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1、.摘要CBTCmunication Based Train Control，基于通信的列车控制系统利用连续、大容量的车地双向可靠数据通信来实现列车控制信息、列车状态信息的无线传输，是先进的列车自动控制系统。通过CBTC系统可以减小行车间隔，平安、高效、可靠地实现全方位、多功能的列车控制，而且即使在发生故障的情况下也可以采用备用模式平安运行，从而保证了行车平安，提高了铁路线路的利用率。DCSDigital munication System，数据通信系统子系统实现车地之间双向、连续、高速、平安的信息交互，承载了直接关系到行车平安的重要数据信息，是CBTC系统的核心。论文从CBTC系统和DCS系统
2、的开展历程及系统构成入手，对DCS系统的轨旁有线骨干网络和车地无线通信网络两大模块进展了详细的阐述，对网络的组网方式、协议配置、功能以及设备的性能做了详细的描述。提出以采用TCP/IP协议的以太网为轨旁骨干网络、以WLANWireless LAN，无线局域网为车地无线通信网络的数据传输系统作为DCS子系统的解决方案。论文对DCS系统可能受到的网络平安威胁从两方面进展了阐述，根据DCS系统的组网方式和协议构造，提出具有针对性的解决方案，并对与网络平安相关的频率规划和冗余设计做了简单说明。关键词：DCS，轨旁骨干网络，车地通信网络，WLAN，平安传输，接入认证AbstractThe CBTC (m
3、unication Based Train Control) system is an advanced train automatic control system which makes use of bi-directional,big-capacity digital munication between wayside and train, to transfer the information of the status of the train, as well as the controlling information. By using CBTC system, we ca
4、n reduce the interval between trains achieving high round, multi-train control safely, efficient and reliably. Even in the case of failure,the standby mode may be used for safe operation.Thus,we ensure traffic safety so that improving the utilization of the railway line.The core part of CBTC is DCS
5、(Digital munication System) subsystem,which achieve two-way, continuous, high-speed, secure information e*change between vehicles and destinations, carring important data information relavant to traffic safety directly.Starting from development process and system configuration of CBTC system and DCS
6、 system,I elaborated two modules including the wired sidings backbone network of DCS system and the wireless munication network between trains and destinations,the position of the network, configuration requirements, function,and performance of the equipment.We propose a data transmission system,as
7、a solution of DCS subsystem, adopting Ethernet based on TCP/IP protocol as terrestrial backbone network and WLAN (Wireless Local Area Net) as a wireless munication network.In the article, network security threats that DCS system may suffer are described in two ways.According to networking and protoc
8、ol structure of DCS systems,we propose targeted solutions,and give a brif introduction for frequency planning and redundant design relavant to network security.KEYWORDS: DCS, Trackside backbone network,Train and terrestrial munications network,WLAN, Secure transmission, Access authentication目录1. 绪论1
9、1.1 选题背景及意义11.2 基于通信的列车控制系统CBTC11.2.1 CBTC系统的出现11.2.2 CBTC系统的构造21.3 数据传输子系统DCS41.3.1 DCS子系统的组成41.3.2 DCS子系统的开展61.4 论文主要容及章节安排62. DCS系统网络82.1 轨旁骨干网络82.2 轨旁数据接入网络92.3 车载数据通信网络102.3.1 车载网络系统的组成102.3.2 IEEE 802.11标准112.3.3 无线设备112.3.4 无线覆盖122.3.5 越区切换122.3.6 无线网络冗余122.3.7 无线抗干扰132.4 车地双向通信网络142.5 DCS子系统
10、对WLAN的要求162.6 DCS子系统的性能172.6.1 网络的整体性能172.6.2 系统的根本要求183. DCS子系统的平安传输设计203.1 DCS子系统面临的平安威胁203.1.1 轨旁骨干网络受到的平安威胁203.1.2 车地通信网络系统受到的威胁213.2 DCS子系统数据平安223.2.1 DCS子系统的协议构造223.2.2 网络平安设计233.3 数据平安传输设计方案243.3.1 802.11平安243.3.2 无线与有线结合点的平安有线交换机端口接入认证253.3.3 车载接入认证263.3.4 无线通信平安加密263.3.5 无线信号泄漏防护263.4 冗余设计2
11、63.4.1 BIM_P原理273.4.2 有线冗余局部设计283.4.3 无线局部可靠性283.5 网络管理和维护29结论30致31参考文献321.1. 绪论1.1选题背景及意义CBTC系统已在城市轨道交通行业得到广泛运用，并成为未来列车运行控制系统开展的主流。在国外，对CBTC的研究起步较早，对该系统的理论研究已较为完善，在技术上也有多种了成熟的解决方案，而我国对于CBTC系统的研究还处于起步阶段，更多停留在可行性研究和论证评估阶段。随着国城市轨道交通事业的大力开展，为了研发我国自主的CBTC系统及相关设备，在国学术界和研发单位开展了大量的研究，掀起了一股新的CBTC研究热潮。本文结合生产
12、实际的需要，对城市轨道交通CBTC系统中的DCS子系统的性能进展阐述，提出富有针对性的改进方案。该DCS的轨旁骨干网络采用TCP/IP协议的以太网、车地通信网络采用WLAN无线局域网，系统基于开放的业界标准：有线通信局部采用IEEE802.3标准，无线通信局部WLAN技术采用IEEE802.11g标准，最大程度地应用国外成熟的理论研究成果。因此，研发拥有我国自主知识产权的DCS系统，乃至CBTC系统对国家未来的开展具有重大的现实意义，对提高地铁运能、降低运输本钱具有很高的实用价值。1.2基于通信的列车控制系统CBTC1.2.1 CBTC系统的出现在线路工程质量、列车运行性能都得到较大改善的前提
13、下，优化列车运行控制系统已成为提高铁路运输能力的关键。传统的列车运行控制系统主要是基于轨道电路的列车控制Track Circuit Based Train Control，TBTC系统。该系统技术成熟，平安可靠，但因为系统是通过轨道电路来检测列车位置并向列车发送控制信息，而轨道电路存在性能和功能上的缺陷和限制，使得TBTC系统成为限制铁路运能的瓶颈，主要表达在2：1限制了列车位置检测的精度。列车位置检测的最小分辨率为轨道电路区段，任意一局部轨道电路被占用，整条轨道电路都将认为被占用。过长的区段设置会产生较大的行车间隔，直接导致运行效率下降，过短的区段设置需要更多轨道电路设备，增大投资。2传输信
14、息量有限。列车提速及行车间隔减小，需要更多考虑前方线路坡度、弯道情况、前车位置、速度等情况来确保行车平安，这使得列车信息需求量增大。假设要实现ATP列车超速防护、ATO列车自动驾驶等功能，对信息量的要求将更大。轨道电路受工作原理和工作环境的限制，无法满足列车控制信息量增长的需要。3轨道电路易受到天气、地理环境及电磁环境影响。道渣电阻变化、雨水、环境温度和列车分路不良等都会对轨道电路性能产生影响。4轨道电路至今无法实现车对地的通信，列车相关信息无法有效传送给地面设备。为改善轨道电路存在的上述弊端，国外一直在做着努力，并提出了大量新型的控制理念和方法，如在列车与地面之间增加信道来实现列车到地面方向
15、的通信。到80年代，借力于数字通信技术、无线通信技术、编码技术的迅速开展，兴旺国家相继出现使用无线车地通信的应用方案，如：美国的先进列车控制系统Advanced Train Control System，ATCS、欧洲列车控制系统European Train Control System，ETCS等等。这种列车运行控制系统被称为基于通信的列车控制系统munication Based Train Control，CBTC。为了规CBTC的开展，IEEE于1999年制定了第一个CBTC系统相关标准IEEE Std 147411999IEEE Standard for munications-Based Train ControlCBTCPerformance and Functional Requirements。如今，CBTC系统已经成为城市轨道交通领域的主流。1.2.2 CBTC系统的构造CBTC系统是连续的自动列车控制系统，使用高精度列车定位，不再依赖轨道电路；使用连续、大容量的车地双向数据通信；车载设备和轨旁设备实现平安功能6。城市轨道交通CBTC系统的主要构成局部有：中央控制设备OCC、中央数据库、轨旁控制器ZC、车载控制器CC、数据通信网络以及相关轨旁设备如道岔、信号机等，CBTC系统框图如图1.1所示。查询应答器用于列车定位。应答器一般安装在
