CAN总线、RS485总线及双机热备技术在铁路光纤直放站系统中的应用

蔡虎

摘要：简述CAN总线、RS485总线及双机热备技术在铁路光纤直放站系统中的应用，通过这些技术的应用，提高了光纤直放站系统的可靠性，验证了该技术具有广泛实用性。

关键词：CAN总线；RS485总线；双机热备；光纤直放站

引言

随着中国铁路的快速发展，从普铁160Km时速到250Km客运专线动车组，再到350Km的高速铁路，对GSM-R无线通信系统的可靠性要求也越来越高。由于GSM-R无线通信系统承载着列控业务，对系统的可靠性有较高要求—350Km的通信系统基本上已经上升到和信号系统一样的安全级别。铁标《TB/T 3364-2015 铁路数字移动通信系统GSM-R模拟光纤直放站》第6.5条可靠性要求对电源模块、光模块、功放模块做出了冗余备份的要求，但是我司首先提出了控制系统也冗余备份的要求并予以应用，目前此技术已经应用于GSM-R光纤直放站系统，并在大西高铁、太原高铁南站、天津地下直径线等线路运用。

1 系统架构

1.1系统架构

2015年国家铁路局发布了 《TB/T 3364-2015 铁路数字移动通信系统GSM-R模拟光纤直放站》。该标准对GSM-R光纤直放站系统的技术要求，系统架构、检验方法、运营场景、设备的模块备份、主要接口及参量进行了定义。

1.2功能需求及主要特点

1）控制板采用双机热备工作模式，正常情况下主控制板工作，备控制板处于待机状态，当主控制板出现故障宕机，备控制板进入工作模式。

2）主控制板和备控制板之间采用RS485总线、CAN总通信技术，RS485总线用于监听设备内部模块通信，CAN总线用于主备控制板之间数据传输，确保数据保持同步。

3）当主控制板、备控制板、RS485总线或CAN总线出现故障均能上报告警，方便快速进行维护。

4）主控制板、备控制板具有在线维护功能，单板工作不影响整个系统的运行。

1.3 与传统GSM-R光纤直放站设备的差异

1）线网运行要求不同。不带控制板冗余功能的光纤直放站系统一般用于250Km以下的线路，由于行车密度低对GSM-R的网络要求相对低一些；双机冗余备份设备主要适用于350Km的高速铁路，由于行车密度大，一旦出现故障就会带来很大的经济和社会影响，对GSM-R光纤直放站系统的稳定性、可靠性就非常高。采用双机冗余备份的设备即使其中一块控制板出现故障，另外一块控制板也可以正常工作，不会影响行车。

2）运行维护要求不同。不带控制板冗余功能的光纤直放站系统一定出现故障，就必须快速进行维护；而具有冗余功能的光纤直放站系统，当其中一块控制板出现故障，另外一块还可以正常工作，这样就可以运用天窗点有序检修。。

2 系统实现方案

系统GSM-R光纤直放站系统主要由近端机、光纤、远端机以及操作维护中心构成。近端机一般由电源单元、控制单元、光单元及射频单元组成；远端机一般由电源单元、控制板、光模块、低噪放、功放、双工器等模块组成。

控制板A、控制板B设计时预留一组拨码开关，ON状态上电时默认为主控制板，模块上电后进入工作状态；OFF状态上电时默认为备控制板，模块上电后进入待机状态。

控制板A为工作状态时会通过RS485总线去访问每个模块，每个模块根据地址、报文进行应答。控制板A为主机，其它的模块为从机，只能由主机发起请求，其它的模块才能应答，这样才能保持RS485总线的正常通讯。

控制板A会实时将数据通过CAN总线同步给控制板B。

控制板B平时处于待机状态，不主动向CAN总线、RS485总线发数据请求，从而保证总线的正常通讯。但是控制板B会实时监听CAN总线、RS485总线数据，如果CAN总线接收到控制板A的有效数据，控制板B就同步相应的数据存储区，确保控制板B和控制板A保持数据的一致性，但是控制板B接收到RS485总线数据时只是监听，不做处理。

切换机制：控制板B实时监听CAN总线、RS485总线数据，一旦监听不到CAN总线、RS485总线数据，经过多次确认后，此时控制板B就判定控制板A已经进入故障状态，此时控制板B就自动转换进入工作状态，并将控制板A的故障状态上报给近端机、再上报给网管系统。

4 工程应用

此技术已经在我司GSM-R光纤直放站系统中应用，并在西宝客专、太原高铁南站、天津地下直径线、大西高铁、宝兰客专等高铁线路上予以应用。

1）直放站设置：2座5km隧道，各设6个直放站，间距1km，共12台直放站；

2）基站设置：在隧道洞口BTS_A（B）（C）共3个BTS，其中BTS_C负责隧道内覆盖，带12直放站，BTS_D和BTS_E，负责车站和区间的覆盖。

3）隧道内各设置一处切换区，洞外设置2处切换区

结束语

CAN总线、RS485总线及双机热备技术在GSM-R光纤直放站系统中应用，大大提高了系统的可靠性、延长了维护周期、降低了維护成本，具体广泛的市场场景。

参考文献

[1]TB/T 3364-2015 铁路数字移动通信系统GSM-R模拟光纤直放站 铁路行业标准

[2]科技运[2007]63号 GSM-R数字移动通信网设备技术规范 第五部分 中继传输系统（V1.0）

[3]向志华 《铁道工程学报》，2007，24（2）：78-83GSM-R光纤直放站应用简要分析

[4]刘淑荣 《铁路通信信号工程技术》，2016，13（3）：44-46交织冗余备份光纤直放站在GSM-R系统中的应用

（作者单位：南京泰通科技股份有限公司）