城市轨道交通数据通信DCS系统课件.ppt

1、Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCSDCS系统介绍系统介绍 1目录第一部分 DCS系统概述第二部分 DCS系统构成第三部分 DCS系统功能第四部分 DCS系统原理2Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved 3CBTC系统的组成：ATS系统MSS系统联锁系统ATP/ATO系统计轴、电源DCS系统1 DCS系统概述系统概述41.1 DCS系统概述系统概述5Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved6Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCS系统

2、分为3部分：有线网络：地对地数据通信，通过DCS 有线部分，将轨旁应用连接起来。无线网络：地对车数据通信，通过DCS无线部分，将车载应用连接起来。管理单元：DCS的管理、配置、监督和维护的工具。DCS系统通过无线覆盖和冗余结构，实现信号系统内部各子系统间的数据流的透明透明双向传输；2 DCS系统构成系统构成7Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved2.1 DCS系统构成系统构成-系统结构系统结构8DCS有线网络：1）环形网络结构；2）为控制中心、车站、车辆段、停车场之间提供信息的透明传输通道3）由“DCS有线机柜+骨干网交换机+光纤”组成；DCS无线网络：1

3、）由“DCS无线机柜+无线接入交换机+轨旁AP+无线自由波天线+波导管设备组成；2）无线网络覆盖正线、折返线、停车线、试车线、出入段线、车辆段/停车场列检库内 等DCS管理系统：1）APM-为运营维护和故障分析提供依据；2）NMS-用于系统的网络管理；Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCSDCS网络结构网络结构DCS有线网络结构示意图2.2 DCS系统构成系统构成-有线网络有线网络9Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved2.2 DCS系统构成系统构成-有线网络有线网络 有线网络是基于IEEE 802.3标准的骨干

4、网，提供冗余的数据通道。骨干网由五个独立的网络组成：冗余的ATC网、冗余的ATS网、维护网。ATC网在各车站、停车场、控制中心使用二层网络，在车辆段为了与试车线进行隔离使用三层网络；ATS网和维护使用二层网络进行数据转发。Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved2.2 DCS系统构成系统构成-有线网络有线网络 DCS骨干网配线图 上下行各使用一根光缆进行组网，并采用隔站跳接的方式。10芯用于组网，14芯作为备用。光缆根据实际应用在DCS有线机柜内进行光纤的熔接等Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved2.2 DCS系统构成

5、系统构成-有线网络连接有线网络连接1、五个网络在物理上、逻辑上是完全独立的；2、ATC网通过网关计算机与ATS网络进行通信；3、联锁、ZC、DSU、APM、NMS和DCS无线网络与ATC网连接；联锁、ATS、NMS与ATS网连接；联锁、ZC、DSU、信号维护监测设备、APM、NMS、电源监测与维护网连接；4、设备集中站、车辆段、停车场：ATC网、ATS网、维护网交换机 非设备集中站、控制中心：ATS网、维护网交换机 试车线：ATC网、维护网交换机 维修中心：ATS网、维护网交换机 培训中心：ATC网、ATS网交换机Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved2.

6、2 DCS系统构成系统构成-有线网络设备有线网络设备骨干网交换机：IKS-6726A设备集中站的ATC、ATS、MSS网控制中心的ATS网、MSS网车辆段的ATS网、MSS网培训中心的ATC、ATS网试车线的ATC网维修中心的MSS网 EDS-408A非设备集中站的ATS、MSS网维修中心的ATS试车线的MSS网 PT-7828车辆段的ATC网Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved2.2 DCS系统构成系统构成-有线网络机柜有线网络机柜布置地点：各车站、车辆段、停车场、控制中心机柜尺寸：800*600*2250mm（深*宽*高）柜内设备包括：ODF架、电源

7、插箱、骨干网交换机Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCSDCS网络结构网络结构DCS车-地无线网络示意图2.3 DCS系统构成系统构成-无线网络无线网络15 IEEE802.11g无线信道传输频宽是20MHz，车-地无线通信采用的是IEEE802.11g标准草案中5MHz带宽的窄带通信技术。无线网络工作在2.4GHz（2.4 2.4835GHz）开放频段。采用双网冗余设计，分别对应有线网络冗余的ATC网。无线接入交换机、轨旁/车载无线单元、天线均是冗余配置。车地通信传输采用无线自由波+波导管的方式；正线地下采用自由波，高架和地面采用波导管；车辆段、停

8、车场采用自由波。Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCSDCS网络结构网络结构2.3 DCS系统构成系统构成-无线网络设备无线网络设备161、无线接入交换机 PT-7728设备集中站、车辆段、停车场、试车线 Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCSDCS网络结构网络结构2.3 DCS系统构成系统构成-无线网络设备无线网络设备172、AP箱 箱内配置2个AP模块，对应冗余的ATC网，分别使用5和13信道。自由波AP箱包括：无线AP模块、供电模块、防雷模块、功分器模块、冗余220V交流电源 波导管AP箱包括：无线A

9、P模块、供电模块、防雷模块、合路器模块冗余220V交流电源 Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCSDCS网络结构网络结构2.3 DCS系统构成系统构成-无线网络设备无线网络设备18Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCSDCS网络结构网络结构2.3 DCS系统构成系统构成-无线网络设备无线网络设备19Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCSDCS网络结构网络结构2.3 DCS系统构成系统构成-无线网络设备无线网络设备203、轨旁定向天线 每个自由波AP点配置2组连接不

10、同ATC网的天线，共计4根。每组的两个八木天线应尾部正对，安装在同一个天线支架上，组成一组天线。一般安装在隧道壁或天线杆上。Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved212.3 DCS系统构成系统构成-无线网络设备无线网络设备Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCSDCS网络结构网络结构2.3 DCS系统构成系统构成-无线网络设备无线网络设备224、波导管 由波导同轴转换、裂缝波导、波导负载、滑动支架、固定支架及法兰等部件组成。Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCSDCS网络

11、结构网络结构2.3 DCS系统构成系统构成-无线网络设备无线网络设备23Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCSDCS网络结构网络结构2.3 DCS系统构成系统构成-无线网络设备无线网络设备24Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCSDCS网络结构网络结构2.3 DCS系统构成系统构成-无线网络设备无线网络设备255、车载子系统 由车载无线单元和车载天线组成。车头、车尾分别安装一套车载无线单元及车载天线，分别与两个ATC网的AP关联。Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedD

12、CSDCS网络结构网络结构2.3 DCS系统构成系统构成-无线网络设备无线网络设备265.1车载无线单元5.2车载定向天线 5.3车载平板天线 Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved2.3 DCS系统构成系统构成-无线网络机柜无线网络机柜布置地点：设备集中站、车辆段、停车场、试车线每站无线机柜的数量与AP数量有关机柜尺寸：800*600*2250mm（深*宽*高）柜内设备包括：ODF架、电源插箱、无线交换机、AC控制器Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCSDCS网络结构网络结构2.4 DCS系统构成系统构成-AP

13、M系统结构系统结构 APM系统由多个APM服务器和配套的KVM组成。配置地点：各设备集中站、车辆段、停车场、培训中心。APM具备三网卡：两个网卡连接ATC网，一个网卡连接维护网。对交换机做端口镜像，使得APM能够记录ZC、CI和车载ATP/ATO的发送与接收数据。28Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCSDCS网络结构网络结构NMS系统结构示意图2.5 DCS系统构成系统构成-NMS系统结构系统结构29Copyright 2015 TCT.All Rights ReservedDCSDCS网络结构网络结构2.5 DCS系统构成系统构成-网管设备网管设

14、备301、APM连接骨干网交换机 NMS工作站连接相应的网络的骨干网交换机 NMS服务器连接网管交换机2、网管交换机-PT7828 （车辆段）连接五个网3、APM与NMS合用一台KVM4、设备集中站、车辆段、停车场的APM系统和NMS系统的设备安装在DCS无线机柜中 控制中心的NMS设备安装在有线机柜中Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved31Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved3 DCS系统功能系统功能 数据通信DCS系统的主要作用是在各个信号子系统之间传输列车控制信息、ATS信息和维护信息，允许轨旁设备（ZC,C

15、I,ATS）和车载设备（车载ATP/ATO）之间在正线、车辆段/停车场和试车线进行连续双向数据通信。其系统功能有：1)提供高可靠性的专用通信网络；2)隧道采用无线自由波方式、高架采用波导管方式，实现高可靠性的专用车-地无线通信；3)全面的抗干扰功能；4)实时的网络数据记录功能；5)全方位的网络管理功能；32Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved3.1 DCS系统功能系统功能-有线网络有线网络提供高可靠性的专用通信网络1）数据通信DCS系统定位为整个信号系统的信息传输通道，对信息的传输是透明传输。透明传输就是传送网络不管传输的业务如何，只负责将需要传送的业务

16、传送到目的节点，同时保证传输的质量即可，而不对传输的业务进行处理。2）数据通信DCS系统在物理上和逻辑上是完全独立的，在物理上与其他网络完全隔离，不会受到其它网络的影响。33Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved3.2 DCS系统功能系统功能-无线网络无线网络安全可靠的车-地无线通信 地面无线系统功能：1)与车载Client关联，发送/接收数据；2)实现有线信号（电信号）和无线信号（射频信号）相互转换；3)接收并发送地面设备信息至列车 接收并转发车载设备信息至地面；4)对无线信息和用户进行加密和认证。车载无线系统功能为：1)与地面AP关联，发送/接收数据；

17、2)接收车载设备的数据，发送给地面 接收地面数据，并转发给车载；34Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved干扰类别干扰类别干扰源干扰源同频干扰2.4GHz PIS系统干扰Wi-Fi设备的干扰Bluetooth设备的干扰其他微波设备的干扰多径干扰无线信号在隧道内壁、车体及其它室内物体上进行反射时产生多径效应带来的干扰电磁干扰350MHz公安无线通信800MHz政务无线通信800MHz专用无线通信800MHz900MHz1800MHz民用无线移动通信1755-2400MHz第三代移动通信86-108MHz调频立体声广播790-798MHz数字电视牵引电流变化产

18、生的干扰钢轨回流谐波产生的干扰3.2 DCS系统功能系统功能-无线网络无线网络35全面的抗干扰功能干扰源：干扰源：针对上述各种干扰源，DCS子系统在频率选择、信道选择和系统设计方面进行充分考虑，采用了一些抗干扰措施来减少和避免外界的其他干扰。Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved3.3 DCS系统功能系统功能-无线网络无线网络抗干扰措施抗干扰措施抗干扰分析抗干扰分析轨旁AP合理布置通过在轨旁合理布置AP位置和调整AP发射功率，防止AP之间覆盖区域的过度重叠，从而大大降低同频干扰的影响。无线链路预算 通信链路设计时，对信号强度做一定预留。电磁兼容措施无线设备

19、的集成设计采用屏蔽箱、金属屏蔽罩等电磁兼容措施，达到和满足城市轨道交通相关EMC标准要求，有效抵抗电磁干扰。无线加密技术无线数据采用AES等最优的加密技术进行加密，有效对抗各种干扰对无线数据的影响和破坏车载使用高增益定向天线减少对周围无线环境的干扰，同时减少无线的干扰。频率分集与双频冗余抗同频干扰。两个频率同时受到干扰的可能性大大减少。36Pr =23-86-6+13.5+10=-45.5dBmPr=14-6-64+9.5=-46.5dBmCopyright 2015 TCT.All Rights Reserved3.3 DCS系统功能系统功能-无线网络无线网络抗干扰措施抗干扰措施抗干扰分析抗

20、干扰分析窄带通信技术独立信道数目增加，并互不干扰。抗干扰能力提高了12dB。空间分集天线间有一定间距，抗多径干扰。滤波装置设计滤除二次谐波干扰和其它杂波干扰。隐藏广播消息乘客搜索不到AP，抗乘客的WiFi设备干扰。接入方式设计只允许网桥模式接入，普通终端接入不予响应自动重传协议发送端未收到确认数据包或者重新发送请求，则重新发送相同的数据包低传输占空比降低数据受到干扰影响的几率。371Tx1Rxs()2Rx 发端 收端 检错码 ACK Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved3.4 DCS系统功能系统功能-APM实时的网络数据记录功能 APM可以实时地记录信号

21、系统地面子系统之间和车-地之间的数据交互，实现实时、不间断的网络数据记录，可以为运营维护和故障分析提供第一线的维护数据。APM记录ZC与其它地面子系统之间的数据交互，记录CI与其它地面子系统之间的数据交互，记录地面子系统与车载ATPATO之间的数据交互。记录内容包括数据包的源IP、目的IP、发送时间、数据包的内容等。38Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved3.4 DCS系统功能系统功能-APMAPM软件界面可以修改存储时间间隔、存储路径、开始记录、停止记录等。39Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved3.4 DCS系

22、统功能系统功能-APMAPM数据分析软件界面可以筛选源IP、目的IP、数据协议、数据类型、文件等查询到符合条件的数据，并可以导出。40Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved3.5 DCS系统功能系统功能-NMS全方位的网络管理功能 NMS基于SNMP协议管理全线所有的网络设备，为系统运营和维护提供全方位的网络管理。NMS管理正线、试车线、车辆段及其列检库的接入交换机、无线接入交换机和沿线的AP，可以查询交换机和AP的工作状态，并可以设定交换机和AP的参数等。其功能如下：展现网络拓扑结构，进行网络拓扑管理展现网络拓扑结构，进行网络拓扑管理及时监测各种网络设备

23、的工作运行状态及时监测各种网络设备的工作运行状态监控交换机端口流量监控交换机端口流量设置网络设备的运行参数设置网络设备的运行参数网络故障报警网络故障报警提供维护数据提供维护数据41Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved3.5 DCS系统功能系统功能-NMS展现网络拓扑结构，进行网络拓扑管理展现网络拓扑结构，进行网络拓扑管理42Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved3.5 DCS系统功能系统功能-NMS及时监测各种网络设备的工作运行状态及时监测各种网络设备的工作运行状态43Copyright 2015 TCT.All R

24、ights Reserved3.5 DCS系统功能系统功能-NMS配置网络设备的运行参数配置网络设备的运行参数44Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved3.5 DCS系统功能系统功能-NMS配置网络设备的运行参数配置网络设备的运行参数45Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved3.5 DCS系统功能系统功能-NMS网络故障报警网络故障报警46Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved4.1 DCS系统原理系统原理-有线网络原理有线网络原理l 有线网络协议有线网络协议 DCS有线网络的核心

25、是IEEE802.3标准的骨干网。CBTC信号设备采用UDP/IP协议进行通信。l 透明传输功能原理透明传输功能原理l 系统流量负载规划设计系统流量负载规划设计 端口广播流量的限制：限制广播包在整个网络中的传播和扩散，防止网络风暴在网络中的产生。端口速率限制：屏蔽非业务流量的端口的流量总数，保证正常业务能够取得合理的带宽以及高优先级别。Qos设置：保证重要的业务数据优先转发。l 环网冗余协议环网冗余协议47Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved4.2 DCS系统原理系统原理-无线网络原理无线网络原理l 无线网络协议无线网络协议 采用IEEE802.11g标

26、准。l 自由波与波导管组合的车自由波与波导管组合的车-地无线传输方案地无线传输方案l 漫游切换漫游切换l 完全冗余设计完全冗余设计l 轨旁自由波天线安装轨旁自由波天线安装 两组天线的距离大于200mm（3550/3850）；射频电缆长度不能超过20m；与其他无线系统的天线或者漏缆距离应大于200mm；AP箱安装在隧道内列车运行方向右侧48Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved4.3 DCS系统原理系统原理-APM子系统原理子系统原理l APM子系统通过骨干网接入交换机的映射端口记录ATC网各子系统之间的数据交互情况。l APM子系统通过信号维护子系统的以太

27、网交换机向信号维护子系统发送心跳信息，用以表明APM子系统的正常。l APM子系统通过查询记录文件，可以查看网络中数据交互信息，通过APM软件将列表的形式将记录的交互情况表现出来。l数据文件按每半小时进行记录，记录可以保存60天，超过60天的故障记录将被覆盖。硬盘剩余空间小于等于100GByte时，APM系统将自动删除最早一天的数据。49Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved4.4 DCS系统原理系统原理-NMS子系统原理子系统原理l NMS子系统通过SNMP协议对信号系统的所有网络设备进行轮询，用以管理全线所有的网络交换机和无线AP，为系统运营和维护提供

28、全方位的网络管理。l DCS正线网络管理子系统通过DCS骨干网接入交换机同时与两个DCS骨干网相连接。l DCS正线网络管理子系统通过维护网接入交换机与维护网相连接，将所有监控设备的工作状态发送给信号系统维护子系统(MSS)，并接收MSS的反馈信息。l 网络设备工作状态的更新周期为10s。l 记录文件或数据采用循环记录-删除方式存储，记录文件或数据保留30天以供查询-分析。50Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved AP箱紧固螺丝松动。可使用52Nm力矩扳手检查螺栓是否松动。如有松动则需要重新紧固。AP箱防雷模块。模块上指示灯为熄灭状态，则说明防雷模块失效

29、，需要更换新的防雷模块。接地线故障。当AP箱接地电阻，阻值大于4，说明接地电阻超标。需要检查接地点是否松动，或接地点连接端子是否锈蚀，当锈蚀面积超过超过1/3时，需要更换连接端子。接入线缆故障。应每隔3个月对AP箱内的线缆检查一次。对有松动迹象的线缆进行紧固。515.1 DCS系统维护系统维护-AP箱箱Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved525.1 DCS系统维护系统维护-AP箱箱 每一个月应当对天馈线进行一次巡检。对于严重损坏或变形的的天线及馈线应当及时的报修更换，对于各支架上的螺栓松动，应当及时进行紧固。对各线缆标识破损丢失的，应当及时进行补装。备注

30、：此项维护可与相应的AP箱维护工作同时进行。每三个月应当对全线的天馈线进行一次全面维护，维护内容包括但不限于对严重损坏或变形的的天馈线及支架进行及时的报修更换，对松动的螺栓进行紧固，检查各射频接头的紧固情况及防水性，检查各线缆及支架的紧固状态及防水性等 备注：此项维护可与相应的AP箱维护工作同时进行。535.2 DCS系统维护系统维护-射频电缆射频电缆室内的DCS设备主要包括红蓝网光交换机，ODF，光纤跳线，以及网管服务器和KVM。其中，红蓝网光交换机及ODF集成在DCS无线机柜中。在每日的信号设备例行检查时，应当对DCS设备进行状态确认，内容包括：1.确认光纤跳线与ODF和交换机的插接紧固，

31、无松动现象。2.确认连接在光交换机以及网管服务器背后的网线插接紧固，无松动脱落现象。3.确认各设备供电正常，电源指示灯状态正常，电源插头插接紧固。无松动现象。4.确认光交换机已接入光纤的端口状态指示灯正常闪烁，无灭灯或常亮现象。5.确认网管服务器正常运转。6.确认KVM电源指示灯亮起，能正常登入系统且网管软件正常运行。备注：如发现有任何异常，严禁在行车时间进行任何操作。5.3 DCS系统维护系统维护-室内室内DCS设备设备54Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved 网管后台所使用的数据文件，禁止用户登录修改信息。因设备集中站停电致使网管运行的服务器关机，待

32、上电开机后，请检查软件是否已启动。网管可以对所管辖的AP进行重启操作，但因重启AP操作可能影响列车运行，未防止误操作，对密码进行了设置，重启密码由专人管理。因网管检测AP的数量的不同，其轮询时间会有不同，所以对设备的反应时间存在延迟。程序开始运行前，请查看设备所连接的网线是否通畅，确认后方可运行。位于正线和试车线的网络管理系统应当每周进行一次例行的状态确认，若工作状态正常，则不必做操作，若工作状态出现异常，应当及时退出程序后重新运行。位于列检库和停车场的网络管理系统，考虑到其具有发车日检功能，建议每天都应当进行一次状态确认，若工作状态正常，则不必做操作，若出现异常，应当及时重新运行程序。5.4 DCS系统维护系统维护-NMS55Copyright 2015 TCT.All Rights Reserved 开始运行前，请查看设备所连接的网线是否都通畅，确认后方可运行APM数据记录软件，并保证相应的IP地址的正确配置 因设备集中站停电致使APM运行的服务器关机，待上电开机后，请检查软件是否已启动。565.5 DCS系统维护系统维护-APMCopyright 2015 TCT.All Rights Reserved57