王锋

【摘 要】本文详细介绍了大连地铁二号线DCS系统的系统结构、工作原理、功能和特点，并分析了系统的部分设计难题。

【关键词】CBTC；DCS；数据通信

0 概述

数据通信系统简称DCS系统，是一个宽带通信系统，作为大连地铁CBTC系统的一个组成部分，为系统内各子系统的数据通信提供了快速、可靠、安全的数据交换通道。由浙江众合机电股份有限公司研发的DCS系统，于2015年正式在大连地铁二号线投入使用，充分发挥其大容量的双向数据传输特点，有效的降低了行车间隔，提高乘坐舒适度。

数据通信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设备。

1 系统结构和工作原理

DCS的网络分成骨干网络、轨旁数据接入网络、车地双向通信网络和车载数据通信网络。

DCS系统在设计中，采用行业运用广泛的相关设备与技术，以确保CBTC各子系统间高效、安全可靠地进行数据交互，它可根据CBTC系统应用要求允许/限制任何与之相连设备之间互相通信。同时，合理、有效地部署终端、网络设备，以保障所有单点故障和部分多点故障对列车运行不产生影响。

根据CBTC信号系统信息传送的高可靠性要求，整个DCS网络的设计均采用双网并行的设计理念，DCS系统由A网和B网两张完全独立的网络系统构成，由独立的硬件系统、独立的有线通道、独立的无线信道分别组网，A、B双网完全独立运行，同时工作。信号系统相关的控制信息，通过A、B两张网同时传送

1.1 轨旁骨干网络

轨旁骨干网络全线设置3个骨干节点，配置骨干交换机之间构成RPR环网。轨旁骨干网络主要用于连接各轨旁数据通信网络，自身具备高冗余、高带宽、高可靠性等特点。接入交换机通过光纤互联方式接入骨干交换机。

在大连地铁二号线，选择控制中心和部分设备集中站作为设备汇聚结点，每个汇聚结点各部署2台骨干交换机作为汇聚结点的数据交换转发设备，传输环采用了RPR技术。

轨旁的终端设备通过接入交换机连接到骨干交换机上。DCS轨旁数据通信网为以下设备提供10/100Mbps的通信接入：控制中心设备；车辆段设备；区域控制器ZC；联锁和其他轨旁需要接入DCS网络的设备；轨旁无线AP等。

轨旁网络采用骨干环网下挂接入网的结构，本地设备通过接入交换机连接到骨干交换机上。

1.2 轨旁数据通信网络

轨旁数据通信网由电口交换机（信号设备接入交换机）和光口交换机（轨旁AP接入交换机）组成，提供各轨旁子系统（ZC、MicroLok、 ATS等）和轨旁设备（轨旁AP等）接入数据通信子系统的接口，交换机的端口及数量配置满足设备接入数量的需要。

1.3 车载数据通信网络

车载网络系统分别由车头及车尾驾驶室网络部分组成。其中车头和车尾驾驶室网络分别由车载无线网络单元、车载天线、车载网络交换机和车载ATP/ATO系统设备组成。每列车上安装有两套MR，分别位于列车的两端。车载MR用于在车载设备和轨旁设备间传输数据。所有列车收发的数据都通过在列车两端的MR传输，提供连续的数据传输冗余。车载ATP和ATO系统通过两个独立的以太网连接到MR。一个车载控制器（CC）安装在列车的一端，包括一个 ATP系统和ATO系统；同样的一个车载控制器安装在另一端。所有列车上的设备通过两个独立的以太网连接在一起，形成车载数据通信网络，保证车载设备在单端故障时，车地通信数据的可靠性传输，不会影响到列车的正常运行。

轨旁信号同时向A网和B网发送/接收信息；轨旁A网和B网采用两个互不重叠的工作信道；车头和车尾的MR分别链接A网和B网，同时工作；当前工作端的CC通过A网和B网的MR同时与轨旁设备双向通信，并将接收到来自轨旁的信息转发给非工作端CC。

当前工作端CC同时接收/发送A网和B网信息，当A网或B网单网故障时不影响正常的车地通信。

1.4 车地双向通信网络

无线传输设备采用便于升级、维护的工业级无线局域网组件。车地双向通信网由轨旁AP和无线控制器（单网内热备冗余配置）组成，提供车地之间双向、可靠、安全的数据交换。

1.5 数据交换流程

轨旁发往车载的数据流经：轨旁设备（比如区域控制器ZC）→接入交换机（AS）→骨干交换机（BS）→接入交换机（AS）→轨旁AP→车载MR→车载交换设备（ESE板卡）→车载设备（比如车载控制器CC）。

车载发往轨旁的数据流经：车载设备（比如车载控制器CC）→车载交换设备（ESE板卡）→车载MR→轨旁AP→接入交换机（AS）→骨干交换机（BS）→接入交换机（AS）→轨旁设备（比如区域控制器ZC）。

轨旁设备之间数据一般流经：轨旁设备（比如区域控制器ZC）→接入交换机（AS）→骨干交换机（BS）→接入交换机（AS）→轨旁设备（比如联锁设备MLK）。

车载设备之间数据一般流经：车载设备（比如CCTE板卡）→车载交换设备（ESE板卡）→车载设备（比如PMC板卡）。

2 DCS数据传输系统在大连地铁的特殊设计及干扰因素分析

2.1 频率规划及AP布点原则

2.4GHz频段共有13个信道（每个信道的带宽为22MHz），相邻信道相互重叠，可能互相干扰。适当挑选信道，最多可以使3个信道互不重叠（比如1、6、11或2、7、12），把干扰降至最小。在此模式下，可安排CBTC系统的轨旁AP工作在频点1和13。

轨旁AP均遵循以下几个原则进行部署：

（1）为了保证某一AP意外失效情况下，下一AP仍然可以覆盖失效AP覆盖区域，规避无线覆盖盲点，设计保证在满足要求有效带宽的前提下，AP的覆盖范围应该为2倍AP间间距。

（2）通过计算并结合实际工程勘测经验，同时考虑2倍AP间距覆盖距离的因素，隧道内的AP分布间距为200-300米，高架150-250米。

（3）弯道处AP间的分布间距150至250米，原则上以可视距离为准。

（4）弯道、共线路段、线路交叉坡道等环境需要实际勘测后确定最终AP的布置位置和具体数量。

2.2 无线信号泄露防护

是指通过各种技术，将无线信号控制在合理使用的时间、空间范围内，并防止无线信号、WLAN信息的不合理扩散。为了确保地铁DCS系统项目的无线信号在合理范围内使用，采用如下措施：

2.2.1 在轨旁的AP，通过参数设置不广播实际使用的SSID，既节省了带宽，又增强了安全性

2.2.2 在系统传输天线选择上，采用定向天线，避免无线信号的不必要泄漏

2.2.3 将发射功率调节至适当设定值，可以尽量避免本系统的无线信号传输到非工作区域

2.3 2.4GHz WLAN在地铁信号系统应用的干扰因素

在实际应用中，对WLAN系统而言，常见的干扰源如下：

2.3.1 车厢内主要存在的干扰：蓝牙设备（2.4GHz频段）、低能量RF源（2.4GHz频段）等

2.3.2 隧道内主要存在的干扰：采用包括蜂窝、蓝牙与WLAN在内的多种无线技术的集成设备、手持终端与PDA中假讯号RF噪声；其它非Wi-Fi标准的通信设备；TD-LTE；以及PIS等其他专业采用WLAN技术对信号专业WLAN造成的干扰等

2.3.3 高架及开放空间主要存在的干扰：无绳电话（2.4GHz频段）；脉冲雷达（5.xGHz频段）；微波炉（2.4GHz频段）；微波传输：很多地方存在着大量的用于传输的微波链路，这些微波传输处于比较高的频段（2GHz左右）

由于这些干扰的存在，会影响到信号系统WLAN信号的质量，造成时延过大以及丢包等现象，从而影响车地通信质量的问题。

3 小结

大连地铁二号线DCS系统的投入使用，使线路沿线车站、列车能够高效快速的集中控制，提高运输效率，提高乘坐舒适度。该系统以其高可靠性、高安全性和易于维护等特点为大连轨道交通的运营提供了可靠保障。

[责任编辑：汤静]