应答器报文实时组帧技术的研究

孟令韬 张新明 管伟军 于健洁

孟令韬:中国铁道科学研究院通信信号研究所 副研究员 100081 北京

张新明:中国铁道科学研究院通信信号研究所 副研究员 100081 北京

管伟军:中国铁道科学研究院通信信号研究所 助理研究员 100081 北京

于健洁:中国铁道科学研究院通信信号研究所 助理研究员 100081 北京

CTCS-2级列车运行控制系统是基于点式应答器、轨道电路传输列车运行控制信息的点-连式ATP系统。列控中心是构成CTCS-2级系统的重要组成部分，控制车站和区间轨道电路发码并通过轨旁电子单元(LEU)控制有源应答器，实现列车控制信息的连续传输。

列控中心给LEU发送的信息必须采用报文的形式，这些报文是用符合一定规范的初始用户数据，经过信道编码算法产生的。对用户数据进行信道编码的目的，是提高应答器与车载设备间无线信道传输的安全性。

1 应答器报文预先存储方式的限制

在既有线提速及早期的客专方案中，列控中心发送给有源应答器的报文采用预先存储的方式。列控中心从车站计算机联锁系统，获取车站接发车进路信息，从CTC车站分机系统获取临时限速命令，根据临时限速区段位置、限速等级，选择预先存储在列控中心中的应答器报文，通过通信接口传送给控制该应答器的轨旁电子单元(LEU)，为列车提供运行前方的进路信息及限速信息。但采用应答器报文预先存储的方式有如下缺陷:

1．受列控中心存储容量的限制，一个应答器管辖范围内只允许设置一处临时限速。在实际运用中不能满足运营维护的需求。

2．受列控中心存储容量的限制，不能实现限速起点、限速终点、限速值的任意设置。

3．为了挑选出有效报文，列控中心在计算临时限速起点和长度时，必须按照一定的规则进行调整，这样就把实际的限速区域进行了扩大，影响了列车的运营效率。

为了满足运营维护的需求和提高列车运营效率，用于CTCS-2级和CTCS-3级列控中心的应答器报文实时组帧技术已经能够实现。

2 应答器报文实时组帧总体方案

用于CTCS-2级和CTCS-3级列控中心的应答器报文实时组帧技术，引入了独立的编码运算单元。首先，CPU单元根据计算机联锁系统的进路信息选择预先存储的830位报文模板，再根据CTC/TSRS系统下达的临时限速命令生成830位数据包，通过安全数据交换区，发送给编码单元;编码单元经过FFFIS编码运算，生成最终的应答器报文。另外，编码单元生成应答器报文后，还需对应答器报文进行解码运算，还原出830位用户数据包，最后经安全数据交换区，把应答器报文和用户数据包同时发送给CPU单元，由CPU单元把接收到的830位数据包与发送给编码单元的830位数据包进行比较，形成应答器报文实时组帧的闭环控制。

采用应答器报文实时组帧技术后，解决了一个应答器管辖范围设置多处限速的需求;实现了临时限速起点、临时限速终点和限速值的任意设置，为运营维护和提高运营效率起到了很好的技术支撑。

3 应答器报文实时组帧实现方法

3.1 应答器报文用户数据的生成

用户数据的生成，采用预先存储830位报文模板的方法。830位报文模板的生成依据为应答器用户数据表，其内容包括:帧标志、链接包ETCS-5、坡度包ETCS-21、线路速度包ETCS-27、轨道区段包CTCS-1、临时限速包CTCS-2和绝对停车包CTCS-5等。其中，帧标志、链接包、坡度包、线路速度包、轨道区段包和绝对停车包与具体进路对应，报文模板生成后固定不变。CPU选择报文模板时，必须验证报文模板中附带的校验字，只有校验字有效，才认为是合法的报文模板。

每个CPU单元根据来自于联锁系统的进路信息，选择对应的830位进路报文模板，根据来自于CTC系统或临时限速服务器的临时限速信息，更改报文模板中临时限速包中的限速有效长度、限速区起点、限速区长度、限速级别和限速数目，生成830位用户数据。

为了防止系统的同模和异模干扰破坏报文模板，每个CPU分别在不同的物理地址上存储2份数据相异的830位报文模板数据，并在每个软件的处理周期对这2份数据进行诊断检查，监测到不一致时，系统做导向安全侧处理。

3.2 列控中心CPU与编码单元的数据交换

CPU单元与编码单元之间通过双口RAM进行双向安全数据通信。CPU单元把根据报文模板生成的用户数据传送给编码单元。编码单元按照FFFIS编码规则进行编码运算，生成对应的1023位应答器报文，编码完成后再按照FFFIS规则进行解码，还原成830位数据包，编码单元把1023位应答器报文和还原后的830位数据包，同时返回给CPU单元。CPU单元将收到的还原后的830位数据包，与发送给编码单元的830位数据包进行比对，比较不一致认为报文非法，在下一个周期再重新进行编码计算。CPU单元与编码单元间数据流如图1所示。

图1 CPU单元与编码单元数据流图

图2 应答器报文编码功能算法流程

3.3 应答器报文编码单元的技术实现

编码单元根据FFFIS规则对接收到的用户数据进行实时组帧。根据欧标Subset-036，理论上存在某些用户数据不能被成功编码转换成报文的可能，虽然这种可能性非常低(对于随机数据小于10－100);此外某些数据转换成报文的运算时间较长也会影响实时性。为了防止以上2种情况，在应答器报文实时组帧过程中引入计时器，并在编码过程的主循环开始时进行时间登记，在新循环开始前，对当前编码过程的运行时间进行判断，如果超过预定义时限，则终止编码程序并向CPU单元返回超时标志，CPU系统重新调整用户数据。图2是应答器报文编码功能的算法流程。

4 总结

应答器报文实时组帧技术中采用预存830报文模板的方法，减少了CPU单元的运算负担，提高了CPU单元的效率;列控中心单系2个编码板进行独立编码运算，编码与解码相结合，通过CPU单元对830位用户数据的比较，实现了应答器报文实时组帧的闭环控制。单系的2个CPU报文比较一致后，再按照标准的列控中心与LEU的安全通信协议，把应答器报文发送给相应的LEU，保证了应答器报文的正确。

应答器报文采用应答器报文实时组帧后，解决了列控中心报文存储容量的限制，实现了临时限速的任意下达，解决了调度运营管理中存在的瓶颈，提高了铁路运输的效率。

［1］中华人民共和国铁道部．应答器报文定义及编码规则［S］．2005．

［2］中华人民共和国铁道部．CTCS-2级技术条件［S］．2004．