淺談大連地鐵二號(hào)線DCS系統(tǒng)

王鋒

【摘 要】本文詳細(xì)介紹了大連地鐵二號(hào)線DCS系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理、功能和特點(diǎn)，并分析了系統(tǒng)的部分設(shè)計(jì)難題。

【關(guān)鍵詞】CBTC；DCS；數(shù)據(jù)通信

0 概述

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)稱DCS系統(tǒng)，是一個(gè)寬帶通信系統(tǒng)，作為大連地鐵CBTC系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，為系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信提供了快速、可靠、安全的數(shù)據(jù)交換通道。由浙江眾合機(jī)電股份有限公司研發(fā)的DCS系統(tǒng)，于2015年正式在大連地鐵二號(hào)線投入使用，充分發(fā)揮其大容量的雙向數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)，有效的降低了行車間隔，提高乘坐舒適度。

數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)基于開放的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，有線通信部分采用IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，無線通信部分采用先進(jìn)的WLAN技術(shù)——IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)，最大程度地采用成熟設(shè)備。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

DCS的網(wǎng)絡(luò)分成骨干網(wǎng)絡(luò)、軌旁數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)、車地雙向通信網(wǎng)絡(luò)和車載數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。

DCS系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中，采用行業(yè)運(yùn)用廣泛的相關(guān)設(shè)備與技術(shù)，以確保CBTC各子系統(tǒng)間高效、安全可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，它可根據(jù)CBTC系統(tǒng)應(yīng)用要求允許/限制任何與之相連設(shè)備之間互相通信。同時(shí)，合理、有效地部署終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以保障所有單點(diǎn)故障和部分多點(diǎn)故障對(duì)列車運(yùn)行不產(chǎn)生影響。

根據(jù)CBTC信號(hào)系統(tǒng)信息傳送的高可靠性要求，整個(gè)DCS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)均采用雙網(wǎng)并行的設(shè)計(jì)理念，DCS系統(tǒng)由A網(wǎng)和B網(wǎng)兩張完全獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成，由獨(dú)立的硬件系統(tǒng)、獨(dú)立的有線通道、獨(dú)立的無線信道分別組網(wǎng)，A、B雙網(wǎng)完全獨(dú)立運(yùn)行，同時(shí)工作。信號(hào)系統(tǒng)相關(guān)的控制信息，通過A、B兩張網(wǎng)同時(shí)傳送

1.1 軌旁骨干網(wǎng)絡(luò)

軌旁骨干網(wǎng)絡(luò)全線設(shè)置3個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)，配置骨干交換機(jī)之間構(gòu)成RPR環(huán)網(wǎng)。軌旁骨干網(wǎng)絡(luò)主要用于連接各軌旁數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，自身具備高冗余、高帶寬、高可靠性等特點(diǎn)。接入交換機(jī)通過光纖互聯(lián)方式接入骨干交換機(jī)。

在大連地鐵二號(hào)線，選擇控制中心和部分設(shè)備集中站作為設(shè)備匯聚結(jié)點(diǎn)，每個(gè)匯聚結(jié)點(diǎn)各部署2臺(tái)骨干交換機(jī)作為匯聚結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，傳輸環(huán)采用了RPR技術(shù)。

軌旁的終端設(shè)備通過接入交換機(jī)連接到骨干交換機(jī)上。DCS軌旁數(shù)據(jù)通信網(wǎng)為以下設(shè)備提供10/100Mbps的通信接入：控制中心設(shè)備；車輛段設(shè)備；區(qū)域控制器ZC；聯(lián)鎖和其他軌旁需要接入DCS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備；軌旁無線AP等。

軌旁網(wǎng)絡(luò)采用骨干環(huán)網(wǎng)下掛接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，本地設(shè)備通過接入交換機(jī)連接到骨干交換機(jī)上。

1.2 軌旁數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)

軌旁數(shù)據(jù)通信網(wǎng)由電口交換機(jī)（信號(hào)設(shè)備接入交換機(jī)）和光口交換機(jī)（軌旁AP接入交換機(jī)）組成，提供各軌旁子系統(tǒng)（ZC、MicroLok、 ATS等）和軌旁設(shè)備（軌旁AP等）接入數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)的接口，交換機(jī)的端口及數(shù)量配置滿足設(shè)備接入數(shù)量的需要。

1.3 車載數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分別由車頭及車尾駕駛室網(wǎng)絡(luò)部分組成。其中車頭和車尾駕駛室網(wǎng)絡(luò)分別由車載無線網(wǎng)絡(luò)單元、車載天線、車載網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和車載ATP/ATO系統(tǒng)設(shè)備組成。每列車上安裝有兩套MR，分別位于列車的兩端。車載MR用于在車載設(shè)備和軌旁設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)。所有列車收發(fā)的數(shù)據(jù)都通過在列車兩端的MR傳輸，提供連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸冗余。車載ATP和ATO系統(tǒng)通過兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)連接到MR。一個(gè)車載控制器（CC）安裝在列車的一端，包括一個(gè) ATP系統(tǒng)和ATO系統(tǒng)；同樣的一個(gè)車載控制器安裝在另一端。所有列車上的設(shè)備通過兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)連接在一起，形成車載數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，保證車載設(shè)備在單端故障時(shí)，車地通信數(shù)據(jù)的可靠性傳輸，不會(huì)影響到列車的正常運(yùn)行。

軌旁信號(hào)同時(shí)向A網(wǎng)和B網(wǎng)發(fā)送/接收信息；軌旁A網(wǎng)和B網(wǎng)采用兩個(gè)互不重疊的工作信道；車頭和車尾的MR分別鏈接A網(wǎng)和B網(wǎng)，同時(shí)工作；當(dāng)前工作端的CC通過A網(wǎng)和B網(wǎng)的MR同時(shí)與軌旁設(shè)備雙向通信，并將接收到來自軌旁的信息轉(zhuǎn)發(fā)給非工作端CC。

當(dāng)前工作端CC同時(shí)接收/發(fā)送A網(wǎng)和B網(wǎng)信息，當(dāng)A網(wǎng)或B網(wǎng)單網(wǎng)故障時(shí)不影響正常的車地通信。

1.4 車地雙向通信網(wǎng)絡(luò)

無線傳輸設(shè)備采用便于升級(jí)、維護(hù)的工業(yè)級(jí)無線局域網(wǎng)組件。車地雙向通信網(wǎng)由軌旁AP和無線控制器（單網(wǎng)內(nèi)熱備冗余配置）組成，提供車地之間雙向、可靠、安全的數(shù)據(jù)交換。

1.5 數(shù)據(jù)交換流程

軌旁發(fā)往車載的數(shù)據(jù)流經(jīng)：軌旁設(shè)備（比如區(qū)域控制器ZC）→接入交換機(jī)（AS）→骨干交換機(jī)（BS）→接入交換機(jī)（AS）→軌旁AP→車載MR→車載交換設(shè)備（ESE板卡）→車載設(shè)備（比如車載控制器CC）。

車載發(fā)往軌旁的數(shù)據(jù)流經(jīng)：車載設(shè)備（比如車載控制器CC）→車載交換設(shè)備（ESE板卡）→車載MR→軌旁AP→接入交換機(jī)（AS）→骨干交換機(jī)（BS）→接入交換機(jī)（AS）→軌旁設(shè)備（比如區(qū)域控制器ZC）。

軌旁設(shè)備之間數(shù)據(jù)一般流經(jīng)：軌旁設(shè)備（比如區(qū)域控制器ZC）→接入交換機(jī)（AS）→骨干交換機(jī)（BS）→接入交換機(jī)（AS）→軌旁設(shè)備（比如聯(lián)鎖設(shè)備MLK）。

車載設(shè)備之間數(shù)據(jù)一般流經(jīng)：車載設(shè)備（比如CCTE板卡）→車載交換設(shè)備（ESE板卡）→車載設(shè)備（比如PMC板卡）。

2 DCS數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)在大連地鐵的特殊設(shè)計(jì)及干擾因素分析

2.1 頻率規(guī)劃及AP布點(diǎn)原則

2.4GHz頻段共有13個(gè)信道（每個(gè)信道的帶寬為22MHz），相鄰信道相互重疊，可能互相干擾。適當(dāng)挑選信道，最多可以使3個(gè)信道互不重疊（比如1、6、11或2、7、12），把干擾降至最小。在此模式下，可安排CBTC系統(tǒng)的軌旁AP工作在頻點(diǎn)1和13。

軌旁AP均遵循以下幾個(gè)原則進(jìn)行部署：

（1）為了保證某一AP意外失效情況下，下一AP仍然可以覆蓋失效AP覆蓋區(qū)域，規(guī)避無線覆蓋盲點(diǎn)，設(shè)計(jì)保證在滿足要求有效帶寬的前提下，AP的覆蓋范圍應(yīng)該為2倍AP間間距。

（2）通過計(jì)算并結(jié)合實(shí)際工程勘測(cè)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮2倍AP間距覆蓋距離的因素，隧道內(nèi)的AP分布間距為200-300米，高架150-250米。

（3）彎道處AP間的分布間距150至250米，原則上以可視距離為準(zhǔn)。

（4）彎道、共線路段、線路交叉坡道等環(huán)境需要實(shí)際勘測(cè)后確定最終AP的布置位置和具體數(shù)量。

2.2 無線信號(hào)泄露防護(hù)

是指通過各種技術(shù)，將無線信號(hào)控制在合理使用的時(shí)間、空間范圍內(nèi)，并防止無線信號(hào)、WLAN信息的不合理擴(kuò)散。為了確保地鐵DCS系統(tǒng)項(xiàng)目的無線信號(hào)在合理范圍內(nèi)使用，采用如下措施：

2.2.1 在軌旁的AP，通過參數(shù)設(shè)置不廣播實(shí)際使用的SSID，既節(jié)省了帶寬，又增強(qiáng)了安全性

2.2.2 在系統(tǒng)傳輸天線選擇上，采用定向天線，避免無線信號(hào)的不必要泄漏

2.2.3 將發(fā)射功率調(diào)節(jié)至適當(dāng)設(shè)定值，可以盡量避免本系統(tǒng)的無線信號(hào)傳輸?shù)椒枪ぷ鲄^(qū)域

2.3 2.4GHz WLAN在地鐵信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)用的干擾因素

在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)WLAN系統(tǒng)而言，常見的干擾源如下：

2.3.1 車廂內(nèi)主要存在的干擾：藍(lán)牙設(shè)備（2.4GHz頻段）、低能量RF源（2.4GHz頻段）等

2.3.2 隧道內(nèi)主要存在的干擾：采用包括蜂窩、藍(lán)牙與WLAN在內(nèi)的多種無線技術(shù)的集成設(shè)備、手持終端與PDA中假訊號(hào)RF噪聲；其它非Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)的通信設(shè)備；TD-LTE；以及PIS等其他專業(yè)采用WLAN技術(shù)對(duì)信號(hào)專業(yè)WLAN造成的干擾等

2.3.3 高架及開放空間主要存在的干擾：無繩電話（2.4GHz頻段）；脈沖雷達(dá)（5.xGHz頻段）；微波爐（2.4GHz頻段）；微波傳輸：很多地方存在著大量的用于傳輸?shù)奈⒉ㄦ溌?，這些微波傳輸處于比較高的頻段（2GHz左右）

由于這些干擾的存在，會(huì)影響到信號(hào)系統(tǒng)WLAN信號(hào)的質(zhì)量，造成時(shí)延過大以及丟包等現(xiàn)象，從而影響車地通信質(zhì)量的問題。

3 小結(jié)

大連地鐵二號(hào)線DCS系統(tǒng)的投入使用，使線路沿線車站、列車能夠高效快速的集中控制，提高運(yùn)輸效率，提高乘坐舒適度。該系統(tǒng)以其高可靠性、高安全性和易于維護(hù)等特點(diǎn)為大連軌道交通的運(yùn)營(yíng)提供了可靠保障。

[責(zé)任編輯：湯靜]