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地鐵信號系統數據通信論文
1信號系統中DCS網(wǎng)絡(luò )特點(diǎn)及傳輸信息類(lèi)型
城市軌道交通信號系統的DCS網(wǎng)絡(luò )包含有線(xiàn)部分和無(wú)線(xiàn)部分。有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )部分是指軌旁設備之間的數據通信，為信號系統提供專(zhuān)用有線(xiàn)信息傳輸，為控制中心、車(chē)站、場(chǎng)段之間提供有線(xiàn)傳輸通道，建立局域網(wǎng)連接。無(wú)線(xiàn)部分主要是列車(chē)上的移動(dòng)無(wú)線(xiàn)設備和地面軌旁無(wú)線(xiàn)單元之間建立的車(chē)地雙向通信。如上所述，在信號系統的DCS網(wǎng)絡(luò )中，可以根據不同的組網(wǎng)方式，構建不同的網(wǎng)絡(luò )結構，形成連接信號系統相關(guān)設備的通信網(wǎng)。而在這樣的網(wǎng)絡(luò )中，傳遞的信息就包含大量的管理信息、行車(chē)數據信息、ATS信息、維護信息、數據記錄信息等。DCS系統網(wǎng)絡(luò )連接設備一般連接方式需要說(shuō)明的是DCS網(wǎng)絡(luò )結構是多樣的，隨著(zhù)實(shí)際地鐵線(xiàn)路情況、所連接的設備情況、以及技術(shù)發(fā)展和應用情況有不同變化。從圖1中可以看出，信號系統DCS網(wǎng)絡(luò )具有連接設備類(lèi)型多、數量大，信息傳輸種類(lèi)繁多的特點(diǎn)。如果在DCS網(wǎng)絡(luò )中信息沒(méi)有合理的傳輸定義，使網(wǎng)絡(luò )中任何一個(gè)數據幀的傳輸都要遍及整個(gè)網(wǎng)絡(luò )，導致所有與網(wǎng)絡(luò )連接的設備都接收到，這樣就會(huì )嚴重的消耗掉網(wǎng)絡(luò )整體帶寬。因此，在DCS網(wǎng)絡(luò )傳輸信息量較大時(shí)（如早、晚運行高峰時(shí)等），如不對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行合理設置，就可能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴。網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴發(fā)生時(shí)，與網(wǎng)絡(luò )連接的部分設備也可能會(huì )由于無(wú)法應對網(wǎng)絡(luò )流量的大幅波動(dòng)導致故障，進(jìn)而引發(fā)故障面擴大的情況發(fā)生，對運營(yíng)產(chǎn)生嚴重影響，這就需要對網(wǎng)絡(luò )中的信息傳輸進(jìn)行合理優(yōu)化。
2VLAN技術(shù)特點(diǎn)及在DCS網(wǎng)絡(luò )中的應用
VLAN技術(shù)是將局域網(wǎng)設備從邏輯上劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段，從而實(shí)現虛擬工作組數據交換。由于VLAN設置是在交換機上按邏輯來(lái)劃分，而不是傳統上的只能從物理上劃分，因此VLAN技術(shù)的出現，可以滿(mǎn)足根據實(shí)際應用情況，將同一物理局域網(wǎng)內不同用戶(hù)邏輯地劃分成不同的廣播域需求。在設計VLAN并實(shí)現應用時(shí)，首先要確定如何劃分VLAN。較為常見(jiàn)的VLAN劃分方式包括：按照端口劃分，按照MAC地址劃分、基于網(wǎng)絡(luò )層劃分、以及基于IP廣播和基于規則等方式。其中應用最為廣泛、也是最有效的，是按照端口劃分的方式，這種劃分方式是根據以太網(wǎng)交換機的交換端口來(lái)劃分的，將交換機上的物理端口分為若干個(gè)組，每個(gè)組構成一個(gè)虛擬網(wǎng)。由于基于端口劃分VLAN的優(yōu)點(diǎn)是定義VLAN成員非常簡(jiǎn)單，只要在接入交換機上進(jìn)行相關(guān)設置即可，操作相對簡(jiǎn)單，適合任何大小的網(wǎng)絡(luò )。同時(shí)，這種配置方式適用于網(wǎng)絡(luò )環(huán)境比較固定的情況，與DCS網(wǎng)絡(luò )構建后即在運營(yíng)中不會(huì )輕易改變的實(shí)際情況較為符合，因此在地鐵信號系統DCS網(wǎng)絡(luò )交換機的配置中，一般都可以使用按照端口劃分VLAN的配置方式。以赫斯曼交換機為例，按照端口劃分VLAN，為不同端口賦予不同ID后的界面顯示情況綜上所述，為了有效避免信號系統DCS網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴的發(fā)生，可以將交換機端口劃分到不同VLAN中。其原理為：在不同端口發(fā)出的所有數據幀上增加一個(gè)代表所屬VLAN編號的ID，各個(gè)交換機端口只有在接收到所屬VLANID的信息時(shí)，才會(huì )對該信息進(jìn)行拆分處理，而在收到標有其他VLANID信息時(shí)，只會(huì )將該信息按照目的地址進(jìn)行轉發(fā)。這樣就實(shí)現了通過(guò)在DCS網(wǎng)絡(luò )交換機上應用VLAN技術(shù)，有效控制網(wǎng)絡(luò )流量、降低網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴發(fā)生概率的目標。并且通過(guò)在交換機上進(jìn)行VLAN的劃分，可以起到減少項目建設的設備投資成本、簡(jiǎn)化DCS網(wǎng)絡(luò )管理、提高網(wǎng)絡(luò )安全性的作用。這里需要提出的是，有必要找到適合于信號DCS網(wǎng)絡(luò )的劃分原則，結合實(shí)際應用情況，將不同級別的信息進(jìn)行合理區分。
3適用于DCS的VLAN劃分原則
由于地鐵信號系統DCS網(wǎng)絡(luò )具有連接設備數量、類(lèi)型較多，信息傳輸種類(lèi)繁多的特點(diǎn)，在按照端口劃分的VLAN配置方法對信號DCS網(wǎng)絡(luò )交換機等進(jìn)行配置時(shí)，需要尋找到合適的原則，將信號系統DCS網(wǎng)絡(luò )中不同設備、不同信息類(lèi)型進(jìn)行全網(wǎng)的統一配置，既能有效避免網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴，又有利于維護人員進(jìn)行維修檢查。這就需要根據網(wǎng)絡(luò )端口是否有用、該端口在網(wǎng)絡(luò )中的作用、所傳輸的信息內容和特點(diǎn)等特征，將網(wǎng)絡(luò )端口有序劃分。例如，在網(wǎng)絡(luò )的列車(chē)自動(dòng)控制（ATC）信息、列車(chē)自動(dòng)監控（ATS）信息、維護管理信息等帶有不同功能及目地的信息，劃分到不同的VLAN中。在信息有效傳輸的同時(shí)，也可以提高網(wǎng)絡(luò )的安全性能。建議按照以下原則進(jìn)行層層劃分。
1）由于信號系統涉及列車(chē)行車(chē)安全，因此可先將交換機上多余端口統一劃入“無(wú)用端口”的VLAN中，這樣即使有其他設備接入到該端口上，也不會(huì )對有用端口間的網(wǎng)絡(luò )通信造成影響。
2）進(jìn)一步將有用端口進(jìn)行分類(lèi)，如該端口在信號DCS網(wǎng)絡(luò )中只做收發(fā)，不對信息進(jìn)行拆分和處理，即可將其劃入“管理類(lèi)”的VLAN中。
3）在DCS網(wǎng)絡(luò )中，與“管理類(lèi)”信息對應的是“業(yè)務(wù)類(lèi)”信息，在此類(lèi)信息中，建議先將涉及到列車(chē)控制安全的ATC信息獨立劃分出來(lái)，同時(shí)由于此類(lèi)信息較為重要，需設計兩路，可以劃分至兩個(gè)不同的VLAN中。
4）另外，“業(yè)務(wù)類(lèi)”信息還包含其他非ATC信息，也就是非安全信息。對這類(lèi)信息的劃分，首先將其中的ATS信息獨立劃分出來(lái)，同樣建議為兩路。
5）同時(shí)，非安全類(lèi)的信息也包含維護管理類(lèi)信息，如維護支持、電源監控類(lèi)等信息也需要劃分到單獨一個(gè)VLAN中，此類(lèi)信息可以不進(jìn)行冗余設置。
6）其他非安全類(lèi)信息也可以通過(guò)實(shí)際情況進(jìn)行VLAN設置，可以獨立VLAN，也可統一劃入一個(gè)VLAN，根據實(shí)際情況進(jìn)行設置即可。建議的VLAN劃分原則，以及該原則對應在信號系統中的傳輸內容示意。
4總結
在當前我國地鐵大面積建設的形勢下，地鐵在人們出行中起到越來(lái)越重要的作用。地鐵信號系統在保證列車(chē)高效、準點(diǎn)運行過(guò)程中起到了關(guān)鍵作用，而確保DCS網(wǎng)絡(luò )正常、有序傳輸信息也是保證地鐵正常運營(yíng)的重要部分之一。合理配置和優(yōu)化DCS網(wǎng)絡(luò )有著(zhù)重要意義。根據不同網(wǎng)絡(luò )結構和不同地鐵線(xiàn)路特點(diǎn)，合理的對網(wǎng)絡(luò )中不同信息進(jìn)行VLAN配置，形成適宜于DCS網(wǎng)絡(luò )的配置方式，使其更穩定的承載信息傳輸任務(wù)，是十分必要的。
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