城市轨道交通CBTC系统中数据通信子系统研究

1、城市轨道交通cbtc 系统中数据通信子系统设计摘 要：针对基于通信的列车控制系统（cbtc ）的技术需求，对城市轨道交通cbtc 系统中数据通信子系统(dcs)的网络结构与功能进行研究，重点分析了轨旁骨干网两种组网技术方案：工业以太网技术和基于sdh 的多业务传送平台（mstp）技术。关键词：基于通信的列车控制；数据通信系统；骨干网；无线网络随着信号控制和通信技术的发展与融合，基于无线通信的列车控制系统cbtc 在城市轨道交通行业得到了广泛的应用并成为列车控制的主流制式。其突出特点之一就是数据通信方式的变革，实现了各设备之间实时双向高速通信。cbtc 中的数据通信系统(dcs)实现了列车控制子

2、系统（轨旁设备和车载设备）之间数据信息安全、可靠的双向发送和接收。1 系统构成数据通信系统由轨旁有线骨干网络和车地无线通信网络构成。轨旁骨干网络为cbtc 各子系统轨旁设备提供接入数据传输通道，并实现彼此双向通信；车-地无线通信系统可以为轨旁设备与车载vobc 之间提供数据传输通道。其系统构成如图1 所示。图 1 数据传输子系统结构示意图1.1 轨旁有线骨干网轨旁骨干网络采用基于同步数字体系（s d h）的多业务传送平台（mstp）技术，提供可靠的、可重构的、灵活的宽带光纤通信传输信道。用于连接各轨旁列控设备（ats、车站联锁、区域控制器 zc 等）和轨旁无线设备（轨旁ap 等） ,实现点到点

3、、点到多点信息传输功能和无线数据通信系统接入功能。骨干网 a、b 为 cbtc 列控数据提供2 套对等的网络传输通道，同步传输相同数据报文。为保障不同业务数据可靠传输，网络分为多个独立的以太专用局域网（e p v l a n ） ，分别承载ats，联锁信号，车-地无线通信和微机监控不同业务数据。各 子 网 分 别 通 过 不 同 的 epvlan通道通信，每个epvlan均配有专用的sdh 虚容器（ vc ） ，使每种应用的带宽都可以得到保证且能将数据分开。epvlan的设计可以根据实际需要进行相应的修改，满足系统中各种设备的互联需求。其epvlan 的划分如图2 所示。1.2 车-地无线通信

4、系统安全可靠的车-地无线通信是地铁cbtc 系统实现列车控制功能的基础。无线局域网技 （wlan ）采用 ieee 802.11g 标准，用以实现车-地无线数据通信。无线通信系统包括通信接口服务器、车载无线单元（t r u）和 wlan网络（图3） 。t r u 与 车 载 列 车 控 制 单 元（ vobc ）连接，通过wlan 无线通信网络与通信接口服务器实现数据连接，建立车载列控设备和地面列控设备的无线传输通道。接口服务器分别与区域控制器zc、ats 中心服务器和wlan 无线通信网络连接，实现 tru 与图 2 以太专用局域网划分示意图zc 和 ats 中心服务器之间数据转发。2 轨旁

5、骨干网技术方案比选结合通信技术的发展和轨道交通实际应用环境的特点，dcs 轨旁骨干网可以选择2 种组网技术，一是工业以太网技术，二是基于sdh 的多业务传送平台（mstp）技术。2.1 轨旁骨干网能力根据 cbtc 应用环境要求，轨旁骨干网应重点具备2 种能力：不同应用业务独立传输能力；传输介质（光纤）故障保护能力。2.2 能力对比分析针对上述两方面能力要求，对上述2 种组网技术进行对比分析。(1）独立传输能力。工业以太网是从民用以太网技术发展而来，依旧执行csma/cd即载波侦听多路访问 /冲突检测的方法，在此条件下，各种应用业务数据包都在一种无序状态下传送，安全、非安全不同等级数据包都采用

6、同样处理方法，只靠接收端去识别数据包是否应该接受，这对于 cbtc系统，存在不小的安全隐患；而 sdh 的 mstp 技术是通过eplan 技术，把不装进不同虚容器（ vc）中现实物理层隔离，各种业务数据独立传输，相互无影响，相比工业以太网的优势不言而喻。(2）故障保护能力。工业以太网和mstp 技术都可以实现环形组网，且在传输介质（光纤）故障时，网络恢复时间小于50 ms。但工业以太网只支持组建1 个环形网络结构，故能抵御传输介质的单处故障，若出现2 处故障，则整个网络失效；而mstp 技术可以提供多种组网方式，例如环形、相交环、相切环、线性、mesh 等网络结构，同时提供2 纤/4 纤复用段保护技术，其中4 纤复用段保护技术能够在传输介质多处故障情况下，保证网络有效运行。图 3 无线通信系统结构框图m s t p 技术遵循国际标准，mstp 设备广泛应用在