2.2　高速鐵路信號系統(tǒng)網(wǎng)絡

如圖2-3所示，高速鐵路信號系統(tǒng)包括列控系統(tǒng)、行車指揮系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)和信號集中監(jiān)測系統(tǒng)。列控系統(tǒng)主要由列控中心、車載設備、應答器、無線閉塞中心、臨時限速服務器和傳輸網(wǎng)絡組成；行車指揮系統(tǒng)由調度集中系統(tǒng)（Centralized Traffic Control，CTC）中心、自律分機、傳輸網(wǎng)絡、服務器系統(tǒng)、行調臺、輔助臺和電源系統(tǒng)組成；聯(lián)鎖系統(tǒng)由聯(lián)鎖設備、軌道電路、道岔轉換、信號機和電源系統(tǒng)組成。信號集中監(jiān)測通過標準接口與聯(lián)鎖系統(tǒng)、列車控制中心、TDCS/CTC、智能電源屏、ZPW-2000軌道電路系統(tǒng)、有源應答器、RBC、TSRS的信號設備連接，監(jiān)測設備狀態(tài)[4]。

整個高速鐵路信號系統(tǒng)（CTCS-3）網(wǎng)絡主要由四部分組成，即CTC分散自律調度集中數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、信號安全數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、信號監(jiān)測數(shù)據(jù)通信網(wǎng)以及GSM-R通信網(wǎng)。除了GSM-R網(wǎng)絡以外，其余三部分的安全等級不同，獨立成網(wǎng)，采用物理手段隔離（雙宿主機、接口服務器等），但邏輯上依然相連。

2.2.1　信號安全數(shù)據(jù)通信網(wǎng)

（1）網(wǎng)絡系統(tǒng)功能及結構

信號安全數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是采用工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡設備（工業(yè)級交換機）構成的冗余雙環(huán)網(wǎng)，雙網(wǎng)間物理隔離，網(wǎng)絡設備間應采用專用單模光纖連接[5]。信號安全數(shù)據(jù)通信網(wǎng)實現(xiàn)車站設備（車站聯(lián)鎖、列控中心）、中繼站設備（列控中心）、中心設備（TSRS、RBC）間的安全信息可靠傳輸，并實現(xiàn)其他相鄰線路安全數(shù)據(jù)網(wǎng)安全信息的可靠傳輸。

信號安全數(shù)據(jù)通信網(wǎng)接入設備主要包括列控中心（TCC）、計算機聯(lián)鎖（CBI）和臨時限速服務器（TSRS）[6-12]。信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)承載地面列控設備間的數(shù)據(jù)通信，主要業(yè)務包括以下幾個方面。

①TCC與TCC通信。TCC設備通過信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)向相鄰TCC傳輸軌道區(qū)段邊界信息、邊界信號機狀態(tài)、區(qū)間閉塞分區(qū)狀態(tài)信息、區(qū)間改方信息、設備狀態(tài)信息等。

②TCC與CBI通信。TCC向CBI傳輸區(qū)間方向信息、區(qū)間閉塞分區(qū)狀態(tài)信息、信號降級命令信息等；CBI向TCC傳輸列車進路狀態(tài)信息、調車信號狀態(tài)信息、區(qū)間改方命令信息、車站信號機點燈狀態(tài)信息等。

③CBI與CBI通信。CBI之間的站聯(lián)信息。

④TCC和TSRS通信。TSRS向列控中心傳輸臨時限速命令信息和校時時鐘信息；列控中心向TSRS服務器傳輸臨時限速命令狀態(tài)信息、區(qū)間閉塞分區(qū)狀態(tài)和站內正線軌道區(qū)段信息。

⑤RBC和TSRS通信。TSRS向RBC傳輸臨時限速命令；RBC向TSRS傳輸臨時限速命令狀態(tài)。

⑥CBI與RBC通信。CBI向RBC傳輸MA信息；RBC向聯(lián)鎖系統(tǒng)傳輸列車相關信息。

信號系統(tǒng)安全信息數(shù)據(jù)網(wǎng)由各個車站和中繼站列控中心機柜中配置的工業(yè)以太網(wǎng)交換機連接，并組成雙冗余環(huán)網(wǎng)，全線所有車站、線路所以及聯(lián)絡線車站作為數(shù)據(jù)業(yè)務接入點接入到網(wǎng)絡中。其基本結構如圖2-4所示。

如果某線路長，車站數(shù)量多或者不同高速鐵路接口，則必須通過劃分子網(wǎng)的方式來縮小交換機的廣播域。劃分子網(wǎng)的數(shù)據(jù)組網(wǎng)結構應按如圖2-5所示方案組網(wǎng)。

子網(wǎng)劃分應在網(wǎng)絡分界點處設置三層交換機實現(xiàn)，三層交換機間采用雙冗余光纜進行聚合連接，雙通道冗余光纜應采用不同路徑鋪設。兩個獨立環(huán)網(wǎng)中子網(wǎng)的分界點不應設在同一車站或中繼站。

對于一側為高速鐵路信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)而另一側為獨立信號設備的情況，應通過交換機連接，方式如圖2-6所示。

（2）網(wǎng)管系統(tǒng)

在信號系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)中，設備故障、光纖破損或供電中斷等原因都會引起網(wǎng)絡通信的故障。網(wǎng)管系統(tǒng)能實時監(jiān)測信號系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)的健康狀況和運行狀況并對故障現(xiàn)象和原因進行報警。網(wǎng)絡系統(tǒng)分為網(wǎng)元管理系統(tǒng)（Element Management System，EMS）網(wǎng)管級和路局網(wǎng)絡管理系統(tǒng)（Network Management System，NMS）網(wǎng)管級。EMS負責監(jiān)管所述線路安全數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡設備的在線運行狀態(tài)（包括相鄰線路互聯(lián)的在線運行狀態(tài)），以及EMS與信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)之間設備的運行狀態(tài)。NMS網(wǎng)管負責監(jiān)管路局管所內所有線路信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)設備的運行狀態(tài)，以及EMS和NMS之間的網(wǎng)絡設備（含網(wǎng)路安全設備）的運行狀態(tài)。其組網(wǎng)方式如圖2-7所示。

網(wǎng)管系統(tǒng)具有拓撲管理、配置管理、故障管理、性能管理和安全管理功能。

①拓撲管理。EMS對整個安全數(shù)據(jù)網(wǎng)支持自動搜索網(wǎng)絡設備的拓撲數(shù)據(jù)和手動增加節(jié)點以及拓撲數(shù)據(jù)的自動導入。可生成與實際網(wǎng)絡拓撲結構相同的網(wǎng)絡拓撲視圖。

②配置管理。EMS網(wǎng)管系統(tǒng)能夠對所屬網(wǎng)絡設備進行遠程配置，并且支持配置失敗自動退回功能；支持遠程在線實施文件快速導入導出操作；支持遠程在線跟新交換機固件的升級與降級；支持設備運行日志、故障日志的在線導出。

③故障管理。EMS網(wǎng)管系統(tǒng)為維護人員提供告警確認、告警刪除、告警過濾的操作界面，并可以對告警內容、節(jié)點位置進行監(jiān)視和篩選。系統(tǒng)的告警分級如表2-1所示。

續(xù)上表

（4）性能管理。EMS對交換機的各個端口或鏈路的數(shù)據(jù)流量進行實時監(jiān)測并設定閥值，對于高于一定閥值端口進行告警；對交換機各個端口的誤碼率能實時監(jiān)測、查詢和報警。

（5）安全管理。對網(wǎng)絡管理人員設置不同權限，根據(jù)不同的權限對網(wǎng)管軟件的操作功能進行限制；網(wǎng)管客戶端登錄服務器時，同一時間同一用戶只能在一個地點登錄；具有操作鎖定和定時鎖定功能。

2.2.2　CTC調度數(shù)據(jù)通信網(wǎng)

調度集中系統(tǒng)（CTC）獨立組網(wǎng)，分別采用通信數(shù)據(jù)網(wǎng)提供的站間光纖和2M專用數(shù)字通道，用于CTC調度中心與車站分機之間的信息傳輸[13-17]，組網(wǎng)結構如圖2-8所示[14，17]。

雙網(wǎng)結構包括調度中心的雙局域網(wǎng)、車站的雙局域網(wǎng)、車站之間的雙光纖通道網(wǎng)絡、調度中心與抽頭站間的雙2M數(shù)字通道網(wǎng)絡、車站與相關段所間的雙2M數(shù)字通道網(wǎng)絡等。每個車站配置雙交換機和光纖接入設備，連接站間光纖；抽頭站配置路由器和協(xié)議轉換器，連接與調度中心（和相關段所）之間的數(shù)字通道；調度中心配置路由器和協(xié)議轉換器，連接與車站之間的數(shù)字通道；相關動車段所配置配置路由器和協(xié)議轉換器，連接與相關車站之間的數(shù)字通道。

2.2.3　集中監(jiān)測數(shù)據(jù)通信網(wǎng)

（1）信號集中監(jiān)測網(wǎng)絡結構

信號集中監(jiān)測網(wǎng)絡結構包括車站局域網(wǎng)、綜合維護工區(qū)（車間）/綜合保養(yǎng)點（工區(qū)）局域網(wǎng)、電務段局域網(wǎng)、鐵路局局域網(wǎng)、鐵路總公司局域網(wǎng)以及連接各層局域網(wǎng)的廣域網(wǎng)等，如圖2-9所示。

信號集中監(jiān)測系統(tǒng)獨立組網(wǎng)，設計為單網(wǎng)，包括綜合維修段的局域網(wǎng)、車站的局域網(wǎng)、綜合維修工區(qū)和調度所的監(jiān)測終端局域網(wǎng)、車站間的2M數(shù)字通道網(wǎng)絡、綜合維修段與抽頭站間的2M數(shù)字通道網(wǎng)絡、終端與車站間的2M數(shù)字通道網(wǎng)絡等。每個車站配置路由器和協(xié)議轉換器，構成車站間以太網(wǎng)；綜合維修段配置路由器和協(xié)議轉換器，構成綜合維修段與抽頭車站間的以太網(wǎng)；終端系統(tǒng)配置路由器和協(xié)議轉換器，構成終端與相關車站或綜合維修段間的以太網(wǎng)；采用TCP/IP技術組網(wǎng)，IP地址和域名由鐵路總公司統(tǒng)一分配。

（2）車站子系統(tǒng)構成

車站子系統(tǒng)的設備主要包括站機、接口通信分機、采集分機、智能采集單元、電源設備、防雷設備、串口接口子系統(tǒng)等，結構如圖2-10所示。

站機是車站子系統(tǒng)的核心，負責監(jiān)測系統(tǒng)所有開關量、模擬量、報警信息、環(huán)境數(shù)據(jù)、視頻信息的收集、分類、邏輯分析處理、報警輸出、數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總和存儲回放等功能，并提供人性化的人機交互界面。

接口通信分機是采集設備中的核心部分，絕大多數(shù)的監(jiān)測模擬量采集數(shù)據(jù)都通過接口通信分機收集并編碼轉發(fā)給監(jiān)測站機。接口通信分機通過CAN總線或網(wǎng)線與車站監(jiān)測站機連接，負責實時采集各種信號設備的數(shù)據(jù)，并對采集數(shù)據(jù)進行預處理。

采集及控制單元包括采集分機與智能采集單元，具體包括現(xiàn)場控制總線信息平臺、高精度數(shù)據(jù)采集單元（包括軌道、道岔、電源屏等模擬信息）、環(huán)境監(jiān)測傳感器、門禁控制器、智能空調控制器、ZPW-2000A移頻信號綜合采集器等。通過采集單元，可以實現(xiàn)道岔曲線、道岔表示電壓、軌道電路電壓、信號機電流、移頻發(fā)送、移頻接收、半自動閉塞、絕緣測試、漏流測試、外電網(wǎng)質量、熔絲報警等信息的采集。