归甜甜 张笑非

对于同一城市多条地铁线路同步分期建设的情况，地铁公司从乘客乘车的便捷性考虑，同时也为了提高地铁运营效率，对CBTC信号系统集成商提出了初期跨线运营和远期线路拆分的需求［1］。以某城市3条地铁线路（1号线、2号线、3号线）特定的跨线运营和线路拆分需求为例，结合地铁信号系统典型的DCS（数据通信系统）架构，进行了总体网络规划设计和拆分实施方案探讨，并着重从有线和无线两方面分析具体实施方案。

1 线路跨线运营和拆分需求

某城市3条地铁线路同步分期建设，且分段开通。3条线路前期有跨线运营需求，后期各线路完成建设后有拆分运营的需求。具体运营需求按工期先后分为以下3种运营场景。

运营场景1：运营初期。1号线一期和2号线一期同时开通并跨线运营，两条线均由2号线控制中心管辖；3号线单独运营。

运营场景2：过渡期。整个过渡期内1号线一期和2号线一期仍保留跨线运营需求；但随着1号线延伸段的开通，1号线全线还将和3号线贯通运营，1、2号线均由3号线的控制中心管辖。

运营场景3：稳定期。1号线和3号线仍贯通运营；随着2号线延伸线的开通，1号线一期和2号线一期不再有跨线运营需求，2号线控制中心再次启用，2号线将独立运营。

1号线和2号线在车站X交汇，当运营场景1转变为场景2时，需要在车站X进行线路拆分，将1号线信号系统倒接入3号线，由3号线控制中心进行管辖；1号线和2号线一期的轨道联络线，需在过渡期结束后拆除，拆除后2号线单独运营。

某城市3条地铁线路整体规划见图1。

2 DCS子系统

DCS数据通信系统的作用是承载高可靠性的CBTC数据，为整个信号系统的安全和非安全信息提供独立透明的传输通道。DCS子系统的有线部分遵循IEEE 802.3标准协议，无线部分遵循3GPP标准协议，保证信号系统各设备间安全的、可靠的信息传输［2］。按照通信方式划分，DCS子系统可分为以下3部分。

图1 某城市3条地铁线路整体规划

有线网络部分：即骨干网，主要由工业以太网交换机组成冗余骨干环网，实现全线所有设备集中站、设备非集中站、控制中心、车辆段和停车场之间的双网有线网络连接。

无线网络部分：包括轨旁LTE网络和车载网络，主要由核心网、BBU、RRU、漏泄电缆、车载终端、天线等设备组成。无线网络采用双网冗余设计，分别为A网和B网，漏缆结合定向天线作为无线传输媒介。此外还配置了GPS时钟服务器，用于保证轨旁基站间高精度的时钟同步。

网管系统部分：包括有线网管系统和LTE网管系统，分别对有线和无线设备进行管理。

3 DCS网络方案规划

为了设计更有针对性的DCS网络方案，需要对3条线路的运营需求进行详细分析。1号线CBTC信号系统在运营场景1中归属2号线控制中心管辖，随着X站的拆分及自身线路的延伸，1号线在后续2个场景中归属3号线控制中心管理。由于拆分后2号线线路仅剩下三站二区间，线路太短不适合独立运营，因此在运营场景2中1号线和2号线仍保留共线运营的需求。随着2号线延伸线的建成，1号线和2号线将彻底拆分。

基于以上需求，DCS网络方案应从以下几方面考虑：信号系统IP地址统一规划、2号线和3号线控制中心的CBTC系统中关键设备的IP地址设计、过渡期2号线控制中心网络停用倒接、3条线列车车载DCS设备网络规划等；并需提前考虑DCS设备网络管理和业务处理数据，在运营稳定时删除过渡时期的配置数据。

1）IP地址规划。1号线DCS网络前期与2号线网络通信，后期需改为与3号线网络通信。从网络架构上总体考虑，可以将这3条线在网络层面当作1条线路，整体规划IP地址。由于车地通信需经由车站和控制中心传输，所以2号线和3号线的控制中心网络主设备、应用层主设备必须设置相同的IP地址。当运营场景切换进行线路倒接时，则不需要修改信号业务层设备的IP地址。在运营场景2时，2号线控制中心通过骨干网光缆跳接的方式从有线网络中隔离出来，3条线统一由3号线控制中心管辖。

2）列车统一规划。随着3种运营场景的推进，3条线路会存在管辖控制中心切换的问题，所以列车也需要进行统一规划，即在2、3号线控制中心均需考虑全部列车的通信需求，且车地通信路由及LTE的核心网管辖范围均需包含3条线路的所有列车。

3）数据配置。1号线网络设备原归属2号线管理，后归属3号线管理。2、3号线控制中心网管及业务层数据均需提前考虑1号线的通信需求，倒接时仅需进行骨干网光缆跳接，减少倒接时的数据变更工作量。待转为运营场景3时，删除多余的配置数据后，2号线和1、3号线将完全独立。

4）为了满足3条线路跨线运营和线路拆分的需求，本文主要从有线和无线网络两方面进行考虑。网管系统的实施相对简单，只需提前考虑网管相关的IP地址规划，并对1号线无线设备预配置，保证拆分过程中网管到网络设备之间的网络可达，即可实现网管功能。

4 有线网络拆分方案

各条线DCS骨干网光缆（集中站至集中站）均采用2根12芯单模光缆组环。信号红网和ATS深灰网共用1根光缆，信号蓝网和ATS浅灰网共用1根光缆。非集中站通过6芯单模光缆分别与相邻的2个设备集中站点对点连接。DCS骨干环网具有易扩展特性，拆分时对既有运营线路不会造成影响［3］。

工业以太网骨干交换机安装在沿线的集中站、控制中心、停车场和车辆段［4］。骨干网设计为1号线一期和2号线一期预留拆分条件，在车站X的1号线和2号线机房分别放置DCS骨干网设备。

拆分时，在车站X断开1号线和2号线的光缆连接，将1号线一期和二期骨干网倒接入3号线骨干网。拆分前，1号线一期工程信号系统纳入2号线一期工程信号系统控制中心管理；拆分后，1号线信号系统纳入3号线信号系统控制中心管理［5］。

1）运营场景1下DCS子系统拆分前实施方案。如图2所示，拆分前1号线一期和2号线一期组成环网，3号线独立成环。

图2 运营场景1下的DCS骨干环网

2）运营场景2下的DCS子系统拆分过渡期的实施方案。如图3所示，在过渡期需对3条线的网络架构进行调整，断开1号线X站与2号线X站的骨干网连接，1号线二期在3H站接入3号线；2号线控制中心停用，纳入3号线控制中心管理。

3）运营场景3下的DCS子系统拆分后的实施方案。如图4所示，2号线延伸线工程实施完成后，2号线控制中心启用。2号线将独立运营，1号线和3号线贯通运营。

5 无线网络拆分方案

根据线路跨线运营和拆分需求，1号线一期的BBU前期纳入2号线EPC进行管理，后期需倒接至3号线EPC进行管理。1号线车载无线设备先注册入网到2号线EPC，后期需倒接至3号线EPC进行管理。

为了支持DCS有线侧的反复倒接，做最小范围的DCS配置数据变更，只需在最后一次稳定倒接后，删除冗余数据即可。无线网络拆分方案示意图见图5，按以下方式设计。

图3 运营场景2下的DCS骨干环网

1）1号线轨旁RRU光缆连接至1号线BBU管理，2号线的轨旁RRU光缆连接至2号线BBU管理。

2）1号线BBU设备的IP子网地址保持与3号线的IP子网地址相同，与EPC和LTE网管之间进行三层组网。

图4 运营场景3下DCS骨干环网

图5 无线网络拆分方案示意图

3）1号线、2号线和3号线骨干网用相同VLAN承载BBU，2号线和3号线的LTE核心交换机均配置为1号线BBU S1和OM的网关地址。

4）在2号 线 和3号 线 的EPC侧 分 别 配 置 到1号线BBU的路由，3条线的列车注册信息同时写入2号线和3号线的EPC，便于拆分后车辆重新划分归属EPC。

5）在1号 线BBU上 添加2条SCTPLINK链路，分别指向2号线核心网和3号线核心网；添加2条IP PATH数据，分别指向2号线核心网和3号线核心网；同时配置2条业务S1的IP路由，下一跳分别指向2号线和3号线的核心交换机；添加2条管理OM的IP路由，分别指向2号线和3号线的LTE网管。

6）待3条线拆分完成且网络稳定后，将EPC、核心网交换机、BBU过渡期相关的冗余数据进行一次性删除。

3条线的LTE无线网络通过以上设计规划，可以支持DCS有线侧的反复倒换［6］。每次倒接测试时LTE侧无需做任何数据变动，也无需做任何的硬件连线变动，能够满足夜间调试对倒接时间的需求。

3条线的无线网络设计方式会产生多余的告警信息：拆分前和过渡期1号线BBU上会存在业务S1和管理OM冗余链路的告警；在BBU割接完成后，某条线上的LTE网管会显示BBU断链的信息。但这些告警信息均不影响列车正常运营，且当线路拆分完成并删除冗余数据后，告警将会自动消失。

6 结语

采用上述跨线运营和线路拆分网络方案，在倒接时无需对信号业务的配置进行任何更改。当然还可以参考信号系统互联互通的典型DCS设计方案进行设计：在1号线无线网络中配置1个控制中心，这样3条线的控制中心均配置三层交换机，三层交换机之间构建三层环路，通过运营动态路由协议来实现网络上的互联互通。但这种典型互联互通方案需信号业务层做更复杂的配置，且这3条线路在实际拆分后并无互联互通需求。为了降低信号业务侧的倒接难度，采用本文所述的网络方案实施起来更简单，也从很大程度上降低了倒接失败对运营造成影响的风险。该方案对于有类似需求的地铁线路有一定的参考意义。