通信传输系统与信号系统间接口方案优化建议

2012-07-13谢衡元

铁路通信信号工程技术 2012年2期

谢衡元

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

通信传输系统是铁路通信系统中重要的子系统部分，目前主要由SDH/MSTP设备及光纤组成，为铁路TDM业务信息承载传送服务，以及为安全性较高的数据业务和区间沿线的IP数据业务接入服务。通信传输系统为通信各子系统，以及信号、电力供电、牵引供电、客服等系统提供可靠的、冗余的、可重构的、灵活的业务信息传送信道，是保证铁路运输安全、高效运营的重要信息传输系统。

信号系统主要是为铁路运输指挥、列车运行和控制提供服务。通信传输系统设备与信号系统设备

间的接口方案，涉及列车运营指挥和控制的安全、可靠，需要从安全可靠、集中监测、维护管理等方面综合考虑接口方案，满足运营安全需要。

1 信号系统数据通信网

信号系统主要由列车调度指挥/调度集中(TDCS/CTC）、集中监测（CSM）、列控(TCC)、联锁等子系统组成，其中， TDCS/CTC、CSM子系统的信息传送主要是由通信传输系统提供信道构成独立的数据通信网络实现；列控子系统的信息传送主要是由信号安全数据通信网实现；车地间的列车运行指挥调度命令和列车控制信息需要通过通信传输系统和GSM-R无线通信系统传送。

1.1 信号TDCS/CTC数据通信网组成

信号TDCS/CTC由中心系统、车站系统及连接中心与车站的数据通信网络组成。在中心系统节点和车站系统节点均设置路由器和交换机设备，通过铁路车站至调度所间通信传输系统提供的2条2 M通道将车站的路由器、调度所中心路由器环形串接，同时每隔5～10个车站（或普速站8～15个）后，另采用2 M通道与调度所中心路由器连接构成TDCS/CTC系统的信息传送数据通信网络。客运专线信号CTC系统通信组网2 M通道连接，如图1所示。

CTCS-2级或CTCS-3级高速铁路的调度集中控制系统的中心铁路应用接口服务器，通过通信传输系统的2 M通道连接GSM-R无线通信系统中的GRIS接口服务器，实现移动列车（司机）和调度员间调度命令的无线传送和接收。

1.2 信号集中监测数据通信网组成

信号集中监测系统主要是对列控和联锁设备及信号基础设备进行实时监测。信号集中监测系统由调度中心系统、车站（含信号中继站）系统、综合维修段系统、综合工区系统以及数据通信网组成。

在中心系统节点、车站、信号中继站节点均设置路由器和交换机设备，通过铁路车站至调度所间通信传输系统提供的2条2 M通道将车站的路由器、调度所中心路由器环形串接，以及与综合维修段、综合工区设置路由器和交换机设备连接，一般每隔5～10个节点后另采用2 M通道与调度所中心（或维修段）路由器连接构成集中监测系统的信息传送数据通信网络。集中监测系统数据通信组网2 M通道连接，如图2所示。

1.3 信号安全数据通信网组成

信号安全数据通信网主要用于CTCS-2级及CTCS-3级列控系统，在沿线车站、调度所中心、无线闭塞中心（RBC）机房设置工业以太网交换机，通过通信系统敷设的光缆光纤构成独立的双冗余（双系统、双设备）环形结构数据通信网，实现列控中心、计算机联锁（CBI）、临时限速服务器（TSRS）、无线闭塞中心间的信息传送。

CTCS-3级列控的CTC和RBC通过通信传输系统的2 M通道连接GSM-R无线通信系统。

2 传输技术运用情况

目前，在铁路通信系统中常用的传输技术是同步数字系列（SDH）、多业务传送节点（MSTP）、MODEM光端机。

2.1 SDH传输技术

20世纪80年代以来，光纤以其独特的宽带和抗干扰特性作为新型通信传输介质出现后，先期是点对点传输的准同步数字体系（PDH）光纤数字通信在通信网中被推广应用。90年代， SDH的出现弥补了PDH的一些不足。

SDH作为一种全新的传输体系，它采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构，使上下业务十分方便。同时，SDH采用了标准化的信息等级结构，能提供2 M、155 M电接口和155 M、622 M、2.5 G、10 G光接口。此外，SDH具有网络自愈保护功能和强大的网管功能，使业务通道可靠性大大提高，网络管理维护变得非常简单、便捷。

2.2 MSTP传输技术

针对SDH在多业务接入灵活性方面的局限，基于SDH的支持多业务接入的MSTP应运而生，MSTP是SDH在多业务接入应用方面的发展。MSTP就是对所支持的以太网、ATM等多种业务经过处理后按一定的格式（或协议）封装在一个或多个SDH VC中进行传输。MSTP采用了目前最为成熟的SDH组网、自愈保护技术和强大的网管功能，能提供2 M、155 M、10/100 M FE电接口和155 M、622 M、2.5 G、10 G、10/100 M FE、GE光接口。

同时又吸收了ATM和IP自身所具有流量控制与保护属性，实现了多业务的高效传输。

2.3 MODEM光端机传输技术

Modem光端机也称为光猫，是针对网络边缘特殊用户环境而研发的一种光纤传输设备，实现点对点光传输。该设备的可靠性和网管功能不如SDH、MSTP设备完善，一般用在较长距离的用户接入，不适于布电缆线的环境。

Modem光端机利用一对光纤进行E1或V.35或10/100 M FE点到点式的光传输终端设备，而且根据特殊需要可分为光数字光端机、视频光端机、协议转换光端机等。

3 通信系统与信号系统接口方案现状及问题分析

2009年以前，铁路通信传输子系统为TDCS/CTC系统组网提供2 M通道及2 M接口。由于，铁路部分既有通信机房与信号机房相距一定的距离，而且未设置综合接地系统，通信机房与信号机房设备接地电阻值不一致，致使通信传输子系统提供的2 M通道在接口侧接地存在电位差，2 M通道引入信号机房后产生误码，当误码达到较大时，则会产生2 M通道中断。因此，运基信号[2009]676号文规定，车站通信机械室与信号机械室间采用光通道和光接口的接口方案，此方案主要用于解决2 M通道误码中断问题，以及2 M同轴电缆电气无法隔离问题。

针对运基信号[2009]676号文规定，在新建线工程中常采用点对点的光电转换器设备实现光通道和光接口的接口方案。该方案主要是在车站通信机械室和信号机械室设置多套点对点光电转换器设备，利用通信、信号机房间的光缆开通光通道及光、电接口转换，构成的接口方案如图3所示。

上述方案，虽然解决了2 M通道的误码及2 M同轴电缆的电气隔离问题。但是，在车站通信机械室与信号机械室间多了多个光电转换器设备，增加了故障点，并且难以进行集中监控和维护管理，为后期维护增加许多接口界面和工作量。而且，光电转换器设备生产厂家多、杂，设备质量差异大，很难实现统一的管理维护；在通信网络中该设备主要由低端的用户接入使用，设备的安全性、维护管理及故障定位不如SDH或MSTP传输设备。

为了解决通信传输系统与信号系统2 M通道同轴电缆的误码及电气隔离问题，应从安全可靠、维护管理等方面统筹考虑。下面从通信技术、安全可靠、减员增效的维护理念提出接口方案优化建议。

4 通信传输系统与信号系统接口方案优化建议

在通信传输系统与信号系统接口方案中，应选用技术先进、适用的通信技术，应考虑采用安全可靠、标准统一、技术先进、易扩展通用的设备，并具备集中管理维护、易管理、易维护、易确定故障的网管系统。在此推荐下面3种优化建议接口方案。

1）优化建议接口方案一：在信号机房采用MSTP传输设备替代光电转换器设备提供2 M、FE互联接口方案。

2）优化建议接口方案二：通信机房传输设备直接提供CE、FE光接口至信号机房设备互联接口方案。

3）优化建议接口方案三：在新建线中，应考虑在同个楼内通信机房与信号机房相邻，保证通信机房设备至信号机房设备间的线缆距离小于100 m内，通信机房传输设备直接采用FE、2 M电接口至信号机房设备互联接口方案。

4.1 优化建议接口方案一

在工程建设投资及实施环境条件允许的情况下，建议在信号机房设置622 M/155 M MSTP传输设备与同站址的通信机房传输设备构成自愈环（或链）的STM-4/1传输系统，解决信号各子系统的传输通道、各类接口需求。

在高速铁路线上，为了保证CTCS-3系统及CTC系统的通信网络安全可靠，在设备投资允许的情况下，其通道和接口建议采用双设备冗余、双系统自愈环保护，传输设备纳入通信统一网管，组网方式如图4所示。

在普通铁路线或高速铁路设备投资不允许的情况下，其通道和接口可采用单设备、单系统自愈环（或1+1保护链），传输设备纳入通信统一网管，组网方式如图5所示。

优化建议方案一优缺点及实施条件如下。

1）此方案不仅满足信号TDCS/CTC系统、集中监测、RBC等业务的通道、接口需求，而且能满足信号机房与通信机房间电接口的光电隔离。

2）此方案接口界面清晰、安全可靠，便于集中监测、管理和维护，方便通信设备与信号设备间通道质量监测和故障分析判断，比目前采用的光电转换器方案安全可靠。但是，此方案需要增加通信传输设备投资，比目前采用的光电转换器方案投资高。

3）由MSTP传输设备直接提供FE接口，根据信息量捆绑2 M通道，可以减少信号CTC系统、微机监测系统的设置路由器设备或2 M/FE协议转换器设备。

4）在信号机房需要独立设置通信设备机柜1个，解决155 M/622 M MSTP传输设备安装，以及光纤ODF、DDF、RJ45端子终端子架安装。

5）当信号机房与通信机房相距较远时，信号机房设置的MSTP传输设备需要由信号电源设备供电（DC48 V或AC220 V）。

4.2 优化建议接口方案二

在通信传输设备和信号网络设备均具备FE光接口的情况下，建议采用通信机房传输设备提供GE/FE光接口，通过同站址的通信、信号机房间的光纤与信号机房的TDCS/CTC系统和集中监测系统组网设备（交换机或路由器）连接，实现信号机房与通信机房间的光通道及接口的光电隔离。此方案需要信号TDCS/CTC系统和集中监测系统数据通信网络设备（路由器或交换机）具备GE/FE光接口配置。

在高速铁路线上，为了保证CTCS-3系统及CTC系统的通信网络安全可靠，可采用通信传输网的双系统、双设备直接提供GE/FE光接口通过光纤与信号设备连接，组网方式如图6所示。

在普通铁路线上或通信传输系统不具备双系统、双设备的情况下，TDCS/CTC系统的通信网络通道和接口可采用单设备、冗余接口1+1保护，组网方式如图7所示。

优化建议方案二优缺点及实施条件如下。

1）采用优化建议接口方案二，能满足信号系统要求的光电隔离，接口界面清晰、安全可靠，便于集中监测、管理和维护，方便通信设备与信号设备间通道质量监测和故障分析判断，比光电转换器方案安全可靠。而且，方案二比方案一投资低；与采用光电转换器方案投资相差不大。

2）此方案需要信号系统数据通信网络设备（路由器或交换机）配置具备GE/FE光接口。由通信机房的MSTP传输设备直接提供光GE/FE接口，通过光纤引接至信号机房，根据信息量捆绑2M通道，可以减少信号CTC系统、微机监测系统的设置路由器设备或2 M/FE协议转换器设备。

3）优化建议接口方案二，不仅适用于信号CTC系统通道、接口需求，而且同时也适用于信号微机监测系统等通道、接口需求。

4.3 优化建议接口方案三

在新建线路工程中，土建设计部门及建设单位应统一考虑通信、信号机房的平面布置，满足考虑通信与信号的接口要求，使通信机房与信号机房设置在同楼内，接口线缆的布线尽量满足室内布线小于100 m；同时，通信、信号机房采用楼宇综合接地系统，保证接地电阻值不大于1 Ω。在上述条件满足的情况下，通信机房传输设备直接采用FE、2 M电接口，通过电缆至信号机房设备互联接口方案。

当采用FE电接口时，信号TDCS/CTC系统和集中监测系统组网设备（交换机或路由器）应具备FE电接口。

在高速铁路线上，为了保证CTCS-3系统及CTC系统的通信网络安全可靠，可采用通信传输网的双系统、双设备直接提供FE、2 M接口与信号设备连接。

在普通铁路线上，或通信传输系统不具备双系统、双设备的情况下，TDCS/CTC系统的通信网络通道和接口可采用冗余接口1+1保护。