数字通信技术在三线铁路中的应用探究

蒋寰华 孙 洋 佟佳霖 吕东冬

（辽宁传媒学院，辽宁 沈阳 110136)

0 引言

创新创业项目是提高职业技能技术水平的重要途径。数字通信技术在三线铁路中的应用，使控制室与各节点的联络、协调指挥能有效地结合起来，是实践性较强的创新性工作。为了提高数字通信的准确性，通过应用数字通信新技术，尤其是数据加密技术的应用，可使用密钥和加密函数来保证三线通信的安全。

“三线建设”是我国在20世纪创造的一个伟大壮举。在毛主席的领导下，我国军民用双手写下了不朽篇章。1984年联合国评选出20世纪人类征服自然的三项伟大奇迹，即苏联第一颗人造卫星、美国的阿波罗登月计划和中国修建的成昆铁路。

数字通信技术可实现三线铁路交通运输指挥的网络化、信息化。三线铁路中心控制室是三线铁路的关键部门，控制室使用通信软件，通过密钥来控制车站各部门的通信信号，从而将信号发送给各个车站。本研究提出三线铁路通信信号指挥系统的安全方案，并介绍该指令系统的设计思想和实践应用。

1 通信技能实践的研究目的

安全是指挥系统的关键，也是通信技术实践研究的目的，最重要的是要防止无效指令信息的访问。各操作台所传输信息的要确保安全，传递的指挥指令要通过操作台，且不能改变。为此，控制室要建立数字化信息保密网络，即数字信息验证平台和运行平台。为了确保三线铁路的安全，就要保证控制室发送的指令绝对安全。应用短距离数字通信技术能有效解决这一问题。

三线铁路各部门的操作台既要接受控制室的通信信息，又要向控制室反馈乘客的状况信息。工作既要准确，又要按时，难度不小。控制室是控制指挥系统的中心，是三线铁路的指挥系统。控制室的指令要实现安全传递，就要对分散在各处的操作台进行指令数据分析。

2 通信技能操作的研究方法

通信技能操作是通过遗传算法来确定主模块，并通过保障软件来实现通信的。数字通信技术采用遗传算法来实现通信。这种算法的种群规模很小，很容易操作。该算法因其开发能力和探索能力强，而被用在控制室指令的传递上。数字遗传算法是一种比较优秀的算法。由于通信技能采用数字通信技术，所以其收敛速度非常快，这也是控制室指令传递所需的。数字遗传算法在控制室指令的传递中实现了高质量、高频率的传递。

将遗传算法应用于三线通信信息的传递中。从遗传算法的角度来看，如果遗传算法是顺序结构，那么该算法是一进一出；如果遗传算法是选择结构，那么该算法是一进二出；如果遗传算法是循环结构，那么该算法是二进一出。通过确定三线控制室的算法，从而确定返回控制室的接口。

2.1 短距离通信网

在控制室建立通信信息保密网络，即通信验证平台和通信应用平台，其是由五个工作发送节点和一个接收主机组成的短距离通信网。接收主机用于接收、显示、记录工作发送节点发送出的数据。控制室设备是由计算机主机组成，计算机主机中含有全部的接收软件和通信软件。计算机主机的硬件包括单片机、单片无线收发器、调制器、接口等。这些硬件可在强频段、中频段和弱频段工作，通信效果甚佳，从而使接收主机与发送节点间的工作更加顺畅。

短距离数字通信技术系统包括一个接收主机、四个控制室接收节点和十二个接收节点系统。短距离数字通信技术系统具有稳定、可靠、准确等优点。节点由收发模块、长度传感器和单片机构成。工作时，四个控制室接收节点和十二个接收节点启动后静默不动，等候主机的询问。在其接到主机指令后，如果主机指令系统和本机指令系统一致，则接收节点开始工作，三线指挥系统的信号就这样传递给各个节点。三线空间形态要保证通信的需求，这是短距离通信技术系统畅通的前提。

2.2 信号传递的密码技术

密码技术在通信中发挥的作用非常大，不可破解是通信密码系统的核心［1］。控制室通信保障系统要实现安全利用和管理，就要采用通信加密技术。

控制室通信保障系统［2］包括通信保障软件体系、通信保障身份确认软件、通信保障保密传输软件、通信保障网络层软件和通信保障密钥软件，其是用于开发和运行控制室的主体模块。

三线与外界通信联系的纽带是三线的出入口，通信光纤和电缆通过三线的出入口来引入三线，传递密钥是通过光纤和电缆进行传递的，光纤和电缆即为密码系统的组成部分。

各个出入口都设有滚动电梯。根据各三线站厅与站台的位置和高低来决定滚动电梯的排列与长短，三线铁路的数字化、信息化的重要特征就是滚动电梯。滚动电梯的启动系统也是三线通信系统的组成部分，滚动电梯启动系统的密钥更是三线通信系统的组成部分。

2.3 通信保障软件系统

控制室通信保障软件系统提供了一个平台，其用于支持控制室通信保障身份确认软件的身份鉴别、通信保障传输软件系统化授权、通信保障软件网络层传输、通信保障密钥软件密钥管理等。控制室通信保障软件主要用于技术保障。

控制室应用的是一种无条件安全的通信方式，从而保证数字通信的安全，并提高通信的效率。数字通信有一种非常神奇的状态，即当一个数字出现变化时，另外一个数字也会立即发生变化，此为数字纠缠。这种快速反应和超距离的高效率是信息传输所需的数字通信。绝对安全和绝对保密是数字纠缠通信传输的优点。一旦传输崩塌，就意味着道路上出现拦截，所以要保证信息传输的安全，就要保障数字通信的绝对安全，绝不能出现信息泄露的问题。采用数字纠缠和密码技术使数字通信有了保证。

3 通信技能操作的研究手段

选择单独的光纤作为数字信道是指令传递的前提，保护控制室指挥结果的安全是控制室指令的主要任务，要使指令信息在传递的过程中克服威胁是数字信道上的工作任务。这些威胁会使控制室的信息在各节点接收信息过程中被非法截取，或被非法破坏，从而造成控制室指令信息泄露，导致三线交通的数字信息不安全。这是非常危险的问题。只有安全的数字通信技术才能解决以往技术无法解决的问题。

3.1 有线通道和无线通道并行

通道是信息通信的实体镜像。三线的步行通道中的乘客是通过乘客通行走廊进站或出站的。按地形的不同，三线的步行通道可分为直线形、曲线形和三角形等，通信信道也和步行通道并行排列，有线通道和无线通道并行。

现有的控制室基础设施与通信应用服务器连接在一起，点对点的通信网络子网络既有硬件，也有软件。通信网络是由7层网络协议组成的，包括数据链路层和网络层。步行通道既有乘客通道，又有网络通道。在控制室的控制下，网络通道更为重要。控制室的控制指令只有在网络通道中才能准确及时地传递给车站的各个节点，乘客才能在接收到网络通道传递来的指令后，才能在步行通道上通行。

无线网络［3］是通信网络的重要应用。各个节点通过有线和无线网络向控制室服务器发出查询指令信息的请求，由控制室服务器与控制室分室应用服务器进行信息交换，通过通信服务器［2］进行通信加密［1］，并传输给各个节点。

3.2 密钥技术的身份认证

数字通信技术的身份认证也十分重要，尤其是在云计算时代，如果信息安全无法得到保证，电子信息顷刻间就会被偷走，而数字通信技术能有效解决这一问题。对于控制室的通信，数字通信技术通过电子纠缠使电子信息无损地传递给三线铁路的各节点部门。其中，最重要的是身份认证，只有确定身份后才能发送信息。乘客进出站、上下车的交接处是站厅和站台。乘客要在站厅完成进出站的各项准备工作，乘客上下车的交接地点是站台。乘客在三线站逗留和候车的场所是站厅、站台。乘客在三线站活动的主要场所是站厅、站台。站厅、站台也是车站和乘客通信的驿站。通信网络是解决问题的关键。监控应用程序应用密钥技术来实现各个部门的联结［4］，各部门打开文件就要对文件进行解密件，传递文件就要对文件进行加密［5］，这是一种保护文件安全的最好方法。所有保护文件安全的方法都是在通信网络条件下进行的。通信网络条件是最基础的，没有网络条件，一切将无从谈起。通信的网络条件把各个部门控制在一个安全重要的三线铁路通信环境中。

3.3 无线网络的信息传递

控制室指令是在流动方式下进行传递的。这种传递涉及数据流，数据流的传递是数字通信的核心。数字通信即数据流的传递。动态的信息传递就是流动的电子信息，也是流动的数字通信。数字通信技术采用电子纠缠的方案，从而达到保护电子信息的目的，也即保证信息流动的安全性。三线通信纠错编解码技术成功地解决信息传递问题［6］。三线通信的安全与否与控制室的硬件环境有关。同时，实践中将逻辑代数理论和数字电路技术应用于三线通信。逻辑门是三线通信技术应用的前提，逻辑门可以是一位门、二位门、三位门。在三位门中，一位是控制位，其余两位是目标位。

3.4 量子态叠加原理

控制室的数字指令信息是通过逻辑门进行传播的，逻辑门是通过量子力学来体现的。量子力学的量子态可用态叠加原理来表示，见式（1）、式（2）。

式中：C0和C1为两个复常数。

式中：“0”和“1”是量子位的特例。

电子纠缠能实现保护电子信息的目的。纠缠是要付出代价的，控制室的指令信息和三线铁路的通信信息都要付出代价。当纠缠完毕后，两个信息就定下一种约定，你出指令，我就出受令，因为约定相同，所以最终表现出不再受距离的限制。指令信息是通过经典信道进行传递的。通过信道编码技术来保证控制室指令信息的传递。利用好信息加密技术，从而加强信息的传递。

4 通信技能操作的研究结果

“无条件安全”是数字通信技术的优势。传递过程中信息不泄密是数字通信技术理论上的“绝对保证”。运用数字通信技术来实现控制指令信息的安全传递就是保证，从而保证三线有线、无线通信的畅通。西昌卫星发射中心是科学城、是中国卫星发射最尖端技术中心，这里是三线建设最重要的一环。我国人造卫星技术是伴随着三线建设而发展起来的。三线建设要有企业，还要有最新的技术，更要有科学尖端技术。西昌卫星发射中心是大三线建设最耀眼的东方明珠。西昌卫星发射中心是我国最重要的航空航天基地，是通信技能操作的研究结果。

4.1 内部双向全双工

建立控制室与三线铁路各节点的内部双向全双工的数字通信系统。全双工通信是数字通信技术的双向同时通信，即通信双方可同时发送和接收信息的信息交互方式。既要保证控制室的数字通信信息能传递到三线铁路的各个节点，又要保证三线各个节点不同乘客的不同信息能传递到控制室。全双工通信的技术条件是数字通信的前提。

4.2 传输技术接口

全双工数字通信要三线铁路各节点满足信息接口的条件，接口配件也要适配，其中满足超高速率传输技术接口是技术的关键。控制室采用全双工通信系统，三线铁路要开发出最新的全双工通信系统软件，并配备新的软硬件接口，从而适应全双工通信最新技术，然后设计出全双工硬件无线物理层、全双工接入网架构和全双工核心网架构，接口关键技术和网络关键技术，全面建立控制室与三线铁路各节点的全双工通信系统。

5 结语

本研究对三线铁路最新的数字通信技术进行研究，并实现三线铁路通信传递的共享保护。同时，利用通信技术进行控制室的传递安全维护等。用通信技术来解决控制室的加密问题，是控制室保障信息向各个站位安全传递的关键，其解决的是控制室的密钥确定和各站位接受统一的问题，控制室的指令确定和站位局部部分接受的协同问题，以及控制室密钥确定和各站位链接的流动性等重要问题，并解决控制室与三线铁路各节点的全双工通信系统的软硬件问题。