鐵路光纖通信系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)度業(yè)務(wù)接口設(shè)計(jì)

回麗維

摘 要：在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中鐵路運(yùn)輸，發(fā)揮著非常重要的作用，為了保障鐵路運(yùn)輸?shù)捻樌M(jìn)行，必須使用鐵路專用通信，并且保障鐵路專用通信的質(zhì)量和效率，從而保障鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩退俣?。作為鐵路區(qū)段通信的一個(gè)重要組成部分，鐵路區(qū)間數(shù)字調(diào)度通信的主要作用是對(duì)指揮區(qū)間內(nèi)，各車站值班員之間的列車調(diào)度業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)度。本文簡(jiǎn)要探討了鐵路光纖通信系統(tǒng)及其組網(wǎng)方式，并對(duì)數(shù)字調(diào)度業(yè)務(wù)接口進(jìn)行了設(shè)計(jì)，供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字調(diào)度業(yè)務(wù)接口；設(shè)計(jì)；鐵路光纖通信系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： U285.16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）25-187-2

0 引言

鐵路各相關(guān)業(yè)務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)都需要通過(guò)通信系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行信息交換，因此通信系統(tǒng)是主要的承載平臺(tái)和通道。鐵路各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用本身就具有一定的特殊性，各供應(yīng)商提供的接口類型多樣，技術(shù)發(fā)展過(guò)程復(fù)雜，導(dǎo)致通信系統(tǒng)的各個(gè)接口都存在比較復(fù)雜的配合，數(shù)字調(diào)度業(yè)務(wù)接口也是如此。為了維護(hù)和使用的便利性，必須對(duì)鐵路光纖通信系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)度業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)地設(shè)計(jì)。

1 鐵路光纖通信系統(tǒng)

從20世紀(jì)90年代末開(kāi)始，我國(guó)鐵路系統(tǒng)開(kāi)始將大規(guī)模集成電路芯片作為主要元器件，積極運(yùn)用計(jì)算機(jī)通信技術(shù)和數(shù)字程控交換技術(shù)，當(dāng)前我國(guó)的傳輸線路已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了光纖通信。光纖通信的優(yōu)點(diǎn)在于具有較強(qiáng)的抗干擾能力、中繼距離長(zhǎng)、重量輕、衰減小、通信容量大，而且具有良好的耐腐蝕性，原材料來(lái)源豐富，因此在鐵路專用通信中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。鐵路區(qū)間數(shù)字調(diào)度通信隸屬于鐵路區(qū)段通信，其主要任務(wù)是對(duì)指揮區(qū)間內(nèi)車站值班員的列車調(diào)度業(yè)務(wù)進(jìn)行指揮，包括無(wú)線列車調(diào)度、列車牽引調(diào)度、貨運(yùn)調(diào)度和行車調(diào)度等。鐵路區(qū)間光纖通信系統(tǒng)的組網(wǎng)采取單向環(huán)形形式，使用一對(duì)光纖來(lái)連接兩個(gè)站段，單光纖通信主要通過(guò)T型光纖鏈路連接。

2 鐵路光纖通信系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)度業(yè)務(wù)接口設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)字調(diào)度業(yè)務(wù)接口的整體方案

以協(xié)議分層結(jié)構(gòu)、ISDN用戶-網(wǎng)絡(luò)接口參考配置為依據(jù)，對(duì)ISDN用戶-網(wǎng)絡(luò)接口參考配置中的網(wǎng)絡(luò)終端部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，終端和網(wǎng)絡(luò)的分界點(diǎn)為U參考點(diǎn)，從而使ISDN U接口得到實(shí)現(xiàn)。如果使用終端設(shè)備對(duì)調(diào)度電話進(jìn)行呼叫，那么通過(guò)485總線，MCU就會(huì)向數(shù)字調(diào)度業(yè)務(wù)接口板發(fā)送控制信令，再由接口板向D通道發(fā)送控制信令。區(qū)間通話柱的終端設(shè)備數(shù)據(jù)主要由CPLD接收，并向接口板發(fā)送，組成B通路。兩組通路會(huì)通過(guò)接口板進(jìn)行復(fù)用，從而組成2B+D數(shù)據(jù)，區(qū)間數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的交換設(shè)備會(huì)通過(guò)雙絞線來(lái)接收2B+D數(shù)據(jù)。以接口類型為依據(jù)，對(duì)數(shù)字調(diào)度業(yè)務(wù)的接口板基本功能進(jìn)行劃分，可以將其分為U接口模塊、B通路語(yǔ)音信號(hào)收發(fā)模塊、D通路信息收發(fā)模塊3個(gè)部分[2]。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 D通路信息收發(fā)模塊的硬件設(shè)計(jì)

D通路信息收發(fā)模塊主要包括外圍電路、HDLC協(xié)議控制器、單片機(jī)3個(gè)部分，單片機(jī)的作用在于產(chǎn)生和接收網(wǎng)絡(luò)層的消息，協(xié)議控制器的作用在于對(duì)消息進(jìn)行打包和解包。

本設(shè)計(jì)中的程序量并不大，因此只需實(shí)現(xiàn)基本的呼叫控制程序，主要使用89S52單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其具有對(duì)網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行消息組裝的功能，并能夠控制其他芯片，具有較低的能耗和良好的性能。該芯片內(nèi)具有時(shí)鐘電路、片內(nèi)晶振、看門狗定時(shí)器、全雙工串口通信、數(shù)據(jù)指針、I/O線、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷源、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等。在選擇HDLC協(xié)議控制器時(shí)要對(duì)成本和芯片的專業(yè)性能進(jìn)行考慮，因此本文選擇了HDLC協(xié)議控制器MT8952，其具有面向比特位的協(xié)議結(jié)構(gòu)，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)的發(fā)送和接收。能夠?qū)ψ哉{(diào)度業(yè)務(wù)接口板的第二層數(shù)據(jù)鏈路層功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)[3]。

2.2.2 B通路語(yǔ)音信號(hào)收發(fā)模塊的硬件設(shè)計(jì)

兩路數(shù)據(jù)信息的接收和發(fā)送主要通過(guò)B通路語(yǔ)音信號(hào)發(fā)送接收模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，并在語(yǔ)音編解碼芯片中完成語(yǔ)音信號(hào)的編解碼。該模塊中主要包括語(yǔ)音編解碼芯片、CPLD與外圍芯片電路兩個(gè)主要部分。在本次設(shè)計(jì)中，語(yǔ)音編解碼芯片選擇的是MC145481，其能夠支持多種時(shí)鐘模式，本設(shè)計(jì)中選擇的是IDL操作模式。MC14548的優(yōu)點(diǎn)在于功率低、價(jià)格低廉，而且能夠滿足設(shè)計(jì)需求。通過(guò)語(yǔ)音編碼芯片，對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行抽樣編碼，再向CPLD芯片發(fā)送，再由CPLD芯片向ST-BUS的指定時(shí)隙按位發(fā)送語(yǔ)音數(shù)據(jù)。

2.2.3 CPLD與外圍芯片電路設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)中CPLD主要包括兩部分功能，第一部分功能是要在ST-BUS總線指定時(shí)隙中對(duì)兩路語(yǔ)音信號(hào)的插入和分離進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，第二部分功能是將同步信號(hào)FOi提供給MT8952，并且對(duì)U接口芯片MC145572的控制功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。因此本文選擇了EPM240T100C5N作為外圍芯片電路。

2.2.4 U接口模塊的硬件設(shè)計(jì)

該模塊包括外圍電路和U接口芯片，其主要作用是對(duì)U接口上的2B1Q編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和譯碼解頓，并將其發(fā)送至ST-BUS。該模塊還要負(fù)責(zé)組裝串行總線上的2B+D數(shù)據(jù)，再將其轉(zhuǎn)換為U接口上的2B1Q碼，向ISDN交換機(jī)發(fā)送。本著實(shí)用和節(jié)約的原則，本文選擇的U接口模塊的主要芯片是MC145572，其具有熱啟動(dòng)能力，能夠支持從屬和主控兩種時(shí)序模式，并對(duì)2B+D時(shí)隙插入的時(shí)隙分配器進(jìn)行改變。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

鐵路光纖通信系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)度業(yè)務(wù)接口板的軟件設(shè)計(jì)共有4個(gè)主要流程，首先要對(duì)各協(xié)議層的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，其次要設(shè)計(jì)TEI管理控制軟件，再次要設(shè)計(jì)電路交換呼叫控制協(xié)議軟件，最后對(duì)發(fā)送和接收B信道信息的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)MCU的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)電路呼叫控制協(xié)議和各協(xié)議層的功能，其與接收和發(fā)送B信道信息的功能相互獨(dú)立。

軟件設(shè)計(jì)中為了保障系統(tǒng)軟件的可維護(hù)性、可移植性和可靠性，在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該對(duì)其功能進(jìn)行合理的劃分，盡可能減小各模塊之間的關(guān)聯(lián)。同時(shí)盡量詳細(xì)地設(shè)置常量變量、子程序參數(shù)和各模塊的功能，提高軟件的可維護(hù)性。可以使用數(shù)字調(diào)度業(yè)務(wù)接口對(duì)ISDN數(shù)字程控交換機(jī)進(jìn)行模擬，而且準(zhǔn)備好接口板改裝，提高軟件的可擴(kuò)充性。

2.3.1 設(shè)計(jì)各協(xié)議層軟件

各協(xié)議層軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)該使物理層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層的功能得以實(shí)現(xiàn)。物理層的功能包括，傳輸功能、激活功能和去激活功能，其應(yīng)該保障U接口的全雙工通信，并具有狀態(tài)指示和維護(hù)功能。物理層的軟件設(shè)計(jì)可以使用U接口芯片MC145572，并使用AT89S52對(duì)MC145572寄存器操作，主要有以下幾個(gè)程序：芯片初始化程序、激活和去激活操作程序、中斷程序。網(wǎng)絡(luò)層功能和數(shù)據(jù)鏈路層功能都是對(duì)D通路信息進(jìn)行處理，因此二者的協(xié)議可以統(tǒng)稱為D通路協(xié)議?？梢栽O(shè)置緩沖區(qū)來(lái)促進(jìn)第三層網(wǎng)絡(luò)層和第二層數(shù)據(jù)鏈路層之間的信息交互，系統(tǒng)中沒(méi)有設(shè)計(jì)外接RAM，因此可以在MCU的ROM中存儲(chǔ)需要發(fā)送的信息。將部分必需的信息單元和公共部分信息，按照相應(yīng)的格式組裝成為數(shù)據(jù)段，然后在ROM中進(jìn)行存儲(chǔ)，發(fā)送到數(shù)據(jù)鏈路層，再由數(shù)據(jù)鏈路層，將其打包并繼續(xù)發(fā)送。本系統(tǒng)中主要是在處理器MCU、HDLC協(xié)議控制器MT8952中實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層的基本功能。

2.3.2 數(shù)據(jù)鏈路層TEI分配管理進(jìn)程軟件設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)終端和線路終端先要進(jìn)行TEI分配管理進(jìn)程，使用戶能夠獲得TEI值，當(dāng)TEI沒(méi)有分配時(shí)，則不能對(duì)第三層信息進(jìn)行傳送。智能網(wǎng)絡(luò)終端KMNT1+需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)TEI值進(jìn)行分配，因此先要進(jìn)行TEI分配管理進(jìn)程才能進(jìn)行呼叫。在本系統(tǒng)中使用智能網(wǎng)絡(luò)終端KMNT1+作為用戶側(cè)網(wǎng)絡(luò)終端，先激活U接口收發(fā)器，然后再對(duì)管理進(jìn)程進(jìn)行分配。

2.3.3 設(shè)計(jì)電路呼叫控制軟件

電路呼叫控制中不包括ISDN交換機(jī)，主要是通過(guò)線路終端來(lái)的交換機(jī)進(jìn)行模擬。先由LT發(fā)起呼叫，發(fā)送SETUP消息請(qǐng)求呼叫，再由NT對(duì)信息進(jìn)行接收并回復(fù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文從鐵路光纖通信系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)度業(yè)務(wù)接口的整體軟件開(kāi)發(fā)入手，對(duì)其硬件和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要地介紹，針對(duì)鐵路光纖通信系統(tǒng)和鐵路數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)，對(duì)二者之間的通信進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。在硬件和軟件的選擇方面主要選擇符合本，設(shè)計(jì)實(shí)際需求、成本相對(duì)低廉的硬件產(chǎn)品，保障接口電路性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。在軟件設(shè)計(jì)中立足于D通路和2B通路的區(qū)別，并進(jìn)行了分別設(shè)計(jì)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 陳家斌.當(dāng)前鐵路通信如何適應(yīng)高速發(fā)展鐵路的要求[J].科技資訊，2010（06）.

[2] 袁媛.鐵路通信系統(tǒng)移動(dòng)通信應(yīng)用模塊的優(yōu)化[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（35）.

[3] 魏偉.接入網(wǎng)技術(shù)在鐵路通信中的應(yīng)用探討[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013（02）.