地鐵信號系統數據通信論文

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1信號系統中DCS網絡特點及傳輸信息類型

城市軌道交通信號系統的DCS網絡包含有線部分和無線部分。有線網絡部分是指軌旁設備之間的數據通信，為信號系統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，建立局域網連接。無線部分主要是列車上的移動無線設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，在信號系統的DCS網絡中，可以根據不同的組網方式，構建不同的網絡結構，形成連接信號系統相關設備的通信網。而在這樣的網絡中，傳遞的信息就包含大量的管理信息、行車數據信息、ATS信息、維護信息、數據記錄信息等。DCS系統網絡連接設備一般連接方式需要說明的是DCS網絡結構是多樣的，隨著實際地鐵線路情況、所連接的設備情況、以及技術發(fā)展和應用情況有不同變化。從圖1中可以看出，信號系統DCS網絡具有連接設備類型多、數量大，信息傳輸種類繁多的特點。如果在DCS網絡中信息沒有合理的傳輸定義，使網絡中任何一個數據幀的傳輸都要遍及整個網絡，導致所有與網絡連接的設備都接收到，這樣就會嚴重的消耗掉網絡整體帶寬。因此，在DCS網絡傳輸信息量較大時（如早、晚運行高峰時等），如不對網絡進行合理設置，就可能產生網絡風暴。網絡風暴發(fā)生時，與網絡連接的部分設備也可能會由于無法應對網絡流量的大幅波動導致故障，進而引發(fā)故障面擴大的情況發(fā)生，對運營產生嚴重影響，這就需要對網絡中的信息傳輸進行合理優(yōu)化。

2VLAN技術特點及在DCS網絡中的應用

VLAN技術是將局域網設備從邏輯上劃分成一個個網段，從而實現虛擬工作組數據交換。由于VLAN設置是在交換機上按邏輯來劃分，而不是傳統上的只能從物理上劃分，因此VLAN技術的出現，可以滿足根據實際應用情況，將同一物理局域網內不同用戶邏輯地劃分成不同的廣播域需求。在設計VLAN并實現應用時，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、基于網絡層劃分、以及基于IP廣播和基于規(guī)則等方式。其中應用最為廣泛、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以太網交換機的交換端口來劃分的，將交換機上的物理端口分為若干個組，每個組構成一個虛擬網。由于基于端口劃分VLAN的優(yōu)點是定義VLAN成員非常簡單，只要在接入交換機上進行相關設置即可，操作相對簡單，適合任何大小的網絡。同時，這種配置方式適用于網絡環(huán)境比較固定的情況，與DCS網絡構建后即在運營中不會輕易改變的實際情況較為符合，因此在地鐵信號系統DCS網絡交換機的配置中，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DCS網絡風暴的發(fā)生，可以將交換機端口劃分到不同VLAN中。其原理為：在不同端口發(fā)出的所有數據幀上增加一個代表所屬VLAN編號的ID，各個交換機端口只有在接收到所屬VLANID的信息時，才會對該信息進行拆分處理，而在收到標有其他VLANID信息時，只會將該信息按照目的地址進行轉發(fā)。這樣就實現了通過在DCS網絡交換機上應用VLAN技術，有效控制網絡流量、降低網絡風暴發(fā)生概率的目標。并且通過在交換機上進行VLAN的劃分，可以起到減少項目建設的設備投資成本、簡化DCS網絡管理、提高網絡安全性的作用。這里需要提出的是，有必要找到適合于信號DCS網絡的劃分原則，結合實際應用情況，將不同級別的信息進行合理區(qū)分。

3適用于DCS的VLAN劃分原則

由于地鐵信號系統DCS網絡具有連接設備數量、類型較多，信息傳輸種類繁多的特點，在按照端口劃分的VLAN配置方法對信號DCS網絡交換機等進行配置時，需要尋找到合適的原則，將信號系統DCS網絡中不同設備、不同信息類型進行全網的統一配置，既能有效避免網絡風暴，又有利于維護人員進行維修檢查。這就需要根據網絡端口是否有用、該端口在網絡中的作用、所傳輸的信息內容和特點等特征，將網絡端口有序劃分。例如，在網絡的列車自動控制（ATC）信息、列車自動監(jiān)控（ATS）信息、維護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。在信息有效傳輸的同時，也可以提高網絡的安全性能。建議按照以下原則進行層層劃分。

1）由于信號系統涉及列車行車安全，因此可先將交換機上多余端口統一劃入“無用端口”的VLAN中，這樣即使有其他設備接入到該端口上，也不會對有用端口間的網絡通信造成影響。

2）進一步將有用端口進行分類，如該端口在信號DCS網絡中只做收發(fā)，不對信息進行拆分和處理，即可將其劃入“管理類”的VLAN中。

3）在DCS網絡中，與“管理類”信息對應的是“業(yè)務類”信息，在此類信息中，建議先將涉及到列車控制安全的ATC信息獨立劃分出來，同時由于此類信息較為重要，需設計兩路，可以劃分至兩個不同的VLAN中。

4）另外，“業(yè)務類”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信息獨立劃分出來，同樣建議為兩路。

5）同時，非安全類的信息也包含維護管理類信息，如維護支持、電源監(jiān)控類等信息也需要劃分到單獨一個VLAN中，此類信息可以不進行冗余設置。

6）其他非安全類信息也可以通過實際情況進行VLAN設置，可以獨立VLAN，也可統一劃入一個VLAN，根據實際情況進行設置即可。建議的VLAN劃分原則，以及該原則對應在信號系統中的傳輸內容示意。

4總結

在當前我國地鐵大面積建設的形勢下，地鐵在人們出行中起到越來越重要的作用。地鐵信號系統在保證列車高效、準點運行過程中起到了關鍵作用，而確保DCS網絡正常、有序傳輸信息也是保證地鐵正常運營的重要部分之一。合理配置和優(yōu)化DCS網絡有著重要意義。根據不同網絡結構和不同地鐵線路特點，合理的對網絡中不同信息進行VLAN配置，形成適宜于DCS網絡的配置方式，使其更穩(wěn)定的承載信息傳輸任務，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有限公司