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DCS子系统介绍


DCS子系统简介

2009年4月9日

一、DCS系统基本介绍
关键设备简介: (1)ZC:区域控制区。 一号线布置了两台,升仙湖站和世纪城站 区域控制器基于该区域内所有列车的位置和方向,发出移动权限 (MAL)指令,并持续更新和传输;计算移动权限,以保证列车安全 隔离,并达到最小的列车运行间隔 (2)CC:车载控制器。 每台

装备车,前后端分别装备 车载控制器负责列车安全定位。检测查询应答器,用测速器和 加速度计更新列车的安全位置。该安全位置通过数据通信子系统 (DCS),传输到区域控制器 (ZC)以及列车自动监控(ATS)系统。 (3) Microlok II:联锁控制器,在七个联锁站安装。成都地铁一 号线正线采用分布式联锁控制方式。全线分为七个联锁区。每个 联锁区包括有岔站和无岔站,由位于设备集中站的联锁控制器 Microlok II控制

基本概念介绍: (1)IEEE:美国电气和电子工程师协会 IEEE 802委员会,它成立于 1980年2月,它的任务是指定局域网的国际标准 802.3 标准,有线局域网标准,以太网标准。 802.11标准,无线局域网标准,802.11g 54Mbps (2) 交换机:交换(switching)是按照通信两端传输信息的需要, 用人工或设备自动完成的方法,把要传输的信息送到符合要求的相应 路由上的技术统称。广义的交换机(switch)就是一种在通信系统中 完成信息交换功能的设备。 (3) RPR:RPR的简称Resilient Packet Ring弹性分组环 主要实现功能:RPR可以提供在故障出先后50ms时间内的自动保护 倒换业务 (4)dbi:天线对信号变形和在特定方向聚焦的能力称为天线增益,用 以表达在所需方向的信号有多强(比较最坏的天线而言)、均匀地在所 有方向分布信号(一种等方性的辐射)的术语。 (5)CBTC:(communication based train control system )基于通 信的列车自动控制

(6)丢包率 丢包率(Loss Tolerance或packet loss rate)是指测试中所 丢失数据包数量占所发送数据包的比率,通常在吞吐量范围内测试。 丢包率与数据包长度以及包发送频率相关。通常,千兆网卡在流量大 于200Mbps时,丢包率小于万分之五;百兆网卡在流量大于60Mbps时 ,丢包率小于万分之一。 (7)吞吐量 吞吐量是指在没有帧丢失的情况下,设备能够接受的最大速率. 链路上的可用带宽(带宽)与实际链路中每秒所能传送的比特数( 吞吐量)。

?

? ? ? ? ?

数据通信子系统(Data Communications Subsystem, DCS)是一个 宽带通信系统,提供了CBTC系统内的三个主要列车控制子系统,包括 中央控制室(OCC),轨旁子系统(ZC、MicroLock Ⅱ)和车载子系统 (CC)以及其他沿线地面设备之间双向、可靠、安全的数据交换。DCS 子系统基于开放的业界标准:有线通信部分采用IEEE802.3以太网标准 ,无线通信部分采用先进的WLAN技术——IEEE802.11g标准,最大程度 地采用成熟的设备。 DCS承载的业务为USSI信号系统的车地通信,USSI系统对DCS系统有明 确的指标要求: 1、DCS骨干网传输能力不小于500Mbps,骨干网是2.5GMbps 2、车地通信无线传输能力不小于1Mbps,最高传输速率54Mbps; 3、车地通信丢包率不大于1%; 4、单次报文时间的平均值是100ms,最大值要小于500ms;如果延时 大于500ms就会产生紧急制动

二、DCS子系统的网络架构

(1)轨旁骨干网络:是整个DCS系统的核心传输网平台,用以连接控制中 心、车辆段、设备集中站。
(2)轨旁数据接入网子系统:是DCS的车站信息节点,实现各种控制信号 信息的边缘有线接入 (3)车地通讯网子系统:是轨旁无线覆盖网络的集合,包括轨旁无线接 入点及相关的光纤传输系统 (4)车载网络子系统:是列车信息网络的集合,包括车载无线、有线和 其它车载控制系统部件

自动列车监控子系统 (ATS) 区域控制器 (ZC)

区域控制器 (ZC)

联锁控制器 (ILC)

接入交换机 接入交换机 联锁控制器 (ILC) 接入交换机

接入交换机

骨干交换机

骨干交换机

轨旁骨干网络
骨干交换机 骨干交换机

接入交换机

轨旁数据通信网络

车地双向通信网络

MR 车载控制器 (CC)

MR

车载数据 通信网络

车载控制器 (CC)

(1)骨干网的架构
? 轨旁骨干网采用业内关键应用组网的通用架构构建,由专用的光传输 平台产品和骨干交换机构成,此架构具有网络层次划分科学、高可扩 展性和可维护性等特点; ? 骨干光传输平台采用思科专业的ONS 15454E多业务传输产品以及先进 的RPR技术构建,骨干交换机采用Catalyst 6506E核心交换机产品。 ? 运营控制中心和车辆段各部署两台骨干交换机以及两台光传输设备( A、B网分别部署,两网独立并行运行),正线共7个设备集中站,其 骨干交换机采用A、B网交叉布放方式,世纪城站部署两台骨干交换机 以及两台光传输设备,其余6站各部署一台骨干交换机以及一台光传输 设备,骨干交换机上联本站光传输设备,光传输设备之间通过光纤互 联组成RPR环网; ? 在业务保护上, 采用RPR的保护, 实现业务的快速恢复和收敛 (<50ms), 而无须依赖于底层SDH传输层保护机制, 大大节约了带宽资 源.

AS

AS AS

AS

AS

AS AS

AS

AS AS

AS

AS

AS AS

AS

AS

AS AS

AS

AS

AS AS

AS

AS AS

AS

BS-B

BS-B

BS-B

BS-B

BS-B

BS-B

车辆段

升仙湖
YDK2+761

火车北站
YDK4+354

人北站
YDK5+534

文殊院站
YDK6+885

骡马市站
YDK7+769

天府广场
YDK8+787

锦江宾馆
YDK9+620

华西坝
YDK10+399

省体育馆
YDK11+457.3

倪家桥站
YDK12+418

桐梓林站
YDK13+470

火车南站
YDK14+583.5

高新站
YDK15+890

行政中心
YDK18+862

孵化园站
YDK18+012

海洋公园
YDK18+862

世纪城站
YDK20+314.4

OCC
BS-A

BS-A

BS-A

BS-A

BS-A

BS-A

AS

AS AS

AS

AS

AS AS

AS

AS AS

AS

AS

AS AS

AS

AS

AS AS

AS

AS

AS AS

AS

AS AS

AS

DCS系统从总体网络拓扑结构上充分考虑了交换机设备的冗余配置 以保证其可靠性。 A、B网交叉布放方式: 升仙湖站、天府广场站、火车南站组成一个RPR环网 A网 文殊院站站、省体育馆站、孵化园站组成一个RPR环网 B网 使用ONS 15454E多业务光传输平台,连接起来即可构成RPR的环网 。

(2)轨旁数据接入网络
? 正线所有车站均部署一台轨旁无线设备接入交换机和一台有线设 备接入交换机( A、B网分别部署,两网独立并行运行); ? 轨旁无线设备接入交换机和有线设备接入交换机分别以星型方式 千兆上联所属的本区域骨干交换机; ? 轨旁无线设备接入交换机以百兆光纤连接本站区域各轨旁AP,有 线设备接入交换机通过百兆双绞线为本站内各轨旁有线设备提供 接入; ? 轨旁无线设备接入交换机采用思科ME-3400-24FS-A设备,有线设 备接入交换机采用思科WS-C3560设备;

(3)车地双向通信网络
是轨旁无线覆盖网络的集合,包括轨旁无线接入点及相关的光纤 传输系统 提供车地之间双向、可靠、安全的数据交换。无线接口采用国 际先进的IEEE 802.11g技术,并遵循IEEE 802.11i无线网络安全 协议。 车地通讯网络主要由轨旁AP、光电转换器、天线、连接线缆、供 电部分设备、保护箱设备组成。 轨旁AP采用防护等级为IP65的室外防护机箱,满足项目防护等级 要求; 轨旁AP分为A、B网设备独立部署,采用思科1310无线AP设备及 13.5dBi的八木定向天线; 任一网络(A网或B网)轨旁AP的部署遵循无线信号重叠覆盖的原 则,即每个轨旁AP的无线信号覆盖范围为2倍的轨旁AP部署间距,

轨旁AP连接方式

轨旁接入交换机-A网

轨旁接入交换机-A网

N 站

轨旁AP-A网

N+1 站

轨旁AP-B网

轨旁接入交换机-B网

轨旁接入交换机-B网

? 上图仅为逻辑示意图,实际项目中所有轨旁AP均部署在隧道弱电一侧

车地双向通信网络—轨旁AP无线信号重叠覆盖

? 任一网络(A网或B网)轨旁AP的部署遵循无线信号重叠覆盖的原 则,即每个轨旁AP的无线信号覆盖范围为2倍的轨旁AP部署间距, 如下图所示: AP03 AP02 AP01

? 任一轨旁AP故障的情况下,仍能维持轨旁无线信号的连续覆盖:
AP03 AP02 AP01

车地双向通信网络—轨旁AP布点原则(以单网为例) ? 根据计算以及实际工程测试经验,我们建议隧道内直线区段的轨旁AP 部署间距为200米左右;弯道区段的轨旁AP部署间距以可视距离为参 考原则;弯道、地面段等特殊环境下的AP部署方案可根据实际勘测结 果最终确定; ? 站台附近如存在抽风机设备,在站台长度不长的情况下,为避免抽风 设备对无线信号的阻隔和反射影响,建议站台两端轨旁AP部署点选择 距离抽风机稍远的地方; ? 轨旁AP的布点设计还需避开隧道内的人防段和隔断门位置; ? 轨旁AP天线安装支架的设计需要能够适应各种不同隧道洞型的差异, 以确保轨旁天线与车载天线的极化方向保持一致;

? 车地双向通信无线网络采用802.11g标准,A、B网使用Channel 1和 Channel 11两个不重叠的无线信道;

? 在列车车头和车尾各部署一个车载MR设备(分属于A、B网),采用思 科1310无线设备及10dBi八木定向天线;

APb 上行

APa

APb

APa

A MR

B MR 火车北站

升仙湖站

下行

(4)车载数据通信网络

车载网络系统分别由车头驾驶室网络部分及车尾驾驶室网络部分组 成。其中车头驾驶室网络部分由车载无线网络单元即WGB 1310、车载天 线、车载网络交换机和车载CBTC系统设备组成。车尾驾驶室网络部分也 同样由车载无线网络单元即WGB 1310、车载天线、车载网络交换机和车 载CBTC系统设备组成。具体车载网络系统拓扑由下图所示:

? 车载无线网络单元我们同样采用Cisco Aironet 1310,只需简单的把 Cisco Aironet 1310配置成WGB工作模式,Cisco Aironet 1310即工 作在WGB状态下。 ? 与轨旁天线的选择一样,车载无线单元的天线配置为分极天线。在列 车车头和车尾各部署一个车载MR设备(分属于A、B网),采用思科 1310无线设备及10dBi八木定向天线;

CBTC系统系统配置图
OCC控制中心
EMC: 应急控制中心 (不在本次工程 范围Not included this scope)

System A

System B

维护工作站 MSW

计划室
Planning Room
时刻表编辑 Printer 打印机

培训室
Training Room
培训/模拟 培训 服务器
X10

培训中心TrainingCenter
模拟环境 Environment Simulator
环境管 理器 Enviro nment Manag er D C S MicroLok 模拟器
Sig I/O, PSD I/O, etc

控制室

X2 存储局域网 X3 X3 X3 X3
数据库 服务器

皂角树车辆段 Zhaojiaoshu Deport

UPS

派 班 室

试车线 Test Track
试车控制盘 Test Track Pannel

维修中心
Maintenance Center

X2
ATS 工作站/workstation FRONTAM (DSU)

X2 X2

2
通信服务器

时钟 主机服务器

时钟 主机服务器 通信服务器

2
数据库 服务器

X2 维修 服务器

X2

RI
至车辆段 TC

MSW

MSW

调度长

调度员

调度员

中央联锁控制工作站 CCW

CC Sim CC模拟器

ATS
D C S 控显机 Zone Controller DCM

ATS
至升仙湖站

DCM
电源 Power supply

ATS-St.

MicroLok II

T R

PSM WCS

ZC Sim ZC模拟器

MicroLok Train sim列车模拟器

CBI 计算机联锁 及监测

T R

NMS NMS TC 至试车线

ZC3

FRONTAM (DSU)

AS BS

AS BS

Large Display 大屏幕系统 Large Display Interface 大屏幕接口工作站

电源 Power supply

激光打印机 Laser Printer

终端服务器 A 无线/综合监控 Radio/ISCS

终端服务器 B 无线/综合监控 Radio/ISCS

Printer 打印机

Printer 打印机

Printer 打印机

Printer 打印机

Printer 打印机

Printer 打印机

APa
CC Simulated equipment 模拟设备 Actual hardware 实际设备

APa

AS BS

AS BS

电源 Power supply

AS AS
APb

电源 Power supply

AS AS
APb

电源 Power supply

打印机

打印机

至省体育馆 站BS
BS 车控室 AS ZC1 MSW AS AS X2 MSW ATS车站 工作站
电源 Power supply 电源 Power supply

The 13th Street Sta 车控室 BS AS AS AS X2 AS AS ATS车站 工作站
TS

The 13th Street Sta 车控室 BS AS AS AS MSW
电源 Power supply

AS X2 AS ATS车站 工作站
TS
电源 Power supply

AS

电源 Power supply

电源 Power supply

TS SCC

TS SCC ATS显示工 作站

TS SCC ATS显示工 作站

电源 Power supply

SCC TS SCC ATS显示工 作站

SCC TS SCC ATS显示工 作站

LCW MicroLok II RI ACS MicroLok II RI ACS MicroLok II RI ACS

TR PSD ESB ATB IBP

TR

TR

To Zhaojiaoshu Deport 至皂角树车辆段

APa 至车辆段 APb

DTI

PSD ESB IBP

APa

DTI

APb

PSD ESB IBP AFD

APa

DTI

APb

PSD ESB IBP AFD

APa APb

DTI

PSD ESB IBP

APa

DTI

APb

PSD ESB IBP

APa 至2号线 APb

DTI

PSD ESB IBP AFD

APa

DTI

APb

SER
升仙湖站 Shengxianhu Station (Honghuayan) 火车北站 Huochebei Station
联锁控制区域分界线

SER
人北站 Renbei Station 文殊院站 Wenshuyuan Station (Wenwu Rd.) 骡马市站 Luomashi Station
联锁控制区域分界线

SER
天府广场站 锦江宾馆站 Jinjiang Hotel Station
线 2号

至 小 To 天 Xiaotianzhu 竺
联锁控制区域分界线

Tianfu Square Station

To Line 2

至天府广场 站BS
BS The 13th Street Sta 车控室 AS AS AS MSW
电源 Power supply

BS The 13th Street Sta 车控室 AS AS AS AS AS MSW
电源 Power supply 电源 Power supply

The 13th Street Sta 车控室 BS AS AS AS AS AS AS ATS车站 工作站
TS
电源 Power supply

BS AS AS ZC2
电源 Power supply

BS

车控室 X2

AS X2 ATS车站 工作站
电源 Power supply

X2 AS ATS车站 工作站
TS
电源 Power supply

X2 MSW

AS

AS ATS车站 工作站

电源 Power supply

电源 Power supply

MSW
电源 Power supply FRONTAM FRONTAM (DSU) (DSU)

TS SCC ATS显示工 作站

TS SCC

SCC TS TS SCC ATS显示工 作站

SCC TS

TS SCC ATS显示工 作站

TS SCC ATS显示工 作站

主机服务器 Control Server

通信服务器 Comm. Server

MicroLok II

RI

ACS

MicroLok II

RI

ACS

SCC ATS显示工 作站

MicroLok II

TS

RI

ACS

SCC ATS显示工 作站

MicroLok II

RI

ACS
SCC

TR

TR

TR PSD ESB IBP

TR

PSD ESB IBP AFD

APa

DTI

APb

PSD ESB IBP

APa APb

DTI

PSD ESB IBP

APa

DTI

APb

PSD ESB IBP

APa

DTI

APb

PSD ESB IBP
联锁控制区域分界线

APa APb

DTI

PSD ESB IBP

APa

DTI

APb

PSD ESB IBP

APa

DTI

APb

PSD ESB IBP ATB

APa APb

DTI

PSD ESB IBP

APa

APa APb

DTI

DTI

APb

联锁控制区域分界线

联锁控制区域分界线

To Jingjiang Hotel

至 锦 江 宾 馆

高新站

行政中心站

海洋公园站

世纪城站

SER
华西坝站 Huaxiba Station (Xiaotianzhu) 省体育馆 倪家桥站 桐梓林站

SER
火车南站 Gaoxin Station (Nansanhuan)

SER
孵化园站 Xinzhengzhongxin Station (Xinyizhou) Fuhuayuan Station Haiyanggongyuan Station X2

SER
Shijicheng Station (Expo Center)

Shengtiyuguan Station

Nijia Bridge Station

Tongzilin Station

Huoche Nan Station

图 例
ACS APa APb AS ATB AFD BS CCW CBI 计轴主机 A网无线接入点 B网无线接入点 接入交换机 自动折返按钮 防淹门 骨干交换机 中央联锁控制工作站 计算机联锁 DCM 车辆段监测终端 DTI 发车指示器 ESB 紧急停车按钮 FRONTAM(DSU)轨道数据存储 设备 IBP 综合后备盘 LCW 维修支持工作站 MicroLok II 正线联锁控制器 MR 车载无线设备 MSW 维护工作站 NMS 网络管理服务器 SCC PS PSM PSD RI TC TR TS UPS WCS ZC 车站控制计算机 电源屏及UPS 电源检测终端 安全/屏蔽门 继电接口 轨道电路 接口设备 终端服务器 不间断供电电源 无线控制服务器 区域控制器

车载设备配置

B网

802.11g

802.11g

A网

ATS车站 工作站

Note注: Station ATS Workstation in central interlocking station has combined ATS function and LCW control function. 设备集中站的ATS车站工作站已经合并了ATS功能和 LCW的控制功能。

司机操作 显示屏 车载 控制器

MR Switch Switch

MR Switch Switch

司机操作 显示屏 车载 控制器 信标检测

成都地铁1号线一期工程信号系统 1101 信号系统配置连接图(V1.2)
成都地铁1号线一期工程信号系统

信标检测

加速度计

车辆接口

车辆接口

加速度计

信标查询器 天线

x2 转速计

x2 转速计

信标查询器 天线

2008年10月

1.运营控制中心和车辆段骨干交换机采用Catalyst 6506E核心交换机 外观图:

2.无线设备接入交换机WS-C3560-24TS-S

3.有线设备接入交换机ME-3400-24FS-A

4.轨旁AP:接入点 Access Point 采用的是Cisco 1310 AP产品

5.思科的ONS 15454E多业务光传输产品 Cisco ONS 15454 是多业务光传输平台,ONS 15454可以利用灵活的 光传输技术(例如新兴的弹性分组环(RPR)、SDH和DWDM/CWDM),将 以太网、IP、存储和TDM服务整合到一起,为城域网(MAN)电信运营 商提供了一个极为可靠的解决方案。

三、设备介绍
? 1. 轨旁数据接入网络 ? 轨旁数据接入网络包括Cisco WS-C3560-24TS-S、WS-C3560-48TS-S 和ME-3400-24FS-A交换机。这些交换机提供各轨旁子系统(ZC、 MicroLock Ⅱ、 ATS等)和轨旁无线设备(轨旁AP等)接入数据通信 子系统的接口。接入交换机提供标准的10M/100M 以太网接口,遵循 国际通行的IEEE 802.3u和802.3x协议。网络层和传输层采用UDP/IP 协议 ? 2.轨旁数据骨干网络 ? 轨旁数据骨干网络设备包括Cisco 15454E光传输设备和Cisco WSC6506-E骨干交换机。Cisco 15454E将骨干交换机采用RPR( Resilient Packet Ring)弹性分组环技术连接起来,集IP的智能化 、以太网的经济性和光纤环网的高带宽效率、可靠性于一体。RPR技 术在提供类似SDH级网络可靠性的同时降低了传送费用。Cisco WSC6506-E为接入交换机提供了高速的上行接口,从而使其接入骨干网 。

? 3.车载数据通讯网络 ? 车载数据通讯网络设备包括Cisco AIR-BR1310G-A-K9-R AP组装成的 MR。提供各车载子系统(自动列车防护子系统ATP、自动列车运行子 系统ATO等)和车载设备(司机驾驶台TOD、安全I/O控制器MTORE等 )以及车载无线设备(如车载AP)之间的通信接口。车载交换机模块 提供标准的10M/100M 以太网接口,遵循国际通行的IEEE 802.3u和 802.3x协议。网络层和传输层采用UDP/IP协议。 ? 4.轨旁通讯网络 ? 轨旁通讯网络设备包括Cisco AIR-LAP1310G-A-K9R AP组成的AP机箱 (还包括光电转换器,电源等部件),轨旁天线AIR-ANT1949。提供 车地之间双向、可靠、安全的数据交换。无线接口采用国际先进的 IEEE 802.11g技术,并遵循IEEE 802.11i无线网络安全协议 ? 5.控制中心 ? 控制中心的安全认证系统包括Cisco IPS-4240-K9入侵检测设备 和网管认证服务器,提供网络的安全认证保护。 ? 认证服务器和网管服务器都是IBM X3250

AP机箱

DCS子系统与其他子系统间的接口
中央控制室(OCC):位于中央控制室内的设备首先通过以太网 接口连接到接入交换机,然后接入数据通信子系统。接入交换机通过 光纤连接到骨干交换机,骨干交换机再通过光纤链接到传输环(传输 平台)。 ZC:ZC通过以太网接口 连接到接入交换机,然后接入数据通信 子系统。接入交换机通过光纤连接到骨干交换机。 联锁控制器(MicroLok Ⅱ):MicroLok Ⅱ通过以太网接口连接 到接入交换机,然后接入数据通信子系统。接入交换机通过光纤连接 到骨干交换机。 车载控制器(CC):车载控制器通过以太网接口 连接到车载 ESE,然后接入数据通信子系统。车载ESE连接到车载MR,并通过 无线接口,接入到轨旁网络。。 车载MR与列车上的车载控制器系统之间:车载MR提供了标准的以太 网口,可以通过车载以太网交换设备和列车车载控制器等设备互联。

举例:CC如何将安全位置传给ZC
CC→MR →车载天线→AP天线→馈线→AP →光电转换 器→3400交换机→6506骨干交换机→15454E光传输平台→ 升仙湖或者世纪城15454E → 6506骨干交换机→3560 →ZC 反过来ZC如何将一个MAL传给CC呢

DCS子系统作为信号系统的传输通道,如何实现与其他子系统( 轨旁、车载、ATS)之间的有效的整合,双向、可靠、安全的进行数 据交换,高品质承载CBTC列控系统的信息流,是成都地铁一号线实现 高水平运营的重要保证。

谢谢大家!


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