无线通信的列车控制中的数据通信子系统.doc

摘要运用无线通信实现车地数据传输的列车自动控制才是真正意义上的移动闭塞。在基于无线通信的列车控制( CBTC) 系统中，数据通信子系统承载的数据直接关系到行车安全。结合西安地铁 2 号线一期工程信号系统，对其数据通信子系统的构成、作用、安全措施、抗干扰措施及主要性能等进行分析。 关键词地铁; 基于无线通信的列车控制; 数据通信子系统 运用无线通信实现车地数据传输的 ATC( 列车自动控制) 才是真正意义上的移动闭塞［1］。西安地铁2 号线一期工程信号系统采用美国 USSI 公司设计的基于无线通信的列车控制系统( CBTC) ，能够安全、可靠地实现全功能、全方位的列车控制，在最不利故障情况下还可以后备模式( 站间自动闭塞，点式 ATP 防护，地面信号为主，计轴器检测列车位置) 安全运行。其信号控制系统主要包括列车自动保护( ATP) 、列车自动运行( ATO) 、列车自动监视( ATS) 、计算机联锁( CI) 、数据通信系统( DCS) 等子系统。其中，DCS 承载的 CBTC 数据直接关系到行车安全。DCS 采用目前最先进的有线无线一体化网络技术方案，能够实现车地之间双向、连续、高速、大容量的数据信息传输，是真正意义上实现移动闭塞的重要保证。 1 DCS概述 DCS 是 CBTC 系统的核心［2］，其主要功能是提供信号系统各设备之间双向、可靠、安全的数据通信。这些设备包括控制中心，轨旁子系统( 区域控制器 ZC、联锁控制系统 MicroLok Ⅱ) ，车载子系统( 车载控制器( CC) 、无线电台、传感器、查询器等)以及轨旁无线基站 AP 等。通过 DCS，列车 CC 不间断地向轨旁 ZC 传输其标识、位置、方向、车次、列车长度、实际速度、制动潜能和运行状态等信息。轨旁ZC 与 ATS、CC 接口。ZC 接收来自 ATS 生成的动态临时限速指令和该控制区内列车 CC 发出的连续位置信息和列车运行其他信息，据此确定列车的安全行车间隔，并通过无线传输方式向其区域内列车 CC动态更新发送移动授权指令。ZC 还与 MicroLok II接口。MicroLok II 执行轨旁设备( 如站台屏蔽门、转辙机、计轴和信号机等) 联锁逻辑的安全性功能。列车 CC 根据接收到的移动授权指令和自身的运行状态，来确定允许速度执行、控制模式管理、移动授权，以及其他有关的 ATP 和 ATO 功能。 DCS 对列车控制的所有子系统是透明的，对数据通信的安全加密和接入防护等措施可保证数据通信的安全［3］。DCS 是一个宽带通信系统，它提供开放的体系架构和通信协议标准: 有线通信部分采用IEEE 802．3 以太网标准，无线通信部分采用先进的WLAN 技术—IEEE 802．11g 标准，以最大程度地采用现成的商业化设备，便于不同厂商的网络设备间实现互联互通; 应用 UDP/IP 通信协议，确保车地之间双向数据传输的实时性。DCS 的传输网络均采用冗余结构设计，且数据信息采用冗余传送策略; 每个信息被复制后都通过两个独立的网络同时传送，单一网络的故障不会导致信息丢失，也不存在网络切换问题。这样可保证数据传输的连续性、可靠性和实时性，也消除了单个独立故障或多个相关故障对列车运行的影响。 2 DCS的构成及作用 DCS 主要由骨干网络、轨旁数据通信网络、车载网络、车地双向通信网络等四部分组成。其体系结构框图如图 1 所示［4］。其中，AS 为接入交换机 ，BS为骨干交换机，ZC 为区域控制器，ILC 为联锁控制器，ATS 为列车自动监视，MR 为车载无线设备，CC为车载控制器 AP 为无线接入点。 2． 1骨干网络 轨旁骨干网络由骨干交换机( 即光交换机) 组成，交互连接到两个独立( 冗余) 的单模光缆，形成环式拓扑结构。如果光纤电缆上的任何节点发生故障，轨旁骨干网络的通信能够迅速重新配置并通过另一个网络保持通信。骨干交换机安装在环路各处的信号设备室( 如设备集中站、控制中心) 。通常两个骨干交换机之间的距离不超过 10 km。通过增设骨干交换机，可以扩展光纤骨干网络的覆盖范围，满足地铁运营要求。 骨干网络采用弹性分组数据环( RPR) 技术将接入交换机连接起来。RPR 是 IP 技术与光网络技术直接融合的产物。该技术集 IP 的智能化、以太网的经济性和光纤环网的高效带宽利用于一体，具有很好的服务质量保障，如 50 ms 故障自愈能力、高带宽利用或预留、先进 RPR － Fa 公平算法( 对低优先级数据包进行动态调控网络流量，避免网络拥塞) 等，可以提供低成本、高可靠性、大吞吐量的业务保证能力; 在网络同时承载多业务时，可保障与列车控制直接相关的高优先级业务的优质服务质量。