2.2　高速鐵路信號系統網絡

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

整個高速鐵路信號系統（CTCS-3）網絡主要由四部分組成，即CTC分散自律調度集中數據通信網、信號安全數據通信網、信號監測數據通信網以及GSM-R通信網。除了GSM-R網絡以外，其余三部分的安全等級不同，獨立成網，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　信號安全數據通信網

（1）網絡系統功能及結構

信號安全數據通信網是采用工業以太網網絡設備（工業級交換機）構成的冗余雙環網，雙網間物理隔離，網絡設備間應采用專用單模光纖連接[5]。信號安全數據通信網實現車站設備（車站聯鎖、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，并實現其他相鄰線路安全數據網安全信息的可靠傳輸。

信號安全數據通信網接入設備主要包括列控中心（TCC）、計算機聯鎖（CBI）和臨時限速服務器（TSRS）[6-12]。信號安全數據網承載地面列控設備間的數據通信，主要業務包括以下幾個方面。

①TCC與TCC通信。TCC設備通過信號安全數據網向相鄰TCC傳輸軌道區段邊界信息、邊界信號機狀態、區間閉塞分區狀態信息、區間改方信息、設備狀態信息等。

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

③CBI與CBI通信。CBI之間的站聯信息。

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信息、區間閉塞分區狀態和站內正線軌道區段信息。

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。

⑥CBI與RBC通信。CBI向RBC傳輸MA信息；RBC向聯鎖系統傳輸列車相關信息。

信號系統安全信息數據網由各個車站和中繼站列控中心機柜中配置的工業以太網交換機連接，并組成雙冗余環網，全線所有車站、線路所以及聯絡線車站作為數據業務接入點接入到網絡中。其基本結構如圖2-4所示。

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

子網劃分應在網絡分界點處設置三層交換機實現，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。兩個獨立環網中子網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據網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）網管系統

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

網管系統具有拓撲管理、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對整個安全數據網支持自動搜索網絡設備的拓撲數據和手動增加節點以及拓撲數據的自動導入?？缮膳c實際網絡拓撲結構相同的網絡拓撲視圖。

②配置管理。EMS網管系統能夠對所屬網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網管系統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、節點位置進行監視和篩選。系統的告警分級如表2-1所示。

續上表

（4）性能管理。EMS對交換機的各個端口或鏈路的數據流量進行實時監測并設定閥值，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測、查詢和報警。

（5）安全管理。對網絡管理人員設置不同權限，根據不同的權限對網管軟件的操作功能進行限制；網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調度數據通信網

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

雙網結構包括調度中心的雙局域網、車站的雙局域網、車站之間的雙光纖通道網絡、調度中心與抽頭站間的雙2M數字通道網絡、車站與相關段所間的雙2M數字通道網絡等。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議轉換器，連接與調度中心（和相關段所）之間的數字通道；調度中心配置路由器和協議轉換器，連接與車站之間的數字通道；相關動車段所配置配置路由器和協議轉換器，連接與相關車站之間的數字通道。

2.2.3　集中監測數據通信網

（1）信號集中監測網絡結構

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

信號集中監測系統獨立組網，設計為單網，包括綜合維修段的局域網、車站的局域網、綜合維修工區和調度所的監測終端局域網、車站間的2M數字通道網絡、綜合維修段與抽頭站間的2M數字通道網絡、終端與車站間的2M數字通道網絡等。每個車站配置路由器和協議轉換器，構成車站間以太網；綜合維修段配置路由器和協議轉換器，構成綜合維修段與抽頭車站間的以太網；終端系統配置路由器和協議轉換器，構成終端與相關車站或綜合維修段間的以太網；采用TCP/IP技術組網，IP地址和域名由鐵路總公司統一分配。

（2）車站子系統構成

車站子系統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、串口接口子系統等，結構如圖2-10所示。

站機是車站子系統的核心，負責監測系統所有開關量、模擬量、報警信息、環境數據、視頻信息的收集、分類、邏輯分析處理、報警輸出、數據統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，絕大多數的監測模擬量采集數據都通過接口通信分機收集并編碼轉發給監測站機。接口通信分機通過CAN總線或網線與車站監測站機連接，負責實時采集各種信號設備的數據，并對采集數據進行預處理。

采集及控制單元包括采集分機與智能采集單元，具體包括現場控制總線信息平臺、高精度數據采集單元（包括軌道、道岔、電源屏等模擬信息）、環境監測傳感器、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，可以實現道岔曲線、道岔表示電壓、軌道電路電壓、信號機電流、移頻發送、移頻接收、半自動閉塞、絕緣測試、漏流測試、外電網質量、熔絲報警等信息的采集。