2.2　高速铁路信号系统网络

如图2-3所示，高速铁路信号系统包括列控系统、行车指挥系统、联锁系统和信号集中监测系统。列控系统主要由列控中心、车载设备、应答器、无线闭塞中心、临时限速服务器和传输网络组成；行车指挥系统由调度集中系统（Centralized Traffic Control，CTC）中心、自律分机、传输网络、服务器系统、行调台、辅助台和电源系统组成；联锁系统由联锁设备、轨道电路、道岔转换、信号机和电源系统组成。信号集中监测通过标准接口与联锁系统、列车控制中心、TDCS/CTC、智能电源屏、ZPW-2000轨道电路系统、有源应答器、RBC、TSRS的信号设备连接，监测设备状态[4]。

整个高速铁路信号系统（CTCS-3）网络主要由四部分组成，即CTC分散自律调度集中数据通信网、信号安全数据通信网、信号监测数据通信网以及GSM-R通信网。除了GSM-R网络以外，其余三部分的安全等级不同，独立成网，采用物理手段隔离（双宿主机、接口服务器等），但逻辑上依然相连。

2.2.1　信号安全数据通信网

（1）网络系统功能及结构

信号安全数据通信网是采用工业以太网网络设备（工业级交换机）构成的冗余双环网，双网间物理隔离，网络设备间应采用专用单模光纤连接[5]。信号安全数据通信网实现车站设备（车站联锁、列控中心）、中继站设备（列控中心）、中心设备（TSRS、RBC）间的安全信息可靠传输，并实现其他相邻线路安全数据网安全信息的可靠传输。

信号安全数据通信网接入设备主要包括列控中心（TCC）、计算机联锁（CBI）和临时限速服务器（TSRS）[6-12]。信号安全数据网承载地面列控设备间的数据通信，主要业务包括以下几个方面。

①TCC与TCC通信。TCC设备通过信号安全数据网向相邻TCC传输轨道区段边界信息、边界信号机状态、区间闭塞分区状态信息、区间改方信息、设备状态信息等。

②TCC与CBI通信。TCC向CBI传输区间方向信息、区间闭塞分区状态信息、信号降级命令信息等；CBI向TCC传输列车进路状态信息、调车信号状态信息、区间改方命令信息、车站信号机点灯状态信息等。

③CBI与CBI通信。CBI之间的站联信息。

④TCC和TSRS通信。TSRS向列控中心传输临时限速命令信息和校时时钟信息；列控中心向TSRS服务器传输临时限速命令状态信息、区间闭塞分区状态和站内正线轨道区段信息。

⑤RBC和TSRS通信。TSRS向RBC传输临时限速命令；RBC向TSRS传输临时限速命令状态。

⑥CBI与RBC通信。CBI向RBC传输MA信息；RBC向联锁系统传输列车相关信息。

信号系统安全信息数据网由各个车站和中继站列控中心机柜中配置的工业以太网交换机连接，并组成双冗余环网，全线所有车站、线路所以及联络线车站作为数据业务接入点接入到网络中。其基本结构如图2-4所示。

如果某线路长，车站数量多或者不同高速铁路接口，则必须通过划分子网的方式来缩小交换机的广播域。划分子网的数据组网结构应按如图2-5所示方案组网。

子网划分应在网络分界点处设置三层交换机实现，三层交换机间采用双冗余光缆进行聚合连接，双通道冗余光缆应采用不同路径铺设。两个独立环网中子网的分界点不应设在同一车站或中继站。

对于一侧为高速铁路信号安全数据网而另一侧为独立信号设备的情况，应通过交换机连接，方式如图2-6所示。

（2）网管系统

在信号系统安全数据网中，设备故障、光纤破损或供电中断等原因都会引起网络通信的故障。网管系统能实时监测信号系统安全数据网的健康状况和运行状况并对故障现象和原因进行报警。网络系统分为网元管理系统（Element Management System，EMS）网管级和路局网络管理系统（Network Management System，NMS）网管级。EMS负责监管所述线路安全数据网网络设备的在线运行状态（包括相邻线路互联的在线运行状态），以及EMS与信号安全数据网之间设备的运行状态。NMS网管负责监管路局管所内所有线路信号安全数据网设备的运行状态，以及EMS和NMS之间的网络设备（含网路安全设备）的运行状态。其组网方式如图2-7所示。

网管系统具有拓扑管理、配置管理、故障管理、性能管理和安全管理功能。

①拓扑管理。EMS对整个安全数据网支持自动搜索网络设备的拓扑数据和手动增加节点以及拓扑数据的自动导入。可生成与实际网络拓扑结构相同的网络拓扑视图。

②配置管理。EMS网管系统能够对所属网络设备进行远程配置，并且支持配置失败自动退回功能；支持远程在线实施文件快速导入导出操作；支持远程在线跟新交换机固件的升级与降级；支持设备运行日志、故障日志的在线导出。

③故障管理。EMS网管系统为维护人员提供告警确认、告警删除、告警过滤的操作界面，并可以对告警内容、节点位置进行监视和筛选。系统的告警分级如表2-1所示。

续上表

（4）性能管理。EMS对交换机的各个端口或链路的数据流量进行实时监测并设定阀值，对于高于一定阀值端口进行告警；对交换机各个端口的误码率能实时监测、查询和报警。

（5）安全管理。对网络管理人员设置不同权限，根据不同的权限对网管软件的操作功能进行限制；网管客户端登录服务器时，同一时间同一用户只能在一个地点登录；具有操作锁定和定时锁定功能。

2.2.2　CTC调度数据通信网

调度集中系统（CTC）独立组网，分别采用通信数据网提供的站间光纤和2M专用数字通道，用于CTC调度中心与车站分机之间的信息传输[13-17]，组网结构如图2-8所示[14，17]。

双网结构包括调度中心的双局域网、车站的双局域网、车站之间的双光纤通道网络、调度中心与抽头站间的双2M数字通道网络、车站与相关段所间的双2M数字通道网络等。每个车站配置双交换机和光纤接入设备，连接站间光纤；抽头站配置路由器和协议转换器，连接与调度中心（和相关段所）之间的数字通道；调度中心配置路由器和协议转换器，连接与车站之间的数字通道；相关动车段所配置配置路由器和协议转换器，连接与相关车站之间的数字通道。

2.2.3　集中监测数据通信网

（1）信号集中监测网络结构

信号集中监测网络结构包括车站局域网、综合维护工区（车间）/综合保养点（工区）局域网、电务段局域网、铁路局局域网、铁路总公司局域网以及连接各层局域网的广域网等，如图2-9所示。

信号集中监测系统独立组网，设计为单网，包括综合维修段的局域网、车站的局域网、综合维修工区和调度所的监测终端局域网、车站间的2M数字通道网络、综合维修段与抽头站间的2M数字通道网络、终端与车站间的2M数字通道网络等。每个车站配置路由器和协议转换器，构成车站间以太网；综合维修段配置路由器和协议转换器，构成综合维修段与抽头车站间的以太网；终端系统配置路由器和协议转换器，构成终端与相关车站或综合维修段间的以太网；采用TCP/IP技术组网，IP地址和域名由铁路总公司统一分配。

（2）车站子系统构成

车站子系统的设备主要包括站机、接口通信分机、采集分机、智能采集单元、电源设备、防雷设备、串口接口子系统等，结构如图2-10所示。

站机是车站子系统的核心，负责监测系统所有开关量、模拟量、报警信息、环境数据、视频信息的收集、分类、逻辑分析处理、报警输出、数据统计汇总和存储回放等功能，并提供人性化的人机交互界面。

接口通信分机是采集设备中的核心部分，绝大多数的监测模拟量采集数据都通过接口通信分机收集并编码转发给监测站机。接口通信分机通过CAN总线或网线与车站监测站机连接，负责实时采集各种信号设备的数据，并对采集数据进行预处理。

采集及控制单元包括采集分机与智能采集单元，具体包括现场控制总线信息平台、高精度数据采集单元（包括轨道、道岔、电源屏等模拟信息）、环境监测传感器、门禁控制器、智能空调控制器、ZPW-2000A移频信号综合采集器等。通过采集单元，可以实现道岔曲线、道岔表示电压、轨道电路电压、信号机电流、移频发送、移频接收、半自动闭塞、绝缘测试、漏流测试、外电网质量、熔丝报警等信息的采集。