城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)研究

1、城市軌道交通cbtc 系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：針對(duì)基于通信的列車控制系統(tǒng)（cbtc ）的技術(shù)需求，對(duì)城市軌道交通cbtc 系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)(dcs)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行研究，重點(diǎn)分析了軌旁骨干網(wǎng)兩種組網(wǎng)技術(shù)方案：工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和基于sdh 的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（mstp）技術(shù)。關(guān)鍵詞：基于通信的列車控制；數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)；骨干網(wǎng)；無線網(wǎng)絡(luò)隨著信號(hào)控制和通信技術(shù)的發(fā)展與融合，基于無線通信的列車控制系統(tǒng)cbtc 在城市軌道交通行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用并成為列車控制的主流制式。其突出特點(diǎn)之一就是數(shù)據(jù)通信方式的變革，實(shí)現(xiàn)了各設(shè)備之間實(shí)時(shí)雙向高速通信。cbtc 中的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(dcs)實(shí)現(xiàn)了列車控制子

2、系統(tǒng)（軌旁設(shè)備和車載設(shè)備）之間數(shù)據(jù)信息安全、可靠的雙向發(fā)送和接收。1 系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由軌旁有線骨干網(wǎng)絡(luò)和車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。軌旁骨干網(wǎng)絡(luò)為cbtc 各子系統(tǒng)軌旁設(shè)備提供接入數(shù)據(jù)傳輸通道，并實(shí)現(xiàn)彼此雙向通信；車-地?zé)o線通信系統(tǒng)可以為軌旁設(shè)備與車載vobc 之間提供數(shù)據(jù)傳輸通道。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖1 所示。圖 1 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖1.1 軌旁有線骨干網(wǎng)軌旁骨干網(wǎng)絡(luò)采用基于同步數(shù)字體系（s d h）的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（mstp）技術(shù)，提供可靠的、可重構(gòu)的、靈活的寬帶光纖通信傳輸信道。用于連接各軌旁列控設(shè)備（ats、車站聯(lián)鎖、區(qū)域控制器 zc 等）和軌旁無線設(shè)備（軌旁ap 等） ,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)

3、、點(diǎn)到多點(diǎn)信息傳輸功能和無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)接入功能。骨干網(wǎng) a、b 為 cbtc 列控?cái)?shù)據(jù)提供2 套對(duì)等的網(wǎng)絡(luò)傳輸通道，同步傳輸相同數(shù)據(jù)報(bào)文。為保障不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可靠傳輸，網(wǎng)絡(luò)分為多個(gè)獨(dú)立的以太專用局域網(wǎng)（e p v l a n ） ，分別承載ats，聯(lián)鎖信號(hào)，車-地?zé)o線通信和微機(jī)監(jiān)控不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。各 子 網(wǎng) 分 別 通 過 不 同 的 epvlan通道通信，每個(gè)epvlan均配有專用的sdh 虛容器（ vc ） ，使每種應(yīng)用的帶寬都可以得到保證且能將數(shù)據(jù)分開。epvlan的設(shè)計(jì)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行相應(yīng)的修改，滿足系統(tǒng)中各種設(shè)備的互聯(lián)需求。其epvlan 的劃分如圖2 所示。1.2 車-地?zé)o線通信

4、系統(tǒng)安全可靠的車-地?zé)o線通信是地鐵cbtc 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)列車控制功能的基礎(chǔ)。無線局域網(wǎng)技 （wlan ）采用 ieee 802.11g 標(biāo)準(zhǔn)，用以實(shí)現(xiàn)車-地?zé)o線數(shù)據(jù)通信。無線通信系統(tǒng)包括通信接口服務(wù)器、車載無線單元（t r u）和 wlan網(wǎng)絡(luò)（圖3） 。t r u 與 車 載 列 車 控 制 單 元（ vobc ）連接，通過wlan 無線通信網(wǎng)絡(luò)與通信接口服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連接，建立車載列控設(shè)備和地面列控設(shè)備的無線傳輸通道。接口服務(wù)器分別與區(qū)域控制器zc、ats 中心服務(wù)器和wlan 無線通信網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn) tru 與圖 2 以太專用局域網(wǎng)劃分示意圖zc 和 ats 中心服務(wù)器之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。2 軌旁

5、骨干網(wǎng)技術(shù)方案比選結(jié)合通信技術(shù)的發(fā)展和軌道交通實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的特點(diǎn)，dcs 軌旁骨干網(wǎng)可以選擇2 種組網(wǎng)技術(shù)，一是工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，二是基于sdh 的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（mstp）技術(shù)。2.1 軌旁骨干網(wǎng)能力根據(jù) cbtc 應(yīng)用環(huán)境要求，軌旁骨干網(wǎng)應(yīng)重點(diǎn)具備2 種能力：不同應(yīng)用業(yè)務(wù)獨(dú)立傳輸能力；傳輸介質(zhì)（光纖）故障保護(hù)能力。2.2 能力對(duì)比分析針對(duì)上述兩方面能力要求，對(duì)上述2 種組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。(1）獨(dú)立傳輸能力。工業(yè)以太網(wǎng)是從民用以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展而來，依舊執(zhí)行csma/cd即載波偵聽多路訪問 /沖突檢測(cè)的方法，在此條件下，各種應(yīng)用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包都在一種無序狀態(tài)下傳送，安全、非安全不同等級(jí)數(shù)據(jù)包都采用

6、同樣處理方法，只靠接收端去識(shí)別數(shù)據(jù)包是否應(yīng)該接受，這對(duì)于 cbtc系統(tǒng)，存在不小的安全隱患；而 sdh 的 mstp 技術(shù)是通過eplan 技術(shù)，把不裝進(jìn)不同虛容器（ vc）中現(xiàn)實(shí)物理層隔離，各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)獨(dú)立傳輸，相互無影響，相比工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)不言而喻。(2）故障保護(hù)能力。工業(yè)以太網(wǎng)和mstp 技術(shù)都可以實(shí)現(xiàn)環(huán)形組網(wǎng)，且在傳輸介質(zhì)（光纖）故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)間小于50 ms。但工業(yè)以太網(wǎng)只支持組建1 個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，故能抵御傳輸介質(zhì)的單處故障，若出現(xiàn)2 處故障，則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)失效；而mstp 技術(shù)可以提供多種組網(wǎng)方式，例如環(huán)形、相交環(huán)、相切環(huán)、線性、mesh 等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)提供2 纖/4 纖復(fù)用段保護(hù)技術(shù)，其中4 纖復(fù)用段保護(hù)技術(shù)能夠在傳輸介質(zhì)多處故障情況下，保證網(wǎng)絡(luò)有效運(yùn)行。圖 3 無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖m s t p 技術(shù)遵循國際標(biāo)準(zhǔn)，mstp 設(shè)備廣泛應(yīng)用在