城市轨道交通信号系统项目七-DCS信号子系统课件

,*,出版社 理工分社,隧道工程（第三版）,单击此处编辑母版文本样,单击此处编辑母版标题样式,目录,项目七,DCS,信号子系统,目录项目七 DCS信号子系统,项目,七,DCS,信号子系统,【项目目标】：,了解城轨,CBTC,信号系统中,DCS,系统的作用,掌握浙大网新,CBTC,信号系统的,DCS,子系统结构组成,掌握浙大网新,DCS,子系统的功能，原理,了解浙大网新,DCS,子系统的性能及接口掌握维修子系统概念,了解,DCS,子系统常用的通信协议等,【能力目标】：,能正确说明城轨,CBTC,信号系统的各个子系统构成,能正确说明城轨,CBTC,信号系统中,DCS,系统的作用,能熟练掌握浙大网新,CBTC,信号系统的,DCS,子系统结构组成,能正确阐述浙大网新,DCS,子系统的功能，原理,能认知浙大网新,DCS,子系统的性能及接口情况,能对应实际设备说出大致名称,能正确说明轨旁和车载,DCS,相关设备的安装位置,培养学员学习的主观能动性和参与学习交流的能力,具备团结协作吃苦耐劳的的工作素养,项目七 DCS信号子系统【项目目标】：,项目,七,DCS,信号子系统,1,、概述,城轨信号控制技术和通讯技术不断发展的今天，基于通信的移动闭塞系统（,CBTC,）已经几乎是所有新建线路首先的信号系统，在该系统中，数据通信子系统（,Data Communications Subsystem, DCS,）为行车控制搭建了一个通信网络，一方面通过干线网络（,SDH,骨干网或以太网）将控制中心、正线车站、车辆段、停车场、维护中心等地点的各系统设备连接起来，另一方面通过无线接入,AP,点、无线天线或波导管或泄漏电缆等将在线运行的列车与干线网络连接起来，使得相关,ATS,信息、,ATP,信息、,ATO,信息能在各系统设备间快速传递，完成,ATS,、,ATP,、,ATO,的各类功能。,DCS,子系统基于开放的业界标准：有线通信部分采用,IEEE802.3,以太网标准，无线通信部分采用先进的,WLAN,技术,IEEE802.11g,标准，最大程度地采用成熟的设备。,一、系统组成,项目七 DCS信号子系统1、概述一、系统组成,项目,七,DCS,信号子系统,2,、,系统结构组成,从网络层次上来划分，系统包括,5,个主要子系统,：,控制中心子系统,；,骨干网子系统,；,轨旁数据接入网子系统,；,车地通讯网子系统,；,车载网络子系统,；,一、系统组成,项目七 DCS信号子系统2、系统结构组成一、系统组成,项目,七,DCS,信号子系统,2,、,系统结构组成,1,）,控制中心子系统,控制中心是,DCS,的信号信息汇集点，设计上类似一个小型的专用数据中心和网络管理中心。,控制中心交换机是控制信息数据的交换中心，需要支持全线速的转发能力，保证信号能够顺畅无阻塞的到达,CBTC,后台处理机。,CBTC,的后台处理机,(,服务器、存储设备等,),通过千兆以太网直接连接到控制中心交换机,。,一、系统组成,项目七 DCS信号子系统2、系统结构组成一、系统组成,项目,七,DCS,信号子系统,2,、,系统结构组成,2,）,骨干网络子系统,轨旁骨干网络采用业内关键应用组网的通用架构构建，由传输模块和骨干交换模块构成。传输层面采用,RPR,（,Resilient Packet Ring,）弹性分组环技术连接组网。,RPR,集,IP,的智能化、以太网的经济性和光纤环网的高带宽效率、可靠性于一体。,接入交换机通过光接口接入骨干交换机。 在传输节点上（某些集中站，比如西安,2,号线的北大街和南稍门）采用,A,、,B,网交叉布放方式，在每台骨干交换机插一块,RPR,板卡，,RPR,板卡通过光纤互联组成,RPR,环网；,一、系统组成,项目七 DCS信号子系统2、系统结构组成一、系统组成,项目,七,DCS,信号子系统,2,、,系统结构组成,3,）,轨旁数据接入网络,轨旁接入网络部分，提供各轨旁子系统和轨旁无线设备接入数据通信子系统的接口。,一般线路,非设备集中站,都部署一台光口接入交换机,设备集中站及运营控制中心和车辆段,分别部署一台轨旁无线设备接入交换机和有线设备接入交换机,，,轨旁无线设备和有线设备采用不同的,AS,交换机接入网络，保障轨旁数据接入的高可靠性；,轨旁光口接入交换机和电口接入交换机分别以星型方式千兆上联所属的本区域骨干交换机；,轨旁光口接入交换机以百兆光纤连接本站区域各轨旁,AP,，电口接入交换机通过百兆双绞线为本站内各轨旁有线设备提供接入。,一、系统组成,项目七 DCS信号子系统2、系统结构组成一、系统组成,项目,七,DCS,信号子系统,2,、,系统结构组成,4,）,车地通讯网络,车地通讯网络主要由轨旁,AP,、天线、连接线缆、供电部分设备、保护箱设备组成。,轨旁,AP,分为,A,、,B,网设备独立部署,；,任一网络（,A,网或,B,网）轨旁,AP,的部署遵循无线信号重叠覆盖的原则，即每个轨旁,AP,的无线信号覆盖范围为,2,倍的轨旁,AP,部署间距，任一轨旁,AP,故障的情况下，仍能维持轨旁无线信号的连续覆盖。,一、系统组成,项目七 DCS信号子系统2、系统结构组成一、系统组成,项目,七,DCS,信号子系统,2,、,系统结构组成,5,）,车载数据通信网络,车载网络系统分别由车头驾驶室网络部分及车尾驾驶室网络部分组成。其中车头,和车尾的,驾驶室网络部分由车载无线网络单元、车载天线、车载网络交换机和车载,CBTC,系统设备组成。,一、系统组成,项目七 DCS信号子系统2、系统结构组成一、系统组成,项目,七,DCS,信号子系统,DCS,子系统定义了,ISO/OSI,标准,7,层协议中的,5,层（见图,7-1-7,）。其中传输层、网络层、数据链路层、物理层都遵守通行的标准和协议。应用层是为列车控制特殊设计的。本系统采用开放的体系结构和协议标准。所有的列车控制子系统都包括标准的,IEEE 802.3,（以太网）接口和使用,UDP/IP,作为不同设备之间的通信协议。,一、系统组成,3,、协议结构,Protocol Structure,项目七 DCS信号子系统DCS子系统定义了ISO/OSI标,项目,七,DCS,信号子系统,CBTC,各子系统之间双向可靠数据通信,信息冗余传输,采用有效的安全机制保障,DCS,网络安全性,采用先进的加密算法保证数据安全性,网络管理,二、,DCS,子系统系统功能,项目七 DCS信号子系统CBTC各子系统之间双向可靠数据,项目,七,DCS,信号子系统,1,、,双向可靠数据通信,DCS,子系统能够满足数据传输对于传输延时、丢包率的需求。单次报文有效传输时延平均值小于,100,毫秒，丢包率小于,1,，在列车行进速度为,120km/h,内，动态切换时延能够保证在,50ms,以内。,2,、,信息冗余传输,CBTC,系统内设备之间的连接，通过两个相互独立的网络，实现冗余通信。,本系统,采用的方案为同一条信息通过两个对等独立网络同时传输，即便其中一个网络发生故障，信息仍然能够通过另外一个网络到达目的地。,因此系统,不会因为单一网络的故障而导致通信中断和数据丢失,从而满足,CBTC,信号系统对于车地双向通信实时性的要求。,二、,DCS,子系统系统功能,项目七 DCS信号子系统1、双向可靠数据通信 二、DCS子,项目,七,DCS,信号子系统,3,、,网络安全,为了减少危害，系统采用了下列安全措施：数据加密，数据发送方校验，数据过滤和数据完整性检验等。安全措施包括两个层次，第一是确保信息的安全传输，第二是限制接入。这两层保护使得系统能够满足,CENELEC 50159-2,的安全标准。,二、,DCS,子系统系统功能,项目七 DCS信号子系统3、网络安全二、DCS子系统系统功,项目,七,DCS,信号子系统,4,、网络管理,CBTC-DCS,网络系统中，有线部分主要由各类交换机设备组成。在地铁项目中，网管系统对全网交换机设备进行统一管理。,项目采用的网管系统是一个集成管理工具套件，它可以实现网络设备的配置、管理、监控和故障排除。网管系统的应用构建在通用的互联网标准基础之上。网络操作人员通过浏览器，利用该工具套件方便地进行网络管理。该网管系统包含的各种应用模块可以集中或分布部署，但其要管理的网络设备和这些设备的关键信息则可以集中存储一个资源库中。网管系统支持功能视图的定制，能满足一位或一组网络操作人员的需要。,二、,DCS,子系统系统功能,项目七 DCS信号子系统4、网络管理二、DCS子系统系统功,项目,七,DCS,信号子系统,1,、,轨旁骨干网络,轨旁骨干网络由骨干交换模块和传输模块组成。一般在线路上设置几个骨干交换机，采用单网环式拓扑结构,。,一般选择,OCC,和部分设备集中站，作为设备汇聚节点，每个汇聚节点各部署骨干交换机作为汇聚节点的数据交换转发设备，每个骨干交换机通过传输模块和光缆连接组成带宽为,2.5Gbps,的环路。,2,、轨旁数据接入网络,轨旁数据接入网络主要由轨旁接入交换机、轨旁,AP,、天线、连接线缆、供电部分设备、保护箱等设备和组件组成。轨旁接入交换机通过冗余的以太网络与骨干交换机相连。,三、,系统原理,项目七 DCS信号子系统1、轨旁骨干网络三、系统原理,项目,七,DCS,信号子系统,3,、,车载数据通信网络,车载数据通信网络的设计考虑以下几个问题：,轨旁,AP,的选择,轨旁天线的选择,无线覆盖,无线网络冗余,频率规划无线抗干扰分析,三、,系统原理,项目七 DCS信号子系统3、车载数据通信网络三、系统原理,项目,七,DCS,信号子系统,4,、,DCS,子系统内部接口,1,）,接入交换机提供了连接站间,AP,的以太网接口并保有余量。轨旁,AP,提供了相应的,100M,以太网接口。轨旁,AP,通过单模光纤以星型拓扑结构连接到接入交换机。,2,）,骨干交换机与接入交换机的接口：骨干交换机和接入交换机均提供千兆的以太网口，实行互联。,3,）,传输模块之间的接口：传输模块之间采用基于,RPR,的技术链接，传输设备之间组成,2.5G,带宽的传输环。,4,）,网管接口：网管设备提供以太网口，与接入交换机之间以五类双绞线互联。通信协议使用,UDP/IP,。,5,）,车载,MR,和轨旁,AP,的接口：采用基于,IEEE 802.11g,的无线局域网技术进行互联。,三、,系统原理,项目七 DCS信号子系统4、DCS子系统内部接口三、系统原,项目,七,DCS,信号子系统,1,、,整体网络性能,开放性,：系统的关键技术都基于标准的协议进行实现，从标准协议角度支撑各方设备互联互通的功能；,先进性,：在技术选择方面，都是选择代表当今世界技术发展趋势并已经得到工程应用实践检验，实用多年的成熟技术，诸如：光纤环网技术、正交频分复用（,OFDM,）无线技术等等；,扩展性,：网络的系统架构具有良好的扩展性，包括无线网络扩展和有线网络扩展（线路延长和与其他线的互联），都是支持平滑扩容与升级；,安全性,：系统提供代表世界先进水平的安全防护手段，包括：,128,位,AES,密码数据加密，用户认证，动态密码刷新机制，消息源发者身份校验，信息完整性检查等，满足,CENELEC 50159-2,标准；,简易性,：系统提供良好的网络管理手段，为用户提供简单、便携的管理维护方式；,可靠性,：系统通过网络设备和链路的冗余具有很高的。无线传输设备全部采用工业级产品，满足温度，震动等环境要求。,抗干扰性,：系统（特别是无线通信设备）对外界电磁干扰（例如，由接触网供电和杂散电流产生的电磁干扰）以及其他工作在相同频率的无线设备产生的同频干扰具有很强的抵抗能力。,四、系统性能,项目七 DCS信号子系统1、整体网络性能四、系统性能,项目,七,DCS,信号子系统,2,、,具体性能,轨旁数据通信网络：这部分通过接入交换机能够提供,100Mbit/s,的数据传输能力。,轨旁骨干网络：这部分能够提供,2.5Gbit/s,的数据传输能力。,车载数据通信网络：这部分通过车载,ESE,能够提供,100Mbit/s,的数据传输能力。,车地双向数据网络：这部分采用,IEEE 802.11g,无线局域网技术，能够提供满足客户实际需求的带宽。,最不利情况下传输延迟,500,毫秒。,丢包率不大于百分之一。,当列车以最高,120,公里,/,小时行驶时，车地之间双向通信仍然能够保持连续不中断，任何两个设备之间的平均通信延迟约为,100ms,，情况最坏时，能够保证不大于,500ms,。并且，,DCS,的无线链路发送和接收,200,字节的,IP,数据信息时，数据丢失率不超过,1%,。,四、系统性能,项目七 DCS信号子系统2、具体性能四、系统性能,项目,七,DCS,信号子系统,3,、,冗余设计,车地双向通信网络：车地通信数据同时由两张网络支撑，可看作,A,、,B,网，任意一张网内出现故障，信号系统都不会中断。,轨旁数据通信网络：,A,、,B,两张网络的轨旁设备通过独立的光纤线路链接到本网中的骨干交换机。,轨旁骨干网络：骨干网络由传输模块和骨干交换模块组成。传输系统是一个高可靠的,RPR,传输环。,车载数据通信网络：每辆列车的车头和车尾都分别链接在,A,、,B,网络中，提高系统的整体可靠性。,四、系统性能,项目七 DCS信号子系统3、冗余设计四、系统性能,项目,七,DCS,信号子系统,1,、,接口电气特性,轨旁骨干网络提供的数据接口,:EEE802.3,标准的,RJ45,接口。通过以太网骨干网交换机连接，接口的传输速率为,10/100/1000Mbps,，与,CBTC,使用的,UDP/IP,报文兼容。物理接口介质可以为双绞线或单,/,多模光纤。,车载网络提供用户的数据接口：车载无线单元提供一个支持,IEEE802.3,标准的,RJ45,端口，速率为,10/100Mbps,。采用,UDP/IP,协议。该端口连接到车载网络交换机。,电源接口：车载网络设备的电源由列车的直流电源。轨旁网络设备的电源由安装在车站的,UPS,中提供。轨旁无线单元的由车站电源屏直接提供交流电源。,五、接口,项目七 DCS信号子系统1、接口电气特性五、接口,项目,七,DCS,信号子系统,2,、,接口及协议,中央控制室（,OCC,）：位于中央控制室内的设备首先通过以太网接口连接到接入交换机，然后接入数据通信子系统。接入交换机通过光纤连接到骨干交换机，骨干交换机再通过光纤链接到传输环。,ZC,：,ZC,通过以太网接口 连接到接入交换机，然后接入数据通信子系统。接入交换机通过光纤连接到骨干交换机。通信协议使用,UDP/IP,。,联锁控制器（,MicroLok,）：,MicroLok,通过以太网接口连接到接入交换机，然后接入数据通信子系统。接入交换机通过光纤连接到骨干交换机。通信协议使用,UDP/IP,。,车载控制器（,CC,）：车载控制器通过以太网接口 连接到车载,ESE,，然后接入数据通信子系统。车载,ESE,连接到车载,MR,，并通过无线接口，接入到轨旁网络。通信协议使用,UDP/IP,。,车载,MR,与列车上的车载控制器系统之间：车载,MR,提供了标准的以太网口，可以通过车载以太网交换设备和列车车载控制器等设备互联。,五、接口,项目七 DCS信号子系统2、接口及协议五、接口,项目,七,DCS,信号子系统,2,、,接口及协议,五、接口,项目七 DCS信号子系统2、接口及协议五、接口,