高速铁路ATO系统车载无线通信技术

2019-12-04王志民

电子技术与软件工程 2019年12期

文/王志民

高速铁路作为我国自主研发的一种交通运输形式，在近几年中得到了迅速的发展，不仅促进了社会运转效率的提升，还进一步优化了人民的实际生活水平。为了进一步提升高速铁路的智能化水平，相关人员研发并推出了高速铁路自动驾驶系统（高速铁路ATO 系统）。在该系统的支持下，不仅能够实现高铁列车的自动驾驶，还能够与站台门展开联动。而对于该系统而言，需要车载端的协同完成，因此，探究高速铁路ATO 系统车载无线通信有着较高的显示价值。

1 高速铁路ATO车地无线通信技术的分析

1.1 无线会话管理

其主要实现了对关键信息的交换，包含着通道管理与会话流程两个环节。其中，对于通道管理来说，在GPRS 分组域电台的支持下，能够完成多个会话通道的建立；对于会话流程来说，主要实现了TSRS 与ATO 车载设备的信息交互。

1.2 无线通信协议

其主要为无线会话管理的实现提供高安全性、高可靠性的支持。同时，由于ATO 使用了GPRS 分组交换网络，所以其也能够应用于分组域的协议栈。

1.3 车载产品的适配性

为了确保车载产品能够在系统中发挥出作用，必须要实现ATP 设备与GPRS 电台的接口适配设计。

2 高速铁路ATO系统车载无线通信单元的软件设计

2.1 无线通信单元的总体设计

结合上述对高速铁路ATO 车地无线通信技术的分析，完成高速铁路ATO 系统车载无线通信单元的软件设计。设计的ATO 无线传输单元系统中，主要包含着安全板、通信板、记录板、电源板、ATP、GPRS 电台等。其中，安全板、通信板、记录板、电源板与背板连接，共同构成了ATO 无线传输单元；安全板与ATP 连接；通信板与GPRS 电台连接。在这一系统中，车载无线传输功能的实现主要由通信板以及安全板发挥作用。

2.2 无线通信单元的详细设计

2.2.1 通信板软件

对于通信板来说，其主要通过与背板的连接完成与安全板的通信与数据传输。同时，在背板、前面板串口的支持下，实现了与GPRS电台的通信与数据传输。对于通信板来说，其主要为系统提供了PPP、TCP、IP、ALE 各层协议的实现、控制电台、配置参数、管理密钥等功能。在通信板软件中，主要包含着本地文件管理模块、数据收集与分发模块、协调功能模块、RCS 通信协议模块、电台管理模块、PPP 层、TCP 层、IP 层、ALE 层。

在通信板软件中，与工程有关的可配置项有密钥文件以及配置参数文件，这些文件均在通信板中包含的本地文件管理模块中得以保存。其中，通信板中保存的密钥文件包括密钥Ktrans、基于ATO 的NID_ENGING、以及经过加密处理的KMAC[2]。通信板中保存的配置参数文件主要包括数据传输波特率、默认波特率、电台串口号、TCP 连接端口号、会话密钥有效期、AT 指令序列、安全特征值、密钥文件测试周期等等，同时，这些参数均能够依照工程的实际需求完成配置。

2.2.2 安全板软件

对于该ATO 无线传输单元系统中的安全板来说，其主要利用了RS422 接口完成与ATP 的连接，实现了通信与信息传输。对于安全板来说，其主要为系统提供了无线会话管理、ATP 通信协议、安全层协议、安全算法、无线消息处理等功能。在安全板软件中，主要包含着ATP 通信协议、会话管理模块、安全层、消息接受与报文解析模块、消息发送模块、安全功能模块接口、数据收集与分发、RCS 通信协议、安全算法接口模块、安全算法库模块。

2.2.3 关键技术指标

为了进一步控制该ATO 无线传输单元系统的质量，笔者在试验段展开了仿真运行试验。得出的具体指标数值如下：对于发起连接到物理层建链延时指标来说，ATP 无线通信系统为10、ATO 无线通信系统为11；对于发起连接到链路层建链延时指标来说，ATP 无线通信系统为11、ATO 无线通信系统为12；对于发起连接到传输层建链延时指标来说，ATP 无线通信系统为12、ATO 无线通信系统为13；对于发起连接到安全层建链延时指标来说，ATP 无线通信系统为14、ATO 无线通信系统为16；对于发起断开到物理层与链路层拆链延时指标来说，ATP 无线通信系统为1、ATO 无线通信系统为1；对于发起断开到传输层拆链延时指标来说，ATP 无线通信系统为2、ATO 无线通信系统为2；对于发起断开到安全层拆链延时指标来说，ATP 无线通信系统为4、ATO 无线通信系统为4。

得出结果显示，ATO 无线传输单元系统的关键指标与CTCS-3 级车控系统的车地无线传输关键指标十分接近，且该系统的关键延时指标优于ATP 无线通信系统。