淺談大連地鐵二號線DCS系統

王鋒

【摘 要】本文詳細介紹了大連地鐵二號線DCS系統的系統結構、工作原理、功能和特點，并分析了系統的部分設計難題。

【關鍵詞】CBTC；DCS；數據通信

0 概述

數據通信系統簡稱DCS系統，是一個寬帶通信系統，作為大連地鐵CBTC系統的一個組成部分，為系統內各子系統的數據通信提供了快速、可靠、安全的數據交換通道。由浙江眾合機電股份有限公司研發的DCS系統，于2015年正式在大連地鐵二號線投入使用，充分發揮其大容量的雙向數據傳輸特點，有效的降低了行車間隔，提高乘坐舒適度。

數據通信子系統基于開放的業界標準，有線通信部分采用IEEE802.3以太網標準，無線通信部分采用先進的WLAN技術——IEEE802.11g標準，最大程度地采用成熟設備。

1 系統結構和工作原理

DCS的網絡分成骨干網絡、軌旁數據接入網絡、車地雙向通信網絡和車載數據通信網絡。

DCS系統在設計中，采用行業運用廣泛的相關設備與技術，以確保CBTC各子系統間高效、安全可靠地進行數據交互，它可根據CBTC系統應用要求允許/限制任何與之相連設備之間互相通信。同時，合理、有效地部署終端、網絡設備，以保障所有單點故障和部分多點故障對列車運行不產生影響。

根據CBTC信號系統信息傳送的高可靠性要求，整個DCS網絡的設計均采用雙網并行的設計理念，DCS系統由A網和B網兩張完全獨立的網絡系統構成，由獨立的硬件系統、獨立的有線通道、獨立的無線信道分別組網，A、B雙網完全獨立運行，同時工作。信號系統相關的控制信息，通過A、B兩張網同時傳送

1.1 軌旁骨干網絡

軌旁骨干網絡全線設置3個骨干節點，配置骨干交換機之間構成RPR環網。軌旁骨干網絡主要用于連接各軌旁數據通信網絡，自身具備高冗余、高帶寬、高可靠性等特點。接入交換機通過光纖互聯方式接入骨干交換機。

在大連地鐵二號線，選擇控制中心和部分設備集中站作為設備匯聚結點，每個匯聚結點各部署2臺骨干交換機作為匯聚結點的數據交換轉發設備，傳輸環采用了RPR技術。

軌旁的終端設備通過接入交換機連接到骨干交換機上。DCS軌旁數據通信網為以下設備提供10/100Mbps的通信接入：控制中心設備；車輛段設備；區域控制器ZC；聯鎖和其他軌旁需要接入DCS網絡的設備；軌旁無線AP等。

軌旁網絡采用骨干環網下掛接入網的結構，本地設備通過接入交換機連接到骨干交換機上。

1.2 軌旁數據通信網絡

軌旁數據通信網由電口交換機（信號設備接入交換機）和光口交換機（軌旁AP接入交換機）組成，提供各軌旁子系統（ZC、MicroLok、 ATS等）和軌旁設備（軌旁AP等）接入數據通信子系統的接口，交換機的端口及數量配置滿足設備接入數量的需要。

1.3 車載數據通信網絡

車載網絡系統分別由車頭及車尾駕駛室網絡部分組成。其中車頭和車尾駕駛室網絡分別由車載無線網絡單元、車載天線、車載網絡交換機和車載ATP/ATO系統設備組成。每列車上安裝有兩套MR，分別位于列車的兩端。車載MR用于在車載設備和軌旁設備間傳輸數據。所有列車收發的數據都通過在列車兩端的MR傳輸，提供連續的數據傳輸冗余。車載ATP和ATO系統通過兩個獨立的以太網連接到MR。一個車載控制器（CC）安裝在列車的一端，包括一個 ATP系統和ATO系統；同樣的一個車載控制器安裝在另一端。所有列車上的設備通過兩個獨立的以太網連接在一起，形成車載數據通信網絡，保證車載設備在單端故障時，車地通信數據的可靠性傳輸，不會影響到列車的正常運行。

軌旁信號同時向A網和B網發送/接收信息；軌旁A網和B網采用兩個互不重疊的工作信道；車頭和車尾的MR分別鏈接A網和B網，同時工作；當前工作端的CC通過A網和B網的MR同時與軌旁設備雙向通信，并將接收到來自軌旁的信息轉發給非工作端CC。

當前工作端CC同時接收/發送A網和B網信息，當A網或B網單網故障時不影響正常的車地通信。

1.4 車地雙向通信網絡

無線傳輸設備采用便于升級、維護的工業級無線局域網組件。車地雙向通信網由軌旁AP和無線控制器（單網內熱備冗余配置）組成，提供車地之間雙向、可靠、安全的數據交換。

1.5 數據交換流程

軌旁發往車載的數據流經：軌旁設備（比如區域控制器ZC）→接入交換機（AS）→骨干交換機（BS）→接入交換機（AS）→軌旁AP→車載MR→車載交換設備（ESE板卡）→車載設備（比如車載控制器CC）。

車載發往軌旁的數據流經：車載設備（比如車載控制器CC）→車載交換設備（ESE板卡）→車載MR→軌旁AP→接入交換機（AS）→骨干交換機（BS）→接入交換機（AS）→軌旁設備（比如區域控制器ZC）。

軌旁設備之間數據一般流經：軌旁設備（比如區域控制器ZC）→接入交換機（AS）→骨干交換機（BS）→接入交換機（AS）→軌旁設備（比如聯鎖設備MLK）。

車載設備之間數據一般流經：車載設備（比如CCTE板卡）→車載交換設備（ESE板卡）→車載設備（比如PMC板卡）。

2 DCS數據傳輸系統在大連地鐵的特殊設計及干擾因素分析

2.1 頻率規劃及AP布點原則

2.4GHz頻段共有13個信道（每個信道的帶寬為22MHz），相鄰信道相互重疊，可能互相干擾。適當挑選信道，最多可以使3個信道互不重疊（比如1、6、11或2、7、12），把干擾降至最小。在此模式下，可安排CBTC系統的軌旁AP工作在頻點1和13。

軌旁AP均遵循以下幾個原則進行部署：

（1）為了保證某一AP意外失效情況下，下一AP仍然可以覆蓋失效AP覆蓋區域，規避無線覆蓋盲點，設計保證在滿足要求有效帶寬的前提下，AP的覆蓋范圍應該為2倍AP間間距。

（2）通過計算并結合實際工程勘測經驗，同時考慮2倍AP間距覆蓋距離的因素，隧道內的AP分布間距為200-300米，高架150-250米。

（3）彎道處AP間的分布間距150至250米，原則上以可視距離為準。

（4）彎道、共線路段、線路交叉坡道等環境需要實際勘測后確定最終AP的布置位置和具體數量。

2.2 無線信號泄露防護

是指通過各種技術，將無線信號控制在合理使用的時間、空間范圍內，并防止無線信號、WLAN信息的不合理擴散。為了確保地鐵DCS系統項目的無線信號在合理范圍內使用，采用如下措施：

2.2.1 在軌旁的AP，通過參數設置不廣播實際使用的SSID，既節省了帶寬，又增強了安全性

2.2.2 在系統傳輸天線選擇上，采用定向天線，避免無線信號的不必要泄漏

2.2.3 將發射功率調節至適當設定值，可以盡量避免本系統的無線信號傳輸到非工作區域

2.3 2.4GHz WLAN在地鐵信號系統應用的干擾因素

在實際應用中，對WLAN系統而言，常見的干擾源如下：

2.3.1 車廂內主要存在的干擾：藍牙設備（2.4GHz頻段）、低能量RF源（2.4GHz頻段）等

2.3.2 隧道內主要存在的干擾：采用包括蜂窩、藍牙與WLAN在內的多種無線技術的集成設備、手持終端與PDA中假訊號RF噪聲；其它非Wi-Fi標準的通信設備；TD-LTE；以及PIS等其他專業采用WLAN技術對信號專業WLAN造成的干擾等

2.3.3 高架及開放空間主要存在的干擾：無繩電話（2.4GHz頻段）；脈沖雷達（5.xGHz頻段）；微波爐（2.4GHz頻段）；微波傳輸：很多地方存在著大量的用于傳輸的微波鏈路，這些微波傳輸處于比較高的頻段（2GHz左右）

由于這些干擾的存在，會影響到信號系統WLAN信號的質量，造成時延過大以及丟包等現象，從而影響車地通信質量的問題。

3 小結

大連地鐵二號線DCS系統的投入使用，使線路沿線車站、列車能夠高效快速的集中控制，提高運輸效率，提高乘坐舒適度。該系統以其高可靠性、高安全性和易于維護等特點為大連軌道交通的運營提供了可靠保障。

[責任編輯：湯靜]