地鐵信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信論文

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1信號系統(tǒng)中DCS網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)及傳輸信息類型

城市軌道交通信號系統(tǒng)的DCS網(wǎng)絡(luò)包含有線部分和無線部分。有線網(wǎng)絡(luò)部分是指軌旁設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，為信號系統(tǒng)提供專用有線信息傳輸，為控制中心、車站、場段之間提供有線傳輸通道，建立局域網(wǎng)連接。無線部分主要是列車上的移動(dòng)無線設(shè)備和地面軌旁無線單元之間建立的車地雙向通信。如上所述，在信號系統(tǒng)的DCS網(wǎng)絡(luò)中，可以根據(jù)不同的組網(wǎng)方式，構(gòu)建不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成連接信號系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的通信網(wǎng)。而在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，傳遞的信息就包含大量的管理信息、行車數(shù)據(jù)信息、ATS信息、維護(hù)信息、數(shù)據(jù)記錄信息等。DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備一般連接方式需要說明的是DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是多樣的，隨著實(shí)際地鐵線路情況、所連接的設(shè)備情況、以及技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用情況有不同變化。從圖1中可以看出，信號系統(tǒng)DCS網(wǎng)絡(luò)具有連接設(shè)備類型多、數(shù)量大，信息傳輸種類繁多的特點(diǎn)。如果在DCS網(wǎng)絡(luò)中信息沒有合理的傳輸定義，使網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)數(shù)據(jù)幀的傳輸都要遍及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致所有與網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備都接收到，這樣就會(huì)嚴(yán)重的消耗掉網(wǎng)絡(luò)整體帶寬。因此，在DCS網(wǎng)絡(luò)傳輸信息量較大時(shí)（如早、晚運(yùn)行高峰時(shí)等），如不對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理設(shè)置，就可能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴發(fā)生時(shí)，與網(wǎng)絡(luò)連接的部分設(shè)備也可能會(huì)由于無法應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)流量的大幅波動(dòng)導(dǎo)致故障，進(jìn)而引發(fā)故障面擴(kuò)大的情況發(fā)生，對運(yùn)營產(chǎn)生嚴(yán)重影響，這就需要對網(wǎng)絡(luò)中的信息傳輸進(jìn)行合理優(yōu)化。

2VLAN技術(shù)特點(diǎn)及在DCS網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

VLAN技術(shù)是將局域網(wǎng)設(shè)備從邏輯上劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段，從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組數(shù)據(jù)交換。由于VLAN設(shè)置是在交換機(jī)上按邏輯來劃分，而不是傳統(tǒng)上的只能從物理上劃分，因此VLAN技術(shù)的出現(xiàn)，可以滿足根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，將同一物理局域網(wǎng)內(nèi)不同用戶邏輯地劃分成不同的廣播域需求。在設(shè)計(jì)VLAN并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用時(shí)，首先要確定如何劃分VLAN。較為常見的VLAN劃分方式包括：按照端口劃分，按照MAC地址劃分、基于網(wǎng)絡(luò)層劃分、以及基于IP廣播和基于規(guī)則等方式。其中應(yīng)用最為廣泛、也是最有效的，是按照端口劃分的方式，這種劃分方式是根據(jù)以太網(wǎng)交換機(jī)的交換端口來劃分的，將交換機(jī)上的物理端口分為若干個(gè)組，每個(gè)組構(gòu)成一個(gè)虛擬網(wǎng)。由于基于端口劃分VLAN的優(yōu)點(diǎn)是定義VLAN成員非常簡單，只要在接入交換機(jī)上進(jìn)行相關(guān)設(shè)置即可，操作相對簡單，適合任何大小的網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，這種配置方式適用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比較固定的情況，與DCS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建后即在運(yùn)營中不會(huì)輕易改變的實(shí)際情況較為符合，因此在地鐵信號系統(tǒng)DCS網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的配置中，一般都可以使用按照端口劃分VLAN的配置方式。以赫斯曼交換機(jī)為例，按照端口劃分VLAN，為不同端口賦予不同ID后的界面顯示情況綜上所述，為了有效避免信號系統(tǒng)DCS網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的發(fā)生，可以將交換機(jī)端口劃分到不同VLAN中。其原理為：在不同端口發(fā)出的所有數(shù)據(jù)幀上增加一個(gè)代表所屬VLAN編號的ID，各個(gè)交換機(jī)端口只有在接收到所屬VLANID的信息時(shí)，才會(huì)對該信息進(jìn)行拆分處理，而在收到標(biāo)有其他VLANID信息時(shí)，只會(huì)將該信息按照目的地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。這樣就實(shí)現(xiàn)了通過在DCS網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上應(yīng)用VLAN技術(shù)，有效控制網(wǎng)絡(luò)流量、降低網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴發(fā)生概率的目標(biāo)。并且通過在交換機(jī)上進(jìn)行VLAN的劃分，可以起到減少項(xiàng)目建設(shè)的設(shè)備投資成本、簡化DCS網(wǎng)絡(luò)管理、提高網(wǎng)絡(luò)安全性的作用。這里需要提出的是，有必要找到適合于信號DCS網(wǎng)絡(luò)的劃分原則，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，將不同級別的信息進(jìn)行合理區(qū)分。

3適用于DCS的VLAN劃分原則

由于地鐵信號系統(tǒng)DCS網(wǎng)絡(luò)具有連接設(shè)備數(shù)量、類型較多，信息傳輸種類繁多的特點(diǎn)，在按照端口劃分的VLAN配置方法對信號DCS網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等進(jìn)行配置時(shí)，需要尋找到合適的原則，將信號系統(tǒng)DCS網(wǎng)絡(luò)中不同設(shè)備、不同信息類型進(jìn)行全網(wǎng)的統(tǒng)一配置，既能有效避免網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，又有利于維護(hù)人員進(jìn)行維修檢查。這就需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)端口是否有用、該端口在網(wǎng)絡(luò)中的作用、所傳輸?shù)男畔?nèi)容和特點(diǎn)等特征，將網(wǎng)絡(luò)端口有序劃分。例如，在網(wǎng)絡(luò)的列車自動(dòng)控制（ATC）信息、列車自動(dòng)監(jiān)控（ATS）信息、維護(hù)管理信息等帶有不同功能及目地的信息，劃分到不同的VLAN中。在信息有效傳輸?shù)耐瑫r(shí)，也可以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性能。建議按照以下原則進(jìn)行層層劃分。

1）由于信號系統(tǒng)涉及列車行車安全，因此可先將交換機(jī)上多余端口統(tǒng)一劃入“無用端口”的VLAN中，這樣即使有其他設(shè)備接入到該端口上，也不會(huì)對有用端口間的網(wǎng)絡(luò)通信造成影響。

2）進(jìn)一步將有用端口進(jìn)行分類，如該端口在信號DCS網(wǎng)絡(luò)中只做收發(fā)，不對信息進(jìn)行拆分和處理，即可將其劃入“管理類”的VLAN中。

3）在DCS網(wǎng)絡(luò)中，與“管理類”信息對應(yīng)的是“業(yè)務(wù)類”信息，在此類信息中，建議先將涉及到列車控制安全的ATC信息獨(dú)立劃分出來，同時(shí)由于此類信息較為重要，需設(shè)計(jì)兩路，可以劃分至兩個(gè)不同的VLAN中。

4）另外，“業(yè)務(wù)類”信息還包含其他非ATC信息，也就是非安全信息。對這類信息的劃分，首先將其中的ATS信息獨(dú)立劃分出來，同樣建議為兩路。

5）同時(shí)，非安全類的信息也包含維護(hù)管理類信息，如維護(hù)支持、電源監(jiān)控類等信息也需要?jiǎng)澐值絾为?dú)一個(gè)VLAN中，此類信息可以不進(jìn)行冗余設(shè)置。

6）其他非安全類信息也可以通過實(shí)際情況進(jìn)行VLAN設(shè)置，可以獨(dú)立VLAN，也可統(tǒng)一劃入一個(gè)VLAN，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置即可。建議的VLAN劃分原則，以及該原則對應(yīng)在信號系統(tǒng)中的傳輸內(nèi)容示意。

4總結(jié)

在當(dāng)前我國地鐵大面積建設(shè)的形勢下，地鐵在人們出行中起到越來越重要的作用。地鐵信號系統(tǒng)在保證列車高效、準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行過程中起到了關(guān)鍵作用，而確保DCS網(wǎng)絡(luò)正常、有序傳輸信息也是保證地鐵正常運(yùn)營的重要部分之一。合理配置和優(yōu)化DCS網(wǎng)絡(luò)有著重要意義。根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和不同地鐵線路特點(diǎn)，合理的對網(wǎng)絡(luò)中不同信息進(jìn)行VLAN配置，形成適宜于DCS網(wǎng)絡(luò)的配置方式，使其更穩(wěn)定的承載信息傳輸任務(wù)，是十分必要的。

作者：李莉 楊帆 單位：北京京港地鐵有限公司 中國鐵建電氣化局集團(tuán)有限公司