CTC/TDCS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備易發(fā)故障及應(yīng)對措施

張國華

摘 要：隨著我國的鐵路總里程日漸增多，通過使用CTC/TDCS設(shè)備加強了在鐵路的指揮中的信息化進程，其在鐵路行車指揮自動化方面具有很重要的意義。但是在享受大力推進鐵路行車指揮自動化和信息化所帶來的便利的同時也面臨著諸多的問題。如何保證鐵路行車指揮系統(tǒng)的安全，使其能夠應(yīng)對各種復(fù)雜的工況是一個擺在我們面前的難題，本文將會對使用了CTC/TDCS設(shè)備的鐵路行車指揮系統(tǒng)的安全性進行闡述，并對易發(fā)的故障和安全隱患的解決方案進行介紹。

關(guān)鍵詞：CTC/TDCS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；鐵路行車指揮；安全隱患；應(yīng)對措施

引言

現(xiàn)今，我國已經(jīng)在鐵路行車指揮中采用了TDCS/CTC系統(tǒng)的行車指揮系統(tǒng)。這種TDCS/CTC系統(tǒng)是由鐵路總公司、各鐵路局TDCS中心局域網(wǎng)及車站基層網(wǎng)組成，是一個覆蓋全路的現(xiàn)代化鐵路運輸監(jiān)視和指揮系統(tǒng)。由于通過網(wǎng)絡(luò)進行聯(lián)網(wǎng)，一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題或者是網(wǎng)絡(luò)遭到攻擊時都會導(dǎo)致無法及時對列車進行調(diào)配，這就會對行駛列車的安全造成很大的隱患。文章將會對產(chǎn)生故障的原因以及采取的應(yīng)對措施進行簡介。

1 鐵路行車自動化指揮簡介

鐵路行車指揮自動化是指利用在線計算機和有關(guān)技術(shù)設(shè)備，自動收集信號設(shè)備狀態(tài)和列車運行的信息，按規(guī)定的算法和程序進行處理，實時地發(fā)送出指揮列車運行的有關(guān)命令，安排列車進路和調(diào)整列車運行，同時，將處理的結(jié)果予以記錄和顯示，這種集中控制和監(jiān)視系統(tǒng)稱為鐵路行車指揮自動化。

2 TDCS/CTC系統(tǒng)簡要介紹

2.1 TDCS和CTC簡介

TDCS是鐵路調(diào)度指揮信息管理系統(tǒng)，主要完成調(diào)度指揮信息的記錄、分析、車次號校核、自動報點、正晚點統(tǒng)計、運行圖自動繪制、調(diào)度命令及計劃的下達、行車日志自動生成等功能，還句話說就是原來行車調(diào)度員和車站值班員需要用筆記下的東西現(xiàn)在都可以由TDCS自動完成。

CTC是分散自律式調(diào)度集中系統(tǒng)，除了完成TDCS的全部功能外，還可以完成管內(nèi)車站信號設(shè)備的操控功能，也就是說原來車站值班員要動手的工作也可以由CTC來完成，分為集中控制和非常站控兩種模式。

2.2 TDCS和CTC的區(qū)別

TDCS和CTC的區(qū)別如下：（1）TDCS是 CTC的基礎(chǔ)，CTC是TDCS的功能增強和延伸；（2）TDCS以實時監(jiān)視和列車運行計劃（運行圖）管理為功能主體；（3）CTC 以車站控制、自動按計劃排路和行車指揮自動化為功能主體；（4）TDCS為CTC提供列車運行計劃、車次跟蹤狀態(tài)、信號設(shè)備狀態(tài)等重要信息；（5）CTC對TDCS的可靠性提出了更高要求。

2.3 TDCS和CTC的出現(xiàn)的背景

由于早期歐洲鐵路的列車運行控制系統(tǒng)種類繁多，且各國信號制式復(fù)雜、互不兼容，為有效解決各種列車控制系統(tǒng)之間的兼容性問題，保證高速列車在歐洲鐵路網(wǎng)內(nèi)跨線、跨國互通運行，歐盟通過立法形式確定ETCS為強制性技術(shù)規(guī)范。我國通過對ETCS標準的引進、消化、吸收，并結(jié)合成功應(yīng)用的CTCS-2級列車運行控制系統(tǒng)的建設(shè)和運營經(jīng)驗，我國構(gòu)建了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CTCS-3級列控系統(tǒng)標準。

3 CTC/TDCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

TDCS采用單網(wǎng)結(jié)構(gòu)而CTC采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)國外研究數(shù)據(jù)表明，不論是采用單網(wǎng)還是雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其在運行過程中發(fā)生局部網(wǎng)絡(luò)癱瘓幾率是一樣的。下面我們介紹下CTC網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)配置。

TDCS 車站信息采集系統(tǒng)主要由鐵路總公司調(diào)度指揮中心、鐵路局調(diào)度指揮中心、車站信息采集系統(tǒng)三大部分組成。其主要由電源設(shè)備、信息采集及處理設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、顯示設(shè)備等組成。

CTC設(shè)備網(wǎng)絡(luò)主要由調(diào)度中心局域網(wǎng)、系統(tǒng)廣域網(wǎng)及車站局域網(wǎng)三部分組成。其中，系統(tǒng)廣域網(wǎng)由調(diào)度中心與車站之間及車站與車站間，調(diào)度中心與調(diào)度中心間的廣域網(wǎng)組成。CTC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為調(diào)度中心和車站兩層，車站只接收本調(diào)度中心控制。CTC廣域網(wǎng)由路由器、協(xié)議轉(zhuǎn)化器等網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和傳輸通道構(gòu)成，傳輸通道應(yīng)采用迂回、環(huán)狀、冗余等方式，并盡可能采用具有自愈功能的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)廣域網(wǎng)的可靠性。站間廣域網(wǎng)采用環(huán)形通道時，每8～15個車站應(yīng)有一條通道返回調(diào)度中心。CTC的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本構(gòu)成如下，在每個車站有兩臺路由器，每個車站之間都采用光纖作為通信的傳輸媒介，采用E1接口（2M帶寬）再通過部分中間轉(zhuǎn)換設(shè)備將其轉(zhuǎn)換為V.35協(xié)議的數(shù)字接口，在連接路由器。換句話說就是每兩個站之間都采用兩條2M的通道相連。這樣將一部分車站或全部車站連接成串行，再從其中的一部分車站以相同的方式連回局調(diào)度中心，組成幾個環(huán)，局中心的兩臺路由器再通過兩個集線器將其局域網(wǎng)口相連，目的是為了增加其冗余通道的數(shù)量。鐵路局調(diào)度中心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備除了路由器外還有四臺并行連接的防火墻及兩臺交換機。其交換機進行局域網(wǎng)的通信，如果需要訪問其他網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)包便會先通過防火墻，然后通過路由器傳輸?shù)杰囌緩V域網(wǎng)上，再通過車站廣域網(wǎng)傳輸?shù)骄唧w車站的相應(yīng)設(shè)備。

CTC與TDCS網(wǎng)絡(luò)不同的是：車站為雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，每個車站有兩臺路由器和兩臺交換機組成車站網(wǎng)絡(luò)，而且每臺路由器都有兩個以太網(wǎng)口，與兩臺交換機交叉相連，每臺路由器再通過E1鏈路與相鄰的車站相連。在CTC網(wǎng)絡(luò)中與TDCS不同的在于車站我們采用的是雙星形以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，每臺主機或者終端通過兩條雙絞線分別連接到車站兩臺交換機上，再通過百兆鏈路將交換機兩臺路由器交叉相連。如果訪問外部網(wǎng)絡(luò)通過交換機將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)铰酚善?，再由路由器通過通信設(shè)備傳出。各設(shè)備與交換機之間的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，采用高可靠的雙絞線連接器，提高了網(wǎng)段的可靠性和抗干擾能力，由于系統(tǒng)采用了雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所以任一節(jié)點的1個網(wǎng)卡故障時，都不會影響系統(tǒng)的正常運行，采用兩臺獨立的交換機，分別連接各分機各節(jié)點的每個網(wǎng)絡(luò)端口，使得1臺集線器或路由器等故障時，不影響網(wǎng)絡(luò)傳輸。而且交換機的每個端口都有網(wǎng)絡(luò)隔離功能。endprint

TDCS（CTC）網(wǎng)絡(luò)連接方式普遍采用一對E1通道（帶寬為2Mbps），在通信機械室至信號機械室之間采用同軸電纜連接，在兩個通信站之間采用光纜連接，每條2M通道采用一對同軸電纜（即一收一發(fā)）接入?yún)f(xié)議轉(zhuǎn)換器（一般采用E1協(xié)議），再由協(xié)議轉(zhuǎn)換器將E1協(xié)議轉(zhuǎn)換為V.35協(xié)議接入路由器。如下圖：

4 CTC/TDCS系統(tǒng)易發(fā)故障介紹

4.1 CTC/TDCS系統(tǒng)地線干擾問題

在進行CTC/TDCS系統(tǒng)維護管理工作時，發(fā)現(xiàn)計算機機房地線干擾現(xiàn)象普遍存在，常引發(fā)通信傳輸通道嚴重丟包，導(dǎo)致系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行。通過檢查，通信傳輸通道采用的是同軸電纜，它由外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體組成，在內(nèi)外導(dǎo)體之間有絕緣材料為填充料，外導(dǎo)體通常是由銅絲編制而成的網(wǎng)，他對外界電磁干擾具有良好的屏蔽作用，使內(nèi)導(dǎo)體處于外導(dǎo)體的嚴密防護下，因此，同軸電纜自身具有較好的抗干擾能力，通過現(xiàn)場測試，可以排除同軸電纜質(zhì)量差或施工工藝問題導(dǎo)致線纜屏蔽不良的可能。根據(jù)現(xiàn)場維護人員通常采用甩開地線的方法來處理傳輸通道丟包故障的經(jīng)驗分析，造成通道干擾的主要原因是地線干擾。

消除地線干擾一般可采用以下三種方法：（1）將機房內(nèi)內(nèi)的信號線和電源線分開鋪設(shè)，并采用相應(yīng)的屏蔽措施，避免電源線路上有過電壓、過電流或雷擊等情況下發(fā)生時通過電磁輻射形成的干擾。（2）通信傳輸設(shè)備與CTC/TDCS設(shè)備共地，使之不能形成環(huán)路。（3）采取一端浮地的方法，也就是目前現(xiàn)場維護人員通常采用的“甩”地線。

4.2 CTC/TDCS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安全隱患及解決方案

從現(xiàn)場使用情況看， CTC/TDCS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障經(jīng)常發(fā)生在協(xié)議轉(zhuǎn)換器與光接入設(shè)備間。經(jīng)過以上分析，現(xiàn)在采用的接入方法有兩點不足：1）部分站通信機械室與信號機械室地電位不同，影響通道穩(wěn)定性，在路由器與機柜間需要加裝隔離設(shè)備。2）電磁兼容性缺陷。當遭到雷擊時，雷電通過同軸電纜將超高伏電壓引入信號設(shè)備。將會燒毀多個聯(lián)鎖機與CTC連接的光電隔離設(shè)備。

4.3 CTC/TDCS通道網(wǎng)絡(luò)誤碼

TDCS（CTC）系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生通道不暢的問題，其中協(xié)議轉(zhuǎn)換器故障最多，經(jīng)過現(xiàn)場測分析發(fā)現(xiàn)當同軸電纜受到強電流干擾后，由于電磁輻射的原因，在同軸線纜中就會產(chǎn)生大量誤碼，從而導(dǎo)致信息重復(fù)發(fā)送?；蛘呤峭S電纜兩端設(shè)備不共地，兩者接地電壓差大到一定程度時，就會引起嚴重誤碼，嚴重的甚至會燒壞協(xié)議轉(zhuǎn)換器，這也是協(xié)議轉(zhuǎn)換器經(jīng)常損壞的根本原因。

4.4 其他的案例分析

2008年8月28日，大同樞紐地區(qū)在同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)路中相鄰的大西一場、房子村及小站三個車站，車站值班員同時反映：TDCS設(shè)備不能錄入車次和收不到調(diào)度命令。測試上述各站通道誤碼均超過50%，經(jīng)鐵通逐站排除，最后確認為小站對房子村方向的一個協(xié)議轉(zhuǎn)換器故障，協(xié)議轉(zhuǎn)換器類型為CONV-1035U，更換后修復(fù)。

4.5 針對病毒和網(wǎng)絡(luò)攻擊造成的影響

對于病毒需要做好以下應(yīng)對措施：（1）重新新配置服務(wù)器，用于管理局域網(wǎng)內(nèi)以及基層網(wǎng)中各計算、作站的防毒、殺毒和升級工作，安裝網(wǎng)絡(luò)版殺毒軟件和防火墻。（2）局域網(wǎng)算機內(nèi)存相應(yīng)改造，以滿足防病毒軟件運行的基礎(chǔ)硬件條件。（3）TDCS/CTC維中心安排專職技術(shù)人員，定期從指定的網(wǎng)站或服務(wù)器上下載防病毒升級軟件和操系統(tǒng)補丁，并結(jié)合年度TDCS/CTC設(shè)備集中檢查指導(dǎo)計劃開展相應(yīng)的維護工作，保各站TDCS/CTC設(shè)備正常運行，一般安排在春檢、秋檢活動中進行。（4）做好統(tǒng)軟件的備份，包括每個車站的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)作為光盤備份，每站數(shù)據(jù)和系統(tǒng)作移動硬盤備.TDCS/CTC維護中心管理的各個工作站及維護臺、前置機等也做類似的備份。（5）要求各車間安排負責TDCS/CTC人員，封堵車站端機上的I/O接口，如光驅(qū)、軟驅(qū)、USB插口等并在主板BIOS里修改相應(yīng)項屏蔽端口，杜絕在車站終端機及網(wǎng)內(nèi)計算機上進行與業(yè)務(wù)無關(guān)的作業(yè)內(nèi)容。（6）理非法接入局域網(wǎng)的計算機，查清有無一機多網(wǎng)的可能，并對非接入計算機進行屏蔽。采取以上應(yīng)急措施后，TDCS/CTC網(wǎng)絡(luò)安全得到了很大的提高，使操作系統(tǒng)及各應(yīng)用軟件在一個相對安全的環(huán)境中工作，從而保證了DCS/CTC的正常工作。

應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)攻擊需要做好應(yīng)對措施：CTC和CTCS直接涉及行車安全，必須自成系，單獨組網(wǎng)，獨立運行，嚴禁與其他系統(tǒng)直接聯(lián)網(wǎng)。聯(lián)網(wǎng)時應(yīng)采取物理離方式，與其他信息系統(tǒng)連接，采用專用的接口及協(xié)議，并在嚴格可控的條件下行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有防火墻、入侵監(jiān)測、病毒防護、身份認證等安全設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)中各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用統(tǒng)一時鐘并自動校核.系統(tǒng)還應(yīng)具備雙套冗余，局部故障不得影響整個統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)備故障時，不影響車站聯(lián)鎖設(shè)備和區(qū)間閉塞設(shè)備的正常工作，不應(yīng)導(dǎo)車站聯(lián)鎖設(shè)備和區(qū)間閉塞設(shè)備的錯誤動作。

5 結(jié)束語

文章對CTC/TDCS系統(tǒng)的組成原理及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行了介紹，并對CTC/TDCS系統(tǒng)易發(fā)故障及解決措施進行了闡述，并對CTC/TDCS車站子系統(tǒng)設(shè)備日常養(yǎng)護作業(yè)進行了說明。

參考文獻

[1]馮皓.探討TDCS的發(fā)展[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2008（2）.endprint