王國(guó)光 唐世軍 孟令韜

CCS系統(tǒng)中ISDN服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)

王國(guó)光 唐世軍 孟令韜

通過(guò)介紹CCS的總體構(gòu)成，引入了ISDN服務(wù)器，說(shuō)明了ISDN服務(wù)器的主要功能、硬件結(jié)構(gòu)，介紹了ISDN服務(wù)器的軟件實(shí)現(xiàn)。

通信控制系統(tǒng);ISDN服務(wù)器;通信功能模塊;ATP

隨著客運(yùn)專線在全國(guó)范圍內(nèi)的大量運(yùn)營(yíng)，為了提高運(yùn)營(yíng)效率和保證旅客運(yùn)輸安全，在CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增設(shè)站臺(tái)屏蔽門(mén)，防護(hù)及聯(lián)動(dòng)控制等自動(dòng)運(yùn)行相關(guān)設(shè)備和功能;設(shè)置列車自動(dòng)防護(hù)(ATP)設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，地面設(shè)置專用的精確定位應(yīng)答器實(shí)現(xiàn)精確定位，設(shè)置通信控制系統(tǒng)(CCS)實(shí)現(xiàn)站臺(tái)屏蔽門(mén)控制和列車運(yùn)行計(jì)劃的傳輸。

1 CCS的總體構(gòu)成

CCS支持與ATP實(shí)現(xiàn)車-地雙向安全通信，向ATP下達(dá)行車計(jì)劃，CCS服務(wù)器滿足信號(hào)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)接入的要求，通過(guò)信號(hào)安全網(wǎng)與TCC接口，實(shí)現(xiàn)站臺(tái)屏蔽門(mén)、緊急關(guān)閉按鈕等接口的驅(qū)動(dòng)、采集功能。CCS應(yīng)在確認(rèn)收到車載設(shè)備的停準(zhǔn)、停穩(wěn)信息后，才能允許向TCC發(fā)送站臺(tái)屏蔽門(mén)動(dòng)作命令。CCS結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 CCS結(jié)構(gòu)示意圖

2 ISDN服務(wù)器的結(jié)構(gòu)

ISDN(Integrated Services Digital Network)是綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的簡(jiǎn)稱，在CCS系統(tǒng)中就是通過(guò)ISDN實(shí)現(xiàn)與ATP通信的。ISDN服務(wù)器是在CCS中實(shí)現(xiàn)與列車通信接口的子系統(tǒng)。ISDN服務(wù)器通過(guò)ISDN PRI接口與GSM-R網(wǎng)絡(luò)相互連接，在CCS系統(tǒng)中，設(shè)置2個(gè)ISDN服務(wù)器，每個(gè)ISDN服務(wù)器最多可以處理60個(gè)連接(列車)。

ISDN服務(wù)器維護(hù)車-地之間數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層連接的建立、維持和釋放，并與CCS通信前置機(jī)進(jìn)行通信，接收由通信前置機(jī)發(fā)出的消息，通過(guò)GSM-R網(wǎng)絡(luò)向ATP傳輸，并將來(lái)自ATP的消息發(fā)往CCS的通信前置機(jī)進(jìn)行安全消息處理，完成車-地?zé)o線消息的通信傳輸功能。

ISDN服務(wù)器運(yùn)行在Compact PCI工控機(jī)上，操作系統(tǒng)為Embedded Windows XP，ISDN服務(wù)器與通信前置機(jī)采用雙網(wǎng)冗余通信，采用PrimuX S2mE板卡與GSM-R網(wǎng)絡(luò)通信。PrimuX S2mE板卡的編程接口遵守CAPI 2.0標(biāo)準(zhǔn)接口，為應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)提供了便利。

ISDN服務(wù)器軟件參考了《客專列控系統(tǒng)RBC接口規(guī)范》中RBC-RBC接口規(guī)范部分，ISDN服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了RBC-RBC接口規(guī)范中的CFM(Communication Functional Module)功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)ATP的數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的連接。

3 CFM模塊的接口設(shè)計(jì)

CFM是通信功能模塊，其接口如圖2所示。

關(guān)于接口設(shè)計(jì)有以下3點(diǎn)特征。

1.CFM模塊接口1和接口2按照數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)，按輸入事件的來(lái)源分為2個(gè)接口。每個(gè)接口的輸入數(shù)據(jù)來(lái)源是唯一的，輸出數(shù)據(jù)則有2個(gè)方

向:輸出至通信前置機(jī)(以太網(wǎng))或RTU (GSM-R無(wú)線通信單元)。

2.接口3是時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式，用戶按照固定時(shí)間間隔調(diào)用，相當(dāng)于給CFM模塊一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，在此接口中，CFM模塊可以設(shè)置對(duì)通信前置機(jī)(以太網(wǎng))或RTU(ISDN-PRI)雙方向的輸出。

3.所有函數(shù)都是立即返回的，若函數(shù)返回中有輸出數(shù)據(jù)，則一次性輸出所有數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能有多個(gè)數(shù)據(jù)單元，也可能有多個(gè)數(shù)據(jù)流向。

圖2 CFM模塊結(jié)構(gòu)圖

CFM模塊接口的輸入輸出功能都是預(yù)先規(guī)定好的服務(wù)請(qǐng)求，分為10項(xiàng)，如表1所示。

在表1中，序號(hào)1至4用于建立安全連接，序號(hào)5、6用于正常的數(shù)據(jù)傳送，序號(hào)7、8用于高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的傳送，序號(hào)9、10用于斷開(kāi)安全連接。

安全連接的建立需要三次握手，用于初始化時(shí)間戳、初始化發(fā)送/接收序號(hào)、通信對(duì)象合法性檢查等準(zhǔn)備工作，待安全連接建立后，才能進(jìn)行正常數(shù)據(jù)、高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

表1 服務(wù)請(qǐng)求列表

一次握手過(guò)程:ISDN服務(wù)器在接受到RTU端發(fā)送的連接請(qǐng)求后，通過(guò)CFM模塊接口2傳入CONNECT.request服務(wù)請(qǐng)求，CFM模塊處理后向通信前置機(jī)發(fā)送CONNECT.indication請(qǐng)求，在收到通信前置機(jī)的CONNECT.response應(yīng)答后，CFM模塊向RTU發(fā)送CONNECT.confirm，至此，一次握手過(guò)程完成。

在正常的數(shù)據(jù)通信中，數(shù)據(jù)流是按照正常的接收/發(fā)送順序處理的，因此在通信量大的情況下可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)排隊(duì)等待處理的情況。為了滿足在某些緊急情況下特殊數(shù)據(jù)的優(yōu)先發(fā)送，設(shè)置了高優(yōu)先級(jí)的服務(wù)請(qǐng)求。使用高優(yōu)先級(jí)服務(wù)請(qǐng)求，能夠確保數(shù)據(jù)被立即發(fā)送，接收后數(shù)據(jù)能夠被立即處理。在應(yīng)用中應(yīng)該嚴(yán)格限制高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的使用時(shí)機(jī)，并且限制高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

ISDN服務(wù)器在與通信前置機(jī)、RTU通信時(shí)，數(shù)據(jù)幀的丟失是不可避免的。為此，CFM模塊也充分考慮了數(shù)據(jù)的重發(fā)、重復(fù)數(shù)據(jù)的處理，確保數(shù)據(jù)的可靠到達(dá)。

4 ISDN服務(wù)器軟件模塊結(jié)構(gòu)

ISND服務(wù)器軟件模塊如圖3所示。ISDN服務(wù)器軟件結(jié)構(gòu)主要分為5部分:ISDN接收模塊、ISDN發(fā)送模塊、以太網(wǎng)接收模塊、以太網(wǎng)發(fā)送模塊、主調(diào)度程序模塊。5個(gè)模塊之間靠信息的流動(dòng)推動(dòng)整個(gè)程序的運(yùn)行，ISDN接收模塊、以太網(wǎng)接收模塊通過(guò)管道把接收到的數(shù)據(jù)順序推送到主調(diào)度模塊。在主調(diào)度模塊中，完成對(duì)CFM模塊接口函數(shù)的調(diào)用，把需要輸出的數(shù)據(jù)分別通過(guò)管道送至ISDN發(fā)送模塊、以太網(wǎng)發(fā)送模塊。ISDN發(fā)送模塊、以太網(wǎng)發(fā)送模塊從管道中取出需要發(fā)送的數(shù)據(jù)順序發(fā)送。

圖3 ISND服務(wù)器軟件模塊圖

5 高效的RTU仿真平臺(tái)

ISDN服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)考慮了做為RTU仿真連接ATP和ISDN服務(wù)器的需求，只需通過(guò)簡(jiǎn)單的配置，即可以仿真RTU，為實(shí)驗(yàn)室的前期測(cè)試工作提供了便利條件和可靠的手段。

同時(shí)，做為RTU仿真平臺(tái)，ISDN服務(wù)器可以同時(shí)模擬多個(gè)RTU，模擬多個(gè)RTU同時(shí)向ISDN服務(wù)器發(fā)起通信請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)多信道同時(shí)工作，可以輕松完成對(duì)ISDN服務(wù)器的壓力測(cè)試。

6 結(jié)束語(yǔ)

ISDN服務(wù)器通過(guò)雙套備份，獨(dú)立雙網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)了ATP與CCS間的可靠通信，使CCS能及時(shí)準(zhǔn)確獲取車輛位置信息、停穩(wěn)信息、行車計(jì)劃，在既有線、客運(yùn)專線、高鐵上通過(guò)控制站臺(tái)屏蔽門(mén)，提高了旅客運(yùn)輸效率，增加了旅客運(yùn)輸安全，是鐵路運(yùn)輸現(xiàn)代化的重要環(huán)節(jié)。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部運(yùn)輸局.客專信號(hào)系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù)規(guī)范(V2．0)［S］．2010.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部運(yùn)輸局.客專列控系統(tǒng)RBC接口規(guī)范［S］．2010.

［3］RBC與ATP安全通信接口規(guī)范(V1.0)［S］．2008.

［4］Common－ISDN－APIVersion 2．0．2001.

［5］CCS項(xiàng)目037接口軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)．2013.

This paper introduces the ISDN server in the framework of overall architecture of CCS and gives a description ofmajor functions and hardware structure and implement of its software．

Communication Control System;ISDN server;Communicate Functional Module;Automatic Train Protection

王國(guó)光:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所助理研究員100081北京

唐世軍:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所副研究員100081北京

孟令韜:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所副研究員100081北京

2013-10-21

(責(zé)任編輯:諸紅)