數字通信技術在三線鐵路中的應用探究

蔣寰華 孫 洋 佟佳霖 呂東冬

（遼寧傳媒學院，遼寧 沈陽 110136)

0 引言

創新創業項目是提高職業技能技術水平的重要途徑。數字通信技術在三線鐵路中的應用，使控制室與各節點的聯絡、協調指揮能有效地結合起來，是實踐性較強的創新性工作。為了提高數字通信的準確性，通過應用數字通信新技術，尤其是數據加密技術的應用，可使用密鑰和加密函數來保證三線通信的安全。

“三線建設”是我國在20世紀創造的一個偉大壯舉。在毛主席的領導下，我國軍民用雙手寫下了不朽篇章。1984年聯合國評選出20世紀人類征服自然的三項偉大奇跡，即蘇聯第一顆人造衛星、美國的阿波羅登月計劃和中國修建的成昆鐵路。

數字通信技術可實現三線鐵路交通運輸指揮的網絡化、信息化。三線鐵路中心控制室是三線鐵路的關鍵部門，控制室使用通信軟件，通過密鑰來控制車站各部門的通信信號，從而將信號發送給各個車站。本研究提出三線鐵路通信信號指揮系統的安全方案，并介紹該指令系統的設計思想和實踐應用。

1 通信技能實踐的研究目的

安全是指揮系統的關鍵，也是通信技術實踐研究的目的，最重要的是要防止無效指令信息的訪問。各操作臺所傳輸信息的要確保安全，傳遞的指揮指令要通過操作臺，且不能改變。為此，控制室要建立數字化信息保密網絡，即數字信息驗證平臺和運行平臺。為了確保三線鐵路的安全，就要保證控制室發送的指令絕對安全。應用短距離數字通信技術能有效解決這一問題。

三線鐵路各部門的操作臺既要接受控制室的通信信息，又要向控制室反饋乘客的狀況信息。工作既要準確，又要按時，難度不小。控制室是控制指揮系統的中心，是三線鐵路的指揮系統。控制室的指令要實現安全傳遞，就要對分散在各處的操作臺進行指令數據分析。

2 通信技能操作的研究方法

通信技能操作是通過遺傳算法來確定主模塊，并通過保障軟件來實現通信的。數字通信技術采用遺傳算法來實現通信。這種算法的種群規模很小，很容易操作。該算法因其開發能力和探索能力強，而被用在控制室指令的傳遞上。數字遺傳算法是一種比較優秀的算法。由于通信技能采用數字通信技術，所以其收斂速度非常快，這也是控制室指令傳遞所需的。數字遺傳算法在控制室指令的傳遞中實現了高質量、高頻率的傳遞。

將遺傳算法應用于三線通信信息的傳遞中。從遺傳算法的角度來看，如果遺傳算法是順序結構，那么該算法是一進一出；如果遺傳算法是選擇結構，那么該算法是一進二出；如果遺傳算法是循環結構，那么該算法是二進一出。通過確定三線控制室的算法，從而確定返回控制室的接口。

2.1 短距離通信網

在控制室建立通信信息保密網絡，即通信驗證平臺和通信應用平臺，其是由五個工作發送節點和一個接收主機組成的短距離通信網。接收主機用于接收、顯示、記錄工作發送節點發送出的數據。控制室設備是由計算機主機組成，計算機主機中含有全部的接收軟件和通信軟件。計算機主機的硬件包括單片機、單片無線收發器、調制器、接口等。這些硬件可在強頻段、中頻段和弱頻段工作，通信效果甚佳，從而使接收主機與發送節點間的工作更加順暢。

短距離數字通信技術系統包括一個接收主機、四個控制室接收節點和十二個接收節點系統。短距離數字通信技術系統具有穩定、可靠、準確等優點。節點由收發模塊、長度傳感器和單片機構成。工作時，四個控制室接收節點和十二個接收節點啟動后靜默不動，等候主機的詢問。在其接到主機指令后，如果主機指令系統和本機指令系統一致，則接收節點開始工作，三線指揮系統的信號就這樣傳遞給各個節點。三線空間形態要保證通信的需求，這是短距離通信技術系統暢通的前提。

2.2 信號傳遞的密碼技術

密碼技術在通信中發揮的作用非常大，不可破解是通信密碼系統的核心［1］。控制室通信保障系統要實現安全利用和管理，就要采用通信加密技術。

控制室通信保障系統［2］包括通信保障軟件體系、通信保障身份確認軟件、通信保障保密傳輸軟件、通信保障網絡層軟件和通信保障密鑰軟件，其是用于開發和運行控制室的主體模塊。

三線與外界通信聯系的紐帶是三線的出入口，通信光纖和電纜通過三線的出入口來引入三線，傳遞密鑰是通過光纖和電纜進行傳遞的，光纖和電纜即為密碼系統的組成部分。

各個出入口都設有滾動電梯。根據各三線站廳與站臺的位置和高低來決定滾動電梯的排列與長短，三線鐵路的數字化、信息化的重要特征就是滾動電梯。滾動電梯的啟動系統也是三線通信系統的組成部分，滾動電梯啟動系統的密鑰更是三線通信系統的組成部分。

2.3 通信保障軟件系統

控制室通信保障軟件系統提供了一個平臺，其用于支持控制室通信保障身份確認軟件的身份鑒別、通信保障傳輸軟件系統化授權、通信保障軟件網絡層傳輸、通信保障密鑰軟件密鑰管理等。控制室通信保障軟件主要用于技術保障。

控制室應用的是一種無條件安全的通信方式，從而保證數字通信的安全，并提高通信的效率。數字通信有一種非常神奇的狀態，即當一個數字出現變化時，另外一個數字也會立即發生變化，此為數字糾纏。這種快速反應和超距離的高效率是信息傳輸所需的數字通信。絕對安全和絕對保密是數字糾纏通信傳輸的優點。一旦傳輸崩塌，就意味著道路上出現攔截，所以要保證信息傳輸的安全，就要保障數字通信的絕對安全，絕不能出現信息泄露的問題。采用數字糾纏和密碼技術使數字通信有了保證。

3 通信技能操作的研究手段

選擇單獨的光纖作為數字信道是指令傳遞的前提，保護控制室指揮結果的安全是控制室指令的主要任務，要使指令信息在傳遞的過程中克服威脅是數字信道上的工作任務。這些威脅會使控制室的信息在各節點接收信息過程中被非法截取，或被非法破壞，從而造成控制室指令信息泄露，導致三線交通的數字信息不安全。這是非常危險的問題。只有安全的數字通信技術才能解決以往技術無法解決的問題。

3.1 有線通道和無線通道并行

通道是信息通信的實體鏡像。三線的步行通道中的乘客是通過乘客通行走廊進站或出站的。按地形的不同，三線的步行通道可分為直線形、曲線形和三角形等，通信信道也和步行通道并行排列，有線通道和無線通道并行。

現有的控制室基礎設施與通信應用服務器連接在一起，點對點的通信網絡子網絡既有硬件，也有軟件。通信網絡是由7層網絡協議組成的，包括數據鏈路層和網絡層。步行通道既有乘客通道，又有網絡通道。在控制室的控制下，網絡通道更為重要。控制室的控制指令只有在網絡通道中才能準確及時地傳遞給車站的各個節點，乘客才能在接收到網絡通道傳遞來的指令后，才能在步行通道上通行。

無線網絡［3］是通信網絡的重要應用。各個節點通過有線和無線網絡向控制室服務器發出查詢指令信息的請求，由控制室服務器與控制室分室應用服務器進行信息交換，通過通信服務器［2］進行通信加密［1］，并傳輸給各個節點。

3.2 密鑰技術的身份認證

數字通信技術的身份認證也十分重要，尤其是在云計算時代，如果信息安全無法得到保證，電子信息頃刻間就會被偷走，而數字通信技術能有效解決這一問題。對于控制室的通信，數字通信技術通過電子糾纏使電子信息無損地傳遞給三線鐵路的各節點部門。其中，最重要的是身份認證，只有確定身份后才能發送信息。乘客進出站、上下車的交接處是站廳和站臺。乘客要在站廳完成進出站的各項準備工作，乘客上下車的交接地點是站臺。乘客在三線站逗留和候車的場所是站廳、站臺。乘客在三線站活動的主要場所是站廳、站臺。站廳、站臺也是車站和乘客通信的驛站。通信網絡是解決問題的關鍵。監控應用程序應用密鑰技術來實現各個部門的聯結［4］，各部門打開文件就要對文件進行解密件，傳遞文件就要對文件進行加密［5］，這是一種保護文件安全的最好方法。所有保護文件安全的方法都是在通信網絡條件下進行的。通信網絡條件是最基礎的，沒有網絡條件，一切將無從談起。通信的網絡條件把各個部門控制在一個安全重要的三線鐵路通信環境中。

3.3 無線網絡的信息傳遞

控制室指令是在流動方式下進行傳遞的。這種傳遞涉及數據流，數據流的傳遞是數字通信的核心。數字通信即數據流的傳遞。動態的信息傳遞就是流動的電子信息，也是流動的數字通信。數字通信技術采用電子糾纏的方案，從而達到保護電子信息的目的，也即保證信息流動的安全性。三線通信糾錯編解碼技術成功地解決信息傳遞問題［6］。三線通信的安全與否與控制室的硬件環境有關。同時，實踐中將邏輯代數理論和數字電路技術應用于三線通信。邏輯門是三線通信技術應用的前提，邏輯門可以是一位門、二位門、三位門。在三位門中，一位是控制位，其余兩位是目標位。

3.4 量子態疊加原理

控制室的數字指令信息是通過邏輯門進行傳播的，邏輯門是通過量子力學來體現的。量子力學的量子態可用態疊加原理來表示，見式（1）、式（2）。

式中：C0和C1為兩個復常數。

式中：“0”和“1”是量子位的特例。

電子糾纏能實現保護電子信息的目的。糾纏是要付出代價的，控制室的指令信息和三線鐵路的通信信息都要付出代價。當糾纏完畢后，兩個信息就定下一種約定，你出指令，我就出受令，因為約定相同，所以最終表現出不再受距離的限制。指令信息是通過經典信道進行傳遞的。通過信道編碼技術來保證控制室指令信息的傳遞。利用好信息加密技術，從而加強信息的傳遞。

4 通信技能操作的研究結果

“無條件安全”是數字通信技術的優勢。傳遞過程中信息不泄密是數字通信技術理論上的“絕對保證”。運用數字通信技術來實現控制指令信息的安全傳遞就是保證，從而保證三線有線、無線通信的暢通。西昌衛星發射中心是科學城、是中國衛星發射最尖端技術中心，這里是三線建設最重要的一環。我國人造衛星技術是伴隨著三線建設而發展起來的。三線建設要有企業，還要有最新的技術，更要有科學尖端技術。西昌衛星發射中心是大三線建設最耀眼的東方明珠。西昌衛星發射中心是我國最重要的航空航天基地，是通信技能操作的研究結果。

4.1 內部雙向全雙工

建立控制室與三線鐵路各節點的內部雙向全雙工的數字通信系統。全雙工通信是數字通信技術的雙向同時通信，即通信雙方可同時發送和接收信息的信息交互方式。既要保證控制室的數字通信信息能傳遞到三線鐵路的各個節點，又要保證三線各個節點不同乘客的不同信息能傳遞到控制室。全雙工通信的技術條件是數字通信的前提。

4.2 傳輸技術接口

全雙工數字通信要三線鐵路各節點滿足信息接口的條件，接口配件也要適配，其中滿足超高速率傳輸技術接口是技術的關鍵。控制室采用全雙工通信系統，三線鐵路要開發出最新的全雙工通信系統軟件，并配備新的軟硬件接口，從而適應全雙工通信最新技術，然后設計出全雙工硬件無線物理層、全雙工接入網架構和全雙工核心網架構，接口關鍵技術和網絡關鍵技術，全面建立控制室與三線鐵路各節點的全雙工通信系統。

5 結語

本研究對三線鐵路最新的數字通信技術進行研究，并實現三線鐵路通信傳遞的共享保護。同時，利用通信技術進行控制室的傳遞安全維護等。用通信技術來解決控制室的加密問題，是控制室保障信息向各個站位安全傳遞的關鍵，其解決的是控制室的密鑰確定和各站位接受統一的問題，控制室的指令確定和站位局部部分接受的協同問題，以及控制室密鑰確定和各站位鏈接的流動性等重要問題，并解決控制室與三線鐵路各節點的全雙工通信系統的軟硬件問題。