1、打造 CBTC 系统 工业级（DCS）数据承载网解决方案摘要：本文简要介绍了 CBTC 系统中 DCS 的组成、作用以及 DCS 系统设计的要点，详细介绍了 Moxa 针对 DCS 系统解决方案的系统架构、Moxa 针对 DCS 的关键技术、以及 DCS三个子网：地面有线网络、车地无线网络、车载有线网络的组网设计；还有整个系统高安全、高可靠行的特点。关键字：CBTC 系统；DCS 系统；DCS 系统需求分析；车载有线网；车地无线网；全网冗余；Turbo roaming引言：进入 21 世纪以来，国内进入轨道交通发展的黄金时期，目前包括上海、北京、天津、成都、武汉、杭州等十几个城市都在纷纷进行地
2、铁、轻轨的规划与建设。而关乎地铁运行安全的信号系统也经历了从最初的固定闭塞到准移动闭塞，再发展到现在最先进的基于通信的列车控制 CBTC 移动闭塞系统的应用。目前国内新建的地铁线路均采用 CBTC 这种最先进的信号系统。它以确保列车运行安全、缩短行车间隔、提高运行效率为主要目的。通过布设在列车以及轨道旁的无线设备，实现车地间不间断的双向通信，调度中心可以根据列车实时的速度和位置信息，动态的计算和调整列车的最大制动距离，相邻两个列车可以以保障运行安全的最小时间间隔同时前进，从而提高运营效率。DCS 数据通信子系统：CBTC 是一个相当庞大的整体系统，由包括 ATS（列车自动监控） 、ATO （列
3、车自动运行） 、ATP（列车自动保护） 、微机联锁系统(CBI)、以及 DCS（数据通信系统）等子系统组成；其中 DCS 是涉及 CBTC 系统中数据通信的关键系统，是保证 CBTC 系统高安全、高可靠的根本所在！数据传输子系统(DCS)是专门设计的传输系统，能为列车三大控制子系统(即列车自动监督子系统(ATS)，列车自动控制子系统(ATC)和微机联锁系统 (CBI)的每台设备实现高可靠性、高度安全的数据交换。DCS 系统由地面有线网、车/ 地无线网、车载有线网三部分组成。数据传输子系统(DCS)完全符合 IEEE802.3 有线通信 (以太网)标准，并采用 IEEE 802.1a/b/g 实
4、现无线通信。DCS 数据通信子系统需求分析： 作为 CBTC 系统的重要部分， DCS 系统应具有极高的安全性和可靠性，要具有极高的故障自愈能力 鉴于 DCS 主要传输数据为列车控制命令和列车监控信息，因此要求列车在高速运行下的丢包率低于 3，同时端到端延时小于 500ms DCS 系统中的车 /地无线网采用 WLAN 进行组网，要求车载无线设备的跨 AP 漫游切换时间100ms CBTC 系统通常采用公开使用的 2.4GHZ 频段的技术，因此对 DCS 系统的安全性及抗干扰性也有着很高的要求Moxa DCS 数据承载网解决方案Moxa 数据承载网解决方案提供完整的三网合一（车载有线网、车地无
5、线网、地面有线网） ，采用 Moxa 独有的冗余备份、 Turbo Ring、Turbo Roaming 以及统一网络管理等技术，其系统架构示意图如下：车 载 控 制 系 统车 载 控 制 系 统T u r b o R i n gA 网B 网A 网B 网A 网B 网A 网B 网车 头车 尾A W K - 3 1 2 1 - M - S CA W K - 3 1 2 1 - M - S C A W K - 3 1 2 1 - M - S C A W K - 3 1 2 1 - M - S C A W K - 3 1 2 1 - M - S C A W K - 3 1 2 1 - M - S CA
6、 W K - 3 1 2 1 - M - S CP T - 7 7 2 8P T - 7 7 2 8P T - 7 7 2 8P T - 7 7 2 8P T - 7 7 2 8网管服务器 服务器 工作站 工作站 打印机Moxa 针对 DCS 系的关键技术： 所有节点设备包括：电源、车载 AP/Client、轨旁 AP、地面环网交换机等设备均采用冗余备份，实现全网冗余。 两套网络一主一备，同时进行通讯，并通过软件机制来进行切换地面有线网络的组网设计： 骨干环网采用 Moxa 地铁行业专用 PT 系列交换机组建千兆光纤冗余环网，一旦链路出现故障，通过 Turbo Ring 技术可确保在 20ms
7、 时间内自愈！车地无线网络的组网设计： 每 200-400m 设置轨旁 AP 安置点 每个安置点放置 2 台 AP，分别连接到 2 个相邻的车站交换机上 两台 AP 分别连接到不同有线网络上，通过软件进行切换 各车站中心通过车站管理软件实现 AP 的区域控制车载有线网络的组网设计：1. 车头车尾各放置一台 AP2. 两台车载 AP 分别连到不同的两个轨旁 AP，行成两套数据网3. 通过路由功能确保车头、尾连到 A、B 两个网络4. 通过监控室管理软件对两套数据网进行管理5. 车载 AP 支持 Moxa Turbo Roaming 技术，可在 100ms 时间内实现漫游切换系统特点：1. 高安全
8、性 由于 WLAN 通常采用 IEEE802.11g 的技术，因此就不可避免受到其开放性所带来的问题如：易被干扰、易被攻击等，Moxa 无线 AP 可以支持多种方式防范非法用户接入系统如: MAC 地址过滤 SSID 广播禁止 WEP、WPA、WPA2 加密 AES 加密 QoS、VLAN 功能2. 高可靠性 由于有线网以太网技术的高带宽和成熟性，DCS 系统数据丢包问题和延时瓶颈主要集中在车/地无线通信系统。当然有线网络的可靠性也需要用冗余备份的措施来实现。 双环网的备份冗余，一条链路断开可在 20ms 时间内恢复通信。（远低于 500ms 的延时要求） 车地无线网络丢包率 Moxa 在国内
9、权威测试机构（北京交通大学轨道交通实验室）的测试数据为 2.97 采用 Moxa Turbo Roaming 技术，搭配 AP 协作，实现快速 AP 背景搜寻和换手，让车地无线通讯无缝地断线重连，并解决 AP 换手不稳定的问题，确保小于 100ms 的漫游切换时间和端到端数据延时小于 500ms 除了轨旁和至控制中心的网络采高可靠度的双 AP 和冗余环网设计外，在车头车尾的无线 AP/Client 亦提供支持通讯备援和负载平衡的能力，确保车地通联的稳定可靠。 通过控制中心管理软件的配合，让连接车地端对端的两套备份冗余的 DCS 系统网络，能依状况实时地做主备切换。Moxa 在地铁行业有非常成功的实际运行经验，产品及解决方案所涉及到得地铁系统有：综合监控系统（ICSC）、自动售检票系统（AFC）、PSCADA、CBTC、PIS、屏蔽门系统等等，广泛应用在北京、上海、广州、深圳等城市的地铁线路上。Moxa 凭借一流的产品品质、全线产品 5 年质保等优质的服务将继续致力在 CBTC 系统上为轨道交通建设作出贡献。
