图1 京广高速铁路北段线路管辖范围
许 珮
(北京西电务段, 北京 100036)
摘 要：随着现代铁路技术的高速发展，列车与地面设备通信的实时性，对改善行车效率起着关键性的作用，CTCS-3级列控系统中，通过无线通信网络实现车地实时交互，而地面设备间的各种数据如：列控信息、联锁信息、临时限速信息等，也必须通过一个高效安全的网络与RBC之间联系起来，以确保列车接收到的行车许可是安全可靠的。安全数据网的概念就是在此基础上提出来的，它实现了大量行车数据的安全、可靠的传输，并最终通过RBC的计算，生成行车许可，并通过GSM-R无线传输至列车，实现安全行车。文章针对CTCS-3级列控系统的安全数据网，对京广高速铁路北段的信号安全数据网的数据传输与组网，以及安全数据网设备在日常工作中的维护保养、网络管理、常见故障处理等，进行了阐述。
关键词：CTCS-3； 信号安全数据网； 组网； 维护管理
随着铁路现代化的发展，基于点式应答器和连续轨道电路的CTCS-2级列控系统，已经显现出了它的一些不足，如铁路沿线地面设备过多，地面向列车传送的信息量不足、实时性不够、车地不能实现双向通信等。CTCS-3级列控系统在兼容CTCS-2级列控系统功能的前提下，使用铁路无线通信系统(GSM-R)实现车-地信息双向传输，无线闭塞中心(RBC)生成行车许可，轨道电路实现列车占用检查，应答器实现列车定位，安全数据网实现地面信号的数据传输，安全数据网就是在此基础上建立起来的庞大的网络系统，实现了大量实时数据的安全、可靠的传输。
CTCS-3级列控系统由地面设备、车载设备、信号数据传输网络、GSM-R无线通信网络4部分构成。在CTCS-2级列控系统的基础上，系统地面设备增加了RBC设备，RBC向列车提供行车许可；车载设备增加了GSM-R无线电台和信息接收模块，车地实现连续、双向、大容量、唯一信息传输；使用临时限速服务器管理临时限速，限速灵活设置，实现任意位置、长度和数量的临时限速设置。
信号数据传输网由信号安全数据网、调度集中数据通信以太网和信号检测数据通信以太网等组成。
CTCS-3级列控系统关键设备实行冗余化配置，以确保行车设备的安全性、可靠性、可用性及可维护性。信号安全数据网采用工业以太网网络设备构成冗余双环网，双网间使用物理隔离，采用专用单模光纤连接。连接相邻网络设备的光纤长度应不超过70 km，光纤长度不满足要求时应增加中继器设备。 每一独立环网中接入的网络设备(交换机、中继器)超过40个或应用网络线路(铁路线路)长度超过600 km时，应将网络环路分割成不同子环网。各相邻子环网间采用3层工业以太网交换机进行连接。
2.1 组网结构
京广高速铁路北段(京石段及石武河北段)，北起北京西站，南至安阳东站(不含)。正线共包括11个车站、1个线路所、25个信号中继站，管辖范围如图1所示。
图1 京广高速铁路北段线路管辖范围
根据京广高速铁路整体的线路情况，结合北京、石家庄枢纽的状况，京广高速铁路北段组成一个安全数据网子网，且与郑州局的安全数据网相连，网络与网络间采用3层以太网交换机连接。其中北京枢纽的北京西站及广安门站纳入北京至石家庄安全数据网中。石家庄枢纽包含石家庄动车所，通过3层以太网交换机与京石的安全数据网连接，石太客运专线在石家庄枢纽建立独立的安全数据网，通过3层以太网交换机与京广高速铁路北段安全数据网连接。
京广高速铁路北段信号安全数据网组网，如图2所示。
2.2 数据传输
接入信号安全数据网的设备包括：列控中心(TCC)、计算机联锁(CBI)、临时限速服务器(TSRS)、无线闭塞中心(RBC)。在安全数据网网络设备中，单节点信息传输时延不大于50 us，单网络内数据通信自愈时间不大于50 ms，网络间数据通信自愈时间不大于500 ms，高性能的数据传输保证了信号安全数据网的实时性。
信号安全数据网实现以下设备间的信息传输：
TCC 与TCC ： TCC与TCC间交互的信息有轨道区段边界信息、边界信号机状态、区间闭塞分区状态信息、区间方向改变信息、设备状态信息等。
TCC 与CBI ：TCC向CBI传输区间方向信息、区间闭塞分区状态信息、信号降级命令信息、CBI向TCC传输列车进路状态信息、调车信号状态信息、区间方向改变命令信息、车站信号机点灯状态信息。
TSRS与RBC：TSRS向RBC传输临时限速命令，RBC向TSRS传输临时限速命令状态。
TSRS与TCC ：TSRS向TCC传输临时限速命令信息和时钟校核信息，TCC向TSRS传输临时限速命令状态信息，区间闭塞分区状态和站内轨道区段信息。
图2 京广高铁北段信号安全数据网组网简图
TSRS与TSRS：临时限速命令的请求响应、各种回执、TSRS间状态检测报告等。
RBC 与CBI ：RBC向CBI传输列车相关信息，CBI向RBC传输信号授权信息。
RBC与RBC ：主要实现RBC间的切换。
CBI与CBI ：实现站间联系信息的传输。
信号安全数据网采用工业级交换机构成，在常规使用过程中，只要保证工作环境的温度、防尘、防静电，平均无故障工作时间(MTBF)可达到63.3年，稳定性极高。在日常维护过程中，应注意以下几点：
(1)不要同时关闭互为冗余的2台电源，否则会造成系统停机；
(2)请保持光纤接头的清洁度，切勿用扎带绑扎尾纤；
(3)建议采用波分管或缠绕管保护尾纤，并保持尾纤弯曲半径不小于R25(25倍尾纤外径)。
3.1 工作环境要求
安全数据网交换机所处工作及存储环境应满足以下要求：
(1)二层交换机
工作坏境：-40～85 ℃；
存储/运输环境：-40～85 ℃ ；
相对湿度：10%～90%(无凝露)。
(2)三层交换机
工作坏境：-40～70 ℃；
存储/运输环境：-40～85℃；
相对湿度：5 %～90 % (无凝露)。
3.2 网络管理系统
信号安全数据网设置单独的网络管理系统，实现双环网络的管理和监测。按配置要求，每个单独的网络中至少配置1台网络管理服务器，因此京广高速铁路北段管内设置1套网络管理系统，安放在北京西站RBC中心，通过浏览网络拓扑，实时监测整个网络的运行状况。网管系统应对各种故障实时报警，明确提示，关键报警信息应有声光持续报警功能，实现双环网络的实时监测、故障定位及报警。网络管理系统应具备或实现如下功能：
(1)拓扑管理：用于构造并管理整个信号系统安全数据网的拓扑结构，自动搜索网络设备的拓扑数据，形成与实际网络拓扑结构相同的网络拓扑视图，通过浏览网络拓扑视图实时监测整个网络的设备运行状态。
(2) 配置管理：可实现对设备的配置，IP地址管理，可保存历史配置信息并可对不同配置进行比较。网管系统应能识别接入设备的IP地址和工作状态，并对交换机配置IP地址冲突和应用设备的IP地址冲突能及时检测并报警。
(3) 数据流量分析和误码率分析：对交换机的各个端口的数据流量能及时监测并设定门限值，对于高于门限值的端口能在网管上报警；对于交换机的各个端口的数据误码率能及时监测并设定门限值，对于高于门限值的端口能在网管上报警。
(4) 故障管理：提供报警监视窗口，可在窗口视图上监视到设备的实时报警，并对相关报警进行操作。对于历史报警数据能下载，并能进行离线分析，故障历史记录信息能保存1个月以上。
3.3 常见故障处理
通常在判断处理故障时，首先尽量利用网管服务器上显示的诊断信息来判断故障发生情况，并通过网管软件上的拓扑图查看交换机运行状态和各端口下设备通信状态。当发现视图上有红/黄告警对象时，点击右键刷新相应的对象图标，如告警信息未及时消除，联系相关设备单位，通知其检查相应的连接或模块，确认是否有异常。并将视图截图和log日志等信息发送给厂家进行故障分析。
3.3.1 防止接入外部设备
安全数据网正常工作与否直接影响列控、联锁、TSRS间的通信，一旦出现故障将严重影响列车运行。所以必须加强安全数据网维护管理，严格控制外部设备接入安全数据网，防止接入外部设备出现错误操作而引起设备异常造成网络中断。
3.3.2 交换机常见故障
因安全数据网交换机使用的是工业级交换机，稳定性极高，在稳定运行后一般不会发生硬件故障，常见可能出现的交换机故障有如下几种情况：
(1)交换机电源灯亮黄或者不亮，对应网管软件上交换机图标显红色状态，可检查电源模块及供电线路。如果是电源模块问题，联系厂家进行处理；
(2)交换机端口指示灯不亮，对应网管软件上链路显示红色状态，可检查线路连接情况，看是否有线路松动现象，并及时恢复。如果仍无法正常工作，联系厂家进行处理；
(3)交换机端口指示灯为暗黄色闪烁，对应网管软件上链路显示黄色状态，可能是光通道性能变差，此时可检查光纤损耗或光模块状态。如果仍无法正常工作，联系厂家进行处理。
作为CTCS-3级列控系统中行车数据传输的重要组成部分，安全数据网实现了大量行车数据的远距离实时传输。京沪、京广等高速铁路的平稳运行，进一步证明了安全数据网的安全性及可靠性。但CTCS-3级列控系统使用的地面设备，等于全套的CTCS-2级地面设备加上RBC和大量的GSM-R基站，经济性并不是很高，随着我国高速铁路的进一步发展，下一代的列控系统——CTCS-4级列控系统，将完全基于无线通信传输行车数据，地面无线闭塞中心和车载设备完成列车占用检测及完整性检查，点式信息设备提供列车用于测距修正的定位基准信息，其追踪运行间隔时间将比CTCS-3级列控系统的间隔时间更短，安全数据网所传输的数据将进一步增多，传输的频率也将加快，这将是一个新的挑战。安全数据网将继续承担着安全可靠的传输数据的重要作用，进一步实现现代高速铁路行车的标准化、一体化、模块化、网络化和数字化。
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The Composition and Maintenance of the Beijing-Guangzhou High-Speed Railway Signal Safety Data Network
XU Pei
(Beijing West Signal Depot， Beijing 100036)
Abstract：With rapid development of modern railway technology, the real-time commnunication between the train and ground equipment, plays a pivotal role in improving the traffic efficiency. CTCS-3 level train control system can achieve the real-time interaction between the train and ground through wireless communication network. Meanwhile, various data among the ground equipment, e.g. train control information, interlocking information, temporary limited speed information,etc. , must be connected to ensure the driving permission signal being gotten by train is safe and reliable, through a high efficiency safe link with RBC. The safe data concept comes up from this. It helps to achieve the safe and reliable transmission of much traffic data. RBC calculates these data to generate train driving permission and then transmit to train through GSM-R. In this way, the whole safe train process is guaranteed. This article is mainly about safe data network transmission and networking technology of the northern of Beijing-Guangzhou high speed rail, the equipment's daily maintenance, the network management, and common troubleshooting.
Key words：CTCS-3； signal safety data network； network composition； the maintenance and management
收稿日期：2014-04-28
作者简介：许珮(1989-)，女，助理工程师。
文章编号：1674—8247(2014)04—0016—04
中图分类号：U298.1+2
文献标志码：B