步骤，用于接收无线通信系统发送的数据；无线通信系统性能检测步骤，用于检测无线通信系统性能是否下降；无线通信系统故障预警步骤，用于对系统故障进行预警。本发明专利技术的装置包括接收无线信号的射频模块，运行性能检测和故障预警软件的工业控制计算机，以及4G或5G VPN模块。本发明专利技术通过将无线信号数据细化分类分别分析，对城市轨道交通无线通信系统性能检测和故障，提高了系统的可用性和可靠性，保证城市轨道交通安全运营。通安全运营。通安全运营。
【技术实现步骤摘要】
一种城市轨道交通无线通信系统故障预警方法及装置
[0001]本专利技术涉及城市轨道交通无线通信
，具体涉及一种城市轨道交通无线通信系统性能检测检测与故障预警的方法和设备。
技术介绍
[0002]在城市轨道交通中，无线通信系统作为车地之间信息传输通道，承载了多种业务，主要有：列车运行控制业务、集群调度业务等安全业务，视频监控业务、乘客信息系统等视频业务，列车状态信息、接触网检测等运营维护业务。
[0003]目前城市轨道交通中主要采用的无线通信技术有无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)和基于第4代移动通信的地铁长期演进系统(Long Term Evolution for Metro，LTE
‑
M)。其中：
[0004]CBTC系统中WLAN工作在2.4GHz的开放频段，该频段只要发射功率在国家无线电管理局规定的范围内即可随便使用而不用申请频段，因此存在很多其它无线设备的干扰，如WiFi设备、蓝牙等，从而影响通信性能。
[0005]LTE
‑
M系统工作频段为1785～1805MHz，具体由省级无线电管理部分分配。但是该频段同时还可以由电力、机场、港口、铁路等行业使用，同样存在无线干扰。
[0006]无线通信系统作为城市轨道交通多种业务车地信息传输通道，如果系统性能下降或故障轻则影响用户的乘车体验，重则导致列车紧急停车，列车运行间隔变长，甚至停止运行，严重影响运营效率。
[0007]当前城市轨道交通无线通信系统通过网管设备识别设备故障并定期进行检修。但是随着使用年限增加设备性能将随之下降，例如无线场强变弱，此时网管设备不能识别这种性能降低；进一步，有部分通信设备故障网管设备无法识别，另外合路器、天线、漏泄电缆等无源器件故障，以及无线干扰导致通信中断等网管设备也无法识别。
[0008]现有技术中也未对无线信号数据进行细化分类分析，没有分别根据不同类型的无线信号数据状态判断不同设备、不同程度、不同状态的故障类别，无法根据不同故障类型进行分类预警。
技术实现思路
[0009]有鉴于此，本专利技术提供一种城市轨道交通无线通信系统性能检测与故障预警方法，旨在提高轨道交通无线通信系统的可靠性。
[0010]本专利技术采用的技术方案具体为：
[0011]一种城市轨道交通无线通信系统故障预警方法，该方法包括以下步骤：
[0012](1)无线信号接收，通过列车上射频模块接收城市轨道交通线路中基站的无线通信系统发射的信号；接收数据过程中不发射任何无线信号到无线通信系统，并将接收数据分为控制帧、管理帧和数据帧三类，且将三类数据分类存储；
[0013](2)无线通信性能检测，用于将步骤(1)收到的数据进行分析，检测无线信号强度，
判断无线通信系统性能是否下降，以及无源器件是否发生故障；
[0014](3)无线通信故障预警，用于将所述步骤(1)收到的数据包进行分析，识别控制帧、管理帧和数据帧，分析各种数据帧的比例，以判断无线通信系统是否工作正常，并进行故障预警；
[0015](4)性能检测与故障预警结果传输，用于将所述步骤(2)的无线通信性能检测结果和所述步骤(3)的故障预警结果传输到云平台，通过终端登录云平台查看结果。
[0016]在上述城市轨道交通无线通信系统性能检测与故障预警方法中，所述无线信号接收步骤中，在列车上安装的无线信号接收设备可采用既有车载无线通信设备的天线，通过功分器连接到该设备，也可以另外安装天线。接收无线信号的方式为：在列车上安装无线信号接收设备，该设备只接收城市轨道交通无线通信系统信号而不发射任何无线信号到该无线通信系统，从而对城市轨道交通无线通信系统没有任何影响。
[0017]优选地，所述步骤(2)包括如下步骤：
[0018](2.1)在步骤(1)收到数据的管理帧中，识别信标或导频信号的网络标识符，将网络标识符与本网络标识符对比，识别该无线信号是有用信号还是干扰信号；如果是有用信号则进入步骤(2.2)；如果是干扰信号，则发出无线干扰预警，提示周围有干扰；
[0019](2.2)从管理帧中的信标帧或导频信号检测无线信号强度，如无线信号强度低于第一阈值，则判断无线通信系统性能下降；如无线信号强度低于第二阈值，则判断是天线、漏泄电缆或合路器等无源器件发生故障；
[0020]优选地，所述步骤(3)包括如下步骤：
[0021](3.1)如步骤(1)收到的管理帧数据正常，而没有控制帧数据，则判定基站故障，进行基站故障预警并报送控制帧数据异常；
[0022](3.2)如步骤(1)收到的管理帧数据和控制帧数据均正常，而接收的数据包中没有所述数据帧，或数据帧所占比例低于根据承载业务设置的最小值，则判定基站故障，进行基站故障预警并报送数据帧数据异常，具体判定步骤为：
[0023](3.2.1)针对不同的通信业务类型，假设根据业务s在t时刻收到的收到的管理帧、控制帧、数据帧的比例分别是将比例数据定义为三元组数据定义输入时间窗宽度为N，可以获得通信历史时间序列数据
[0024](3.2.2)将输入到训练好的LSTM网络，得到时间宽度为W的输出数据在下一个W窗口范围内，计算实际的比例序列数据计算平均误差σ，σ可以表示为
[0025](3.2.3)如果在时间窗内预测数值与实际数值的平均误差等于或大于系统设置的误差参数，则判定基站故障，进行基站故障预警并报送数据帧数据异常；
[0026](3.3)如步骤(1)收到的管理帧数据、控制帧数据、数据帧数据均正常，则判定基站运营状态良好，不进行故障预警；具体判定方式是：使用LSTM网络预测未来多步不同帧的占比情况，如果在时间窗内预测数值与实际数值的平均误差小于系统设置的误差参数，则判
定基站运营状态良好，不进行故障预警。
[0027]优选地，所述用户数据帧所占比例最小值与承载业务和所属轨道交通线路需求有关。如果承载业务为列车运行控制业务，则该比例最小为40％并可根据线路需求调整；如果承载业务为视频，则该比例最小为90％并可根据线路需求调整。
[0028]优选地，所述第一个阈值的信号强度高于所述第二个阈值。
[0029]优选地，所述性能检测与故障预警传输步骤中，将无线通信系统性能检测和故障预警结果通过移动运营商的4G或5G公网并采用VPN方式传输到云平台。
[0030]本专利技术还提出了一种应用于城市轨道交通无线通信系统故障预警方法的装置，包括：
[0031]射频模块，用于接收无线信号；
[0032]工业控制计算机，用于将所述射频模块接收的无线信号分类存储，并允许性能检测与故障预警软件；
[0033]性能检测软件，运行于工业控制计算机上的软件，用于分析接收的无线数据管理帧、控制帧、数据帧，进行无线通信系统性能检测；
[0034]故障预警软件，运行于工业控制计算机上的软件，用于分析接收的无线数据，进行无线通本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种城市轨道交通无线通信系统故障预警方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)无线信号接收，通过列车上射频模块接收城市轨道交通线路中基站的无线通信系统发射的信号；接收数据过程中不发射任何无线信号到无线通信系统，并将接收数据分为控制帧、管理帧和数据帧三类，且将三类数据分类存储；(2)无线通信性能检测，用于将步骤(1)收到的数据进行分析，检测无线信号强度，判断无线通信系统性能是否下降，以及无源器件是否发生故障；(3)无线通信故障预警，用于将所述步骤(1)收到的数据包进行分析，识别控制帧、管理帧和数据帧，分析各种数据帧的比例，以判断无线通信系统是否工作正常，并进行故障预警；(4)性能检测与故障预警结果传输，用于将所述步骤(2)的无线通信性能检测结果和所述步骤(3)的故障预警结果传输到云平台，通过终端登录云平台查看结果。2.根据权利要求1所述的城市轨道交通无线通信系统故障预警方法，其特征在于，所述步骤(2)包括如下步骤：(2.1)在步骤(1)收到数据的管理帧中，识别信标或导频信号的网络标识符，将网络标识符与本网络标识符对比，识别该无线信号是有用信号还是干扰信号；如果是有用信号则进入步骤(2.2)；如果是干扰信号，则发出无线干扰预警，提示周围有干扰；(2.2)从管理帧中的信标帧或导频信号检测无线信号强度，如无线信号强度低于第一阈值，则判断无线通信系统性能下降；如无线信号强度低于第二阈值，则判断是天线、漏泄电缆或合路器等无源器件发生故障。3.根据权利要求1所述的城市轨道交通无线通信系统故障预警方法，其特征在于，所述步骤(3)包括如下步骤：(3.1)如步骤(1)收到的管理帧数据正常，而没有控制帧数据，则判定基站故障，进行基站故障预警并报送控制帧数据异常；(3.2)如步骤(1)收到的管理帧数据和控制帧数据均正常，而接收的数据包中没有所述数据帧，或数据帧所占比例低于根据承载业务设置的最小值，则判定基站故障，进行基站故障预警并报送数据帧数据异常，具体判定步骤为：(3.2.1)针对不同的通信业务类型，假设根据业务s在t时刻收到的收到的管理帧、控制帧、数据帧的比例分别是将比例数据定义为三元组数据定义输...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏运，朱鸿涛，张衡，辛鑫，曹红升，祁颖，梁嘉，侯筱岩，李习凤，
申请(专利权)人：北京市地铁运营有限公司通信信号分公司北京锐威安通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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