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无线通信的列车控制系统的研究与应用

2013-02-05 21:12:30来源:用户投稿作者:宗明(上海铁路通信有限公司)

1无线CBTC系统的工作原理

目前,国内投入运营的CBTC系统基本上都可在CBTC模式和后备模式丁运行。

在CBTC模式下,轨旁接入点(AP)上电启动后,首先与无线接入控制器(AC)交换一些初始化信息,这些信息包括AP正常工作所需要的认证信息、注册信息等,对于非法接入的AP,AC将拒绝提供服务。正常工作时,AP会周期性地通过天线向外发送广播信息,当一个车载移动终端(MR)接收到该AP的广播信息且该信号的场强值大于MR的接入阈值时,MR将发送与AP的关联信息,AP与MR也将发送安全认证信息,拒绝非法MR的接入。在经过一系列的接入关联、认证和初始化工作以后,MR与AP才建立通信。

车载控制单元通过检测轨旁应答器及检索车载数据库中的数据来判定和校准列车的位置,并且利用速度传感器的测距功能计算列车检测到应答器后列车的走行距离。车载数据库信息包括应答器位置、车站停车位置、坡度、土建限速、道岔位置和信号机位置等。轨旁区域控制器(ZC)接收来自ATS(列车自动监视)的进路请求,然后沿着ATS请求的进路,根据当前列车报告的位置起始为其后续追踪列车计算移动授权命令(LMA)。当ZC确认受控列车的移动授权能够通过前方的信号机时,ZC给轨旁联锁系统发布命令,将其所辖

在后备模式下,ZC不工作,ATS发送进路请求给联锁系统,联锁系统基于固定闭塞的原则建立进路及开放信号,司机根据信号机开放状态和后备模式下的运营规则控制列车运行。

图1   基于无线通信的CBTC系统框图

2无线CBTC系统的优势

随着移动无线技术的发展,在轨道交通自动控制领域中,采用基于无线的通信方式进行车一地的数据传输正日益成为一种趋势。大的数据传输量为提高信号系统的性能和效率提供了空间。同时,无线技术更有利于车载设备的监控和系统性能的监督,还可用于乘客信息传输和语音、图像的传输。无线CBTC系统的车一地通信是基于开放的IEEE802.11无线通信技术,其轨旁的数据传输采用802.31P以太网通信技术,经过多年国内工程项目的测试和验证,在系统应用的安全性、兼容性、节约运营维护成本、灵活性等方面均表现出明显的优势。的该信号机开放为允许信号。ZC知道其控制范围内所有列车的位置信息,并通过系统确定何时可以安全地延伸列车的移动授权。

2.1安全性

无线CBTC系统秉承了传统信号系统设计故障导向安全、可靠的基本原则。通过在所有网络入口设置安全网关实现整个网络的安全防护。以认证的方式防止假冒,来确保安全性;以动态加密的方式保护密钥,从而实现保密性。

采取802.11WEP加密技术和非标准的跳频序列进行无线网络的保护。跳频技术(FHSS)的应用为无线CBTC系统的数据传输安全性提供了保障。FHSS使车场或其它有线路交叉的地方多个频率共存,同时大大减少了频率间干扰的风险,经过大量实验室和现场测试,IEEE802.11无线数据通信控制系统(WirelessDCS)能抵抗蓝牙或Wi-Fi等设备可能产生的干扰。

有线网络的保护主要通过交换机端口的控制以及设置防火墙的方式来实现。

2.2兼容性

在轨道交通信号领域,应用开放式的标准既可以节约成本,也能够实现兼容性,这已成为该领域技术发展的主要驱动力。IEEE标准是世界网络技术领域中使用最广泛的,ISM组织发放了3个自由使用的频段,分别为900M、2.4G和5.8G。IEEE802.11描述了2.4G共用频段的使用。该标准也支持在连续传输中数据包的无缝拆分和组合。IEEE802.11开放标准与广泛使用的IEEE802.3以太网标准完全兼容。

IEEE802.11媒体介入控制(MAC)层支持无线移动功能,允许移动无线信号的连接和再连接。实验和地铁项目的运营验证证明,只通过改变物理层来使用5.8G自由频段是可行的。当前世界几大主流信号供货商的CBTC系统的无线数据通信子系统均采用了IEEE802,11规范的无线自由频段,但并不局限于2.4G。理论上,在保持IEEE802.11MAC层的情况下可使用任何可用的无线频率。

2.3灵活性

移动闭塞的列车定位不依赖于轨道电路或计轴区段,极大地改善了列车的运行间隔,减少了设备数量,且列车定位精度更高;支持不同运行模式的列车混合运行,受控列车基于移动闭塞方式运行,非受控列车基于固定闭塞间隔方式运行。

无线设备的部署和安装简单清晰,每辆车都安装了移动无线设备MR,轨旁无线设备AP以合理的间隔沿线路布置,为车一地通信提供无线链路。除了部分商用定制设备外,其它所有无线DCS系统的设备都是可以在市场上购买到的标准商用设备。无线DCS系统的容量大,不但能够满足当前列车控制系统的数据传输需求,今后也可为其他媒体或企业IP通信提供额外容量。

轨旁AP提供小区的冗余覆盖,如果一个AP出现故障,车一地间的无线通信将通过邻近覆盖的小区来进行,保证了列车控制和通信不受影响。同时,如果故障发生,网络后台管理系统会很快识别出故障点的ID地址,对于任何一个AP的替换都非常的便捷和简单。

3结语

综上所述,基于无线的列车控制系统具有性能及成本优势。由于我国城市化进程快、城市人口多、市民对公共交通依赖性强、现有交通设施不完备等,基于无线的列车控制系统在我国拥有世界范围内独有的市场机遇。实践中,国内地铁项目无线CBTC系统的成功开通运营需要诸多因素合力促成,如:项目参与各方的通力合作、客户方面给予的支持和配合,以及技术本身不断验证、改进和发展。无线CBTC系统将具有极其广阔的发展前景。

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