應(yīng)答器報(bào)文實(shí)時(shí)組幀技術(shù)的研究

孟令韜 張新明 管偉軍 于健潔

孟令韜:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所 副研究員 100081 北京

張新明:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所 副研究員 100081 北京

管偉軍:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所 助理研究員 100081 北京

于健潔:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所 助理研究員 100081 北京

CTCS-2級(jí)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是基于點(diǎn)式應(yīng)答器、軌道電路傳輸列車運(yùn)行控制信息的點(diǎn)-連式ATP系統(tǒng)。列控中心是構(gòu)成CTCS-2級(jí)系統(tǒng)的重要組成部分，控制車站和區(qū)間軌道電路發(fā)碼并通過(guò)軌旁電子單元(LEU)控制有源應(yīng)答器，實(shí)現(xiàn)列車控制信息的連續(xù)傳輸。

列控中心給LEU發(fā)送的信息必須采用報(bào)文的形式，這些報(bào)文是用符合一定規(guī)范的初始用戶數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)信道編碼算法產(chǎn)生的。對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行信道編碼的目的，是提高應(yīng)答器與車載設(shè)備間無(wú)線信道傳輸?shù)陌踩浴?/p>

1 應(yīng)答器報(bào)文預(yù)先存儲(chǔ)方式的限制

在既有線提速及早期的客專方案中，列控中心發(fā)送給有源應(yīng)答器的報(bào)文采用預(yù)先存儲(chǔ)的方式。列控中心從車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，獲取車站接發(fā)車進(jìn)路信息，從CTC車站分機(jī)系統(tǒng)獲取臨時(shí)限速命令，根據(jù)臨時(shí)限速區(qū)段位置、限速等級(jí)，選擇預(yù)先存儲(chǔ)在列控中心中的應(yīng)答器報(bào)文，通過(guò)通信接口傳送給控制該應(yīng)答器的軌旁電子單元(LEU)，為列車提供運(yùn)行前方的進(jìn)路信息及限速信息。但采用應(yīng)答器報(bào)文預(yù)先存儲(chǔ)的方式有如下缺陷:

1．受列控中心存儲(chǔ)容量的限制，一個(gè)應(yīng)答器管轄范圍內(nèi)只允許設(shè)置一處臨時(shí)限速。在實(shí)際運(yùn)用中不能滿足運(yùn)營(yíng)維護(hù)的需求。

2．受列控中心存儲(chǔ)容量的限制，不能實(shí)現(xiàn)限速起點(diǎn)、限速終點(diǎn)、限速值的任意設(shè)置。

3．為了挑選出有效報(bào)文，列控中心在計(jì)算臨時(shí)限速起點(diǎn)和長(zhǎng)度時(shí)，必須按照一定的規(guī)則進(jìn)行調(diào)整，這樣就把實(shí)際的限速區(qū)域進(jìn)行了擴(kuò)大，影響了列車的運(yùn)營(yíng)效率。

為了滿足運(yùn)營(yíng)維護(hù)的需求和提高列車運(yùn)營(yíng)效率，用于CTCS-2級(jí)和CTCS-3級(jí)列控中心的應(yīng)答器報(bào)文實(shí)時(shí)組幀技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)。

2 應(yīng)答器報(bào)文實(shí)時(shí)組幀總體方案

用于CTCS-2級(jí)和CTCS-3級(jí)列控中心的應(yīng)答器報(bào)文實(shí)時(shí)組幀技術(shù)，引入了獨(dú)立的編碼運(yùn)算單元。首先，CPU單元根據(jù)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的進(jìn)路信息選擇預(yù)先存儲(chǔ)的830位報(bào)文模板，再根據(jù)CTC/TSRS系統(tǒng)下達(dá)的臨時(shí)限速命令生成830位數(shù)據(jù)包，通過(guò)安全數(shù)據(jù)交換區(qū)，發(fā)送給編碼單元;編碼單元經(jīng)過(guò)FFFIS編碼運(yùn)算，生成最終的應(yīng)答器報(bào)文。另外，編碼單元生成應(yīng)答器報(bào)文后，還需對(duì)應(yīng)答器報(bào)文進(jìn)行解碼運(yùn)算，還原出830位用戶數(shù)據(jù)包，最后經(jīng)安全數(shù)據(jù)交換區(qū)，把應(yīng)答器報(bào)文和用戶數(shù)據(jù)包同時(shí)發(fā)送給CPU單元，由CPU單元把接收到的830位數(shù)據(jù)包與發(fā)送給編碼單元的830位數(shù)據(jù)包進(jìn)行比較，形成應(yīng)答器報(bào)文實(shí)時(shí)組幀的閉環(huán)控制。

采用應(yīng)答器報(bào)文實(shí)時(shí)組幀技術(shù)后，解決了一個(gè)應(yīng)答器管轄范圍設(shè)置多處限速的需求;實(shí)現(xiàn)了臨時(shí)限速起點(diǎn)、臨時(shí)限速終點(diǎn)和限速值的任意設(shè)置，為運(yùn)營(yíng)維護(hù)和提高運(yùn)營(yíng)效率起到了很好的技術(shù)支撐。

3 應(yīng)答器報(bào)文實(shí)時(shí)組幀實(shí)現(xiàn)方法

3.1 應(yīng)答器報(bào)文用戶數(shù)據(jù)的生成

用戶數(shù)據(jù)的生成，采用預(yù)先存儲(chǔ)830位報(bào)文模板的方法。830位報(bào)文模板的生成依據(jù)為應(yīng)答器用戶數(shù)據(jù)表，其內(nèi)容包括:幀標(biāo)志、鏈接包ETCS-5、坡度包ETCS-21、線路速度包ETCS-27、軌道區(qū)段包CTCS-1、臨時(shí)限速包CTCS-2和絕對(duì)停車包CTCS-5等。其中，幀標(biāo)志、鏈接包、坡度包、線路速度包、軌道區(qū)段包和絕對(duì)停車包與具體進(jìn)路對(duì)應(yīng)，報(bào)文模板生成后固定不變。CPU選擇報(bào)文模板時(shí)，必須驗(yàn)證報(bào)文模板中附帶的校驗(yàn)字，只有校驗(yàn)字有效，才認(rèn)為是合法的報(bào)文模板。

每個(gè)CPU單元根據(jù)來(lái)自于聯(lián)鎖系統(tǒng)的進(jìn)路信息，選擇對(duì)應(yīng)的830位進(jìn)路報(bào)文模板，根據(jù)來(lái)自于CTC系統(tǒng)或臨時(shí)限速服務(wù)器的臨時(shí)限速信息，更改報(bào)文模板中臨時(shí)限速包中的限速有效長(zhǎng)度、限速區(qū)起點(diǎn)、限速區(qū)長(zhǎng)度、限速級(jí)別和限速數(shù)目，生成830位用戶數(shù)據(jù)。

為了防止系統(tǒng)的同模和異模干擾破壞報(bào)文模板，每個(gè)CPU分別在不同的物理地址上存儲(chǔ)2份數(shù)據(jù)相異的830位報(bào)文模板數(shù)據(jù)，并在每個(gè)軟件的處理周期對(duì)這2份數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷檢查，監(jiān)測(cè)到不一致時(shí)，系統(tǒng)做導(dǎo)向安全側(cè)處理。

3.2 列控中心CPU與編碼單元的數(shù)據(jù)交換

CPU單元與編碼單元之間通過(guò)雙口RAM進(jìn)行雙向安全數(shù)據(jù)通信。CPU單元把根據(jù)報(bào)文模板生成的用戶數(shù)據(jù)傳送給編碼單元。編碼單元按照FFFIS編碼規(guī)則進(jìn)行編碼運(yùn)算，生成對(duì)應(yīng)的1023位應(yīng)答器報(bào)文，編碼完成后再按照FFFIS規(guī)則進(jìn)行解碼，還原成830位數(shù)據(jù)包，編碼單元把1023位應(yīng)答器報(bào)文和還原后的830位數(shù)據(jù)包，同時(shí)返回給CPU單元。CPU單元將收到的還原后的830位數(shù)據(jù)包，與發(fā)送給編碼單元的830位數(shù)據(jù)包進(jìn)行比對(duì)，比較不一致認(rèn)為報(bào)文非法，在下一個(gè)周期再重新進(jìn)行編碼計(jì)算。CPU單元與編碼單元間數(shù)據(jù)流如圖1所示。

圖1 CPU單元與編碼單元數(shù)據(jù)流圖

圖2 應(yīng)答器報(bào)文編碼功能算法流程

3.3 應(yīng)答器報(bào)文編碼單元的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

編碼單元根據(jù)FFFIS規(guī)則對(duì)接收到的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)組幀。根據(jù)歐標(biāo)Subset-036，理論上存在某些用戶數(shù)據(jù)不能被成功編碼轉(zhuǎn)換成報(bào)文的可能，雖然這種可能性非常低(對(duì)于隨機(jī)數(shù)據(jù)小于10－100);此外某些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成報(bào)文的運(yùn)算時(shí)間較長(zhǎng)也會(huì)影響實(shí)時(shí)性。為了防止以上2種情況，在應(yīng)答器報(bào)文實(shí)時(shí)組幀過(guò)程中引入計(jì)時(shí)器，并在編碼過(guò)程的主循環(huán)開(kāi)始時(shí)進(jìn)行時(shí)間登記，在新循環(huán)開(kāi)始前，對(duì)當(dāng)前編碼過(guò)程的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行判斷，如果超過(guò)預(yù)定義時(shí)限，則終止編碼程序并向CPU單元返回超時(shí)標(biāo)志，CPU系統(tǒng)重新調(diào)整用戶數(shù)據(jù)。圖2是應(yīng)答器報(bào)文編碼功能的算法流程。

4 總結(jié)

應(yīng)答器報(bào)文實(shí)時(shí)組幀技術(shù)中采用預(yù)存830報(bào)文模板的方法，減少了CPU單元的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，提高了CPU單元的效率;列控中心單系2個(gè)編碼板進(jìn)行獨(dú)立編碼運(yùn)算，編碼與解碼相結(jié)合，通過(guò)CPU單元對(duì)830位用戶數(shù)據(jù)的比較，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)答器報(bào)文實(shí)時(shí)組幀的閉環(huán)控制。單系的2個(gè)CPU報(bào)文比較一致后，再按照標(biāo)準(zhǔn)的列控中心與LEU的安全通信協(xié)議，把應(yīng)答器報(bào)文發(fā)送給相應(yīng)的LEU，保證了應(yīng)答器報(bào)文的正確。

應(yīng)答器報(bào)文采用應(yīng)答器報(bào)文實(shí)時(shí)組幀后，解決了列控中心報(bào)文存儲(chǔ)容量的限制，實(shí)現(xiàn)了臨時(shí)限速的任意下達(dá)，解決了調(diào)度運(yùn)營(yíng)管理中存在的瓶頸，提高了鐵路運(yùn)輸?shù)男省?/p>

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部．應(yīng)答器報(bào)文定義及編碼規(guī)則［S］．2005．

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部．CTCS-2級(jí)技術(shù)條件［S］．2004．